JLX型氨合成塔内件的最新进展和应用

曾建洪，范传馨，缪浓清，柴利芬，张 谨

衢州新前程塔器技术有限公司

浙江衢州新前程塔器技术有限公司属于浙江省高新技术企业，是国家石油和化学工业局推广的均温型甲醇合成塔内件和JLX型氨合成塔内件的定点专业生产单位。自开发JLX型氨合成塔内件以来，产品不断推向市场，已设计和制造近百台JLX型氨合成塔内件，形成系列产品，得到市场的充分肯定和认可。

一、 JLX型氨合成塔内件高效节能，综合性能优良

我公司设计制造的JLX型氨合成塔内件属于单层轴径向内冷改进型产品。JLX型内件在单管折流、内冷绝热基本结构的基础上进行了多方面的改进。保留了冷管型内件诸项优点：（1）催化剂层温度分布按最佳操作温度线；（2）操作稳定方便，弹性大；（3）结构简单，装卸触媒方便。同时有效缩小了传统冷管型内件的“冷管效应”，即触媒开始还原时底部温度提不上来，中心管与冷管焊缝容易拉裂等弊病。

二、 JLX型氨合成塔内件的技术创新

 1、技术创新的论述

氨合成生产是一个多变量、非线性、大滞后的复杂反应，如何控制复杂的反应过程，降低能耗（包括降低原料气消耗）就意味着降低产品成本，提高企业的经济效益。

我们在开始设计时，目标是高氨净值，低阻力降。要实现高氨净值，氨塔内件的设计必须适合催化剂的本性特征，充分发挥催化剂的活性作用。高压空间利用率要高，催化剂装填量要多，要降低塔阻力，采用分流和降低塔自身阻力的途径。鉴于上述理由，通过研究分析对比，我们认为冷凝式、中间换热式和混合换热式虽然增加段数，内件的结构复杂程度就提高，操作难度也提高。对气体净化要求更严，即使采取多段反应，床层温度分布的合理性也无法与内部换热式的内件相比，故内部换热式从床层温度分布来说，其连续移热的方式，避免床层温度的多次升降，缩小轴径向温差，对催化剂活性的充分发挥最为理想，所以我们把内部换热式内件作为研究课题，把克服换热式内件（冷管型）存在的缺陷作为主攻方向。

2、主要创新点

（1）取消传统的上绝热段，使上环管在催化剂还原后置于触媒的上方，解决了冷管的热补偿。冷胆设置在主反应区，冷管采用并流和逆流相结合的单管折流形式，主反应区通过并逆流方式连续移走反应热，缩小床层温差零米温度。

（2）冷管束采用多环管，优化了冷管分布，减少了焊接应力，避免了冷管断裂，强化移热，提高零米温度至420℃以上。同时使气体均匀进入催化剂层，使催化剂活性得到充分发挥，提高氨净值。

（3）床层底部设置一定高度的绝热层，以进一步完善反应，提高下部反应温度，塔径Φ800以上采用径向流程。结构在鱼鳞筒式径向流分布器的基础上作了很大改进，使径向分布器从切线方向进出触媒层，最低限度减少触媒死角，气流分布通过不等孔径和孔数以及鱼鳞板的再分布特性加以设定，使径向气流分布比较均匀，大大降低全塔阻力，同时多填充小颗粒触媒，利用其高活性进一步提高氨浓度，从而确保全塔的氨净值。

（4）与传统冷管型内件不同，底部换热器来的气体先进中心管后入冷管，在催化剂开始还原时，冷气先进中心管被电炉丝加热后再入冷管加热催化剂,使冷管变成热管,极易提升床层下部触媒温度,使冷管壁附近及全床层触媒得到充分还原,提高了整塔催化剂的活性，同时极大限度的改善了“冷管效应”，有利于提高氨净值。

（5）冷管、中心管、触媒筐筒体三者互不牵连，各自可以自由伸缩。中心管、冷胆上引气管与分气盒采用填料盒连接，膨胀石墨作密封填料，确保内件结构的可靠性。现场组装无焊接，冷管有单独拉出结构，确保冷管不拉裂，便于维修和更换。因冷管容易产生氢腐蚀，寿命比内件筒体短，能单独更换冷胆等于提高整个内件的使用寿命。

（6）内件底部采用了我公司开发成功的多通道、高强度、低阻力、高效螺旋板换热器，与列管式换热器相比，在同等热负荷条件下，大大减少了体积，增加了催化剂的装填量。通道的流通面积根据需要可以调节。通道定距钉由线接触改为面接触，保证了通道的高度，也改善了气体流动的均匀性，增加了换热效果，螺旋板内层到外层采用不等厚的钢板制作，大大增强抗压能力，保证换热器不压扁。

（7）筒体和大盖板采用 “复合式”密封结构，螺栓连接，增加了密封的可靠性，内件装卸催化剂无需焊接切割，避免了大盖焊接、切割变形。破坏引气管、中心管、测温管与大盖填料盒连接密封可靠性，从而避免了漏气破坏床层温度分布，避免焊接结构漏气重新切割吹除的工作量，给用户装卸催化剂带来方便，节省了时间。

（8）根据用户厂家使用经验，内件直径越大，气体在冷管中分配越难均匀，因而存在不同程度的气体偏流。针对这一情况，我公司在冷胆上部专门设计一个气体分布器，做到气体分配均匀，减少气体偏流现象，效果明显，从已使用情况看，平面温差＜5℃。

（9）中置式JLX系列氨合成塔内件，下部换热器采用一个“复合式”螺旋板换热器取代结构复杂的上下两个列管换热器，使中置式氨合成塔内件结构简化，催化剂床层空间利用系统大幅度增加。例如Φ1000氨塔内件，原上下列管换热器催化剂装填量5.1m3，现改用JLX系列氨合成塔内件催化剂装填量6.8m3，Φ800氨塔内件，原上下列管换热器催化剂装填2.5m3,现改用JLX系列氨合成塔内件催化剂装填量为3.32m3。一般情况下可提高装填量为20%～30%，提高了生产能力，有效地提高氨净值，在同等生产能力下，系统压力可降低0.3～0.4MPa，能耗明显降低。

三、 JLX型氨合成塔的应用

我公司自1996年开发JLX型内件以来，已有Φ600、Φ800、Φ1000、Φ1200、Φ1400近150台合成塔内件相继投产，用户遍及十几个省。投产运行情况表明，JLX型氨内件的生产能力、节能效果、结构可靠程度、操作性能、一次性开车成功等综合性能均得到用户的认可和好评。

现将有关化肥厂使用情况，小结报告按原文整理编写如下：

1、山东平邑县丰源有限责任公司

该厂于2009年订购浙江衢州新前程塔器技术有限公司制造的JLXΦ1400氨合

成塔内件（后置），触媒筐容积16 m3TA201-2氨合成触媒45.75吨。4月9日

送电开始，17日转入轻负荷生产。扣去因电缆、仪表故障影响时间，总计

160小时，除最低点12点472℃，其余都在485℃以上。整个还原出现了压力

稳、炉温稳、水气浓度稳的局面，17日开始降温转轻负荷生产。现塔甲烷

含量14%～18%，塔压差0.5 MPa，热点温度470～475℃，36 m3压缩机

（折）12机，8 m3循环机1台，系统压力26 MPa，操作方便，易控制，整塔

负荷70%。JLX氨合成塔内件有着显著的工况特性及优良的使用性能。

2福建省漳平化肥厂“Φ1000JLX型氨合成塔内件应用总结”（详见“小氨肥”2001年第8期）

我厂具备2.5万吨氨/年生产能力，1999年底利用大修时，将原Φ600氨合成塔改为Φ1000矮塔，经多方考察，采用浙江衢州新前程压力容器制造有限公司生产的JLX型自卸式内件，经我厂3个多月的生产实践证明，该内件具有触媒装填量大，开始还原容易，操作平稳，产量高，压差小，氨产效果好，能耗低等优点。投产后生产一直非常稳定，床温度分布均匀，氨净值一直保持高水平。压缩工段开8机，合成压力由原来28-30MPa，降低至现在21-23MPa，平均日产氨75吨，吨氨电耗下降80KWh，若能满负荷生产，经济效益会更好。

3、江苏武进化肥厂

我厂总氨能力为6.8吨/年，原来用一台三套管中置式氨内件，改用浙江衢

州新前程塔器技术有限公司设计的JLXΦ1000中置式内件，将原来内件的上

下列管换热器改为内外“复合式”螺旋板换热器，体积仅为原来的三分之

一。催化剂装填量由5.1 m3增加到6.8 m3，投产后合成压力不到20 MPa，

塔压差小于0.5 MPa，生产能力比原来提高30%，使用情况非常满意。

4、 湖北宜化化工有限公司

2009年8月使用浙江衢州新前程塔器技术有限公司制造的JLXΦ800氨合成塔

内件一台（中置）容积3.3 m3，触媒9.7吨，于2009年8月一次开车成功，

转入生产后，工作正常稳定，肥产增加，成本大幅度降低，比原有塔操作

容易，生产后系统压力由31 MPa降低为28-29 MPa，日产增加15%以上，氨

净值可达14.8%，使产品在激烈的市场竞争中获得优势。

四、结束语

自从JLX型氨合成塔内件开发以来，经过不断改进，使用厂家逐年增加，于2004年通过了省级鉴定，荣获2005年衢州市科技进步二等奖，内件创新和结构中获得拥有自主产权专利9项，充分显示其产品的高效节能、优良的综合性能，在国内十多个省、市的化肥企业有应用。今后我公司全体科研人员将与行业专家共同努力，总结使用厂家的经验，吸收其它合成塔内件的优点，不断完善JLX型氨合成塔内件，努力为化肥行业作贡献。