專利名稱：組合冷管內部換熱催化反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型的內容是關于內部進行熱交換的催化反應器，是一種化學反應工程單元操作設備。可用作氨合成塔，甲醇合成塔和其他需要內部進行換熱的化工設備。
現有技術中有一種由南京化學工業公司設計院本人參與設計的φ800mm雙層并流交叉換熱的氨合成塔，雖然與同樣規格的其他類型氨合成塔相比，操作穩定，彈性大。在操作條件基本相同情況下，氨產量是其他類型塔的1.4倍。但是，該塔裝填催化劑非常復雜，既費工又費力。南化設計院也曾做過一些改進，即改成對向流動低阻力催化反應器并取得了專利權(專利號85204137·3)。這一改進的主要成果是把原來的分段裝填催化劑改成一次裝填催化劑。該設備集氣盒采用菱形集氣器，冷管組則由上下環管和以冷管組成。通過實際制造，安裝和使用，發現制造安裝仍舊比較困難。某些部件的組焊焊縫無法進行中間檢查，焊完后試壓，如發現泄漏，返修比較麻煩，制造質量較難保證。投入使用后的檢查修理較為不便。
造成制造、安裝困難和制造質量難保證等問題的原因是由如下結構所致菱形集氣器，它是一個鉚焊件，但制造精度要求又高，在內件組裝時不得不采取強行安裝，既增加了勞動強度又使設備的某些部件產生了過大的安裝應力。因此，導致了使用壽命不長。這種結構的集氣器使安裝后的內件拆卸一定要采用割開催化劑筐筒體的破壞性拆卸，所以對在運輸中易損壞的冷管組不能進行現場安裝前的復檢，往往在投產不久就發生泄漏。同時還會造成冷管布置不均勻致使催化劑層，同平面溫差較大和催化劑裝填不流暢等問題。
冷管組，它主要是由上下環管和四層冷管組成。由于密焊在環管上的冷管有四層，故一次性焊接質量要絕對保證。否則，該冷管組焊完后進行試壓，發現滲漏返修很困難。最后焊接的兩層冷管，在施焊時有看不見熔池的部位，所以焊接質量很難保證。
該設備的催化劑筐上部蓋采用焊死結構，這樣對催化劑的更換，內部填料箱填料的更換和冷管組、集氣器的檢查更換都有困難。
本實用新型的目的在于提供一種優于上述對向流動低阻力催化反應器。該設備在制造、檢查、安裝、更換催化劑和檢修方面都比較方便，冷管布置更加均勻，高壓空間的利用更加充分。與原對向流動低阻力催化反應器相比，本實用新型的冷管組采用組合冷管組；集氣器采用了星形集氣器，催化劑筐上部頂蓋采用了溫差式自緊密封。組合冷管組，是由一個或多個大小不同的冷管組套裝而成的。每一冷管組僅有兩層冷管焊接在環管上，這樣冷管與環管焊接時沒有看不見熔池部位的缺點，焊完后試試壓發現滲漏容易返修。所有焊縫都能進行檢查，冷管組的質量容易保證。星形集氣器的徑向截面空隙大，制造精度要求不高，結構又很簡單，制造容易。星形集氣器與組合冷管組配合使用可使催化劑筐內件拆裝自如，減少了組裝的工作量和勞動強，避免了安裝應力的產生。對在運輸中可能會造成損壞的冷管組能進行復檢返修。冷管分布比原“反應器”均勻，以減小同平面溫差。催化劑的裝填量比原“反應器”增加百分之一點五以上，提高了高壓空間的利用率。星形集氣器徑向截面空隙大使下段催化劑在裝填催化劑時流動暢通，所以可裝填得比原塔勻實。催化劑筐上部頂蓋采用溫差式自緊密封的可拆結構。這樣，對催化劑的更換，內部填料箱填料的更換，冷管組和集氣器的檢查修理和更換都比原“反應器”方便。本設備根據需要可做成反應氣體在兩段催化劑層中的流向可認是對向的也可以是背向的(背向時星形集氣器改成星形分布器)。
附圖描述了本實用新型的一個實例。
圖1 為組合冷管內部換熱催化反應器總體示意圖。
1－冷氣入口2－催化劑筐筒體
3－殼體4－冷氣出口5－氣體入口6－器內換熱器7－中心管8－下組合冷管組9－上組合冷管組10－上段催化劑層11－下段催化劑層12－星形集氣器13－導氣管14－氣體出口15－副線進口本圖描述了組合冷管內部換熱催化反應器，它由殼體(3)、催化劑筐筒體(2)，上組合冷管組(9)、星形集氣器(12)，下組合冷管組(8)等組成。氣體從冷氣入口(1)進入設備，經催化劑筐筒體(2)和殼體(3)之間的環隙自上而下通過設備從冷氣出口(4)流出，用來保護殼體(3)不致過熱而造成氫腐蝕。這股氣體出“反應器”后進入“反應器”外換熱器中被加熱后經中心管(7)上升到催化劑筐頂部腔內，分別進入上組合冷管(9)和下組合冷管組(8)。該氣體流經兩冷管組，帶走催化劑層中的反應熱。從上組合冷管組流出的原料氣進入下段催化劑層(11)。從下組合冷管流出的原料氣進入上段催化劑層(10)如此，以平衡上、下段的反應溫度。原料氣流經催化劑層并進行化學反應。未反應的原料氣和反應產物一起流出催化劑層，經星形集氣器(12)進入中心管(7)和導氣管(13)所構成的環隙流入器內換熱器(6)的管內。氣體在“反應器”內換熱器中換熱后從氣體出口(14)流出本設備。當反應氣的溫度過高時從副線進口(15)通入適當冷氣以達調節溫度的目的。
圖2星形集氣器主視圖圖3星形集氣器俯視
圖16－U形卡子17－金屬絲網18－連接圈19－連接板20－多孔板21－板條22－自調心轂筒圖2和圖3描述了星形集氣器，它由自調心轂筒(22)、板條(21)和連接圈(18)等組成骨架。在板條上鋪焊一層多孔板(20)(當側壓不大時可不鋪焊多孔板)再裹金屬絲網(17)最后用U形卡子(16)和連接板(19)固定。
圖4溫差式自緊密封結構示意圖23－密封元件24－較高溫度的內密封面25－較低溫度的外密封面26－隔熱層圖4描述了溫差式自緊密封結構，它由密封元件(23)(該零件可采用多種型式)與具有較高溫度的內密封面(24)和具有較低溫度的外密封面(25)以及隔熱層(26)構成。這種密封結構主要是依靠內外密封面的熱膨脹量的不同(內大外小)產生自緊，達到密封的目的。
圖5為現有技術冷管組示意圖27－氣體引入管28－上環管29－冷管30－下環管31－氣體引出管圖5描述了現有技術冷管組，它主要由上環管(28)下環管(30)和四層冷管(29)結成。在組焊時最外層冷管與環管焊接的內側熔池無法看到，難以保證焊接質量。該處焊縫也無法檢查。在組焊完畢后如試壓發現中間兩層冷管焊縫泄漏時不能進行非破壞性返修。
圖6本實用新型改造后的組合冷管組示意圖32－氣體引入管33－外冷管組上環管34－內冷管組上環管35－外冷管組下環管36－內冷管組下環管37－冷管38－氣體引出管圖6描述了組合冷管組，它由外冷管組上環管(33)、外冷管組下環管(35)和冷管(37)組成外冷管組。由內冷管組上環管(34)、內冷管組下環管(36)和冷管(37)組成內冷管組。再將組焊檢驗合格后的內、外冷管組套裝成組合冷管組。由于每一冷管組只有兩層冷管與環管組焊，故組焊時所有熔池都能看見，所有焊縫都能檢查。試壓后發現滲漏容易返修。
本實用新型在制造、安裝、檢查及維修方面比現有技術具有突出的優點，因而也具有顯著的經濟效益。
權利要求1.一種催化劑床層埋設冷管組的軸向流動催化應器，其特征在于催化反應器由上組合冷管組(9)、星形集氣器(12)、下組合冷管組(8)及溫差式自緊密封裝置組成。
2.按權利要求1所述的催化反應器其特征在于每一冷管組是由兩層冷管與環管組焊而成，且由兩個或多個大小不同的冷管組套裝成組合冷管組。
3.按權利要求1所述的催化反應器其特征在于氣體集氣盒采用了星形集氣器，它由自調心轂筒(22)、板條(21)和連接圈(18)組成骨架。在板條上鋪焊一層多孔板(20)，裹金屬絲網(17)再用U形卡子(16)和連接板(19)固定。
4.按權利要求1所述的催化反應器其特征在于催化劑筐上部頂蓋采用了溫差式自緊密封的可拆結構。
專利摘要本實用新型是一種內部換熱催化反應。適用于氨合成或甲醇合成等場合的化工單元操作設備，主要特征是反應器內催化劑床層埋設的冷管組是由兩個或多個用兩層冷管與環管組焊成的冷管組套裝成的組合冷管組。氣體集氣盒采用星形集氣器，催化劑筐上部頂蓋采用了溫差式自緊密封可拆結構，具有易制造、安裝、檢查、維修等突出優點及顯著的經濟效益。
文檔編號B01J8/04GK2093693SQ91213979
公開日1992年1月22日 申請日期1991年6月29日 優先權日1991年6月29日
發明者孫多培 申請人:南京化學工業(集團)公司設計院