JPH0662293B2 - アンモニア合成用コンバ−タ− - Google Patents

アンモニア合成用コンバ−タ−

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JPH0662293B2
JPH0662293B2 JP59213249A JP21324984A JPH0662293B2 JP H0662293 B2 JPH0662293 B2 JP H0662293B2 JP 59213249 A JP59213249 A JP 59213249A JP 21324984 A JP21324984 A JP 21324984A JP H0662293 B2 JPH0662293 B2 JP H0662293B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水素と窒素とからアンモニアの発熱、接触合
成法用の直立コンバーターに関する。この合成法は周知
であり、典型的には約７０〜約３２５バールの範囲内の
圧と約３４０℃〜約５２５℃の範囲内の温度において行
なわれる。
現代の大生産能力アンモニア工場において一般に用いら
れているのは単一のコンバーターである。毎日１０００
メートルトンの工場において、触媒の容積は約４０〜約
９０ｍ3の範囲に及ぶであろうし、約２〜約４ｍの直径
と約１０〜約３５ｍの長さまたは高さを有するコンバー
ターに収容されるであろう。コンバーター内の触媒床は
ガスの横方向の流れ、半径方向の、または軸方向の流れ
に対して配列することができる。軸流コンバーターは極
く普通のもので、通例冷壁二重殻設計を使用するが、こ
れは外側の耐圧殻に隣接して冷却ガスを通す殻間隙を備
えている。本発明のコンバーターは冷壁軸流コンバータ
ーである。
反応の平衡を考慮し且つ触媒の過熱および損害の可能性
から、単独の触媒床に触媒全量を収容することは実際的
でない。それ故、床間または床内冷却の設備のある複数
の床に触媒を配置することが一般に実施されてきた。慣
習として、この冷却は部分的に転化したガスとの直接熱
交換のために冷たい合成用ガスの床間注入によつて与え
られている（即ち、直接急冷コンバーターまたは多管式
の床間熱交換器とガス急冷のある種の組合せ）。直接急
冷を強調するコンバーターの設計は組合せ設計よりもコ
ストを低くする傾向がある。それは導入する急冷ガスの
容積に従つて使用される多管式熱交換器の数がより少
く、要領がより小さくなるからである。しかし、この設
計を用いる工場は、コンバーターに導かれる合成用ガス
の全量がその中の触媒の全量と接触するのではないか
ら、合成用ガスの圧縮コストがより高くなるという罰を
受けることになる。それ故、一定量のアンモニア製品を
得るためにより多量のガスを循環させなくてはならな
い。
上述の議論より、アンモニアコンバーターが設備の大き
さ且つ複雑な問題であり、効率のより高い、且つコスト
のより低い設計への進歩が必要であることが理解されよ
う。
本発明により、直立、冷壁、３触媒床のコンバーター
で、単一の熱交換器を有するものが提供される。３個の
軸流触媒床はコンバーターの円筒形内殻の中に垂直に配
列されている。ガスは連続して殻間隙、間接熱交換器の
低温交換側、上部触媒床、間接熱交換器の高温交換側を
通り、そして最後に並列に中間および下部触媒床を通つ
て流れる。中間および下部触媒床から出るガスは単一の
ガス出口装置を通して一緒に排出させるために再び合体
させることが望ましい。
本発明のコンバーターは触媒床の間またはその内部にお
いて外部の急冷ガスを使用しない。すなわちそれは、間
接熱交換器の高温交換側の出口部分が中間および下部触
媒床と夫々別個の流れの連絡をしている、全流式コンバ
ーターである。従つて、中間および下部触媒床からのコ
ンバーター排出口のガスばすべて最初に上部触媒床を通
過する。
触媒床は側部を円筒形内殻の夫々の部分によつて境界を
定められ、且つ多孔仕切板によつて支持されており、そ
の仕切板はまた内殻によつて支持されている。中間流体
障壁装置または仕切板が上部および中間触媒床の間に配
置されて、触媒床間の直接のガスの流れを妨げている。
同様に、下部流体障壁装置または仕切板が中間および下
部触媒床の間に配置され、それらの触媒床間の直接のガ
スの流れを妨げる。上述のプロセスのガスの流れに従つ
てガスを送るために軸流導管または他の流れの連絡装置
が触媒床中に配置されている。
本発明の実施態様の一つにおいて、単一の間接熱交換器
は上部触媒床の上に隣接して配置される。本発明の他の
一つの実施態様においては、単一の間接熱交換器は上部
触媒床の下に隣接して配置される。
上記触媒床に入る反応物合成ガスは水素と窒素、それに
極く僅かの量の他のガスを含むものであるから、合成反
応は比較的速やかであつて、過度の高温になつて生ずる
触媒の損害を防ぐために転化を制限する必要がある。上
部触媒床からの部分的に転化したガスは間接熱交換器で
冷却され、その冷却した部分転化ガスは並列に中間およ
び下部触媒床に導入される。この冷却したガスはアンモ
ニアと減少した量の水素と窒素を含んでおり、結果とし
て下流の並列触媒床において比較的遅い合成反応並びに
より高いアンモニウム濃度の平衡を生ずる。従つて、中
間および下部触媒床は、アンモニアへの転化が増加する
とき過熱される可能性が減少するので、上部触媒床より
も多くの触媒を収容することを許される。本発明のコン
バーターを最も有効に利用するために、中間および下部
触媒床は実質的に等量の触媒を含み、上部触媒床の触媒
量は中間または下部触床の触媒量の約３５〜約６５％で
ある。
第１図は、熱交換器が上部触媒床の上に配置されている
本発明の実施態様である。
第２図は、熱交換器が上部触媒床の下に配置されている
本発明の実施態様である。
第１図に関して、直立コンバーターは円筒形耐圧外殻１
の中に収容されており、その外殻には頂部外側鏡板２お
よび、底部外側鏡板３が付いている。円筒形内殻４が耐
圧外殻の内部に且つ平行して配置され、後者と間隔をと
つて殻間隙５を形成する。頂部内側鏡板６および底部内
側鏡板７が内殻に付いている。ガス出口装置８は底部外
側鏡板３の中に配置され、底部内側鏡板７は底部内側鏡
板の内側部分と転化製品ガスのための外部配管との間の
流体連絡路を備え、且つ転化製品ガスと、ガス入口装置
９を通して殻間隙に導入される反応物合成ガスとの間に
流体障壁となる。ガス入口装置も底部外側鏡板に配置さ
れている。
１台の多管式熱交換器１０が頂部内側鏡板６に取付けら
れている。この実施態様において、熱交換器の管側１１
は殻間隙から入る反応物合成ガスのための低温熱交換側
であり、熱交換器の管外側１２は部分転化ガスのための
高温熱交換側である。熱交換器の外殻は頂部内側鏡板に
接続しており、殻間隙と内殻４の内側のとの間の流体障
壁の役をなす。
上部触媒床１３は単一熱交換器の下に隣接して位置し、
円筒形内殻の上端によつて包まれ且つ一部境界を限定さ
れており、また内殻に接続する多孔皿形鏡板３２によつ
て支持されている。上部触媒床はその触媒床の上表面に
よつて一部形成された入口部分１４および多孔皿形鏡板
３２の下に隣接した出口部分１５を有する。
入口部分１７と出口部分１８を有する下部触媒床１６並
びに入口部分２０と出口部分２１を有する中間触媒床１
９は上部触媒床と同様に配列されている。下部および中
間触媒床の容積は実質的に同等であり、上部触媒床の容
積は中間触媒床の約３５〜約６５％である。
中間仕切板２２は円筒形内殻４と接続する皿形鏡板であ
つて、上部触媒床の出口部分１５と中間触媒床入口部分
２０との間を分離し且つ中間流体障壁を形成する。同様
に、下部仕切板２３は中間触媒床の出口部分２１と下部
触媒床の入口部分１７との間に下部流体障壁を形成す
る。
軸方向上部導管２４は上部触媒床内の中心に配置され、
また軸方向内側上部導管２５はその内側の中心に配置さ
れて導管間隙２６を形成する。導管間隙は上部触媒床の
出口部分１５と間接熱交換器の高温熱交換側１２の入口
端の間に流体連絡路を与える。軸方向内側上部導管２５
は熱交換器の高温熱交換側１２と中間触媒床の入口部分
２０との間に流体連絡路を与える。
軸方向中間導管２７は中間触媒床内に配置され、中間触
媒床の入口部分２０と下部触媒床の入口部分１７の間に
流体連絡路を与える。軸方向下部導管２８は下部触媒床
内に配置され、中間触媒床の出口部分２１と下部触媒床
の出口部分１８との間に流体連絡路を与える。
上記の配置は、反応物合成ガスがガス入口９を経てコン
バーターに流れ込み、殻間隙５を通つて上昇して耐圧外
殻を冷し、さらに熱交換器の低温熱交換側に入り、そこ
でガスは管外側の部分転化ガスとの間接熱交換によつて
転化温度に加熱されるというガスの流れに備えている。
管１１からの加熱された反応物合成ガスは、温度を精密
に調節する目的で注入装置２９を通して導入される補足
反応物合成ガスを約１〜約２０容量％に混合することが
望ましい。反応物合成ガスは次に上部触媒床１３を通つ
て軸方向に下へ流れ、次に上方向に導管間隙２６を経
て、さらに熱交換器の高温熱交換側を通り、そこで発熱
反応の熱の少なくとも一部が今や部分的に転化したガス
から除かれる。冷却した部分転化ガスは熱交換器の管外
側１２の上部から下方向に流れて、軸方向内側上部導管
２５を通つて中間触媒床の入口部分２０に至り、そこで
ガス流は軸方向中間導管２７を経て中間触媒床１９と下
部触媒床１６の間に実質上均等に分割される。中間触媒
床からの転化製品ガスは軸方向導管２８を経て下部触媒
床の出口部分１８へ流れ、そこで下部触媒床からの相当
する転化製品ガスと混合されて、ガス出口８を通つて共
に排出される。従つて、中間および下部触媒床を通つて
並列に流れるガスの全量は最初に上部触媒床を通過させ
られる。すなわち、コンバーターの作業において外部の
急冷用ガスは使用されないし、また部分転化ガスの床間
冷却は単一間接熱交換器によつて全部供給される。
該コンバーターにおいて、マンホール３０は点検に立入
るために設けられており、またシユート３１は触媒の装
填および抜き取りのために設けられている。
第２図に関して、参照数字は第１図におけると実質上同
じ本質と目的を有する。第２図において、単一間接熱交
換器１０は上部触媒床１３の下に隣接して位置し、低温
熱交換側１１はこの場合熱交換器の管外側である。さら
に、内側上部導管はその上端で頂部内側鏡板６と接続し
ており、殻間隙５と低温熱交換側１１との間に上部鏡板
間隙３５を経て流体連絡路を与える。導管間隙２６は低
温熱交換側１１と上部触媒床の入口部分１４との間に流
体連絡路を与える。
【図面の簡単な説明】
第１図は熱交換器が上部触媒床の上に配置されている本
発明の実施態様である。 第２図は熱交換器が上部触媒床の下に配置されている本
発明の実施態様である。 １……円筒形耐圧外殻 ２……頂部外側鏡板 ３……底部外側鏡板 ４……円筒形内殻 ５……殻間隙 ６……頂部内側鏡板 ７……底部内側鏡板 ８……ガス出口装置 ９……ガス入口装置 １０……多管式熱交換器 １１……低温熱交換側 １２……高温熱交換側 １３……上部触媒床 １４……上部触媒床入口部分 １５……上部触媒床出口部分 １６……下部触媒床 １７……下部触媒床入口部分 １８……下部触媒床出口部分 １９……中間触媒床 ２０……中間触媒床入口部分 ２１……中間触媒床出口部分 ２２……中間仕切板 ２３……下部仕切板 ２４……軸方向上部導管 ２５……軸方向内側上部導管 ２６……導管間隙 ２７……軸方向中間導管 ２８……軸方向下部導管 ２９……合成ガス注入装置 ３０……マンホール ３１……シユート ３２……多孔皿形鏡板 ３５……上部鏡板間隙（第２図）

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発熱反応用の直立コンバーターにおいて、 (a) 頂部と底部にそれと接続する外鏡板を有する円筒
    形耐圧外殻、 (b) 耐圧外殻の実質上全長に亘つてその内部に設置さ
    れ、耐圧外殻との間に殻間隙を形成し、且つ頂部と底部
    にそれと接続する内鏡板を有する円筒形内殻、 (c) ガス出口装置、 (d) 殻間隙と流体用に連絡しているガス入口装置、 (e) コンバーター内に配置された低温および高温熱交
    換側を有し、低温熱交換側がガス入口装置と流体連絡し
    ている間接熱交換器、 (f) コンバーター内に垂直に配列された３個の断熱触
    媒床であつて、上部触媒床、中間触媒床および下部触媒
    床から成り、３触媒床が夫々一部の境界を内殻によつて
    限定されており、３触媒床の夫々が触媒床を通過する軸
    方向のガス流のための入口部分と出口部分を有し、また
    上記触媒床において、 (i) 上部触媒床は間接熱交換器に隣接して配置され、
    上部触媒床の入口部分は低温熱交換側と流体連絡してお
    り、且つ上部触媒床の出口部分は高温熱交換側と流体連
    絡しており、 (ii)下部触媒床はコンバーターの比較的低い部分に配置
    され、下部触媒床の入口部分は高温熱交換側と流体連絡
    しており、且つ下部触媒床の出口部分はガス出口装置と
    流体連絡しており、 (iii) 中間触媒床は下部触媒床の上に隣接して配置さ
    れ、中間触媒床の入口部分は高温熱交換側と流体連絡し
    ており、中間触媒床の出口部分はガス出口装置と流体連
    絡しており、および (iv) 下部および中間触媒床へのガス流の全体が最初に
    上部触媒を通過させられる、 前記３断熱触媒床、 (g) 上部触媒床の出口部分と中間触媒床の入口部分と
    の間の直接の流体の連絡を妨げるための中間流体障壁装
    置、 (h) 中間触媒床の出口部分と下部触媒床の入口部分と
    の間の直接の流体の連絡を妨げるための下部流体障壁装
    置、 から成ることを特徴とする発熱反応用直立コンバータ
    ー。
  2. 【請求項２】(a) 上部触媒床内に配置された軸方向の
    上部導管と該上部導管内に配置され且つそれと共に導管
    間隙を形成する軸方向の内側上部導管、 (b) 中間触媒床の入口部分と下部触媒床の入口との間
    に流体の連絡を与える、中間触媒床内に配置された軸方
    向の中間導管、 (c) 中間触媒床の出口と下部触媒床の出口との間に流
    体の連絡を与える、下部触媒床内に配置された軸方向の
    下部導管、 を加えて成る、特許請求の範囲第１項に記載のコンバー
    ター。
  3. 【請求項３】間接熱交換器が上部触媒床の上に配置され
    た、特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
    載のコンバーター。
  4. 【請求項４】導管間隙が上部触媒床の出口部分と高温熱
    交換側の間に流体の連絡を与え、且つ内側上部導管が高
    温熱交換側と中間触媒床の入口部分の間に流体の連絡を
    与える、特許請求の範囲第３項に記載のコンバーター。
  5. 【請求項５】間接熱交換器が上部触媒床の下に配置され
    た、特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
    載のコンバーター。
  6. 【請求項６】内側上部導管が殻間隙と低温熱交換側との
    間に流体の連絡を与え、且つ導管間隙が低温熱交換側と
    上部触媒床の入口部分との間に流体の連絡を与える、特
    許請求の範囲第５項に記載のコンバーター。
  7. 【請求項７】中間触媒床の容積が実質的に下部触媒床の
    容積に等しく、且つ上部触媒床の容積が中間触媒床の容
    積の約３５〜約６５％である、特許請求の範囲第１項に
    記載のコンバーター。
JP59213249A 1983-11-14 1984-10-11 アンモニア合成用コンバ−タ− Expired - Lifetime JPH0662293B2 (ja)

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EP (1) EP0142170B1 (ja)
JP (1) JPH0662293B2 (ja)
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