氨合成塔ammonia synthesis converter
現(xiàn)在工業(yè)上氨合成是在壓力 15.2～30.4MPa、溫度400～520℃下進(jìn)行的，為防止高壓、高溫下氫氣對(duì)鋼材的腐蝕，氨合成塔由耐高壓的封頭、外筒和裝在筒體內(nèi)耐高溫的內(nèi)件組成。內(nèi)件外有保溫層，操作時(shí)進(jìn)塔的冷氣體流過(guò)內(nèi)、外筒間的環(huán)隙，從而避免外筒溫度過(guò)高。這樣，外筒只承受高壓，可用低合金高強(qiáng)度鋼制作。內(nèi)件雖然是在高溫下操作，但是只承受氨合成塔進(jìn)出口的壓力差，可用耐熱鎳鉻合金鋼制作。內(nèi)件包括催化劑筐和換熱器兩個(gè)主要部分，筐內(nèi)裝鐵催化劑，氨合成反應(yīng)在此進(jìn)行。從催化劑筐出來(lái)的熱氣體溫度通常在 460℃以上，進(jìn)氨合成塔的冷氣體溫度根據(jù)流程的不同，有的為20～30℃，有的可達(dá)140℃以上。為了使進(jìn)氨合成塔的氣體能加熱到反應(yīng)溫度，同時(shí)又能冷卻反應(yīng)后氣體，在塔內(nèi)還設(shè)有換熱器。換熱器有列管式、螺旋板式和波紋板式，其中以列管式采用最多。氨合成催化劑在開(kāi)車之前必須還原（見(jiàn)氨合成），還原需要提供一定的熱量，為此中小型氨合成塔內(nèi)部裝有電加熱器，大型氨合成塔則采用塔外設(shè)置開(kāi)工加熱爐的辦法來(lái)解決。在給定的鐵催化劑和壓力下，氨合成溫度不同，反應(yīng)速度也不同。對(duì)于一定的氨含量，氨合成反應(yīng)速度最大時(shí)的溫度稱為最佳溫度，此最佳溫度隨著氨含量增大而降低。由于氨合成為放熱反應(yīng)，催化劑床層的溫度將隨著反應(yīng)進(jìn)行而不斷升高。為使氨合成反應(yīng)能在接近最佳溫度下進(jìn)行，需要采取措施移走多余的熱量。工業(yè)上按傳熱方式區(qū)分催化劑筐的類型。
內(nèi)部換熱式 又稱連續(xù)換熱式。特點(diǎn)是在催化劑床層中設(shè)置冷卻管，通過(guò)冷卻管進(jìn)行床層內(nèi)冷熱氣流的間接換熱，以達(dá)到調(diào)節(jié)床層溫度的目的。冷卻管形式有單管、雙套管和三套管之分，根據(jù)催化劑床層和冷卻管內(nèi)氣體流動(dòng)方向的異同，又有逆流式和并流式冷卻管之分。以并流雙套管式氨合成塔為例（圖1），
間斷換熱式 主要特征是反應(yīng)和換熱間斷進(jìn)行。催化劑床層分為若干段，在段間通入的未預(yù)熱的氮?dú)浠旌蠚庥靡灾苯永鋮s，稱為多層直接冷激式氨合成塔。
按床層內(nèi)氣體流動(dòng)方向不同，分為沿中心軸方向流動(dòng)的軸向氨合成塔（圖2a）和沿半徑方向流動(dòng)的徑向氨合成塔（圖2b）。它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損部件少，內(nèi)件比較穩(wěn)妥，多被大型氨廠采用。
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