一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔

《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》是劉金成於2010年3月31日申請的發明專利，該專利的申請號為2010201455622，公告號為CN201793382U，公告日為2011年4月13日，發明人是劉金成、錢進華。

《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》高壓筒體上部徑向收縮，高壓筒體內裝設內筒，與高壓筒體間形成環隙通道，內筒下部裝設有有效段數的觸媒筐，內筒上部裝設有與各段觸媒筐相接的換熱器，內筒軸心處套裝有與各觸媒筐相通的集氣管，各集氣管出口與其匹配的換熱器相連。採用三段絕熱觸媒筐，段間間接換熱，由於觸媒層沒有冷管，避免了冷管型塔的冷管效應，又避免了段間採用冷激沖淡氨含量的弊端，符合最佳反應溫度曲線，氨淨值高，節能效果好，解決了大直徑氨合成塔外筒的頂蓋密封和流體阻力問題，尤其適合於大型合成氨裝置，符合穩定、節能、大型化發展趨勢，具有較好的推廣價值和經濟效益。

2018年12月20日，《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》獲得第二十屆中國專利銀獎。

（概述圖為《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔
• 公告號：CN201793382U
• 公告日：2011年4月13日
• 申請號：2010201455622
• 申請日：2010年3月31日
• 專利權人：劉金成
• 地址：河北省石家莊市經濟技術開發區（良村）創業路17號
• 發明人：劉金成、錢進華
• 分類號：C01C1/04（2006.01）I
• 類別：實用新型專利

專利背景

氨合成塔是合成氨廠關鍵設備，氨合成塔的使用效果直接影響生產的穩定和效益。2010年3月前使用的氨合成塔氨高壓外筒的形式有兩類，一類是直筒型，這種形式的高壓外筒在中國中小氮肥企業普遍使用，其缺點是大塔徑上部端蓋不易密封；另一類為大型合成氨廠普遍使用的縮口型氨合成塔；按觸媒筐的氣體流動方式氨合成塔又可分成兩類，一類為中小型合成氨廠普遍採用的軸向觸媒筐，其缺點是內件阻力大，能耗高；另一類為大型氨合成廠普遍使用的徑向觸媒筐，其阻力小；按內件的換熱方式主要有兩大類，一類為冷管型，如三套管、雙套管、單管折流等，這類內件由於存在冷管效應，很少使用；另一類為絕熱型，如多段絕熱冷激、多段絕熱間接換熱等，多段絕熱冷激由於冷激對氨含量的沖淡，因而被採用得越來越少，而多段絕熱間接換熱內件，由於其有較高的單程轉化率，成為氨合成內件的發展方向的代表型式；另外還有一些上述兩種形式的組合結構。以上各類氨合成塔在使用過程中發現存在有不同的缺陷，如設備結構複雜、氨淨值低、阻力大、觸媒利用率低、維修不便等。隨著氨合成塔的大型化，如何在遵行以上內件技術發展方向的前提下，減少設備造價，提高操作、維護的便利性變得越來越重要。

發明內容

專利目的

《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》針對2010年3月前已有氨合成塔存在的問題，提供一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔。

技術方案

《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》其特徵在於所述高壓筒體上部徑向收縮形成一頸部，高壓筒體內裝設一內筒，內筒與高壓筒體間形成環隙通道，內筒下部裝設有有效段數的觸媒筐，內筒上部裝設有與各段觸媒筐相配接的換熱器，內筒軸心處套裝有與各觸媒筐相通的集氣管，各集氣管出口與其匹配的換熱器相連。

所述觸媒筐由裝設於內筒下端的一段觸媒筐、二段觸媒筐、三段觸媒筐組成，所述換熱器由一段換熱器、二段換熱器和三段換熱器組成，其中三段換熱器冷氣體入口經環隙通道與高壓筒體底部入口相接，三段換熱器管間出口依次經二段換熱器、一段換熱器與內筒間的環隙，進入一段觸媒筐，出一段觸媒筐的氣體依次經觸媒筐下部隔板與觸媒筐底板間的間隙、內筒軸心處套裝的外層集氣管，進入一段換熱器的管間，經一段換熱器換熱後的氣體經一段換熱器底部出口，接二段觸媒筐上部的氣體入口管；二段氣體入口管進入的氣體依次通經二段觸媒筐外的徑向分氣流道、二段觸媒筐、內筒軸心處套裝的次外層集氣管，進入二段換熱器的管間，經二段換熱器換熱後的氣體經二段換熱器的底部出口，接三段觸媒筐上部的氣體入口管；三段氣體入口管進入的氣體依次通經三段觸媒筐外的徑向分氣流道、三段觸媒筐、內筒軸心處套裝的內層集氣管、三段換熱器的管內，出高壓筒體頂端出口。

所述高壓筒體的徑向收縮處設有三條副線氣入口，所述副線氣入口分別由與一段觸媒筐相通的一段副線管、經一段出口換熱器管內與一段觸媒筐相通的二段副線管和經二段出口換熱器管內與一段觸媒筐相通的三段副線管組成，所述副線管的高壓筒體與內筒之間採用金屬軟管連線。

對該實用新型的改進，所述一段觸媒筐還可採用徑向結構，即經換熱的氣體經一段觸媒筐外圓周壁面開設的分氣流道徑向進入一段觸媒筐，徑向流過一段觸媒筐後再經內筒軸心處套裝的外層集氣管上的集氣孔進入一段集氣管。

對該實用新型的進一步改進，所述一段換熱器還可下移設定於一段觸媒筐內，這種結構可降低該實用新型整體高度，並可取消二段觸媒筐上部的氣體入口管。

所述高壓筒體和內筒的徑向收縮處分別設有檢修人孔；與各換熱器相通的集氣管上分別設定膨脹節。

改善效果

1、由於採用該實用新型結構，即高壓筒體內裝設內筒，內筒中裝設有有效段數的觸媒筐，內筒中裝設有與各段觸媒筐相配的換熱器，即採用了三段絕熱觸媒筐，段間採用間接換熱，由於觸媒層沒有冷管，避免了冷管型塔的冷管效應，又避免了段間採用冷激降溫沖淡氨含量的弊端，符合最佳反應溫度曲線，氨淨值高，具有很好的節能效果。

2、由於高壓筒體上部徑向收縮形成一頸部，即高壓筒體採用上下不同直徑的變徑結構，上部筒體明顯小於下部筒體，解決了大直徑氨合成塔外筒的頂蓋密封問題。

3、由於內筒中裝設三個觸媒筐，由於一段觸媒筐高度較低，採用軸向流動方式，二段和三段床較高，對內件阻力起決定作用，採用徑向結構，有效解決了內件流體阻力問題。

4、由於三個換熱器設定於觸媒筐的上部，觸媒層中不設定換熱器，可方便換熱器的安裝、檢修、更換。

5、由於高壓筒體設定的三個副線氣進口與內筒上的副線進口用金屬軟管連線，充分考慮到了內件在運行過程中由於溫差應力引起的損壞。

6、在高壓筒體和內筒的徑向收縮處均開設檢修人孔，方便了內件的組裝和檢修。

由此可見，該實用新型這種多段絕熱間接換熱軸徑向節能型氨合成塔尤其適合於大型合成氨裝置，符合穩定、節能、大型化的發展趨勢，具有較好的推廣價值和潛在的經濟效益。

附圖說明

圖1為該實用新型一軸向兩徑向間接換熱結構示意圖。

圖2為該實用新型全徑向間接換熱結構示意圖。

圖3為圖2的全徑向間接換熱另一種結構示意圖。

權利要求

1.《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》包括高壓筒體（2），其特徵在於所述高壓筒體（2）上部徑向收縮形成一頸部，高壓筒體（2）內裝設一內筒（5），內筒（5）與高壓筒體（2）間形成環隙通道，內筒（5）下部裝設有有效段數的觸媒筐，內筒（5）上部裝設有與各段觸媒筐相配接的換熱器，內筒（5）軸心處套裝有與各觸媒筐相通的集氣管，各集氣管出口與其匹配的換熱器相連。

2.根據權利要求1所述的多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔，其特徵在於所觸媒筐由裝設於內筒（5）下端的一段觸媒筐（I）、二段觸媒筐（II）、三段觸媒筐（III）組成，所述換熱器由一段換熱器（10a）、二段換熱器（10b）和三段換熱器（10c）組成，其中三段換熱器（10c）冷氣體入口經環隙通道與高壓筒體（2）底部入口（1）相接，三段換熱器（10c）管間出口依次經二段換熱器（10b）、一段換熱器（10a）與內筒（5）間的環隙，進入一段觸媒筐（I），出一段觸媒筐（I）的氣體依次經觸媒筐（I）下部隔板（3a）與觸媒筐底板（4）間的間隙、內筒（5）軸心處套裝的外層集氣管（15a），進入一段換熱器（10a）的管間，經一段換熱器（10a）換熱後的氣體經一段換熱器（10a）底部出口（9a），接二段觸媒筐（II）上部的氣體入口管（6b）；二段氣體入口管（6a）進入的的氣體依次通經二段觸媒筐（II）外的徑向分氣流道（16b）、二段觸媒筐（II）、內筒（5）軸心處套裝的次外層集氣管（15b），進入二段換熱器（10b）的管間，經二段換熱器（10b）換熱後的氣體經二段換熱器（10b）的底部出口（9b），接三段觸媒筐（III）上部的氣體入口管（6c）；三段氣體入口管（6c）進入的的氣體依次通經三段觸媒筐（III）外的徑向分氣流道（16c）、三段觸媒筐（III）、內筒（5）軸心處套裝的內層集氣管（15c）、三段換熱器（10c）的管內，出高壓筒體（2）頂端出口（14）。

3.根據權利要求1所述的多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔，其特徵在於所述高壓筒體（2）的徑向收縮處設有三條副線氣入口，所述副線氣入口分別由與一段觸媒筐（I）相通的一段副線管（12a）、經一段出口換熱器（10a）管內與一段觸媒筐（I）相通的二段副線管（12b）和經二段出口換熱器（10b）管內與一段觸媒筐（I）相通的三段副線管（12c）組成，所述副線管的高壓筒體（2）與內筒（5）之間採用金屬軟管連線。

4.根據權利要求1所述的多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔，其特徵在於所述一段觸媒筐（I）進氣口採用徑向結構。

5.根據權利要求1所述的多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔，其特徵在於所述一段換熱器（10a）設定於一段觸媒筐（I）內。

6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔，其特徵在於所述高壓筒體（2）和內筒（5）的徑向收縮處分別設有檢修人孔（11，7）。

7.根據權利要求1所述的多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔，其特徵在於與各換熱器（10a，10b，10c）相通的集氣管（15a，15b，15c）上分別設定膨脹節（14a，14b，14c）。

實施方式

• 實施例1

如圖1所示，《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》包括高壓筒體2，所述高壓筒體2上部徑向收縮形成一頸部，高壓筒體2內裝設有一內筒5，內筒5與高壓筒體2間形成環隙通道，內筒5下部裝設有三段觸媒筐，即一段觸媒筐I、二段觸媒筐II和三段觸媒筐III，內筒5上部裝設有三個與各段觸媒筐相匹配的換熱器，即一段換熱器10a、二段換熱器10b和三段換熱器10c，內筒5的軸心處套裝有與各觸媒筐相通的集氣管15a、15b、15c，各集氣管出口與其匹配的換熱器相連。

內筒5內設有兩個隔板3a和3b，該隔板將內筒5內部自上而下分割成一段觸媒筐I、二段觸媒筐II和三段觸媒筐III，各段觸媒筐自上而下裝設於內筒5的下端，其中三段換熱器10c氣體入口經環隙通道與高壓筒體2底部入口1相接，經三段換熱器10c管間換熱、其出口依次經二段換熱器10c、一段換熱器10a與內筒5間的環隙，進入一段觸媒筐I，出一段觸媒筐I的氣體依次經觸媒筐I下部隔板3a與觸媒筐底板4間的間隙、內筒5軸心處套裝的外層集氣管15a，進入一段換熱器10a的管間，經一段換熱器10a換熱後的氣體經一段換熱器10a底部出口9a，進入二段觸媒筐II上部的氣體入口管6b；氣體依次通經二段觸媒筐II外側的分氣流道16b、二段觸媒筐II進行反應、內筒5軸心處套裝的次外層集氣管15b，進入二段換熱器10b的管間，經二段換熱器10b換熱後的氣體經二段換熱器10b的底部出口9b，接三段觸媒筐III上部的氣體入口管6c；入口管6c的氣體依次通經三段觸媒筐III外側的分氣流道16c、三段觸媒筐III進行反應、內筒5軸心處套裝的內層集氣管15c、三段換熱器10c的管內，出高壓筒體2頂端出口14。

高壓筒體2的徑向收縮處設有三條副線氣入口，其中與一段觸媒筐I相通的一段副線管12a，用於調節一段反應溫度；經一段出口換熱器10a管內與一段觸媒筐I相通的二段副線管12b，用於調節二段反應溫度；經二段出口換熱器10b管內與一段觸媒筐I相通的三段副線管12c，用於調節三段反應溫度。各副線管的高壓筒體2與內筒5之間採用金屬軟管連線，並在各觸媒筐與其匹配的換熱器相通的集氣管15a、15b、15c上分別設定膨脹節14a、14b、14c，避免由於溫差應力引起的設備損壞。另外，在高壓筒體2和內筒5的徑向收縮處分別設定檢修人孔11、7，以用於設備內件的組裝和檢修。

• 實施例2

如圖2所示，該實施例於實施例1不同之處是一段觸媒筐I採用徑向結構。在一段觸媒筐外設定分氣流道16a，氣體徑向進入一段觸媒筐I反應後，進入內筒5軸心處套裝的外層集氣管上的集氣流道17。

實施例3

如圖3所示，該實施例於實施例1不同之處是一段換熱器10a設定於一段觸媒筐I內，這種結構可取消二段觸媒筐II上部的氣體入口管6b，並取消了一段換熱器出口管9a。

榮譽表彰

2018年12月20日，《一種多段絕熱間接換熱節能型氨合成塔》獲得第二十屆中國專利銀獎。