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Kühlvorrichtung zur Durchführung der Synthese von mehrgliedrigen Kohlenwasserstoffen.
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Durchführung der Synthese von Kohlen- wasserstoffen aus Kohlenoxyden und Wasserstoff, bei der das Reaktionsgas bei gewöhnlichem oder wenig verändertem Druck und bei erhöhten Temperaturen über feste Katalysatoren geleitet wird. Die exotherm verlaufende Reaktion ist ausserordentlich temperaturempfindlich und schon eine gering- fügige Überschreitung der für einen bestimmten Katalysator benötigten Reaktionstemperatur hat einen völlig andersartigen Reaktionsablauf zur Folge, indem nämlich die Reduktion des Kohlenoxyds direkt bis zum Methan verläuft, so dass an Stelle der gewünschten benzin-und ölartigen Kohlenwasser- stoffe Methangas gebildet wird. Die Temperaturempfindlichkeit dieser Reaktion ist so gross, dass eine
Temperaturkonstanz von weniger als etwa 10 einzuhalten ist.
Zur Durchführung katalytischer Gasreaktionen sind beispielsweise in den britischen Patent- schriften Nr. 285499, Nr. 306519 und Nr. 310956 Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen sich der Katalysator in engen Rohren befindet, die von aussen mit einem Kühlmittel, z. B. einem Metall- bad oder einer Salzschmelze, umgeben sind. Das Aus-und Einfüllen der Katalysatormassen in solch enge Rohre bereitet aber grosse Schwierigkeiten. Es ist ferner aus der amerikanischen Patentschrift Nr. 1870665 sowie aus der 54. Abhandlung von Fischer, Roelen und Feist in Band 11 der Gesammelten
Abhandlungen zur Kenntnis der Kohle"bekannt, den Katalysator in den Rohren eines Röhrenwärme- austauschers unterzubringen, die von aussen durch das Frischgas bzw. von aussen durch umlaufendes Öl gekühlt werden.
Auch ist es aus den britischen Patentschriften Nr. 306442, Nr. 300968 und Nr. 283887 bekannt, in die Katalysatormasse ineinandergeschachtelte, konzentrische Rohre einzulassen, durch die die Frischgase gelangen, bevor sie in die Kontaktmasse eintreten. Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Wärmeabfuhr ausschliesslich durch die aus der Apparatur austretenden Reaktionsgase. Ferner hat man schon in der amerikanischen Patentschrift 1427554 vorgeschlagen, eine Vorrichtung zu ver- wenden, bei der sich der Katalysator in Trögen befindet, die zu mehreren in untereinander versetzten
Reihen innerhalb des Reaktionsraumes angeordnet sind. Durch den tiefsten Teil des Troges ist ein Rohr von beliebiger Querschnittsform gelegt, das von einem Kühlmittel durchflossen ist. Diese Vor- richtung gestattet nur eine geringe Ausnutzung des Reaktionsraumes.
Ausserdem sind die dem Wärme- austausch dienenden Kühlflächen durch das Fehlen von Wärmeleitblechen sehr klein. In der amerika- nischen Patentschrift Nr. 1685672 ist ein Kontaktapparat beschrieben worden, der aus einem System paralleler Kühlrohre besteht, die von einem Kühlmittel durchströmt sind und zwischen denen die Katalysatormasse angeordnet ist.
Diese Vorrichtung ist später dahingehend ergänzt worden (siehe Fig. 8 in der 54. Abhandlung von
Fischer, Roelen und Feist in Band 11 der ges. Abhandlungen zur Kenntnis der Kohle), dass jedes ein- zelne Rohr in engen parallelen Abständen mit quadratischen Rippen versehen ist, um die Wärme- abfuhr aus der Katalysatormasse zu begünstigen.
Mit den bislang bekannten Wärmeaustauschvorrichtungen waren die für die Benzinsynthese aus Kohlenoxyd und Wasserstoff erforderlichen Reaktionsbedingungen nicht zu verwirklichen. Diese bekannten Wälneaustauschvorriehtungen waren entweder in ihrer Wirksamkeit nicht ausreichend, um als Reaktionsofen zur Durchführung der katalytisehen Kohlenoxydhydrierung zu flüssigen Kohlen- wasserstoffen zu dienen, oder aber es traten an den mit den einzelnen Rohren verbundenen Blech-
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lamellen befindlichen Katalysatorfüllung ungünstig verändert bzw. das Ein- und Ausfüllen der Katalysatormasse erschwert wurde.
Eine technisch befriedigende Lösung fand dieses Problem erst-
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schmalen und breiten Schächten sind mit der Katalysatormasse ausgefüllt, die dadurch in der gesamten Apparatur gleichmässig dünne Schichten bildet. Erst durch diese spezielle Anordnung der Kühlflächen und Kühlrohre ist es möglich geworden, im technischen Betrieb eine solch weitgehende Temperatur- konstanz, wie sie für die Durchführung der obengenannten Synthese erforderlich ist, über unbegrenzt lange Zeit einzuhalten.
Wesentlich für die Brauchbarkeit von Kühlvorrichtungen für dieses Verfahren ist also eine
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Einhaltung bestimmter Temperaturen an allen Stellen der ganzen Vorrichtung und die Sicherung der relativen Lage der einzelnen Teile der Vorrichtung im Betriebe. Diese Erfordernisse werden durch eine Vorrichtung erfüllt, bestehend aus zahlreichen, u. zw. mindestens fünf übereinander in geringem
Abstand liegenden Kühlrohrreihen mit zahlreichen, u. zw. mindestens fünf runden Rohren in jeder Reihe, und zahlreichen senkrecht stehenden Rippen aus glatten Blechtafeln im Abstand von wenigen
Millimetern, z. B. 7t ? MH, wobei durch jede Rippe alle Rohre hindurchgehen.
Vorzugsweise liegen mindestens doppelt so viele Rohre übereinander wie nebeneinander, und die Rohre einer Reihe sind gegen die Rohre einer benachbarten Reihe versetzt, um kleine Abstände zu schaffen. Die Verbindung der Rohre mit den Rippen erfolgt wärmesehlüssig durch Presssitz, wie er beispielsweise durch Auf-
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Zur Wahrung des Abstandes der einzelnen Bleche können diese mit warzenförmigen Auftreibungen versehen oder Zwischenstücke zweckentsprechender Form eingebracht werden, die nach dem Aufweiten der Rohre wieder entfernt werden können.
Zur Zu-und Ableitung der Kühlflüssigkeit können sämtliche Rohrenden in gemeinsame Sammelleitungen oder Kammern eingeführt werden Bei der Kühlvorrichtung gemäss der Erfindung werden jeweils mehrere Rohre unter Verwendung von Doppelrohrbogen oder Umkehrenden zu Rohrschlangen zusammengefasst, deren Enden den Sammelleitungen zugeführt werden. Die einzelnen Schlangen können innerhalb ein und derselben Kühlvorrichtung gleiche oder verschiedene Grösse haben ; damit ist es möglich, innerhalb einer Kühlvorrichtung Zonen verschiedener Wärmeleistung zu schaffen oder aber die Wärmeleistung dem Kühlbedarf der einzelnen Zonen anzupassen.
Kühlvorrichtungen erfahren während des Betriebes, bedingt durch die von der Raumtemperatur abweichenden Betriebstemperaturen, eine Änderung ihrer Abmessungen. Die Längenänderungen machen es nahezu unmöglich, eine gasdichte Ummantelung herbeizuführen bzw. eine einmal herbeigeführte Abdichtung während des Betriebes zu erhalten. Die Undichtigkeit tritt meistens an den Kopfseiten ein, d. h. an den senkrecht zu den Rohrachsen angeordneten Mantelblechen, durch welche die einzelnen Rohre hindurchgeführt werden.
Die Erfindung sieht vor, dass die an sieh starren und widerstandsfähigen Mantelbleche an ihren Rändern so weit verjüngt sind, dass die Bleche bei auftretenden Längenänderungen der Rohre membranartig nachgeben können. Durch die Federung der Mantelblech werden die Einwalzstellen der Rohre, die auch verschweisst sein können, und die Kantenverbindungen des Blechmantels von schädlichen Wärmespannungen weitgehend entlastet.
Der Gegenstand der Erfindung ist durch die Fig. 1-6 dargestellt. Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in perspektivischer Darstellung. Mit 1 sind die durch Aufweiten der Rohre 2 mit diesen fest verbundenen Blechtafeln bezeichnet. Um die Figur zu verdeutlichen, ist der Plattenabstand übermassstäblich gezeichnet worden. Die Fig. 2,3 und 4 zeigen die Vorrichtung im Aufriss, im Seitenriss und im Grundriss. In der Fig. 2 sind die Rohre 2, um die Darstellung nicht unübersichtlich zu gestalten, nur durch den Verlauf ihrer Mittellinie angedeutet worden. Die Rohre sind durch Rohrbogen zu Rohrschlangen verschiedener Grösse verbunden.
Die Kühlflüssigkeit fliesst durch Sammelrohre 3 über die Verteiler-
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Fig. 5 zeigt eine der zahlreichen Bleehtafeln der Einrichtung, durch welche die Rohre durchgeführt werden. Die Lage der einzelnen Rohre ist teilweise durch Kreise, zum Teil aber-um die
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brane ausgebildeten mantelblech gut erkennbar ist. Man erkennt aus der Darstellung klar die grosse Anzahl von Rohrreihen und die grosse Anzahl von Rohren in jeder Reihe, die jeweils mindestens fünf betragen soll. In der Praxis sind es wesentlich mehr, z. B. wie dargestellt 27 Rohrreihen übereinander und 10 bzw. 11 Rohre in jeder Reihe. Die Kühlvorrichtung zeigt also Hochformat.
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Die Fig. 6 lässt auch die versetzte Anordnung der Rohre erkennen. Die Rippen. die senkrecht stehen, bilden geschlossene Schächte und sind voneinander nur z. B. 7 mm entfernt, damit eine möglichst gleichmässige und grosse Wärmeableitung erfolgt. Die Rippen sind vornehmlich aus glatten Blechtafeln gebildet, um der Gefahr des Zusetzt der einzelnen Schächte zu begegnen.