專利名稱：氨、醇合成反應(yīng)系統(tǒng)分流工藝流程的制作方法
一種涉及氨醇合成反應(yīng)系統(tǒng)分流工藝流程，用于化工中氨、甲醇合成生產(chǎn)，屬化肥生產(chǎn)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，化工生產(chǎn)的氨和甲醇合成，是將原料氣輸入反應(yīng)器內(nèi)，在高溫230℃～500℃，高壓1～32MPa條件下進(jìn)行的。反應(yīng)器由耐高壓的鋼質(zhì)厚壁外筒，和耐高溫的不銹鋼薄壁內(nèi)筒所組成。參見

圖1，反應(yīng)器的具體結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)筒(01)，外筒(02)，冷管束(03)，中心管(04)，換熱器(05)，下部四通(06)所構(gòu)成。在中心管(04)的下部用隔板(07)分隔成兩段，冷管束(03)由上環(huán)管(03A)、下環(huán)管(03E)、上升管(03B)、冷管(03C)、連接管(03D)構(gòu)成，在圖1中的反應(yīng)器是擁有幾項(xiàng)專利的新產(chǎn)品，但在反應(yīng)器外的工藝流程仍是傳統(tǒng)型的。
下面以氨合成反應(yīng)為實(shí)例說明傳統(tǒng)工藝流程，參見圖1，從冷卻冷凝分離系統(tǒng)(012)出來的未反應(yīng)循環(huán)氣，其溫度為30℃～45℃，從反應(yīng)器外筒(02)上部進(jìn)入、沿著內(nèi)、外筒間環(huán)隙由上而下流動。經(jīng)反應(yīng)器下部的四通(06)的一個出氣口出來，溫度達(dá)60℃～80℃，進(jìn)入熱交換器(09)，被管內(nèi)熱氣體加熱至170℃～190℃。經(jīng)反應(yīng)器下部四通(06)進(jìn)氣口，第二次進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)筒(01)的下部換熱器(05)的管間。由下而上被管內(nèi)熱氣加熱后進(jìn)入中心管(04)的下端，經(jīng)過與之相連接的上升管(03B)，由下而上進(jìn)入上環(huán)管(03A)，由上環(huán)管(03A)進(jìn)入冷管束(03C)，被管外的反應(yīng)熱氣體加熱，由上而下進(jìn)入下環(huán)管(03D)。經(jīng)下環(huán)管(03D)與連接管(03E)到達(dá)中心管(04)，由下而上從中心管(04)的上端出來。由上而下與內(nèi)件中的觸媒進(jìn)行合成反應(yīng)。其合成反應(yīng)熱由冷管束(03C)內(nèi)的未反應(yīng)的冷氣帶走。經(jīng)過反應(yīng)后的熱氣，其溫度約410℃～450℃，進(jìn)入內(nèi)件下部的換熱器(05)管內(nèi)，以加熱管外未反應(yīng)的冷氣，反應(yīng)后的熱氣由反應(yīng)器下部四通(06)二出口出來，溫度約為280℃～380℃進(jìn)入余熱回收器(08)，加熱管外的軟水，產(chǎn)生蒸汽外供。出來的熱氣溫度降至200℃左右，進(jìn)入熱交換器(09)的管內(nèi)，加熱管外未反應(yīng)氣。出來的反應(yīng)氣溫度降至130℃～140℃，進(jìn)入軟水加熱器(010)，加熱管外軟水，供廠區(qū)鍋爐給水。從軟水加熱器(010)出來的反應(yīng)氣，溫度降至70℃～80℃，進(jìn)入水冷排管(011)，被管外冷水噴淋，降溫到35℃左右，進(jìn)入冷卻冷凝分離系統(tǒng)(012)。在系統(tǒng)中冷卻到0℃以下，反應(yīng)氣體中的氨冷凝成液氨，分離出米加工成產(chǎn)品。再補(bǔ)充新的H2、N2氣，并加壓，成為未反應(yīng)循環(huán)氣，進(jìn)入反應(yīng)器，按前述工藝流程進(jìn)行反應(yīng)。
上面所述是合成氨和甲醇的傳統(tǒng)工藝流程，不難看出，它存在如下缺點(diǎn)1、熱回收率低，設(shè)備多，冷卻水耗量大，以合成氨為例，一出氣體溫度60℃～70℃，二出氣體溫度280℃～320℃，二出氣體經(jīng)余熱回收器(08)后，溫度降至200℃左右，在熱交換器(09)內(nèi)，二出氣體與一出氣體進(jìn)行熱交換，其溫度變化為二出熱氣從180℃～200℃降至110℃～130℃，而冷氣從60℃～70℃升溫至170℃～190℃，其間冷端傳熱溫差為50℃。此時熱氣溫度高達(dá)110℃～120℃就進(jìn)入水冷排冷卻到35℃，大量的反應(yīng)熱未被充分利用，因此中間必須要設(shè)一個軟水加熱器，利用110℃～120℃的熱氣加熱軟水。但軟水只能加熱到80℃～90℃，對工廠而言，這是低位能熱水，用途不大。
2、如不設(shè)置軟水加熱器，則在水冷排管(011)的冷卻水耗量更大。
3、第三個缺點(diǎn)是，全部氣體都要經(jīng)過所有的設(shè)備，流程長，阻力大。
鑒上，本發(fā)明的目的就是提供一種設(shè)備簡化，熱量回收效果好，水耗少，管線短，維修方便，工藝流程合理的合成氨和甲醇的分流工藝流程。
本發(fā)明采用下述技術(shù)方案，二進(jìn)一出分流方法，反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上不作變更，取消軟水加熱器，將冷卻冷凝分離系統(tǒng)分離出來的循環(huán)氣，在進(jìn)入反應(yīng)器之前，對循環(huán)氣進(jìn)行分流，將其分成兩股；一股約55～70％循環(huán)氣進(jìn)入熱交換器被加熱至170℃～190℃進(jìn)入反應(yīng)器；另一股約30～45％，溫度為25℃～45℃的循環(huán)氣直接進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)、外筒環(huán)隙。通過上述方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝流程的特征。
圖1為原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝流程2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)工藝流程圖參見圖1～圖2，在圖2中，反應(yīng)器由內(nèi)筒(1)、外筒(2)、冷管束(3)、中心管(4)、下部換熱器(5)、底側(cè)四通(6)、下環(huán)管(7)、上升管(8)、冷管(9)、上環(huán)管(10)、導(dǎo)氣管(11)、余熱回收器(12)、熱交換器(13)、水冷排(14)、冷卻冷凝分離系統(tǒng)(15)所構(gòu)成。
在圖2中，為二進(jìn)一出分流方法，與傳統(tǒng)工藝流程不同，從冷卻冷凝分離系統(tǒng)(15)出來溫度為30℃～45℃的循環(huán)氣在A點(diǎn)分成兩股，以并聯(lián)方式與反應(yīng)器連通，一股約占分離出來氣流量的55-70％，被輸送到熱交換器(13)的管間，被管內(nèi)熱氣加熱至170℃～190℃，經(jīng)反應(yīng)器底側(cè)四通(6)的二進(jìn)氣口，到達(dá)反應(yīng)器下部換熱器(5)的管間。由下而上與管內(nèi)自上而下的熱反應(yīng)氣換熱，被加熱至350℃～380℃，進(jìn)入中心管(4)。自下而上達(dá)到中心管(4)的頂端，折回往下與反應(yīng)器床層中觸媒作用，進(jìn)行氨合成放熱反應(yīng)，然后進(jìn)入換熱器(5)的管內(nèi)，經(jīng)底側(cè)四通(6)進(jìn)入余熱回收器(12)，熱交換器(13)，水冷排(14)，到達(dá)冷卻冷凝分離系統(tǒng)(15)完成一個循環(huán)。
另一股約占分離出來氣流量的30-45％未反應(yīng)循環(huán)氣，從反應(yīng)器底側(cè)四通(6)一進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)外簡環(huán)隙。由下而上，到達(dá)內(nèi)筒頂蓋，由頂蓋上的兩個進(jìn)氣口進(jìn)入導(dǎo)氣管(11)，此時的反應(yīng)氣溫度可達(dá)100℃～150℃。未反應(yīng)氣由上而下，到達(dá)上環(huán)管(10)，經(jīng)冷管(9)，下環(huán)管(7)，通至上升管(8)。其管口與中心管(4)管口齊平或略低于中心管(4)管口適當(dāng)位置。由上升管(8)出來的未反應(yīng)氣與中心管(4)出來的氣體在反應(yīng)器內(nèi)腔頂部匯集混合折回往下，由上而下通過反應(yīng)器在床層觸媒作用下進(jìn)行氨合成反應(yīng)。反應(yīng)后氣體溫度達(dá)到410℃～450℃。進(jìn)入下部換熱器(5)的管內(nèi)，降溫至300℃～380℃。經(jīng)余熱回收器(12)，加熱管外軟水產(chǎn)生蒸汽外供，熱氣降溫至200℃左右，進(jìn)入熱交換器(13)管內(nèi)，加熱未反應(yīng)循環(huán)氣，使未反應(yīng)的循環(huán)氣的溫度由30℃～45℃提高到170℃～190℃，而管內(nèi)的熱氣溫度由200℃左右降至70℃～90℃。然后進(jìn)入水冷排(14)，被管外冷水噴淋降溫至35℃左右，進(jìn)入冷卻冷凝分離系統(tǒng)(15)；分離氨后，補(bǔ)充H2、N2氣體，加壓，按前述工藝流程進(jìn)行下一個循環(huán)。
根據(jù)以上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、與傳統(tǒng)工藝相比，節(jié)省了一個高壓軟水加熱器，相應(yīng)地縮短了管線長度，降低了氣體流動阻力。
2、在傳統(tǒng)工藝流程中，有些反應(yīng)器系統(tǒng)雖未設(shè)置軟水加熱器，但此時進(jìn)入水冷排(14)的熱氣溫度高達(dá)110℃～120℃，而本發(fā)明的工藝流程，進(jìn)入水冷排的溫度僅為70℃～90℃，亦即反應(yīng)熱利用提高40℃左右溫差熱量，而這部分熱量又被用來加熱蒸汽外供，這部分熱量產(chǎn)生的蒸汽，比低溫60℃～70℃熱軟水使用價值大，傳輸熱損小。
3、本工藝流程的未反應(yīng)循環(huán)氣，是兩股并聯(lián)形式進(jìn)入反應(yīng)器的，為二進(jìn)一出分流式。與傳統(tǒng)工藝相比，不是所有的氣體都要經(jīng)過反應(yīng)器所有部件，其阻力可降低1/2～1/3，同時提高了反應(yīng)器的安全性，萬一有一條通路發(fā)生故障，另一條仍可暫時擔(dān)負(fù)管路的任務(wù)，而不致引起管路故障停止運(yùn)行。本發(fā)明不僅用于氨合成，對于甲醇和其他類似反應(yīng)器同樣適用。
權(quán)利要求
1.一種涉及氨醇合成反應(yīng)系統(tǒng)分流工藝流程，用于化工氨和甲醇的合成生產(chǎn)。它包括反應(yīng)器和反應(yīng)器外的熱交換器及冷卻冷凝分離系統(tǒng)，其特征是，二進(jìn)一出分流方法，由反應(yīng)器經(jīng)合成反應(yīng)出來的熱氣體，經(jīng)余熱回收器(12)加熱軟水回收余熱，熱交換器(13)加熱未反應(yīng)循環(huán)氣，水冷排(14)冷卻熱氣放熱，進(jìn)入冷卻冷凝分離系統(tǒng)(15)分離出來的液氨化或粗甲醇制成產(chǎn)品，分離出來未反應(yīng)循環(huán)氣，經(jīng)補(bǔ)氣加壓后分成兩股以并聯(lián)分流方式與反應(yīng)器相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨，醇合成反應(yīng)系統(tǒng)分流工藝流程，其特征是，未反應(yīng)的循環(huán)氣從A點(diǎn)被分流成兩股，一股占?xì)饬髁?5-70％溫度為30℃～45℃的氣體經(jīng)熱交換器(13)經(jīng)反應(yīng)器底側(cè)四通(6)的二進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)反應(yīng)器下部換熱器(5)管間，進(jìn)入中心管(4)頂端與反應(yīng)器床層中的觸媒作用進(jìn)行氨合成反應(yīng)，另一股占?xì)饬髁康?0-45％從反應(yīng)器底側(cè)四通(6)的一進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)筒(1)和外筒(2)間環(huán)隙，經(jīng)導(dǎo)氣管(11)，上環(huán)管(10)、冷管(9)、下環(huán)管(7)，上升管(8)與中心管(4)出來的未反應(yīng)氣匯集混合，與反應(yīng)器床層中的觸媒作用進(jìn)行氨合成反應(yīng)，反應(yīng)溫度可達(dá)410℃～450℃，經(jīng)換熱器(5)的管內(nèi)，從反應(yīng)器底側(cè)四通(6)出來，經(jīng)余熱回收器(12)，熱交換器(13)、水冷排(14)，到達(dá)冷卻冷凝分離系統(tǒng)(15)完成一個循環(huán)。
全文摘要
一種涉及氨醇合成反應(yīng)系統(tǒng)分流工藝流程,用于氨和甲醇的合成生產(chǎn)。由反應(yīng)器出來的熱氣體,經(jīng)余熱回收器(12),熱交換器(13),水冷排(14),進(jìn)入冷卻冷凝分離系統(tǒng)(15)。分離出來的氨被液化加工成產(chǎn)品,未反應(yīng)的循環(huán)氣,以并聯(lián)分流方式與反應(yīng)器連通。分流的兩股氣,一股占?xì)饬髁?5—70%經(jīng)熱交換器(13)加熱進(jìn)入反應(yīng)器,另一股30—45%的氣流量直接進(jìn)入反應(yīng)器。本發(fā)明不僅節(jié)省設(shè)備,而且管線縮短,流阻減少,余熱回收提高40℃溫差熱量。
文檔編號C01C1/04GK1183380SQ9611842
公開日1998年6月3日 申請日期1996年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月22日
發(fā)明者謝定中, 盧健, 李春陽, 嚴(yán)朝建, 黃湘柱 申請人:湖南安淳節(jié)能技術(shù)有限公司