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Verfahren und Vorrichtung zur Intensivierung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese
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des Reaktors abhängt, erhält das im endständigen Hauptwärmeaustauscher vorgewärmte Frischgas erfindungsgemäss durch nachfolgenden indirekten Wärmeaustausch gegen Reaktionsgas aus der Eingangskataly- satorlage, das je nach der Höhe der Eingangstemperatur rund 560 C oder mehr aufweist.
Das auf Grund der höheren Eingangstemperatur von etwa 460 bis auf und über 500 C bis zum Ende der ersten Katalysa- torlage auf etwa 560 bis 5700C erhitzte, teilweise ausreagierte Gas wird beim erwähnten, unmittelbar darauffolgenden Wärmeaustausch gegen Frischgas in mit Katalysator gefüllten Rohren rasch abgekühlt und geht mit der für das Endstadium der Synthese günstigsten Eingangstemperatur in die zweite Katalysatorvollraumschüttung zum Zwecke des völligen Ausreagierens und anschliessend über den üblichen ReaktorHauptwärmetauscher in die Kühlanlage.
Es wird also ein Teil des reaktorintemen Wärmeaustausches in die Zone stärkster Wärmeentwicklung, u. zw. unmittelbar nach der Eingangskatalysatorlage, verlegt, wodurch an dieser Stelle ein verkürzter Kreislauf der hohen Temperaturen stattfindet. Hiedurch ist es möglich, den üblichen Reaktor-Hauptwär- metauscher zu verkürzen, wodurch im vorgegebenen Ofenvolumen ein Mehr an Katalysatorraum gewonnen wird.
Die beschriebene Temperaturregelung wird erfindungsgemäss mit Hilfe einer Einrichtung erzielt, die grundsätzlich aus einer verhältnismässig niedrigen Vollraumschüttung des Katalysators, die der Höhe nach gerade zur exothermen Erhöhung der Eingangstemperatur von rund 460 bis 5000C bis auf rund 560 - 5700C ausreicht, einer Mehrzahl von daran anschliessenden, mit Katalysator gefüllten Wärmetauscherrohren und einer zweiten, gegenüber der Eingangslage ausreichend erhöhten Katalysatorvollraumschüttung für das langsamere Ausreagieren besteht. Die erwähnten Katalysatorrohre zwischen den beiden Vollraumschüttungen haben, wie eingangs angedeutet, den Zweck, gaseingangsseitig gegebenenfalls die Reaktionsphase mit der höchstenTemperaturentwicklung aufzunehmen, soferne dieses Maximum vorteilhafterweise nicht schon am Boden der.
Eingangskatalysatorlage auftritt und vor allem die Aufgabe, dieses Temperaturmaximum durch intensive Kühlung mittels des kühleren Frischgases so rasch wie möglich aus dem Reaktionsgas wieder abzuführen und dabei dem aufsteigenden Frischgasstrom zur kräftigen lnitiierung der Reaktion beim ersten Auftreffen auf den Katalysator aufzuladen. Gleichzeitig tritt durch Querschnittsverringerung beim Übertritt des Gases von der Eingangskatalysatorschüttung in die Katalysatorrohre eine ausreichende Durchgangsbeschleunigung auf, die insbesondere zusammen mit der an dieser Stelle einsetzenden stärkeren Kühlung jede rückläufige Tendenz der Ammoniakbildungsreaktion verhindert.
Am Ende der katalysatorgefüllten Rohre soll wieder eine Temperatur von rund 460 bis 5000C im Reaktionsgas, das nunmehr auf die zweite, für sich nicht gekühlte Katalysatorlage auftrifft, erreicht sein.
Dadurch, dass der zuvor beschriebene primäre Wärmeaustausch an mit Katalysator gefüllten Rohren vor sich geht, wird auch deren Rauminhalt noch für die Katalyse ausgenutzt. Dies bewirkt aber auch gleichzeitig eine optimale Annäherung des Temperaturverlaufs der Reaktion an die eingangs erwähnte Idealkurve des Temperaturverlaufs im Gaswege durch den Katalysator.
Ein nach dem Erfindungsprinzip gebauter Reaktor kann demzufolge beträchtlich kürzer sein als Syn- theseöfen bekannter Art oder es kann ein vorgegebenes Reaktorvolumen zu wesentlich höherem Durchsatz und Ammoniakaufbau führen.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dienen die in Fig. 1 der Zeichnung schematisch und beispielsweise dargestellte Ofenkonstruktion und ihre in Fig. 2 gezeigte Variante, die gegebenenfalls für eine subtilere Temperaturregelung gewählt werden kann.
In den Fig. 1 und 2 bedeutet 1 den bekannten Hochdruckmantel mit den Gasein- und -auslässen 2 und 3, dem Einsatzmantel oder Leitrohr 4, dem üblichen Hauptwärmeaustauscher 5, der Eingangskatalysatorschüttung 6 und der dem Ausreagieren des Gasgemisches dienenden höheren Katalysatorlage 7, dem Zentralrohr 8 mit einer an sich bekannten beliebigenKompensatoreinrichtung zumAusgleich des Längenwachstums und 9 die kontaktgefülltenWärmetauscherrohre mitSchikanenblechen 10 sowie einen bekannten, im Zentralrohr 8 untergebrachten Brenner für das Anfahren des Ofens.
Während aber nun nach Fig. 1 die Kontaktrohre 9 die beiden Vollraumlagen 6 und 7 des Katalysators direkt miteinander gasführend verbinden, wobei der erhitzte Frischgasstrom der Eingangskatalysatorlage 6 von oben aufgegeben wird, zeigt Fig. 2 eine Umkehrung des Frischgasstromes in der Weise, dass letzterer die Eingangslage 6 von unten nach oben durchströmt und sodann für den nachfolgenden Durchgang durch die katalysatorgefüllten Rohre 9 aus dem Gassammelraum 11 durch Kühlröhren 12 geleitet wird, die zweckmässig mittels Kappen 13 od. dgl. auf die oben offenen Rohre 9 aufgesetzt sind. Die übrigen Einzelheiten der Darstellung sind fachbekannt.
Es liegt auf der Hand, dass bei der beschriebenen Vorrichtung eine gesonderte Kaltgaszuführung zu Kühlzwecken an sich nicht nötig ist.
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tur herabzukühlen. Das der beschriebenen Erfindung zugrunde liegende Problem der Beschleunigung und Intensivierung der Reaktion in ihrem ergiebigeren Anfangsstadium war durch den erwähnten älteren Vorschlag nicht gelöst worden.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Intensivierung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese in Hochdrucketagenöfen mit innerem Wärmeaustausch, dadurch, gekennzeichnet, dass das in bekannter Weise im Hauptwärmetauscher des Reaktors annähernd auf die Temperatur des ausreagierten Gases vorgewärmte frische Synthesegasgemisch mit gegenüber der Norm erhöhter Temperatur von rund 460bis 5000C auf eine Eingangskatalysatorlage gebracht, in dieser ohne Wärmeabfuhr exotherm auf Temperaturen bis rund 5700C erhitzt, sodann in dieser Katalysatorlage unmittelbar nachgeordneten,
mit Katalysator gefüllten Wärmetauscherrohren durch intensiven mittelbaren Wärmeaustausch gegen frisches Synthesegasgemisch rasch wieder auf die für den Eintritt in eine den Wärmetauscherrohren folgende Endkatalysatorlage günstigste Temperatur abgekühlt wird.