На рис. 17 изображен один из первых контактных аппаратов синтеза аммиака под давлением 1000 ат, являющийся наиболее простым промышленным аппаратом

Давление 1000 ат благоприятствует повышению степени пре­вращения газовой смеси в аммиак и, следовательно, большему выделению тепла в единице объема катализатора, что сказы­вается на конструкции аппарата. На практике при объемной скорости 100 000 л/л•час и при температурах от 500 до 650° кон­центрация аммиака достигает 25%, что соответствует превра­щению в аммиак 40% азотоводородной смеси, поступающей в аппарат. При этом выход аммиака на единицу объема ката­лизатора в 15—20 раз превышает выход в рассмотренных выше колоннах, работающих при давлении 200 ат (рис. 10).

Установка синтеза аммиака под давлением 1000 ат предусма­тривает четыре последовательно соединенных контактных аппа­рата с выделением образовавшегося аммиака в промежутках между ними.

Производительность установок от 5 до 100 т жидкого ам­миака в сутки, в зависимости от размеров контактных аппаратов. Размеры аппаратов сравнительно невелики, так, например, наибольший из них, изготовляющийся для установок производи­тельностью 100 т в сутки, имеет наружный диаметр 1,2 м при высоте 3,5 м.

Ход газов в аппарате довольно прост. По трубе 5 и каналу в головке 4 газ попадает в кольцевую выточку у головки, слу­жащую для равномерного распределения газа по кольцевому пространству между катализаторной коробкой и корпусом аппарата, где газ нагревается перед поступлением в зону контакта, которую он проходит по напра­влению сверху вниз. Конверти­рованный газ выводится из аппа­рата по трубе 6. Во избежание чрезмерного охлаждения реак­ционной камеры последняя имеет термоизоляцию 3, более толстую в той части, где камера омывает­ся холодным газом. Для пред­варительного разогрева аппарата и частичного подогрева азото­водородной смеси при рабочем режиме на наружной поверхно­сти корпуса имеется спираль электронагрева, поверх которой наложен слой термоизоляции. Нарезка и уплотнение головки могут пострадать от высокой температуры, поэтому труба 6, выводящая газ при температуре до 600°, изолируется от головки асбестовым шнуром 11. Кроме того головка охлаждается холод­ным газом, поступающим в ап­парат.

Рис. 17. Контактный аппарат с внешним нагревом для синтеза аммиака под давлением до 1000 ат. 

1—корпус аппарата; 2—катализаторная коробка; 3—термоизоляция; 4 — головка аппарата; 5 - подводящая труба; 6 — выводная  труба; 7—решетка; 8 — спи­раль электронагрева; 9— термоизоляция; 10—опорная плита; 11—термоизоляция; 12—сальник;      13—трубное соединение с водяным охлаждением.

Аппарат монтируется голов­кой вниз и плоские срезы корпу­са входят в опорную плиту 10. Это позволяет отвертывать голов­ку и вынимать ее вместе с ката­лизаторной коробкой, не смещая корпуса. Небольшие размеры ап­парата сильно облегчают его разборку и замену катализатора.

В колонну поступает холод­ный газ, который подогревается путем теплообмена с газами в самой зоне контакта. Так как катализатор не должен охлаж­даться ниже температуры реакции, контактированный газ покидает колонну, имея высокую темпе­ратуру, и, следовательно, уносит из нее много тепла. Это требует дополнительного обогрева аппарата электричеством, что повы­шает расход энергии на синтез аммиака.

Водород при высоком давлении и температуре корпуса 400—450° быстро перерождает сталь, теряющую свои механиче­ские свойства. Чтобы избежать коррозии, колонны изготовляли из сплавов следующего состава:

- 0,6% С, 60% Ni, 25% Cr, немного кобальта, остальное железо.

- 60% Ni, 34% Сг и 6% Мо.

- Вольфрамовая сталь с содержанием вольфрама до 18%.

- Сплав ATG (приводим состав одной из плавок):

0,44% С, 60,4% Ni, 8,7% Сг, 2,52% W, 1,8% Мп, 24,73% Fe [62].

Стоимость сплавов, идущих на колонны, составляла суще­ственную статью расходов, кроме того имели место взрывы аппаратов, сделанных из этих сплавов. Срок службы колонн колебался от 2 до 20 тысяч часов.

Взрывы аппаратов создавали угрозу обслуживающему пер­соналу и соседней аппаратуре, которая повреждалась осколками. Поэтому колонны были вынесены в отдельные железобетонные помещения с крышами из свинца и слоем песка поверх.

В дальнейшем конструкция колонн была изменена, что позво­лило отказаться от подогрева газа во время рабочего режима и применить для колонн обычные стали.

Схема контактного аппарата измененной конструкции пока­зана на рис. 18.

В этом аппарате предусмотрен внутренний электроподогре­ватель для пуска колонны и регулировки режима при его нару­шении. Кроме того газ для синтеза подается подогретым в вы­носном теплообменнике, что обеспечивает автотермичность про­цесса. В колонну поступают два самостоятельных потока газа: один — на реакцию, другой — для охлаждения стенок корпуса. Поток газа, подогретого в выносном теплообменнике до темпе­ратуры 250—300°, входит в головку аппарата и, опускаясь по кольцевому пр'остранству между катализаторной коробкой 2 и внутренней камерой 3, подогревается за счет теплообмена. По­догретый газ проходит злектроподогреватель 6, выключенный во время рабочего режима, и затем катализатор. Контакти­рованный газ, имеющий температуру 500—600°, направляется из колонны в теплообменник, где и подогревает газ, идущий на реакцию. Газ, охлаждающий стенки, входит через отверстие в днище корпуса и поднимается по кольцевому пространству между внутренней камерой 3 и экраном из листовой стали 4, защищающим корпус колонны от перегрева. В верхней части экрана имеются отверстия, и газ при температуре 80—140° покидает колонну через отверстие в корпусе. Температура кор­пуса не превышает 200°, что позволяет применять обычные легированные стали и значительно уменьшить толщину стенок. Из специальных сплавов делается лишь головка 7, обогреваемая горячим газом и не имеющая устройства для охлаждения.

Головка аппарата имеет сек­ционную нарезку, позволяю­щую открывать и закрывать ап­парат при повороте головки на 60°. Для облегчения поворота головка имеет зубчатый ве­нец 8, сцепленный с двумя чер­вячными винтами, вращающи­мися вручную от маховика, имеющего зубчатую передачу к обоим червякам. Подобным образом закрывались и неко­торые из контактных аппара­тов с внешним нагревом.

Недостатком рассмотренной конструкции колонны является наличие в технологической схе­ме процеоса синтеза вынос­ных теплообменников и за­труднения с регулировкой тем­пературного режима в зоне контакта.

Поэтому дальнейшие кон­струкции предусматривают теп­лообменник внутри контактно­го аппарата и подвод труб хо­лодного байпаса.

Рис. 18. Схема контактного аппарата с внутренним электроподогревом для синтеза аммиака под давлением до 1000 am.

1—корпус аппарата; 2 — катализаторная ко­робка; 3—внутренняя камера; 4 — экран; 5 — решетка; 6 — злектроподогреватель; 7 — головка, аппарата; 8 - зубчатый венец.