[实用新型]一种节省投资的氨合成装置

说明书

技术领域

本实用新型属于氨合成领域，适用于采用内换热式氨合成塔的氨合成装置。

背景技术

目前的氨合成工艺技术大多采用内换热式的氨合成塔，其还通过进出口换热装置将进、出内换热式氨合成塔的合成入塔气和合成出塔气进行换热。含H2和N2的原料气通过合成反应生成氨。反应过程在高压的条件下，在装填了催化剂的反应器（氨合成塔）中进行。一方面氨合成催化剂需达到一定的温度条件（起活温度）才能具有催化活性，且高温可以加快反应的速度；另一方面氨合成反应本身是一个放热反应，温度高不利于获得高的平衡氨浓度。基于上述两点考虑，在氨合成工艺的设计中，目前较多地采用了多段内换热的设计：催化剂被装填在同一反应器的不同床层或几个反应器中，反应本身在高温下进行，催化剂床层之间通过内换热器预热原料气来移走反应热，同时使原料气的温度达到催化剂的起活温度以上。图1和图2分别显示了，这种反应流程和氨合成塔的典型设计。

在图1所示的流程中，合成入塔气首先在进出塔换热器中预热，预热后的入塔气分为两部分，入塔气1.自氨合成塔的N1接口进入合成塔环隙，对合成塔外壳起保护作用，然后进入I床内换热器预热。入塔气2.自氨合成塔的N3接口直接进入合成塔内的II床内换热器预热。预热后的入塔气1.和入塔气2.温度达到催化剂的起活温度以上，进入I催化剂床层进行氨合成反应。氨合成反应的温度通常会升高到400℃以上，但由于合成塔外壳受到入塔气1.的保护，因此外壳的设计温度低于氨合成反应的温度，由入塔气1.的温度决定。

在传统技术流程中，进出塔换热器出口的合成入塔气的温度（1）决定了合成塔外壳的设计温度。由于热平衡及催化剂性能的关系，进出塔换热器出口的合成入塔气温度（1）需维持在170℃～210℃，相应的合成塔外壳设计温度大于200℃。合成反应在高压，高氢的环境下进行，合成塔外壳的设计温度越高，其设备造价就越高。当外壳的设计温度大于200℃时，材料需选用高等级材料，设备投资成台阶式上升。

与此同时采用该流程，进出塔换热器入口气的温度（2）决定了进出塔换热器的设计温度，设计温度越高，其设备造价就越高，当其设计温度大于200℃，进出塔换热器需要采用高等级材料，设备投资成台阶式上升。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提出一种节省投资的氨合成装置。

本实用新型目的通过下述技术方案来实现：

一种节省投资的氨合成装置，包括内换热式氨合成塔，以及其进出口换热装置，所述进出口换热装置分别设有合成入塔气进、出口和合成出塔气进、出口，其合成出塔气进口与所述内换热式氨合成塔的合成出塔气出口联通，所述进出口换热装置的合成入塔气出口至少有两个，分别为高温段出口和低温段出口，其低温段出口与所述内换热式氨合成塔的壳程环隙的合成入塔气入口联通，其高温段出口与所述内换热式氨合成塔上联通至塔内换热器的合成入塔气入口联通，所述内换热式氨合成塔的外壳和塔内件部分采用不同的材质和/或材质厚度，且外壳相比塔内部分采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。

作为优选方式，所述进出口换热装置为一进出口换热器，在所述进出口换热器的壳程上分别设置合成入塔气进口、所述的低温段出口、以及合成入塔气出口，合成入塔气出口为所述高温段出口，低温段出口设于上述合成入塔气进口和高温段出口之间。

作为优选方式，所述进出口换热装置由高温段和低温段两段组成，所述高温段出口设于高温段上，所述低温段出口设于低温段上，所述进出口换热装置的低温段和高温段被管板和管箱分隔，所述进出口换热装置的低温段和高温段采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。

作为更优选，所述进出口换热装置的低温段出口设于其上所述合成入塔气进口和高温段出口之间，所述低温段出口将所述进出口换热装置分成高温段和低温段两段。

作为更优选，所述进出口换热装置为一进出口换热器，所述进出口换热器由两块管板分隔成高温段和低温段两段，该两管板间所构成的管箱联通所述进出口换热器高温段和低温段的管程，所述进出口换热器高温段和低温段的壳程通过联接管联通，所述进出口换热器高温段和低温段采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度，所述管箱上设有所述低温段出口，所述进出口换热器的管程出口为所述高温段出口。