專利名稱：直接換熱式合成塔內件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于用在進行氣固相催化反應過程的合成塔內件，特別是用于氨或甲醇的合成。
用于催化合成反應過程的合成塔主要有三類，1＞連續(xù)內部換熱式，也稱冷管式;2＞間接換熱式;2＞直接換熱式。
直接換熱式合成塔，由于調溫方便，能在較低壓力下使用在大型(日產一千噸以上)的合成氨廠或甲醇廠中。在美國專利US3475136(1969年10月)中對它有詳細的描述。同時由于該種合成塔工作壓力低(150巴左右)，觸媒體積大，存在有觸媒利用系數(shù)低、氨凈值不夠高、合成塔對各種工藝流程適應性不好的缺點，國外有的廠家開始改用間接換熱結構的合成塔或將間接換熱結構和直接換熱結構合并的改進型合成塔。在國外迄今尚未看見有中、小型合成氨廠合成塔采用直接換熱式結構的報導。然而在我國中、小型合成氨或甲醇廠卻均采用連續(xù)內部換熱式合成塔(合成塔通用設計(VSH版)Pg320Dg500～600上?；ぴO計院)，它只有一個催化床層，由于床內冷管結構復雜、壓力降大，在觸媒升溫還原時容易使觸媒反復地還原和氧化，從而使觸媒較快地降低了活性，并且合成塔內件焊縫常被熱脹冷縮時的內應力拉裂后漏氣造成停產更換內件。為此。本發(fā)明者在中國專利CN87100963的發(fā)明申請中提出了適合于大、中、小型合成氨或甲醇生產的新型的直接換熱式的合成塔，其直徑在0.5～5米之間。解決了上述兩類合成塔存在的缺點。該塔內件由2層以上的催化床和下部的熱交換器所構成，合成塔的直徑在0.5～5米之間。在催化床之間用冷熱氣體混合器支持觸媒并隔開催化床，氣體混合器由低溫調節(jié)氣噴頭、水平支持篩板、錐形外擋氣環(huán)、園柱形內擋氣環(huán)、錐形下?lián)鯕猸h(huán)、筋板和布氣板七部分機械連成整體的組合件，它是活動的，可以取出和裝入，操作運行時它被機械地固定在托圈上。經過年多來的實踐，許多小型合成氨廠原來的外部設備只要進行較小的變動，合成氨的產量可提高30～60%，經濟效益十分顯著。但是該發(fā)明的實際應用中。發(fā)現(xiàn)了一些缺點，該合成塔在裝填和卸出觸媒時比較麻煩，更換觸媒要化較多的時間，另外中心管上部死氣層較高，高壓空間的利用還未達到最好狀態(tài)。鑒于以上已有技術存在的缺點，本發(fā)明的目的是保留上一發(fā)明的優(yōu)點，將其結構進行適當?shù)母倪M，發(fā)明一種更加適合中、小型合成氨或甲醇的合成塔內件，其直徑在0.45～1.6米之間。其結構簡單，易于制作，便于裝、卸觸媒，充分利用高壓空間，提高了生產能力。
本發(fā)明的合成塔內件是適宜進行氨或甲醇的催化合成反應的，以軸向流動直接進行換熱的合成塔內件，它由上部的兩層以上的催化床和下部的熱交換器所構成，其特征是由錐形支承篩板、園柱形內布氣環(huán)和錐形下?lián)鯕獍宓葮嫵傻纳?、下兩個漏斗狀的氣體混合器所隔開，冷熱氣體混合器直接焊接固定在內件壁上，內件直徑在0.4～1.5米之間，適宜壓力為200～300巴。
冷熱氣體混合器由低溫氣調節(jié)噴頭、支承觸媒的錐形篩板、錐形下?lián)鯕獍?、錐形外擋氣環(huán)和園柱形內布氣環(huán)五部分機械地連接為一個整體。它們的相對位置為在低溫氣調節(jié)噴頭的上面是支承觸媒的錐形篩板，外面是錐形外擋氣環(huán)，里面是園柱形內布氣環(huán)，下面是錐形下?lián)鯕獍?，它們被機械地連接在一起成為整體組合件，構成方便裝卸觸媒的上下漏斗狀的機械裝置，將它放在焊在內壁上的托圈上，再用環(huán)狀固定板將整體件與內件壁焊接起來。氣體混合器里面的園柱形布氣環(huán)的直徑比中心管大許多，可讓觸媒從上往下順利地通過。
通入內件內的低溫氣是經過外筒頂蓋低溫氣進氣管分別進入各催化床間氣體混合器由噴頭噴出，與從篩板進入氣體混合器空間的熱反應氣相混合，再經過園柱形布氣環(huán)進入中部，從軸向向下進入下一層催化床進行反應。測量各催化床的熱電偶從穿過頂蓋固定的熱電偶套管中插入。
本內件焊接固定了絲網(wǎng)定位柵，固定和縮短了筐蓋和中心管頂端的絲網(wǎng)定位柵的距離，柵中部增加了中心管套管，讓減短以后的中心管在套管內可以自由伸縮，不致因熱脹而頂壞內件筐蓋，同時也增加了觸媒的容量。
本發(fā)明除了保持中國專利CN87100963發(fā)明申請中用于中、小型生產廠的合成塔的優(yōu)點以外，本發(fā)明還可以適用于提溫型、熱水型、經典型(無熱回收)的各種流程，比較國際上直接換熱式合成塔只適應于提溫型流程這點上是有了顯著的進步。本發(fā)明內件由于固定了冷熱氣體混合器，改進了部件結構，裝卸觸媒十分方便，節(jié)省了觸媒裝卸時間2～3天，而以直徑為600毫米的合成塔為例計算，一天的產值可達到6～7萬元。本發(fā)明對內件的頂部進行了改進，絲網(wǎng)定位柵焊接在內筒壁上，固定它與內件筐蓋的距離，中心管頂端絲網(wǎng)定位柵處增加了套管，中心管在里面可以自由伸縮，避免了熱脹中心管頂壞觸媒筐蓋，同時還縮短了絲網(wǎng)定位柵與筐蓋之間的距離，可以增加觸媒層的高度，加上改進氣體混合器以后亦可多裝觸媒，所以內件的觸媒裝填量有了較多的增加，相應地提高了合成塔的生產能力。
現(xiàn)有圖例表示本發(fā)明的一個典型結構

圖1為合成塔的軸向剖視圖;
在圖1中，內件10安裝在承壓外筒11內，內件10包括4個催化床層，其中有12A、12B、12C、12D四催化床層間的冷熱氣體混合器的結構相同，都是焊在內件10的內壁上來固定，只有催化床12D支承篩板20D是水平園形篩板，上面加工有可以穿過中心管的孔。
內件的三個冷熱氣混合器整體組合件是由錐形支承篩板20A、20B、20C，園柱形布氣環(huán)26A、26B、26C，錐形下?lián)鯕獍?0A、30B、30C，低溫調節(jié)氣噴頭22A、22B、22C，錐形外擋氣環(huán)24A、24B、24C五種部件組成。它們分別放在催化床的托圈14A、14B、14C上以后，再用環(huán)狀固定板28A、28B、28C將冷熱氣混合器焊接在內件壁上。托圈是直接焊接固定在內件10的壁上。冷熱氣混合器上留有低溫進氣管32，熱電偶套管50的穿孔。中心管62與園柱形內布氣環(huán)的間隙能讓觸媒很容易通過。38為列管熱交換器，36為折流板。
絲網(wǎng)定位柵66和中心管套筒64連在一起，并固定在內件10筒壁上。中心管62可以在套筒64中自由伸縮。
本發(fā)明的合成塔內件用于合成氨工藝過程的例子包括以下步驟<1>本發(fā)明的內件10裝入承壓外筒11，承壓外筒可以采用原設備外筒，要另加工頂蓋。按圖2與外系統(tǒng)管線接通。
<2>在合成反應的工藝過程中的合成氣的獲得，可采用已知任一適宜的氣化過程而得到的氣體，再經過一系列的凈化過程。就可以得到所需要的合格的合成氣。
<3>合成氣按圖2或其他工藝流程進行操作、循環(huán)機出口40，合成氣的溫度為35℃，壓力300巴，組成在表1中列出，以下按照圖2所述，到合成塔二次出口46處的反應氣溫度為290℃，壓力為295巴，氣體組成如表1所示，這時反應器的壓降為5巴，氨凈值為16.49%。本例子所使用的合成塔的直徑為0.6米，催化床的觸媒采用合成氨所常用的鐵觸媒。
表權利要求
1.直接換熱式合成塔內件、一種適宜進行氨或甲醇催化合成反應的以軸向流動直接換式合成塔內件，它由上都有2層以上的催化床(12)，下部為熱交換器(38)所構成，其特征是內件直徑在0.4～1.5米之間，適宜壓力為200～300巴，催化床間用冷熱氣體混合器支承觸媒，并隔并兩催化床，冷熱氣體混合器直接焊接在內件壁上。
2.根據(jù)權利要求1所述的合成塔內件，其特征是冷熱氣體混合器由低溫氣調節(jié)噴頭(22)，支承觸媒的錐形篩板(20)，錐形外擋氣環(huán)(24)，園柱形內布氣環(huán)(26)，錐形下?lián)鯕獍?30)五部分機械地連接為一個整體，它們的相對位置為在低溫氣調節(jié)噴頭(22)的上面是支承觸媒的錐形篩板(20)，外邊是錐形外擋氣環(huán)(24)，里面是園柱形內布氣環(huán)(26)，下面是錐形下?lián)鯕獍?30)，它們被機械地連接在一起成為整體組合件放在托圈(14)上，然后用環(huán)狀固定板(28)焊接在內件壁上。
3.根據(jù)權利要求2所述的合成塔內件，其特征是冷熱氣體混合器中由錐形篩板(20)、錐形下?lián)鯕獍?30)和園柱形內布環(huán)(26)所形成的組合件構成了便于裝卸觸媒的上、下兩個漏斗狀的機械裝置。
4.根據(jù)權利要求2所述的合成塔內件，其特征是焊接固定了絲網(wǎng)固定柵固定和縮短了筐蓋和中心管頂端的絲網(wǎng)固定柵之間的距離，柵中部增加了中心管套管，使減短后的中心管在套管內可自由伸縮不致因熱脹而頂壞筐蓋。
全文摘要
直接換熱式合成塔內件，一種直接換熱式合成氨或甲醇合成塔內件。結構簡單、調溫方便，合成率高。由兩層以上的催化床和熱交換器所構成。催化床之間由冷熱氣混合器所隔開，混合器固定在內件壁上，它由觸媒支承篩板和錐形下?lián)鯕獍宓葮嫵缮?、下兩個漏斗狀的機械裝置，方便觸媒的裝卸，可節(jié)省大修時間。本發(fā)明適合中、小型生產廠使用，可提高生產能力，安裝時可保留原合成塔承壓外筒，節(jié)約設備投資。
文檔編號B01J8/04GK1042480SQ88107819
公開日1990年5月30日 申請日期1988年11月9日 優(yōu)先權日1988年11月9日
發(fā)明者余遠明, 鄧萬貞 申請人:余遠明, 鄧萬貞