<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von exothermen katalytischen Gasreaktionen bei höherem Druck und erhöhten Temperaturen, insbesondere einer Ammoniak- oder Methanolsynthese
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von exothermen katalytischen Gasreaktionen bei höherem Druck und erhöhten Temperaturen, insbesondere einer Ammoniaksynthese im Druckkörper eines Reaktors mit zwei oder mehreren selbständigen Parallelsystemen, von welchen ein jedes aus einem selbständigen Wärmeteilaustauscher in Serienverbindung mit einem selbständigen ein-oder mehrschichtigen Katalysatorbett besteht.
Zum Ausgleich der Druckverluste dieser Systeme werden dieselben auf die erwünschten Werte durch Ein- oder Ausschaltung von örtlichen zusätzlichen hydraulischen Widerständen in bzw. aus den eintretenden Teilströmen eingestellt, zu denen der Hauptstrom des Synthesegases vor dessen Einführung in den Druckkörper und gegebenenfalls vor oder nach der Abzweigung der steuernden, zur Regelung der Betriebstemperaturen im Reaktor bestimmten Umleitungen aufgeteilt wird, und auf diese Art und Weise in Vereinigung mit den steuernden Umleitungen diejenigen Mengen der reagierenden Gase geregelt werden, die die einzelnen Parallelsysteme durchstreichen und eine gleichmässige Belastung mit Ausnutzung der einzelnen selbständigen Katalysatorbetten aufrechterhalten.
Die Synthesereaktoren, wie z. B. zur Ammoniak- oder Methanolerzeugung, beteiligen sich an dem Gesamtdruckverlust des Kreislaufes, in dem sie eingegliedert sind, im wesentlichen Masse. Falls der hydraulische Widerstand des Synthesekreislaufes einer Mitteldruck-Ammoniakerzeugung üblicherweise 15 bis 20 at ausmacht, so beteiligt sich der eigentliche Reaktor daran durchschnittlich mit 7-10 at. Die Ausnutzung der bei der Reaktion freiwerdenden Wärme, z. B. für die angeschlossene Wasserdampferzeugung, die die Herstellungsbilanz des Hauptproduktes, wie z. B. Ammoniak, verbessert, ist besonders bei der Eingliederung des Dampfkessels hinter dem Reaktor von der weiteren Erhöhung des Druckunterschiedes begleitet, den die Kreislaufpumpe zu überwinden hat.
Die Bestrebungen nach einer Herabsetzung der hydraulischen Widerstände der einzelnen Apparate des Synthesekreislaufes sind daher wünschenswert. Natürlich wird die Aufmerksamkeit in dieser Beziehung denjenigen Vorrichtungsteilen gewidmet, deren Anteil an dem Gesamtdruckverlust am grössten ist. Einen solchen Teil stellt in erster Linie der eigentliche Reaktor dar.
Zwecks Milderung seiner starken Beeinflussung der Belastung der Kreislaufpumpe wurde bereits eine Umformung bzw. Gestaltung des Kontaktbettes im Reaktor vorgeschlagen, die in der Aufteilung des katalytischen Raumes in zwei oder mehrere Teile besteht, von welchen ein jeder von je einem der Ströme durchflossen wird, in welche die Gesamtmenge des Synthesegasgemenges nach dessen Vorwärmung in dem gemeinsamen unteren Wärmetauscher aufgeteilt wird. Die besagte Aufteilung betraf daher lediglich die Katalysatorfüllung der Betten und liess dabei den unteren, klassisch gelagerten Wärmeaustauscher unangepasst.
Dieser Vorgang ist auf die Erkenntnis gestützt, dass der Hauptanteil des gesamten Druckverlustes von Reaktoren, in denen sämtliche dem Prozess zugeführten Synthesegase entweder die gesamte Kataly-
<Desc/Clms Page number 2>
satorfüllung oder zumindest irgendeinen Teil derselben durchstreichen, eben nur dem Kontaktbett zukommt. Es bestünde gar keine Bedenken gegen eine solche Aufteilung unter der Voraussetzung, dass die Homogenität der Füllung in sämtlichen gleichlaufend bzw. parallel arbeitenden Teilen des Reaktionsraumes, d. h. sowohl die gleiche Korngrösse der Kontaktmasse als auch die gleich lockere Lagerung der Katalysatorschüttung im Bett gesichert werden könnte. Solche Voraussetzungen können in den Bedingungen eines industriellen Betriebes aber nicht eingehalten werden.
Dies führt zu einer ungleichmässigen Aufteilung der aus dem unteren Wärmetauscher austretenden Synthesegase in die einzelnen Ströme, die zu den ihnen zugehörigen selbständigen, gleichlaufend arbeitenden Katalysatorteilbetten geleitet werden und eine verschiedene Belastung derselben verursachen, was eine niedrigere Reaktorleistung zur Folge hat. Ein Katalysatorteilbett mit einer durch lockere Katalysatorschüttung bedingte lockere Lagerung gegenüber den übrigen wirkt in einem solchen Falle als ein Kurzschlusskanal zwischen dem Austritt des erwähnten Synthesegases aus dem gemeinsamen Austauscher und dem Eintritt der durchreagierten Gase in diesem Austauscher. Die Wirkung solcher Kurzschlüsse ist für den Betrieb weitreichend und in einem konkreten Fall eines Industriereaktors führte sie zu einem Leistungsabfall beinahe auf die Hälfte (s. C. Berg, P. N. Fawcett, R.
O. Dhondt in Chem. Eng. Progress, Bd. 43, Nr. 12 [1947], S. 719 und 720).
Selbst die scheinbar verhältnismässig geringen Abweichungen in der Lockerung der Betten führen zu den fatalen Wirkungen in der Aufteilung der Synthesegase und eine Änderung von 0,5 zu 0,4 m/m kann mehr als die zweifache Erhöhung des hydraulischen Widerstandes des Bettes herbeiführen (s. M. Leva in Chem. Eng., [Mai 1949], S. 115-117). Diese Änderungen werden umso früher bemerkbar, je geringer der Druckverlust zwischen der Aufteilungsstelle des Hauptstromes in die einzelnen Teilströme und deren Vereinigungsstelle zu dem resultierenden Strom ist, was bei der erwähnten Anordnung dem Druckunterschied zwischen dem Austritt der erwähnten Gase aus dem Hauptaustauscher und dem Wiedereintritt bzw. der Rückkehr der'durchreagierten Gase in diesen Austauscher entspricht.
Zur Milderung der ungünstigen Folgen dieser Anordnung wurde bereits eine Lösung vorgeschlagen, die in der Aufteilung des gemeinsamen unteren Hauptaustauschers in mehrere selbständige, gleichlaufend bzw. parallelgeschaltete Teilaustauscher lag, von welchen ein jeder immer je einem selbständigen Katalysatorteilbett angehört, mit dem er ein selbständiges System bildet, das parallel mit den übrigen Systemen arbeitet. Dadurch wurde eine Vergrösserung des Druckunterschiedes zwischen der Aufteilungstelle des Hauptstromes des der Reaktion zugeführten Synthesegasgemenges und den Teilströmen und deren Vereinigungsstelle zu dem resultierenden Strom der durchreagierten Gase erzielt.
Während bei der älteren Anordnung der Hauptstrom erst nach der Erwärmung im gemeinsamen Austauscher zur Aufteilung gekommen ist, wurde bei dieser neueren Lösung durch Einschaltung der Teilaustauscher in einzelne selbständige Systeme eine wesentliche Herabsetzung der Empfindlichkeit des Reaktors gegenüber den Ungleichmässigkeiten in der Packung der parallelen Katalysatorteilbetten erzielt, u. zw. auch im Hinblick auf die Wirkung der übrigen Faktoren, die sich an der Ungleichmässigkeit der Aufteilung überhaupt beteiligen.
Obwohl die vorgeschlagene Lösung sich als eine gewisse Verbesserung gegenüber der ursprünglichen Auffassung der Aufteilung der zur Reaktion geführten Synthesegase hinter dem gemeinsamen Austauscher erwies, zeigte sich nun, dass die Ursachen der ungleichmässigen Belastung der einzelnen gleichlaufend arbeitenden Systeme keineswegs zur Gänze beseitigt wurden. Der Grund hiefür besteht darin, dass die Aufteilung des Hauptstromes der Synthesegase nach den einzelnen Parallelsystemen willkürlich erfolgt, ohne irgendeinen äusseren Eingriff, und bei den gegebenen Betriebsbedingungen lediglich durch die konstruktive Anordnung bzw. Dimensionierung bestimmt ist.
Die Erfindung beseitigt nun die angeführten Nachteile dadurch, dass die Druckverluste in den einzelnen selbständigen, in einem gemeinsamen Druckkörper des Reaktors gelagerten Parallelsystemen, von wel- chen ein jedes durch einen selbständigen Wärmeteilaustauscher mit einem dahinter eingereihten ein-oder mehrschichtigen Katalysatorbett gebildet ist, auf die erwünschten Werte durch Ein- oder Ausschaltung von örtlichen zusätzlichen hydraulischen Widerständen in bzw. aus den eintretenden Teilströmen des Synthesegasgemenges eingestellt werden, in die der Hauptstrom der frischen Gase vor deren Einführung in den Druckkörper des Reaktors aufgeteilt ist.
Somit werden entscheidend diejenigen Mengen der reagierenden, die selbständigen Katalysatorbetten der einzelnen Parallelsysteme durchstreichenden Gase geregelt und die erwünschte Raumgeschwindigkeit erzielt, die eine hohe und gleichmässige Ausnutzung der Kontaktmassefüllung als ein Ganzes sichert.
Die erfindungsgemässe Erzielung und Gewährung einer gleichmässigen Belastung der einzelnen selbständigen, gleichlaufend arbeitenden Katalysatorbetten gestaltet sich äusserst einfach und besteht in der Eingliederung der Regulierorgane in die einzelnen eintretenden Teilströme vor deren Einführung in den
<Desc/Clms Page number 3>
Reaktoreinsatz zwischen deren Eintritt in die selbständigen Wärmeteilaustauscher und der Aufteilungstelle des Hauptstromes. Durch Ein- und Ausschaltung der Regulierorgane, wie z. B. Regulierventile, in bzw. aus einzelnen Parallelsystemen kann leicht erreicht werden, dass alle Parallelsysteme denselben
Druckunterschied und daher denselben Durchsatz aufweisen, was besonders in solchen Fällen von Bedeu- tung ist, wo die einzelnen Parallelsysteme einander gleichen.
Es folgt ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung, worin ein Strömungsschema des erfindungsgemässen Reaktors veranschaulicht ist.
Im oberen Teil des Druckkörpers 1 des Reaktors ist ein vorderes selbständiges Katalysatorbett 2 und darunter ein hinteres selbständiges Katalysatorbett 3 gelagert. Im Unterteil des Druckkörpers 1 befindet sich ein innerer Teilaustauscher 4 und ein denselben umschliessender äusserer Wärmeteilaus- tauscher 5. Das vordere selbständige Katalysatorbett 2 ist mit einem kühlenden Rohrbündel 6 und der hintere selbständige Katalysatorraum mit einem wärmeaustauschenden Röhrenbündel 7 versehen.
Der dem Reaktor zugeführte Hauptstrom 6 des Synthesegasgemenges wird vor dem Eintritt in den Druck- körper 1 in zwei parallele Teilströme 9,10 aufgeteilt. Der eine Teilstrom 10 kann vor dem Eintritt in den Ofeneinsatz den Ringraum zwischen der Druckofenwandung und dem Einsatzmantel 16 durchströmen und somit die Innenwandung des Druckofens abkühlen. Der andere Teilstrom 9 führt zu dem äusseren selbständigen Teilaustauscher 5, in welchem er durch die den durchreagierten Gasen ent- zogene Wärme vorgewärmt wird, wonach er nach dem Austritt daraus zu einer weiteren Erhitzung in einem wärmeaustauschenden Röhrenbündel 7 geführt wird, der im unteren selbständigen Katalysatorraum 3 eingebaut ist.
Beim Durchfluss durch dieses Röhrenbündel 7 entzieht er die überschüssige Wärme aus dem Katalysatorraum 3 und beeinflusst darin auf diese Art und Weise den Verlauf der Betriebstemperaturen.
Mit der erwünschten Temperatur treten alsdann die Synthesegase in den Katalysatorraum 3, in welchem die Reaktion vollzogen wird, wonach sie nach der Beendigung des Prozesses dem heissen Zweig des inneren Teilaustauschers 4 zugeführt werden, worin die Synthesegase ihre Wärme an die kühleren, zur Reaktion geführten Gase abgeben. Ganz ähnlich wird der parallele Teilstrom des kalten Synthesegases 10 zunächst in einem selbständigen inneren Austauscher 4 erwärmt, wonach er in das System der Kühlelemente 6 im oberen selbständigen Katalysatorbett 2 überführt wird, damit er nach dem Vollzug der Reaktion in diesem Bett 2 dem heissen Zweig des äusseren selbständigen Austauschers 5 zugeleitet wird, worin er durch die Wärmeübergabe an die kühleren Gase im Gegenstrom abgekühlt wird.
Die aus den heissen Teilen der selbständigen Teilaustauscher 4,5 austretenden durchreagierten parallelen Teilströme 9,10 der Synthesegase werden wieder zu dem resultierenden Gesamtstrom 11 vereinigt, der aus dem Druckkörper 1 des Reaktors zur weiteren Verarbeitung im Synthesekreislauf herausgeführt wird.
Die Druckunterschiede der einzelnen selbständigen Parallelsysteme zwischen der Aufteilungsstelle 14 des Hauptstromes ausserhalb des Druckkörpers 1 des Reaktors und der Wiedervereinigungsstelle 15 der parallel gleichlaufenden Teilströme 9,10 innerhalb des Druckkörpers 1 des Reaktors sowie die Mächtigkeiten der Teilströme der diese Systeme durchstreichenden Synthesegase werden auf die erwünschten Werte vermittels Regulierventilen 12,13 eingestellt, die die einzelnen Parallelteilströme 9,10 vor deren Eintritt in den Druckkörper 1 des Reaktors bzw. in den in diesem Druckkörper 1 gelagerten Einsatz beherrschen.
Die Aufteilung des Hauptstromes 8 in die einzelnen Parallelteilströme 9,10 geschieht daher keineswegs willkürlich, sondern wird von der Eintrittsseite geregelt, wodurch die Gefahr einer ungleichmässigen Belastung der einzelnen selbständigen Parallelsysteme entfällt.
Gegenüber dem im Ausführungsbeispiel der Strömungsschaltung beschriebenen Falle, nach welchem sowohl die kalte als auch die heisse Seite desselben selbständigen Teilaustauschers verschiedene Parallelströme durchstreichen, kann es manchmal vorteilhaft sein, wenn die beiden Seiten desselben Austauschers derselbe selbständige Parallelstrom der Synthesegase passiert, der im kalten Teil vor dem Beginn der Reaktion erwärmt und im heissen Teil nach Beendigung des Prozesses abgekühlt wird.
Einen günstigen Umstand bei den geregelten selbständigen Teilströmen ergibt die Möglichkeit der Anwendung von Katalysatorbetten selbst verschiedener Gattung in den einzelnen selbständigen Parallelsystemen, die sowohl einschichtig als auch mehrschichtig, gekühlt oder adiabatisch arbeitend, mit den wärmeaustauschenden Elementen entlang der ganzen Länge des selbständigen Bettes oder nur in einem Teil desselben, gegebenenfalls in irgendwelchen Schichten desselben ausgeführt sein können, wobei durch die in der Katalysatorfüllung gelagerten wärmeaustauschenden Elemente entweder das im Reaktor verarbeitete Synthesegasgemenge oder ein der Reaktionsbestandteile bzw. auch ein fremdes Medium, u.
zw. sowohl im gasförmigen als auch flüssigen Zustand oder aber in Dampfform hindurchströmen können und die abgeführte über-
<Desc/Clms Page number 4>
schlüssige warme gegebenenfalls zur angeschlossenen Dampferzeugung in einem Kessel ausgenutzt werden könnte, der entweder innerhalb oder ausserhalb des Druckkörpers des Reaktors gelagert ist. Ein flüssiges Kühlmittel kann entweder direkt zur Dampferzeugung oder als wärmeübertragendes Druckmedium zur Abführung der entzogenen Wärme aus dem Druckkörper des Reaktors ausgenutzt werden.
Die wärmeaustauschenden Kühlelemente können als Systeme bzw. Bündel der geraden, einfachen oder doppelten Röhren ausgebildet werden, wobei solche Systeme in demselben parallelen Katalysatorbett hintereinander oder nebeneinander gereiht oder aber zu flachen oder räumlichen Spiralen, Schnecken, Rosten oder Gittern geformt werden können, die im Gleichstrom und/oder Gegenstrom vom Kühlmittel durchflossen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Durchführung von exothermen katalytischen Gasreaktionen bei höherem Druck und
EMI4.1
odernet, dass die Druckverluste der einzelnen selbständigen in einem gemeinsamen Druckkörper (1) gelagerten Parallelsysteme durch Ein- oder Ausschaltung von örtlichen zusätzlichen hydraulischen Widerständen in bzw. aus den eintretenden Teilströmen (9,10) eingestellt werden, in die der Hauptstrom (8) der Synthesegase vor deren Einführung in den Reaktoreinsatz aufgeteilt wird und auf diese Art und Weise im entscheidenden Masse diejenige Gasmenge geregelt wird, die die einzelnen Parallelsysteme durchstreicht und eine gleichmässige Belastung und Ausnutzung der selbständigen Katalysatorbetten (2,3) aufrechterhält, wobei gleichzeitig die Betriebstemperaturen in der Katalysatorfüllung geregelt werden.
<Desc / Clms Page number 1>
Method and device for carrying out exothermic catalytic gas reactions at higher pressure and elevated temperatures, in particular an ammonia or methanol synthesis
The invention relates to a method and a device for carrying out exothermic catalytic gas reactions at higher pressure and elevated temperatures, in particular ammonia synthesis in the pressure hull of a reactor with two or more independent parallel systems, each of which consists of an independent partial heat exchanger in series connection with an independent one or multilayer catalyst bed.
To compensate for the pressure losses in these systems, they are set to the desired values by switching on or off local additional hydraulic resistances in or out of the incoming partial flows, to which the main flow of the synthesis gas is added before it is introduced into the pressure hull and, if necessary, before or after the branch the controlling bypasses intended to regulate the operating temperatures in the reactor, and in this way, in combination with the controlling bypasses, those quantities of the reacting gases are regulated that pass through the individual parallel systems and maintain an even load with utilization of the individual independent catalyst beds .
The synthesis reactors, such as. B. for ammonia or methanol production, participate in the total pressure loss of the circuit in which they are incorporated, essentially mass. If the hydraulic resistance of the synthesis circuit for medium-pressure ammonia production is usually 15 to 20 atm, the actual reactor contributes an average of 7-10 atm. The utilization of the heat released during the reaction, e.g. B. for the connected steam generation, which the production balance of the main product, such. B. ammonia, improved, is accompanied by the further increase in the pressure difference, which the circulation pump has to overcome, especially when the steam boiler is incorporated behind the reactor.
Efforts to lower the hydraulic resistances of the individual apparatus in the synthesis cycle are therefore desirable. Of course, attention in this connection is devoted to those parts of the device which contribute the greatest amount to the total pressure loss. Such a part is primarily the actual reactor.
In order to mitigate its strong influence on the load on the circulation pump, a reshaping or design of the contact bed in the reactor has already been proposed, which consists in dividing the catalytic space into two or more parts, each of which is traversed by one of the currents into which the total amount of the synthesis gas mixture is divided after its preheating in the common lower heat exchanger. The said division therefore only concerned the catalyst filling of the beds and left the lower, traditionally stored heat exchanger unadjusted.
This process is based on the knowledge that the main part of the total pressure loss of reactors, in which all synthesis gases fed into the process either represent the entire
<Desc / Clms Page number 2>
Cross out the sator filling or at least any part of it, which only applies to the contact bed. There would be no objections at all to such a division, provided that the homogeneity of the filling in all parts of the reaction space that work simultaneously or in parallel, i. H. both the same grain size of the contact mass and the same loose storage of the catalyst bed could be ensured. However, such prerequisites cannot be met in the conditions of an industrial company.
This leads to an uneven distribution of the synthesis gases emerging from the lower heat exchanger into the individual streams, which are directed to the independent, concurrently operating partial catalyst beds belonging to them and cause different loads on the same, which results in a lower reactor output. In such a case, a partial catalyst bed with a loose storage compared to the rest due to loose catalyst beds acts as a short-circuit channel between the exit of the aforementioned synthesis gas from the common exchanger and the entry of the fully reacted gases into this exchanger. The effect of such short circuits is far-reaching for the operation and in a specific case of an industrial reactor it led to a drop in performance by almost half (see C. Berg, P. N. Fawcett, R.
O. Dhondt in Chem. Eng. Progress, Vol. 43, No. 12 [1947], pp. 719 and 720).
Even the apparently relatively small deviations in the loosening of the beds lead to the fatal effects in the division of the synthesis gases and a change from 0.5 to 0.4 m / m can increase the hydraulic resistance of the bed more than twice (see Sect. M. Leva in Chem. Eng., [May 1949], pp. 115-117). These changes become noticeable earlier, the lower the pressure loss between the point of division of the main flow into the individual partial flows and their point of connection to the resulting flow, which in the aforementioned arrangement is the pressure difference between the exit of the gases mentioned from the main exchanger and the re-entry or corresponds to the return of the fully reacted gases into this exchanger.
To mitigate the unfavorable consequences of this arrangement, a solution has already been proposed that consisted in dividing the common lower main exchanger into several independent, concurrent or parallel-connected partial exchangers, each of which always belongs to an independent partial catalyst bed with which it forms an independent system that works in parallel with the other systems. As a result, an increase in the pressure difference between the point of division of the main flow of the synthesis gas mixture fed to the reaction and the partial flows and their point of union with the resulting flow of the completely reacted gases was achieved.
While in the older arrangement the main stream was only split up after the heating in the common exchanger, with this newer solution, the inclusion of the partial exchangers in individual independent systems resulted in a significant reduction in the sensitivity of the reactor to the irregularities in the packing of the parallel partial catalyst beds, u. also with regard to the effect of the other factors that contribute to the unevenness of the division in general.
Although the proposed solution turned out to be a certain improvement over the original conception of the division of the synthesis gases leading to the reaction behind the common exchanger, it now became apparent that the causes of the uneven loading of the individual systems working simultaneously were by no means completely eliminated. The reason for this is that the main stream of synthesis gases is divided up according to the individual parallel systems without any external intervention and, under the given operating conditions, is only determined by the structural arrangement or dimensioning.
The invention now eliminates the disadvantages mentioned in that the pressure losses in the individual, independent parallel systems stored in a common pressure body of the reactor, each of which is formed by an independent heat exchanger with a single- or multi-layer catalyst bed lined up behind it desired values can be set by switching on or off local additional hydraulic resistances in or out of the incoming partial flows of the synthesis gas mixture into which the main flow of fresh gases is divided before they are introduced into the pressure hull of the reactor.
In this way, the quantities of reacting gases that sweep through the independent catalyst beds of the individual parallel systems are regulated and the desired space velocity is achieved, which ensures a high and uniform utilization of the contact mass filling as a whole.
The achievement and granting of a uniform loading of the individual independent, simultaneously working catalyst beds according to the invention is extremely simple and consists in integrating the regulating elements into the individual incoming partial flows before they are introduced into the
<Desc / Clms Page number 3>
Reactor insert between its entry into the independent heat exchanger and the division point of the main stream. By switching the regulating elements on and off, such as B. regulating valves, in or from individual parallel systems can easily be achieved that all parallel systems are the same
Pressure difference and therefore have the same throughput, which is particularly important in cases where the individual parallel systems are similar to one another.
An exemplary embodiment follows with reference to the drawing, which illustrates a flow diagram of the reactor according to the invention.
In the upper part of the pressure hull 1 of the reactor, a front, independent catalyst bed 2 and, underneath, a rear, independent catalyst bed 3 is mounted. In the lower part of the pressure hull 1 there is an inner partial exchanger 4 and an outer heat exchanger 5 surrounding the same. The front, independent catalyst bed 2 is provided with a cooling tube bundle 6 and the rear, independent catalyst space is provided with a heat-exchanging tube bundle 7.
The main stream 6 of the synthesis gas mixture fed to the reactor is divided into two parallel partial streams 9, 10 before it enters the pressure body 1. One partial flow 10 can flow through the annular space between the pressure furnace wall and the insert jacket 16 before entering the furnace insert and thus cool the inner wall of the pressure furnace. The other partial flow 9 leads to the external independent partial exchanger 5, in which it is preheated by the heat withdrawn from the completely reacted gases, after which, after exiting it, it is passed to a further heating in a heat-exchanging tube bundle 7, which is located in the lower independent catalyst chamber 3 is built in.
When flowing through this tube bundle 7, it withdraws the excess heat from the catalyst chamber 3 and in this way influences the course of the operating temperatures.
At the desired temperature, the synthesis gases then enter the catalyst chamber 3, in which the reaction is carried out, after which, after the process has ended, they are fed to the hot branch of the internal partial exchanger 4, in which the synthesis gases transfer their heat to the cooler gases being reacted submit. In a very similar way, the parallel partial flow of the cold synthesis gas 10 is first heated in an independent internal exchanger 4, after which it is transferred to the system of cooling elements 6 in the upper independent catalyst bed 2 so that, after the reaction in this bed 2 has been completed, it is part of the hot branch of the external independent exchanger 5 is fed, wherein it is cooled by the transfer of heat to the cooler gases in countercurrent.
The fully reacted parallel partial flows 9, 10 of the synthesis gases emerging from the hot parts of the independent partial exchangers 4, 5 are combined again to form the resulting total flow 11, which is led out of the pressure body 1 of the reactor for further processing in the synthesis cycle.
The pressure differences of the individual independent parallel systems between the division point 14 of the main stream outside the pressure hull 1 of the reactor and the reunification point 15 of the parallel, concurrent partial flows 9, 10 within the pressure hull 1 of the reactor and the thicknesses of the partial flows of the synthesis gases passing through these systems are reduced to the desired values adjusted by means of regulating valves 12, 13 which control the individual parallel partial flows 9, 10 before they enter the pressure body 1 of the reactor or in the insert stored in this pressure body 1.
The division of the main stream 8 into the individual parallel partial streams 9, 10 is therefore by no means arbitrary, but is regulated from the inlet side, which eliminates the risk of uneven loading of the individual independent parallel systems.
Compared to the case described in the exemplary embodiment of the flow circuit, according to which both the cold and the hot side of the same independent partial exchanger pass through different parallel flows, it can sometimes be advantageous if the same independent parallel flow of synthesis gases passes through the two sides of the same exchanger as that in the cold part before heated at the beginning of the reaction and cooled in the hot part after the end of the process.
A favorable circumstance with the regulated independent partial flows results in the possibility of using catalyst beds of different types in the individual independent parallel systems, which work both single-layer and multi-layer, cooled or adiabatic, with the heat-exchanging elements along the entire length of the independent bed or only in a part of the same, optionally in any layers of the same can be executed, whereby either the synthesis gas mixture processed in the reactor or one of the reaction constituents or a foreign medium, etc. through the heat-exchanging elements stored in the catalyst filling.
can flow through both in the gaseous and liquid state or in vapor form and the transferred over-
<Desc / Clms Page number 4>
coherent warm could possibly be used for connected steam generation in a boiler which is stored either inside or outside the pressure hull of the reactor. A liquid coolant can either be used directly to generate steam or as a heat-transferring pressure medium to remove the extracted heat from the pressure body of the reactor.
The heat-exchanging cooling elements can be designed as systems or bundles of straight, single or double tubes, such systems being arranged one behind the other or next to one another in the same parallel catalyst bed, or they can be formed into flat or spatial spirals, screws, grids or grids that are in direct current and / or countercurrent flow of coolant.
PATENT CLAIMS:
1. Process for carrying out exothermic catalytic gas reactions at higher pressure and
EMI4.1
odernet that the pressure losses of the individual independent parallel systems stored in a common pressure hull (1) are set by switching on or off local additional hydraulic resistances in or out of the incoming partial flows (9, 10) into which the main flow (8) of the Synthesis gases are divided up before their introduction into the reactor and in this way that amount of gas is regulated to a decisive extent, which passes through the individual parallel systems and maintains an even load and utilization of the independent catalyst beds (2,3), with the operating temperatures in the Catalyst filling can be regulated.