氨合成塔结构研究及发展.docVIP

摘 要 氨合成塔是在高压、高温下用来使氮气和氢气发生催化反应进行氨合成的设备。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、高温下氢气对钢的腐蚀，氨合成塔由耐高压的封头、外筒和装在筒体耐高温的内件组成。 关键字: 氨合成塔 氨合成的工艺 合成塔结构 塔型性能的对比 目录 摘 要 I 目 录 II 第1章　绪 论 1 1.1 氨合成塔的发展状况 1 1.2 氨合成塔的介绍 1 1.3 氨合成塔的要求 2 1.4 氨合成塔的分类 3 第2章 氨合成的工艺 4 2.1 氨合成的原料原则及工艺流程 4 2.2 原料气的制备 4 2.3 原料气的净化 5 2.4 合成氨 7 第3章 氨合成塔的结构 16 3.1材料选用 16 3.2 内部结构及结构特点 16 3.3 设备的选型 16 3.4 氨合成塔的压力 17 第4章 各种塔型的性能对比 8 4.1凯洛格型氨合成塔 8 4.2托普索型氨合成塔 8 4.3伍德型氨合成塔 9 4.4布朗型氨合成塔 10 4.5卡萨利型氨合成塔 10 4.6国内各塔型的使用情况 11 4.7 发展趋势 12 4.8 新型氨合成塔 14 参考文献 18 致 谢 19 第1章　绪 论 1.1 氨合成塔的发展状况 随着合成氨技术的不断发展,氨合成塔向单系列、大型化、节能型方向发展。目前我国有大型氨合成装置30 套,所使用氨合成塔有5 种类型,即凯洛格型、托普索型、伍德型、布朗型、卡萨利型。这些塔型根据气体流动方向不同,分为轴向流型、径向流型和轴径向流型,各有所长。轴向流塔操作稳定,催化剂装量多;径向流塔效率高,压力降小,操作敏感性强,要求高效催化。 总之，我国的氨合成工艺经过赶上了发达国家水平，为我国的工农业生产作出了重大的贡献，所以我们必须不断探讨和掌握氨合成塔的规律，而且要继续攀登新的高峰，夺取胜利。 应对氨合成塔进行以下改进：增大触媒装填容积，提高利用率；采用新型触媒，充分发挥触媒的活性；降低气体阻力，改善气体分布的均匀性；采用两进两出两次合成新工艺；强化传热，合理安排冷热交换，提高热能回收比率；改善温度分布，使其达到最佳；简化系统，使操作集中，提高系统运转的可靠性 【1】。 1.2氨合成塔的详细介绍 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。 ?? 氨合成塔模型 现在工业上氨合成是内件外有保温层，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，氨合成反应速度最大时的温度称为最佳温度，此最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最佳温度下进行，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。 (1) 气体均布 气体均布理论我国在20 世纪70 年代就有研究,主要体现在分布器的设计、加工上。要求分布器筒体的加工精度高,增大气流使气体均布,但会引起局部气体分布不均,需增加再分布器。再分布器既要起到再分布的效果,又要节省高压空间。 (2) 用材、焊接要求高 氨合成塔内件处于高温、高压、氢介质环境,对用材要求高,一般用不锈钢,并且对Cr 、Ni 及铁素体的含量有严格要求,关键部位用Inconel 600Incoloy ,确保不腐蚀开裂。焊接应注意焊接接头的化学成份和金相组成、焊接接头和热影响区的硬度及焊缝表面质量。 (3) 解决热应力 解决热应力的方法有设置膨胀节、设置填料密封、采用迷宫密封和自由膨胀结构,进行精确计算并严控加工质量,以改善管板受力状态。 1.4 氨合成塔的分类 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