AT281870B

AT281870B - Verfahren und Vorrichtung zur Gasführung in katalytischen Hochdrucksyntheseanlagen, beispielsweise für die Ammoniaksynthese

Info

Publication number: AT281870B
Application number: AT118368A
Authority: AT
Original assignee: Chemie Linz Ag
Priority date: 1968-02-08
Filing date: 1968-02-08
Publication date: 1970-06-10

Description


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  Verfahren und Vorrichtung zur Gasführung in katalytischen Hochdrucksyntheseanlagen, beispielsweise für die Ammoniaksynthese 
Bei katalytischenAmmoniak-Hochdrucksyntheseanlagen mit mehreren hintereinander angeordneten axial durchströmten Katalysatorlagen ist bekannt, im Sinne der Strömungsrichtung des zur Umsetzung gelangenden Gases eine Endkatalysatorlage zu schalten, die im Verhältnis zu den vorhergehenden Lagen 
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 sehr niedrig ist. 



   Es ist weiters bekannt, dass der Druckverlust in einem solchen Syntheseofen in erster Linie vom Katalysator verursacht wird und dass die lange Endkatalysatorlage massgeblich an dem Druckverlust des Ofens beteiligt ist. 



   Anderseits sind auch Öfen mit 2 Katalysatorlagen beschrieben, die vom Synthesegas nur radial durchströmt werden, um den Druckverlust des Katalysatorbettes herabzusetzen. Bei dieser Bauweise strömt das Synthesegas radial vom Zentrum nach aussen und in der nächsten Schicht von aussen nach innen durch das Katalysatorbett. 



   Durch diese Gasführung treten aber bei der Formierung des Kontaktes unangenehme Nebenerscheinungen auf. Durch die Strömung des Gases von aussen nach innen bilden sich innen viel grössere Gasgeschwindigkeiten aus, dadurch wird in der Zeiteinheit eine wesentlich grössere Menge an Wasserstoff mit dem Katalysator in Berührung gebracht, so dass auch bei etwas geringerer Temperatur eine beträchtliche Reduktion des Kontaktes stattfindet. Da dadurch die Reduktion teilweise auch gegen die Gasströmungsrichtung erfolgt, ist der innenliegende Kontakt bereits aktiv, während der in der Aussenschicht noch reduziert werden muss. Durch die Formierung des äusseren inaktiven Katalysators entsteht aber Wasser, das dann mit dem Formierungsgas nach innen strömt, wodurch der innenliegende, bereits reduzierte Kontakt eine starke Schädigung seiner Aktivität erfährt. 



   Der Einsatz des Radialstromes käme ausserdem infolge der kurzen radialen Weglänge nur für sehr grosse Einheiten in Frage und abgesehen von den Formierungsschwierigkeiten des Katalysators wäre der konstruktive Aufwand für diese Bauart besonders hoch. 



   Es wurde nun gefunden, dass durch die Kombination von Axialstrom in den ersten Katalysatorlagen und Radialstrom in der Endkatalysatorlage eine schädliche Gasführung von aussen nach innen vermieden werden kann und trotzdem ein geringerer Druckverlust gegenüber den bekannten, nur axial durchströmten Öfen zu verzeichnen ist. Auf diese Weise gelingt es auch hier, den Umsatz wesentlich zu erhöhen, da es durch den Radialstrom in der Endkatalysatorlage möglich wird, dort Katalysatoren mit geringerer Korngrösse und daher grösserer Aktivität zur Ausreaktion des Gasgemisches einzusetzen, ohne den Druckverlust zu erhöhen und ohne zu Beginn der Reaktion auf die axiale Durchströmung von Katalysatorlagen mit zwischengeschalteten Kühlzonen verzichten zu müssen. 

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   Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur   Gasführung   in katalytischen Hochdrucksyntheseanlagen, beispielsweise für die Ammoniaksynthese mit zwei oder mehreren voneinander getrennten, im Gasweg hintereinander angeordneten Katalysatorlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das in einer oder mehreren vorangehenden, in Axialrichtung durchströmten Katalysatorlagen teilweise ausreagierte Synthesegasgemisch durch eine Endkatalysatorlage, deren Länge etwa das 4- bis   6fache   des inneren Ofendurchmessers beträgt, im Radialstrom von innen nach aussen geführt wird. 



   Um den Reaktionsablauf schneller und vollständiger zu gestalten, wird allgemein, wie schon erwähnt, die Verwendung einer möglichst geringen Katalysatorkorngrösse in der Endkatalysatorlage angestrebt. Der Einsatz von Katalysatoren mit kleinen Korngrössen ist aber nur deshalb möglich, weil beim Radialstrom der Druckverlust wesentlich geringer ist als beim Axialstrom und daher der durch den feineren Katalysator verursachte höhere Druckverlust geduldet werden kann. 



   Durch die Gasführung in Radialrichtung von innen nach aussen treten bei der Formierung des Katalysators keine Schwierigkeiten auf, da das Gas den Kontakt so durchströmt, dass die Formierung gleichmässig erfolgt und das entstehende Wasser mit dem Gas nur auf noch nicht reduzierten Kontakt auftrifft. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren soll an Hand der Zeichnungen, die Beispiele für eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darstellt, erläutert werden. 



   Das teilweise ausreagierte Synthesegasgemisch kommt aus den axial durchströmten vorangeschal- 
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 zwischen zwei konzentrisch angeordneten gelochten   Blechmänteln --1   und 2--und ist oben mit dem   Behälterboden --3-- und   unten mit dem   Behälterboden --4-- abgeschlossen.   



   Das völlig ausreagierte Synthesegas tritt dann bei --8-- aus der Endkatalysatorlage aus und durchströmt den angeschlossenen Wärmetauscher. In den Zeichnungen bedeutet --6-- ein zentrales Gasführungsrohr für das im Hauptwärmetauscher vorgewärmte Frischgas, das zur Eingangskatalysatorlage geführt wird. 



   Ausserdem sind in den Fig. 1 bis 3 weitere Möglichkeiten angedeutet, wie das Reaktionsgas zwischen den einzelnen Katalysatorlagen abgekühlt werden kann. Dadurch wird gezeigt, dass die erfindungsgemässe Gasführung und die hiezu dienende apparative Anordnung unabhängig von verschiedenen Betriebsweisen eines solchen Mehrschichtenreaktors anwendbar sind. Prinzipiell kann jede übliche Ausgestaltung, wie sie bei bekannten axial durchströmten Ammoniak-Syntheseöfen angewendet wird, auch für die oberen axial durchströmten Katalysatorlagen dienen.

   Um beim Radialstrom einen möglicherweise, durch das Absinken des Katalysators in der Endkatalysatorlage auftretenden Gaskurzschluss zu vermeiden, sind erfindungsgemäss unterhalb des oberen   Behälterbodens --3-- konzentrisch zur Achse   ein oder mehrere in sich geschlossene Blechringe --5-- angeordnet, die nach Massgabe der zu erwartenden Setzung in die Katalysatorschicht eintauchen. 



   Beispiel : Unter Verwendung einer Vorrichtung für die Ammoniaksynthese der in Fig. 3 gezeigten Art werden   70000 Nm3/h   eines Synthesegasgemisches durch die ersten beiden Katalysatorlagen axial und durch die Endkatalysatorlage radial von innen nach aussen geführt. Die Ammoniak-Synthese wird bei 300 atm unter Verwendung eines Katalysators mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 6 mm und bei einer Temperatur von 400 bis   500 C   vorgenommen. 

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Claims

Das Gasgemisch weist vor Eintritt in die Endkatalysatorlage, die mit 1, 7 m3 Katalysator gefüllt ist, einen Inertgasgehalt von 9 Vol.-% und einen Ammoniakgehalt von 12,0 Vol. -0/0 auf. Die Temperatur des Gasgemisches vor Eintritt in das 3. Katalysatorbett beträgt 4400C. Am Ofenausgang enthält das Gas 16, 5 Vol. -0/0 NH3' Wird nun die Endkatalysatorlage, während in den vorangeschalteten axial durchströmten Katalysatorlagen ein Katalysator mit einer Korngrösse von 6 mm beibehalten wird, mit einem Katalysator, der eine durchschnittliche Korngrösse von 2 mm aufweist, gefüllt, so erhält man bei den angeführten Bedingungen am Ofenausgang ein Gas mit 18,5 Vol. -0/0 NH3' PATENTANSPRÜCHE : 1.

Verfahren zur Gasführung in katalytischen Hochdrucksyntheseanlagen, beispielsweise für die Ammoniaksynthese mit zwei oder mehreren voneinander getrennten, im Gasweg hintereinander angeordneten Katalysatorlagen, dadurch gekennzeichnet, dass das in einer oder mehreren vorangehenden, in Axialrichtung durchströmten Katalysatorlagen teilweise ausreagierte Synthesegasgemisch <Desc/Clms Page number 3> durch eine Endkatalysatorlage, deren Länge etwas das 4- bis 6fache des inneren Ofendurchmessersbeträgt, im Radialstrom von innen nach aussen geführt wird.

EMI3.1 d u r c h g e k e n n z e i c h -net, dass sich die an die axial durchströmten Katalysatorlagen anschliessende Endkatalysatorlage im Ringraum zwischen zwei um das Zentralrohr (6) konzentrisch angeordneten gelochten Blechmänteln (1, 2) befindet, wobei der obere Behälterboden (3) einen achsennahen (7) und der untere einen wandnahen (8) Gasdurchlass aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des oberen Behälterbodens (3) des Katalysatorbehälters ein oder mehrere senkrechte, in sich geschlossene Blechringe (5) konzentrisch mit dem Boden (3) gasdicht verbunden sind, die auch nach erfolgter Setzung des Katalysators noch in diesen eintauchen.