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氨合成塔

[拼音]:an hechengta

[外文]:ammonia synthesis converter

在高压、高温下用来使氮气和氢气发生催化反应以进行氨合成的设备。氨合成塔是合成氨厂的心脏,是一种结构复杂的反应器。

现在工业上氨合成是在压力 15.2~30.4MPa、温度400~520℃下进行的,为防止高压、高温下氢气对钢材的腐蚀,氨合成塔由耐高压的封头、外筒和装在筒体内耐高温的内件组成。内件外有保温层,操作时进塔的冷气体流过内、外筒间的环隙,从而避免外筒温度过高。这样,外筒只承受高压,可用低合金高强度钢制作。内件虽然是在高温下操作,但是只承受氨合成塔进出口的压力差,可用耐热镍铬合金钢制作。内件包括催化剂筐和换热器两个主要部分,筐内装铁催化剂,氨合成反应在此进行。从催化剂筐出来的热气体温度通常在 460℃以上,进氨合成塔的冷气体温度根据流程的不同,有的为20~30℃,有的可达140℃以上。为了使进氨合成塔的气体能加热到反应温度,同时又能冷却反应后气体,在塔内还设有换热器。换热器有列管式、螺旋板式和波纹板式,其中以列管式采用最多。氨合成催化剂在开车之前必须还原(见氨合成),还原需要提供一定的热量,为此中小型氨合成塔内部装有电加热器,大型氨合成塔则采用塔外设置开工加热炉的办法来解决。在给定的铁催化剂和压力下,氨合成温度不同,反应速度也不同。对于一定的氨含量,氨合成反应速度很大时的温度称为佳温度,此佳温度随着氨含量增大而降低。由于氨合成为放热反应,催化剂床层的温度将随着反应进行而不断升高。为使氨合成反应能在接近佳温度下进行,需要采取措施移走多余的热量。工业上按传热方式区分催化剂筐的类型。

内部换热式

又称连续换热式。特点是在催化剂床层中设置冷却管,通过冷却管进行床层内冷热气流的间接换热,以达到调节床层温度的目的。冷却管形式有单管、双套管和三套管之分,根据催化剂床层和冷却管内气体流动方向的异同,又有逆流式和并流式冷却管之分。以并流双套管式氨合成塔为例(图1),

气体从塔顶部进入,在环隙中沿塔壁而下,经换热器壳程后到分气盒,分散到各双套管的内冷却管,到管顶折至外冷却管,气体被预热到铁催化剂的活 温度(通常为 400℃左右),再流经设有电加热器的中心管。从上而下通过催化剂床层,氮气和氢气在此反应后,出催化剂筐,通过换热器管程降低温度,出合成塔。为控制催化剂床层温度不致过高,有少量气体从冷气旁路管进入塔内,不经换热器壳程,而直接与已经预热的气体混合。

间断换热式

主要特征是反应和换热间断进行。催化剂床层分为若干段,在段间通入的未预热的氮氢混合气用以直接冷却,称为多层直接冷激式氨合成塔。

按床层内气体流动方向不同,分为沿中心轴方向流动的轴向氨合成塔(图2a)和沿半径方向流动的径向氨合成塔(图2b)。它们结构简单,易损部件少,内件比较稳妥,多被大型氨厂采用。

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