CN216654502U - 一种径向等温合成氨反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种径向等温合成氨反应器，包括承压壳体、集气筒、催化剂框、分隔部，催化剂框设置在承压壳体内，集气筒设置在催化剂框内，集气筒上设置有若干集气孔，催化剂框内部通过集气孔与集气筒内部连通，催化剂框上设置有分布孔，承压壳体内部通过分布孔与催化剂框内部连通，催化反应腔内填充催化剂，且催化反应腔内设置有换热组件，集气室内设置有分水组件，分水组件与换热组件连通；本实用新型将盲肠换热管埋入催化剂床层，确保催化剂床层在340℃等温条件下进行合成氨反应，出口氨含量可达41.56％，是现在多段绝热合成氨合成率的2倍左右。

Description

一种径向等温合成氨反应器

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体涉及一种径向等温合成氨反应器。

背景技术

目前国内外氨合成技术供应商现有的大型低压(15.0MPa)氨合成反应器均为三级绝热催化剂床层，一二级绝热床层之间及二三级绝热床层之间采取层间气气换热器移走绝热段出口热量，确保下一级绝热催化剂床层进口气体温度≤380℃，三级绝热催化剂床层出口高温合成气直接进入直连式废热锅炉，副产3.8MPa饱和蒸汽。

现有的氨合成反应器在最好运行参数的参数运行下，氨净值也仅为20.7％，而完成氨合成反应主要任务是一、二级绝热催化剂床层，而三级(末级)氨净值仅为3.53％，催化剂装填量占总装填量的50％以上，而只完成合成氨产量的3.53/20.07＝17.59％。三级(末级)之所以合成氨产量低，主要因为三级(末级)是绝热催化剂床层，出口426℃时反应“平衡温距”为10℃，氨合成反应平衡温距太小，抑制氨的合成速率。

现有合成氨反应器采用废热锅炉与氨合成反应器三级床层出口气体直连式的方式，该结构对应绝热催化剂床层无法保证催化剂床层在等温条件下进行合成氨反应。

鉴于所述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型。

实用新型内容

为解决所述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种径向等温合成氨反应器，包括承压壳体、集气筒、催化剂框、分隔部，所述催化剂框设置在所述承压壳体内，所述集气筒设置在所述催化剂框内，所述集气筒上设置有若干集气孔，所述催化剂框内部通过所述集气孔与所述集气筒内部连通，所述催化剂框上设置有分布孔，所述承压壳体内部通过所述分布孔与所述催化剂框内部连通，所述催化剂框通过所述分隔部与所述承压壳体内壁连接在所述催化剂框和所述承压壳体之间形成密封的气侧流通腔，所述催化剂框通过所述分隔部与所述集气筒连接在所述催化剂框和所述集气筒之间形成密封的催化反应腔，所述集气筒通过所述分隔部与所述承压壳体内壁连接在所述分隔部和所述承压壳体之间形成密封的集气室，所述催化反应腔内填充催化剂，且所述催化反应腔内设置有换热组件，所述集气室内设置有分水组件，所述分水组件与所述换热组件连通。

较佳的，所述分隔部包括气侧锥体、气侧球板，所述气侧锥体设置为环形件，且所述气侧锥体的内环与所述催化剂框密封连接，所述气侧锥体的外环与所述承压壳体密封连接，所述气侧球板设置为半球壳体，所述气侧球板外边缘与所述催化剂框密封连接，所述气侧球板与所述集气筒端部连接。

较佳的，所述承压壳体包括平盖、筒体、封头，所述平盖和所述封头分别设置在所述筒体的上下两端，所述筒体设置为圆柱型，所述平盖可拆卸设置在所述筒体上。

较佳的，所述催化剂框包括催化剂框平盖、催化剂框锥体、分布器，所述分布器设置为圆柱型，所述催化剂框平盖和所述催化剂框锥体分别设置在所述分布器的上下两端，所述分布器通过所述催化剂框锥体与所述分隔部密封连接，所述催化剂框平盖可拆卸设置在所述分布器上。

较佳的，所述封头对应所述气侧流通腔设置有用于进气的进气口；所述封头对应所述集气室设置有用于出气的出气口。

较佳的，所述分水组件包括水侧筒体，所述水侧筒体的两端分别设置水侧下封头和水侧球板以形成密封的水侧腔体，所述水侧腔体内设置有进水管管板，所述进水管管板将所述水侧腔体分隔为集水腔和分水室，出水总管的一端固定设置在所述进水管管板上并与所述集水腔连通，另一端穿过所述水侧下封头并设置在所述水侧筒体外部，所述水侧下封头上设置有进水口且所述进水口与所述分水室连通。

较佳的，所述换热组件包括盲肠换热器、导水管，所述盲肠换热器一端密封，另一端与所述水侧球板固定连接，且所述盲肠换热器与所述集水腔连通；所述导水管一端设置在所述盲肠换热器内，另一端与所述进水管管板固定连接，且所述导水管与所述分水室连通。

较佳的，所述盲肠换热器以所述集气筒为中心环形排布在所述催化剂框内。

较佳的，所述盲肠换热器沿所述导水管的延伸方向进行延伸。

较佳的，所述水侧筒体固定设置在所述封头上，所述水侧下封头设置在所述承压壳体的外部，所述水侧球板设置在所述集气室内。

与现有技术比较本实用新型的有益效果在于：本实用新型将盲肠换热管埋入催化剂床层，确保催化剂床层在340℃等温条件下进行合成氨反应，出口氨含量可达41.56％，是现在多段绝热合成氨合成率的2倍左右，与多段绝热传统合成氨反应器相比***压力下降2.0～5.0MPa、吨氨循环气量下降～50％、吨氨电耗下降～18.48％、吨氨冷量消耗下降～69.49％、吨氨多副产 12MPa高压蒸汽300～600kg(传统为3.8MPa中压蒸汽)，并且省略了易出事故的直连式废热锅炉，氨合成催化剂床层可以缩减为一个床层，氨合成工段工程投资将缩减20～30％。

附图说明

图1为所述径向等温合成氨反应器的结构视图。

图中数字表示：

1-平盖；2-催化剂框平盖；3-集气筒；4-盲肠换热器；5-导水管；6-筒体；7-分布器；8- 分布孔；9-集气孔；10-催化剂框；11-气侧球板；12-催化剂框锥体；13-水侧球板；14-进水管管板；15-气侧锥体；16-进气口；17-集气室；18-出气口；19-分水室；20-进水口；21-出水口； 22-集水腔；23-封头；24-出水总管；25-水侧下封头。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型所述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1所示，图1为所述径向等温合成氨反应器的结构视图。本实用新型所述径向等温合成氨反应器包括承压壳体、集气筒3、催化剂框10、分隔部，所述催化剂框10设置在所述承压壳体内，所述集气筒3设置在所述催化剂框10内，所述集气筒3上设置有若干集气孔9，所述催化剂框10内部通过所述集气孔9与所述集气筒3内部连通，所述催化剂框10上设置有分布孔8，所述承压壳体内部通过所述分布孔8与所述催化剂框10内部连通，所述催化剂框10通过所述分隔部与所述承压壳体内壁连接在所述催化剂框10和所述承压壳体之间形成密封的气侧流通腔，所述催化剂框10通过所述分隔部与所述集气筒3连接在所述催化剂框 10和所述集气筒3之间形成密封的催化反应腔，所述集气筒3通过所述分隔部与所述承压壳体内壁连接在所述分隔部和所述承压壳体之间形成密封的集气室17，所述催化反应腔内填充催化剂，且所述催化反应腔内设置有换热组件，通过所述换热组件保证所述催化剂框10内的反应温度稳定，所述集气室17内设置有分水组件，所述分水组件与所述换热组件连通实现换热液在所述换热组件内的循环。

较佳的，所述分隔部包括气侧锥体15、气侧球板11，所述气侧锥体15设置为环形件，且所述气侧锥体15的内环与所述催化剂框10密封连接，所述气侧锥体15的外环与所述承压壳体密封连接，所述气侧球板11设置为半球壳体，所述气侧球板11外边缘与所述催化剂框 10密封连接，所述气侧球板11与所述集气筒3端部连接。

所述分水组件和所述气侧球板11之间形成气侧球腔。

较佳的，所述承压壳体包括平盖1、筒体6、封头23，所述平盖1和所述封头23分别设置在所述筒体6的上下两端，所述筒体6设置为圆柱型，所述平盖1可拆卸设置在所述筒体 6上，以便于使用者进入所述承压壳体内部进行维修或装载催化剂。

一般的，所述催化剂框10包括催化剂框平盖2、催化剂框锥体12、分布器7，所述分布器7设置为圆柱型，所述催化剂框平盖2和所述催化剂框锥体12分别设置在所述分布器7的上下两端，所述分布器7通过所述催化剂框锥体12与所述分隔部密封连接，所述催化剂框平盖2可拆卸设置在所述分布器7上，以便于使用者进入所述催化剂框10内部进行维修或装载催化剂。

一般的，所述封头23对应所述气侧流通腔设置有用于进气的进气口16；所述封头23对应所述集气室17设置有用于出气的出气口18。

所述分水组件包括水侧筒体，所述水侧筒体的两端分别设置水侧下封头25和水侧球板 13以形成密封的水侧腔体，所述水侧腔体内设置有进水管管板14，所述进水管管板14将所述水侧腔体分隔为集水腔22和分水室19，出水总管24的一端固定设置在所述进水管管板14 上并与所述集水腔22连通，另一端的出水口21穿过所述水侧下封头25并设置在所述水侧筒体外部，所述水侧下封头25上设置有进水口20且所述进水口20与所述分水室19连通。

所述换热组件包括盲肠换热器4、导水管5，所述盲肠换热器4一端密封，另一端与所述水侧球板13固定连接，且所述盲肠换热器4与所述集水腔22连通；所述导水管5一端设置在所述盲肠换热器4内，另一端与所述进水管管板14固定连接，且所述导水管5与所述分水室19连通。

较佳的，所述盲肠换热器4以所述集气筒3为中心环形排布在所述催化剂框10内。

所述盲肠换热器4沿所述导水管5的延伸方向进行延伸。

所述水侧筒体固定设置在所述封头23上，所述水侧下封头25设置在所述承压壳体的外部，所述水侧球板13设置在所述集气室17内。

所述催化剂框平盖2、所述集气筒3、所述分布器7、所述气侧球板11、所述催化剂框锥体12形成一个径向的所述催化剂框10；所述导水管5在所述盲肠换热管4内部，所述盲肠换热管4埋在所述催化剂框10内部；所述水侧下封头24、所述进水口20、所述分水室19、所述进水管管板14、所述导水管5、所述盲肠换热管4、所述水球腔13、所述出水总管24形成一个水路循环***。

所述平盖1、所述筒体6、所述进气口16、所述封头23形成一个承压壳体。

所述催化剂框内部催化剂为铁系、铁钴系、钌系等合成氨催化剂，合成反应压力在80～ 15.0MPa范围，床层温度在300～480℃范围某一等温区，副产蒸汽压力在10～15MPa范围。日产合成氨200吨的一种径向等温合成氨反应器主要技术参数如下：

(1)反应器规格φ3600；

(2)催化剂装填量：150m³；

(3)最主要运行经济指标一览表

参数名称	电耗	冷量消耗	副产蒸汽	入塔气量
					单位	KWh/tNH<sub>3</sub>	KCa1/tNH<sub>3</sub>	kg/tNH<sub>3</sub>	Nm<sup>3</sup>/tNH<sub>3</sub>
经济指标	105	73262.60	1689.20	4698.82

本实用新型将盲肠换热管埋入催化剂床层，及时移走催化剂床层反应器，确保催化剂床层在340℃等温条件下进行合成氨反应，出口氨含量可达41.56％，是现在多段绝热合成氨合成率的2倍左右，与多段绝热传统合成氨反应器相比***压力下降2.0～5.0MPa、吨氨循环气量下降～50％、吨氨电耗下降～18.48％、吨氨冷量消耗下降～69.49％、吨氨多副产12MPa高压蒸汽300～600kg(传统为3.8MPa中压蒸汽)，并且省略了易出事故的直连式废热锅炉，氨合成催化剂床层可以缩减为一个床层，氨合成工段工程投资将缩减20～30％，本实用新型是氨合成领域一次革命性的节能创新。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种径向等温合成氨反应器，其特征在于，包括承压壳体、集气筒、催化剂框、分隔部，所述催化剂框设置在所述承压壳体内，所述集气筒设置在所述催化剂框内，所述集气筒上设置有若干集气孔，所述催化剂框内部通过所述集气孔与所述集气筒内部连通，所述催化剂框上设置有分布孔，所述承压壳体内部通过所述分布孔与所述催化剂框内部连通，所述催化剂框通过所述分隔部与所述承压壳体内壁连接在所述催化剂框和所述承压壳体之间形成密封的气侧流通腔，所述催化剂框通过所述分隔部与所述集气筒连接在所述催化剂框和所述集气筒之间形成密封的催化反应腔，所述集气筒通过所述分隔部与所述承压壳体内壁连接在所述分隔部和所述承压壳体之间形成密封的集气室，所述催化反应腔内填充催化剂，且所述催化反应腔内设置有换热组件，所述集气室内设置有分水组件，所述分水组件与所述换热组件连通。

2.如权利要求1所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述分隔部包括气侧锥体、气侧球板，所述气侧锥体设置为环形件，且所述气侧锥体的内环与所述催化剂框密封连接，所述气侧锥体的外环与所述承压壳体密封连接，所述气侧球板设置为半球壳体，所述气侧球板外边缘与所述催化剂框密封连接，所述气侧球板与所述集气筒端部连接。

3.如权利要求2所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述承压壳体包括平盖、筒体、封头，所述平盖和所述封头分别设置在所述筒体的上下两端，所述筒体设置为圆柱型，所述平盖可拆卸设置在所述筒体上。

4.如权利要求2所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述催化剂框包括催化剂框平盖、催化剂框锥体、分布器，所述分布器设置为圆柱型，所述催化剂框平盖和所述催化剂框锥体分别设置在所述分布器的上下两端，所述分布器通过所述催化剂框锥体与所述分隔部密封连接，所述催化剂框平盖可拆卸设置在所述分布器上。

5.如权利要求3所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述封头对应所述气侧流通腔设置有用于进气的进气口；所述封头对应所述集气室设置有用于出气的出气口。

6.如权利要求5所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述分水组件包括水侧筒体，所述水侧筒体的两端分别设置水侧下封头和水侧球板以形成密封的水侧腔体，所述水侧腔体内设置有进水管管板，所述进水管管板将所述水侧腔体分隔为集水腔和分水室，出水总管的一端固定设置在所述进水管管板上并与所述集水腔连通，另一端穿过所述水侧下封头并设置在所述水侧筒体外部，所述水侧下封头上设置有进水口且所述进水口与所述分水室连通。

7.如权利要求6所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述换热组件包括盲肠换热器、导水管，所述盲肠换热器一端密封，另一端与所述水侧球板固定连接，且所述盲肠换热器与所述集水腔连通；所述导水管一端设置在所述盲肠换热器内，另一端与所述进水管管板固定连接，且所述导水管与所述分水室连通。

8.如权利要求7所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述盲肠换热器以所述集气筒为中心环形排布在所述催化剂框内。

9.如权利要求7所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述盲肠换热器沿所述导水管的延伸方向进行延伸。

10.如权利要求7所述的径向等温合成氨反应器，其特征在于，所述水侧筒体固定设置在所述封头上，所述水侧下封头设置在所述承压壳体的外部，所述水侧球板设置在所述集气室内。

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