<Desc/Clms Page number 1>
Apparat zur Ausführung katalytischer Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei erhöhter Temperatur.
Um die Verfahren, die sich auf katalytische Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei erhöhter Temperatur gründen, in industriellem Massstab auszuführen, verwendet man eine Reihe von Apparaten, die in offenem oder geschlossenem Kreislauf angeordnet werden, u. zw. : einen Katalysenapparat ; einen Kühler, in dem die aus dem Katalysenapparat austretenden Gase bis auf die geeignete Temperatur abgekühlt werden ; einen Sammler, in dem die Stoffe gesammelt werden, die sich im Katalysenapparat gebildet und im Kühler verdichtet haben ; der Kreislauf kann eventuell auch noch andere Apparate umfassen, wie z. B. Wärmeaustauscher, in denen das in den Katalysenapparat eintretende Gas vermittels der Wärme der austretenden Gase erwärmt wird, Gasreiniger u. dgl.
Falls die angewandten Apparate
EMI1.1
Vorrichtung, die den Umlauf der reagierenden Gase bewirkt, zur Anwendung gelangen.
Es wurde nun ein Apparat erfunden, der für sich allein imstande ist, alle die verschiedenen Funktionen auszuführen, die in dem geschlossenen Kreislauf der obengenannten Apparate dem Katalysenapparat, dem Kühler, dem Sammler, der Umlaufpumpe und dem Wärmeaustauscher zugeteilt sind.
Ein solcher Apparat kann verschieden ausgeführt werden. Als Beispiel sind in den zugehörigen Fig. 1 und 2 die senkrechten Längsschnitte von zwei Hauptausfuhrungsformen dargestellt.
In der Fig. 1, auf die in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, stellt 1 ein Stahlrohr dar, das dem Druck der in seinem Innern befindlichen Gase standhält. Dieses Rohr ist an dem oberen Ende durch den Deckel 2 und am unteren durch den Deckel 3 verschlossen. Konzentrisch zum Rohr 1 ist das Rohr 4 angebracht, an dessen unteren Teil sich der Kegel 5 anschliesst, der durch die mit der Öffnung 7 versehene ebene Fläche 6 abgeschlossen wird. Konzentrisch zu dem Rohr 1 sind ausserdem die Rohre 8, 9, 10 und 11 angeordnet, Das Rohr 8, das zweckmässig mit einer thermisch isolierenden Verkleidung versehen ist, ist an seinem oberen Ende offen, während es unten vom Kegelstumpf 12 und vom Kreisboden 13, auf den der untere Teil des Rohres 11 aufgeschweisst ist, abgeschlossen wird.
Die Flächen 12 und 13, ebenso wie das Rohr 10, von dem später die Rede sein wird, sind zweckmässig mit einer thermischen Isolierung versehen. Das Rohr 9 wird an seinem unteren Ende von der kreisförmigen Scheibe 14 abgeschlossen, die in ihrer Mitte eine Öffnung aufweist, durch die das Rohr 11 hindurchgeht, das durch dichten Anschluss mit der Scheibe 14 verbunden ist. Das Rohr 10 ist an seinem unteren Ende offen. Das Rohr II ist an seinem unt eren Teil mit den Öffnungen U versehen, die seinen Innen- raum mit dem zwischen 1. und 14 gelegenen Raum verbinden. Im oberen Teil des Apparates befindet sich
EMI1.2
Teil des Raumes oberhalb der Fläche 5 einnehmen kann.
In der Figur ist das diesem Zwecke dienende Schlangenrohr 24 dargestellt, das von einem beliebigen kalten Medium durchlaufen wird, welches durch
<Desc/Clms Page number 2>
25 ein-und durch 26 austritt. Die Bauart des Kühlers muss in zweckmässiger Weise verhindern, dass die Gase, die sich in dem Raume zwischen den Rohren 1 und 4 befinden, mit der Innenfläche des Rohres 1 in unmittelbare Berührung kommen.
Sowohl das Rohr j ! wie der Deckel 2 können mit Kühlvorrichtungen versehen sein, die von der Kühlvorrichtung, die sich in dem Raum zwischen den Rohren 1 und 4 befindet, abhängig oder unabhängig sind.
Das durch den unteren Deckel 3 hindurchgehende Rohr 27 dient dazu, die zu katalysierenden Gase in den Apparat einzuffihren. Dieses Rohr trägt an seinem Ende eine Düse 28, die mit dem Fassonstück 23 einen Ejektor darstellt, der mit dem Diffusionskonus 22 und der Saugleitung 29 ausgestattet ist. Die zu katalysierenden Gase, die der Düse zugeführt werden, stehen unter einem Druck, der höher ist als der im Apparat herrschende Druck, und infolgedessen entspannen sie sich bei ihrem Eintritt in den Apparat, wobei ein Teil ihrer potentiellen Energie in kinetische Energie umgewandelt wird, die vom Ejektor zur Erzeugung des Umlaufs der im Apparat befindlichen Gase benutzt wird.
Mittels einer in der Figur nicht dargestellten Vorrichtung ist es möglich, die Düse 28 derart längs ihrer Achse zu verschieben, dass ihre Lage im Verhältnis zum Diffusionskonus geändert wird. Im Innern der Düse befindet sich eine Reguliernadel die ebenfalls mittels einer besonderen, in der Figur nicht dargestellten Vorrichtung längs ihrer Achse verschoben werden kann. Durch Betätigung dieser beiden Vorrichtungen ist es möglich, sowohl die Umlaufsgeschwindigkeit der Gase, als auch das Verhältnis zwischen den Volumina der in Umlauf befindlichen Gase und der frischeingeführten Gase innerhalb weitester Grenzen zu ändern.
Wie aus der Figur hervorgeht, durchlaufen die aus dem Kompressor kommenden Gase, die mit einer entsprechenden Menge der schon im Apparat befindlichen Gase gemischt sind, zuerst den zwischen
EMI2.1
des Rohres 11, in dem sich die elektrische Heizvorrichtung befindet. Aus diesem Raum treten sie durch die in dem oberen Teil des Rohres 11 befindlichen Öffnungen aus und durchlaufen sodann den zwischen den Rohren 10 und 11 gelegenen Raum, in dem sich der Katalysator befindet. Darauf durchlaufen die Gase den zwischen den Rohren 9 und 10 gelegenen Raum und gelangen durch den freien Raum 20 in den zwischen den Rohren 1 und 4 gelegenen Raum, wo sie mittels der Kühlvorrichtungen, von denen oben die Rede war, auf eine zweckmässige Temperatur abgekühlt werden.
Während dieser Kühlung scheiden sich die Verbindungen, die sich gebildet haben, ab, verdichten sich bis zum flüssigen Zustand, und sammeln sich dann im freien Raum 31, aus dem sie mittels des Rohres 32 entnommen werden. Die Gase werden jetzt durch die Rohrleitung 29 von den eintretenden Gasen angesaugt und neuerdings in der schon beschriebenen Weise im Apparat in Umlauf gesetzt.
Es ist zu bemerken, dass zwischen den Gasen, die den zwischen den Rohren 8 und 9 gelegenen Raum durchlaufen, und denjenigen, die den Raum zwischen Rohr 9 und 10 durchlaufen, ein Wärmeaustausch stattfindet, durch den die letzteren Gase ihre Wärme an die erstgenannten abgeben. Um die Oberfläche des Rohres 9 zu vergrössern, ist dieses Rohr zweckentsprechend mit Wellen, Rillen od. dgl. zu versehen ; desgleichen versieht man das Rohr 4 ganz oder teilweise mit Wellen, Rillen usw. Durch das Rohr 4 geben die Gase, die den zwischen diesem Rohr und dem Rohr 1 gelegenen Raum durchlaufen, einen Teil ihrer Wärme an die Gase ab, die sich in dem Zwischenraum zwischen dem Rohr 4 und dem Rohr 8 befinden.
Die Fig. 2 stellt, wie schon erwähnt, eine andere Ausführungsform desselben Apparates dar, die sich von der vorhergehenden hauptsächlich durch die beiden Metallblöcke 33 und 34 unterscheidet, von denen der eine im oberen, der andere im unteren Teile des Apparates angebracht ist. Jeder der Blöcke ist mit zwei Reihen von Öffnungen ausgestattet, wie sie die Figur zeigt, die dazu dienen, die Räume, die nacheinander von den Gasen durchlaufen werden, miteinander zu verbinden. Aus der Figur sind die Lage und der Zweck jeder der beiden Reihen von Öffnungen klar ersichtlich, jeder der beiden Teile, in die diese Figur durch ihre Achse geteilt wird, stellt einen Querschnitt dar, der je eine Öffnung von jeder der beiden obengenannten Reihen sichtbar macht.
Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen eines Kühlertypus, der sich als sehr zweckmässig erwiesen hat, um gleichzeitig sowohl das Rohr 1 als auch die den Zwischenraum zwischen Rohr 1 und Rohr 4 durchlaufenden Gase zu kühlen. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist konzentrisch zum Rohr 1 das Rohr 35 angebracht ; dieses ist zwar an sich nicht fähig, dem Druck, dem es unterworfen wird, zu widerstehen, dehnt sich jedoch elastisch unter demselben und kann ihn infolgedessen an das Rohr 1 weitergeben, das ihm widerstehen muss ; das Rohr 35 hat sich den Formänderungen des Rohres 1 derart anzupassen, dass zwischen den sich berührenden Wandungen dieser beiden Rohre stets eine vollkommene Dichtung bestehen bleibt.
An der Aussenwand des Rohres 35 sind eine Reihe von Kanälen angebracht, durch die ein kaltes Medium hindurchgeleitet wird, das zur Abkühlung der Gase und des Rohres 1 auf eine angemessene Temperatur dient. In Fig. 4 ist das Rohr 35 durch die beiden Rohre 36 und 37 ersetzt. Bei den beiden angegebenen Ausführungsformen ist es zweckmässig, wenn die mit den Gasen in Berührung kommenden Rohrwandungen mit Wellen oder Rillen ausgestattet sind.
Bei diesen Kühlertypen ist die unmittelbare Berührung zwischen den Gasen und der Innenwandung
<Desc/Clms Page number 3>
des Rohres 1 vollständig vermieden. In den hier erläuterten Beispielen durchlaufen die Gase sechsmal den oberen Teil des Rohres, in dem sowohl die Reaktion, als auch die Wärmerückgewinnung stattfindet.
Es sind jedoch auch Apparate möglich, bei denen dieser Raum viel öfter durchlaufen wird. So können auch die Gase, statt die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Wege zu durchlaufen, die in den Fig. 5 und 8 schematisch wiedergegeben sind, andere Wege durchlaufen, wie die in den Fig. 6 und 7 schematisch dargestellten. Die den Fig. 6 und 7 entsprechenden Ausführungsformen sind hier nicht angegeben ; sie lassen sich auf Grund der Fig. 1 und 2 ohne Schwierigkeit aufzeichnen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist veranschaulicht worden, wie man die vorliegende Erfindung anwendet, wenn man mit einem Synthesenrohr arbeitet, das von einer Reihe konzentrischer Räume gebildet wird, von denen der innerste die elektrische Heizvorrichtung enthält und von einem ringförmigen Raum umgeben ist, in dem sich der Katalysator befindet, der seinerseits von andern ringförmigen Räumen umgeben ist. Es kann jedoch die vorliegende Erfindung ebensogut auf Synthesenrohre angewandt werden, die Ausführungsformen besitzen, die von der hier zur Beschreibung der Erfindung angeführten Ausführungsform abweichen.
Die Vorteile des vorliegenden Apparates sind die folgenden : Verminderung der Anlagekosten, sowohl deswegen, weil die Kosten eines Apparates dieser Art immer geringer sind als die Summe der Kosten der durch ihn ersetzten Apparate, als auch, weil der von diesem Apparat beanspruchte Raum praktisch ebenso gross ist wie der Raum, den in einer Anlage von der gleichen Leistungsfähigkeit das Katalysenrohr allein einnimmt ; grössere Einfachheit der Anlage, da alle jene Rohrleitungen wegfallen, die in den gewöhnlichen Synthesenkreisläufen dazu dienen, die verschiedenen Apparate miteinander zu verbinden ; die Möglichkeit, alle Kontroll-und Antriebsvorrichtungen einer Syntheseneinheit zu vereinigen, wodurch Arbeitskraft erspart wird ;
endlich eine bemerkenswerte Verminderung des beim Umlauf der Gase zu überwindenden Widerstandes mit dadurch bedingter Ersparnis an der zur Erzeugung dieses Gasumlaufes notwendigen elektrischen Energie.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Apparat zur Ausführung katalytischer Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei erhöhter Temperatur in geschlossenem Kreislauf, bestehend aus einem druckfesten Rohr, in dessen Innerm sich eine Reihe von zu demselben koaxial angeordneten Rohren befindet, von denen das innerste Rohr eine elektrische Heizvorrichtung einschliesst, und von dem Raum umgeben ist, der den Katalysator enthält, welch letzterer von einer Reihe ringförmiger Räume umgeben ist, die derart angeordnet sind, dass sie einen Wärmeaustauschapparat bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der äusserste dieser ringförmigen Räume, welche die katalysierten Gase durchlaufen, nachdem ein Teil der in ihnen enthaltenen Wärme rückgewonnen ist, mit einem Kühler versehen ist,
der die Gase auf eine angemessene Temperatur abkühlt und dadurch die Abscheidung der entstandenen Stoffe in flüssigem Zustande bewirkt, welche sich in dem Zwischenraum zwischen dem unteren Ende der obengenannten inneren Rohre und dem untern Deckel sammeln, in dem sich zugleich ein Ejektor befindet, der dazu dient, den ununterbrochenen Kreislauf der Gase durch den Apparat zu bewirken.