DE102006030189A1 - Alternative Parikelgeometrie für Ammoniaksynthesekatalysatoren - Google Patents

Alternative Parikelgeometrie für Ammoniaksynthesekatalysatoren Download PDF

Info

Publication number
DE102006030189A1
DE102006030189A1 DE102006030189A DE102006030189A DE102006030189A1 DE 102006030189 A1 DE102006030189 A1 DE 102006030189A1 DE 102006030189 A DE102006030189 A DE 102006030189A DE 102006030189 A DE102006030189 A DE 102006030189A DE 102006030189 A1 DE102006030189 A1 DE 102006030189A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
reactor
honeycomb
tube bundle
iron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102006030189A
Other languages
English (en)
Inventor
Ingo Hanke
Norbert Ringer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sued Chemie AG
Original Assignee
Sued Chemie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sued Chemie AG filed Critical Sued Chemie AG
Priority to DE102006030189A priority Critical patent/DE102006030189A1/de
Publication of DE102006030189A1 publication Critical patent/DE102006030189A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C01C1/0411—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485—Monolithic reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/745—Iron
    • B01J35/50—
    • B01J35/56—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30—Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302—Basic shape of the elements
    • B01J2219/3023—Triangle
    • B01J2219/30234—Hexagon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30—Details relating to random packing elements
    • B01J2219/304—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/30416—Ceramic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30—Details relating to random packing elements
    • B01J2219/304—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/30475—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30—Details relating to random packing elements
    • B01J2219/308—Details relating to random packing elements filling or discharging the elements into or from packed columns
    • B01J2219/3081—Orientation of the packing elements within the column or vessel
    • B01J2219/3085—Ordered or stacked packing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32296—Honeycombs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32425—Ceramic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32466—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Katalysator mit alternativer Partikelgeometrie in Form von metallischen Wabenkörpern für Ammoniaksynthesekatalysatoren, die Verwendung des Katalysators in einem Reaktor, einen Reaktor sowie ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Katalysator mit alternativer Partikelgeometrie in Form von metallischen Wabenkörpern für Ammoniaksynthesekatalysatoren, die Verwendung des Katalysators in einem Reaktor, einen Reaktor sowie ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak.
  • Derzeit werden zur Synthese von Ammoniak aus Synthesegas Festbettreaktoren mit und ohne Quenchgas, sowie radial und axial/radial durchströmte Festbettreaktoren mit und ohne integrierten Wärmetauschern verwendet. Im Katalysatorbett von Festbettreaktoren werden derzeit zwei unterschiedliche Katalysatorsysteme eingesetzt. Konventionelle Systeme basieren auf Magnetit oder Wüstit-Eisen-Granulaten verschiedener Größenverteilungen. Typische Größen des Granulates sind 1,5 bis 3,0 mm, 3,0 bis 5,0 mm und 6,0 bis 8,0 mm. Seit einigen Jahren existiert ein neues System auf Basis von Rutheniumdotierung von konventionellen Systemen. Die Partikelformen und Reaktordesigns unterscheiden sich dabei nicht von konventionellen Designs.
  • Aufgabe der Erfindung ist es somit, die Reaktion zu verbessern, insbesondere die Reaktionsbedingungen in einen thermodynamisch vorteilhafteren Parameterbereich zu verändern, und/oder die für den Betrieb der Prozessanlage aufgewendete Energie oder notwendige Katalysator- und/oder Synthesegasmenge zu reduzieren.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Katalysator, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Katalysator in Form eines Wabenkörpers mit einer Vielzahl von parallelen Durchtrittsöffnungen mit polygonalem Querschnitt vorliegt und zu mindestens 95 Gew.-%, insbesondere mindestens 97 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-%, bezogen auf den Katalysator, aus Eisen, Eisenoxid oder einer eisenbasierenden Legierung besteht. Bevorzugt wird Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4, jeweils mit oder ohne Kristallwasser.
  • Die metallischen Wabenkörper besitzen 20 bis 80%, insbesondere 30 bis 70%, besonders bevorzugt 40 bis 60% freie Durchtrittsöffnungen, wobei sie 15 bis 250, insbesondere 30 bis 200, besonders bevorzugt 50 bis 150 freie Durchtrittsöffnungen pro cm2 Anströmfläche besitzen.
  • Die metallischen Wabenkörper sind in ihrer geometrischen Form ein senkrechter Kreiszylinder, wobei der Durchmesser des Zylinders 5 bis 250 mm, insbesondere 10 bis 200 mm oder 20 bis 200 mm, besonders bevorzugt 10 bis 150 mm oder 20 bis 150 mm ist und die Höhe des Zylinders 5 bis 250 mm, insbesondere 10 bis 100 mm, besonders bevorzugt 20 bis 80 mm, beträgt. Die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen können sechseckig, dreieckig und/oder quadratisch ausgebildet sein.
  • Es ist bevorzugt, dass die metallischen Wabenkörper im Wesentlichen aus Metallen bestehen, die in ihrer katalytisch aktiven Phase aus magnetitischem oder wüstitischem Kristallgefüge bestehen. Magnetit ist bekannt als Fe3O4 (genauer FeO·Fe2O3) und Wüstit ist bekannt als schwarzes FeO (genauer Fe1-xO mit x < 1), wobei die genaue Zusammensetzung von Wüstit nicht bekannt ist. Weiterhin können in der Katalysatorzusammensetzung noch Al2O3, K2O und CaO enthalten sein.
  • Die Herstellung der wabenförmigen Katalysatoren kann durch Schmelzen und Gießen der geschmolzenen Katalysatorzusammensetzung in eine geeignete Gussform erfolgen bzw. durch Sintern des Katalysatormaterials in einer geeigneten Form.
  • Die oben beschriebenen wabenförmigen Katalysatoren sowie auch wabenförmige Katalysatoren allgemein können in einem Reaktor zur Herstellung von Ammoniak verwendet werden. Weiterhin ist bevorzugt, wenn der wabenförmige Katalysator mindestens eine stiftförmige Erhebung und mindestens eine entsprechende Aussparung besitzt, die sich vorzugsweise an einer gegenüberliegenden Seite des Katalysators an entsprechender Stelle befindet. Dadurch wird ein ausgerichtetes Stapeln der wabenförmigen Katalysatoren ermöglicht. Die Anzahl der stiftförmigen Erhebungen und der entsprechenden Aussparungen ist vorzugsweise identisch, jedoch können auch mehr Aussparungen als Erhebungen vorhanden oder die Aussparung radial umlaufend sein. Dadurch wird ein schnelleres Stapeln ermöglicht. Die Erhebung ist vorzugsweise ein Stift und die Aussparung ist vorzugsweise eine dazu passende Vertiefung in dem Katalysator. Es ist bevorzugt, dass der Katalysator 1, 2, 3, 4 oder 5 stiftförmige Erhebungen aufweist und ebenso 1, 2, 3, 4 oder 5 entsprechende Aussparungen, insbesondere 1 Erhebung und 1 Aussparung sowie 2 Erhebungen und 2 Aussparungen.
  • Weiterhin ist es möglich, mindestens eine in Längsrichtung der Reaktorrohre angeordnete Nut oder Erhebung anzubringen, in die mindestens eine an dem Katalysator längs in Stapelrichtung angebrachte Erhebung oder Nut eingreifen kann. So ein Prinzip wäre zum Beispiel mit einem sogenannten Nut- und Federsystem möglich.
  • Bevorzugt ist weiterhin, wenn der Reaktor ein Festbettreaktor oder ein Rohrbündelreaktor ist. Die Wabenkörper können als lose Schüttung in einem axialen oder radialen Fixbett des Festbettreaktors, als lose Schüttung auf der Mantelseite des Rohrbündelreaktors oder als lose oder ausgerichtete Schüttung in einem oder mehreren Rohren des Rohrbündelreaktors vorliegen.
  • Der Festbettreaktor ist der am häufigsten eingesetzte Reaktortyp für heterogen katalysierte Reaktionen. Bei den Festbettreaktoren unterscheidet man im Wesentlichen zwischen Vollraumreaktoren, Hordenreaktoren und Rohrbündelreaktoren (siehe beispielsweise E. Fitzer, W. Fritz, Technische Chemie, 2. Auflage, Springer, Berlin, 1982 S. 424 ff.).
  • Der Rohrbündelreaktor wird für stark exotherme oder endotherme Reaktionen eingesetzt, bei denen eine adiabatische Reaktionsführung wie beispielsweise in einem Hordenreaktor aufgrund der hohen Temperaturen, die zur ungünstigen Verschiebung des Gleichgewichtsumsatzes führen könnten, nicht möglich ist. Bei einer polytropen Temperaturführung ist eine direkte Wärmeübertragung am Ort der Wärmeentwicklung näherungsweise unter Verwendung von Rohrbündelreaktoren möglich (polytrop bedeutet, dass die Temperatur der Reaktionsmasse über Raum und Zeit betrachtet genau geregelt wird). Die Katalysatorschüttung wird dazu in bis zu 4000 Einzelrohren angeordnet, die zum Fixieren in Lochplatten eingeschweißt sind. Das so entstandene Rohrbündel wird ummantelt, so dass die Einzelrohre von flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgern bzw. Kühlmitteln umströmt werden können und die Reaktorwand konstant auf Temperatur des Wärmeträgers bleibt. Bei sehr stark exothermen Reaktionen wird die Katalysatorschüttung in den Rohren eines wie ein Wärmetauscher aufgebauten Reaktors angeordnet, um die Reaktionswärme im Außenraum der Rohre abzutransportieren.
  • Die Erfindung sieht die Verwendung der Katalysatorwaben auf der Rohr- oder der Mantelseite von Rohrbündelreaktoren vor. Bei Verwendung der Waben als lose Schüttung auf der Mantelseite des Rohrbündelreaktors durchströmt das Reaktionsgas die Mantelseite und das flüssige oder gasförmige Kühlmedium die Rohre, vorzugsweise im Gegenstrom. Bei der Verwendung der Katalysatorwaben als lose oder als ausgerichtete Schüttung auf der Rohrseite des Rohrbündelreaktors durchströmt das Reaktionsgas die Rohrseite und das flüssige oder gasförmige Kühlmedium die Mantelseite.
  • Der Rohrinnendurchmesser eines oder mehrerer Rohre des Rohrbündelreaktors soll dabei um einen Faktor von 2,5 bis 20, insbesondere 5 bis 15, besonders bevorzugt 8 bis 12 größer als der Durchmesser der Wabenkörper sein. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Wabenkörper ausgerichtet in einem oder mehreren Rohren des Rohrbündelreaktors vorliegen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Wabenkörper als senkrechte Kreiszylinder ausgebildet sind und einen geringfügig kleineren Durchmesser als das oder die Rohre des Rohrbündelreaktors besitzen, wobei das Ausrichten der metallischen Wabenkörper im Rohr oder in den Rohren des Rohrbündelreaktors durch eine Fixiereinrichtung oder eine besondere Befüllmethode erfolgt. Die Fixiereinrichtung kann beispielsweise eine Nut und ein Stift sein, wodurch ein geordneter Stapel der einzelnen zylindrischen Wabenkörper ermöglicht wird. Die Befüllmethode kann beispielsweise eine vorhergehende ausgerichtete Aufreihung an einem flexiblen Träger sein, mit dessen Hilfe die Wabenkörper ausgerichtet in das oder die Rohre eingeführt werden.
  • Die oben dargestellten Katalysatoren sowie deren Verwendung in Festbettreaktoren, insbesondere Rohrbündelreaktoren, bringen für die Ammoniaksynthese enorme Vorteile gegenüber den bisherigen konventionellen Festbettsystemen. Dies sind unter anderen
    • – nahezu isotherme Reaktionsbedingungen,
    • – geringere spezifische Katalysatormengen,
    • – optimierte Betriebsbedingungen des Reaktors, insbesondere
    • – Erniedrigung der Reaktionstemperatur,
    • – Erniedrigung des Druckverlusts des Katalysatorbettes und daraus resultierend Erhöhung des Reaktoraustrittsdrucks, und
    • – reduzierte erforderliche Recyclegas/Synthesegasmengen.
  • Diese konzeptionellen Vorteile erniedrigen darüber hinaus den Investitions- und Energiebedarf für Neuanlagen und für das Überholen von Anlagen (Revamp).
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Synthesegas, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren in einem Rohrbündelreaktor, umfassend mindestens ein Rohr und einen Kühlmantel, erfolgt, wobei
    • – ein wabenförmiger Katalysator, bzw. ein Katalysator wie er oben definiert wurde, als lose Schüttung oder ausgerichtet in das mindestens eine Rohr des Rohrbündelreaktors oder auf die Mantelseite des Rohrbündelreaktors gefüllt wird,
    • – die Katalysatorschüttung oder die ausgerichteten Katalysatorwaben durch ein Kühlmittel gekühlt werden, und
    • – das Synthesegas über und/oder durch die Katalysatorschüttung oder durch die ausgerichteten Katalysatorwaben geleitet wird, so dass das Synthesegas zu Ammoniak abreagieren kann.
  • Weiterhin gehört zum Umfang der Erfindung ein Festbett- oder Rohrbündelreaktor, der die erfindungsgemäßen Katalysatoren enthält. Ein derartiger Reaktor ist aus einem konventionellen Festbett- oder Rohrbündelreaktor zugänglich, indem dieser mit den oben beschriebenen Katalysatoren befüllt wird. Ein solcher Reaktor zeichnet sich u.a. durch einen verringerten Druckverlust aus. Die im Reaktor für Reaktionen zur Verfügung stehende katalytische Oberfläche ist dabei im Vergleich zu den herkömmlichen Reaktoren erhöht, bzw. bei gleicher reaktiver Oberfläche kann die Katalysatormenge im Reaktor verringert werden.
  • Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt
  • 1 die erfindungsgemäßen wabenförmigen Katalysatoren in einer perspektivischen Ansicht,
  • 2 einen Rohrbündelreaktor zur Ammoniaksysnthese im Querschnitt.
  • Wabenförmige Katalysatoren 10, wie sie in 1 zu sehen sind, werden in die Rohre 20 eines Rohrbündelreaktors 30 gefüllt (siehe 2), um ein Katalysatorbett 22 im jeweiligen Rohr 20 zu bilden. Dies kann entweder in Form einer losen Schüttung des Katalysators erfolgen oder, indem die Katalysatoren ausgerichtet in die Rohre gefüllt werden (ähnlich einer gestapelten Geldrolle). Die Ausrichtung kann dabei über eine Fixiereinrichtung, beispielsweise eine Nut und einen Stift, erfolgen. Die Rohre 20 sind mit einem Kühlmantel 40 umgeben, in dem ein Kühlmedium vorhanden ist. Geeignete Kühlmedien sind beispielsweise Wasser, insbesondere flüssiges und siedendes Wasser, flüssiges und siedendes Prozeßkondensat, wässrige Salzlösungen, Wärmeöle und Prozeßgase, wobei zusätzlich korrosionshemmende Mittel zugesetzt sein können. Das Synthesegas wird über die Einlassöffnung 32 durch die Rohre 20 und somit über die Katalysatorbette 22 geleitet, wie es in 2 durch die Pfeile angedeutet ist. Das Synthesegas (oder Recyclegas) besteht aus Stickstoff und Wasserstoff, bevorzugt im Verhältnis 1:3, und kann nach üblichen, im Stand der Technik bekannten Methoden, erhalten werden. Stickstoff kann beispielsweise aus Generatorgas oder durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gewonnen werden. Wasserstoff kann aus Wassergas, Kokereigas oder Spaltgas erhalten werden. Verunreinigungen sollen möglichst entfernt werden, können jedoch bis zu einem Gehalt von 0,10% enthalten sein. Das Kühlmedium wird über die Kühlmitteleinlassöffnung 34 und Kühlmittelauslassöffnung 36 durch den Kühlmantel gepumpt, wobei die Steuerung und Regelung des Kühlkreislaufs nach konventionellen Methoden erfolgt, beispielsweise durch Temperatursensoren, die Signale an eine rechnergesteuerte Regelung senden. Die Reaktion von Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak erfolgt durch Kontakt mit dem katalytischen Material im Katalysatorbett bei einer möglichst konstanten Temperatur von 250-550°C, bevorzugt 350°C und einem Druck von 50 bar bis 200 bar, bevorzugt 80 bar bis 120 bar. Die Regelung des Drucks erfolgt über Drucksensoren, beispielsweise Piezoelemente, die die entsprechenden Signale an eine rechnergesteuerte Druckregelung senden. Der Druckverlust beträgt dabei 0,5 bar bis 4,0 bar, bevorzugt 1,0 bar bis 2,5 bar. Gebildeter Ammoniak kann über die Auslassöffnung 38 entnommen werden. Die Ammoniakausbeute bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt 9% bis 25%. Eine Reinigung des gewonnenen Ammoniaks ist in der Regel nicht notwendig.
  • Ausführungsbeispiele:
  • Beispiel 1: Rohrbündelreaktor mit loser Katalysatorschüttung auf der Rohrseite:
  • Wabenförmige Katalysatoren 10 mit einem Gehalt von 95% Magnetit, einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 5 mm werden in die Rohre 20 eines Rohrbündelreaktors 30 gefüllt um ein Katalysatorbett 22 zu bilden. Die Rohre 20 sind mit einem Kühlmantel 40 umgeben, in dem Wärmeöl als Kühlmittel vorhanden ist. Das Synthesegas wird über die Einlassöffnung 32 durch die Rohre 20 und somit über das Katalysatorbett 22 geleitet. Das Kühlmedium wird über die Kühlmitteleinlassöffnung 34 und Kühlmittelauslassöffnung 36 durch den Kühlmantel gefördert, wobei Temperatursensoren Signale an die rechnergesteuerte Kühlmittelsteuerung senden. Die Regelung des Drucks des Synthesegases erfolgt durch Drucksensoren, die Signale an die rechnergesteuerte Drucksteuerung senden. Die Reaktionstemperatur wird konstant auf 360°C gehalten, der Druck beträgt 120 bar mit einem Druckverlust von 1,5 bar. Die Ammoniakausbeute mit diesem Verfahren beträgt 25%
  • Beispiel 2: Rohrbündelreaktor mit ausgerichteten Katalysatoren:
  • Wabenförmige Katalysatoren 10, wie sie in 1 zu sehen sind, mit einem Gehalt von 95% Magnetit, einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 5 mm werden ausgerichtet über eine Nut und einen Stift in die Rohre 20 eines Rohrbündelreaktors 30 geschichtet um ein Katalysatorbett 22 zu bilden. Die Rohre 20 sind mit einem Kühlmantel 40 umgeben, in dem Wärmeöl als Kühlmittel vorhanden ist. Das Synthesegas wird über die Einlassöffnung 32 durch die Rohre 20 und somit über das Katalysatorbett 22 geleitet. Das Kühlmedium wird über die Kühlmitteleinlassöffnung 34 und Kühlmittelauslassöffnung 36 durch den Kühlmantel gefördert, wobei Temperatursensoren Signale an die rechnergesteuerte Kühlmittelsteuerung senden. Die Regelung des Drucks des Synthesegases erfolgt durch Drucksensoren, die Signale an die rechnergesteuerte Drucksteuerung senden. Die Temperatur wird Konstant auf 360°C gehalten, der Druck beträgt 120 bar mit einem Druckverlust von < 500 mbar. Die Ammoniakausbeute mit diesem Verfahren beträgt 25%.
  • Beispiel 3: Vergleichsbeispiel Revamp konventioneller Katalysator und Wabenkatalysator:
  • In dem Revamp wird der konventionelle magnetitische Katalysator in Form von Granulaten mit 2,2 mm Durchmesser durch neuartige, wüstitische wabenförmige Katalysatoren mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 5 mm ausgetauscht. Die konventionellen Prozessbedingungen werden beibehalten. Verfahrenstechnische Basisdaten: 3-Bett-Reaktor mit axialer Stromführung und Quenchkühlung
    Katalysatorvolumen: 75 m3
    Reaktorbetriebsdruck: 120 bar
    Reaktoreintrittsgasmenge: 758.000 Nm3/h
    Reaktoreintrittstemperatur: 365°C
    Reaktoraustrittstemperatur: 450°C
    • (Nm3/h = Normkubikmeter pro Stunde)
    Tabelle 1: Vergleich Revamp konventioneller Katalysator/Wabenkatalysator
    Konventioneller Katalysator: Wabenkatalysator
    Reaktoraustrittskonzentration 16% NH3 19% NH3
    Anlagenleistung 1350 mtpd NH3 1550 mtpd NH3
    Druckverlust 6 bar 0,5 bar
    • mtpd = metric tons per day (metrische Tonnen pro Tag)
  • Beispiel 4: Vergleichsbeispiel Neuanlage/konventionelles Festbett und Wabenkatalysator im Rohrbündelreaktor:
  • Verfahrenstechnische Grundauslegungen: Anlagenleistung 1200 mtpd NH3 2-Bett-Reaktor mit radialer Strömeführung und internem Wärmetauscher
    Reaktoreintrittsgasmenge: 585.000 Nm3/h
    Reaktoreintrittstemperatur: 370°C
    Reaktoreintrittsdruck: 140 bar
    Reaktoraustrittskonzentration: 16,6% NH3
    Druckverlust: 0,6 bar
    Tabelle 2: Vergleich Neuanlage konventioneller Katalysator/Wabenkatalysator
    Konventioneller Katalysator: Rohrreaktor mit Wabenkatalysator*
    Katalysatorvolumen 68 m3 29 m3
    Reaktoraustrittstemperatur 457°C 410°C
    NH3-Austrittskonzentration 16,6% 16,6%
    Druckverlust 0,6 bar 0,6 bar
    • * Rohrinnendurchmesser: 50 mm, Rohrzahl: 2000, gefüllte Rohrlänge: 7,5 m;
  • Der obige Vergleich "neu/konventionell" wurde unter gleichen Betriebsbedingungen, Anlagenkapazitäten und Reaktoraustrittskonzentrationen durchgeführt und zeigt, dass erfindungsgemäß das benötigte Katalysatorvolumen und damit das Reaktorvolumen schrumpft.

Claims (18)

  1. Katalysator (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (10) in Form eines Wabenkörpers mit einer Vielzahl von parallelen Durchtrittsöffnungen mit polygonalem Querschnitt vorliegt und zu mindestens 95 Gew.-%, bezogen auf den Katalysator (10), aus Eisen, Eisenoxid oder einer eisenbasierenden Legierung besteht.
  2. Katalysator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Wabenkörper 20 bis 80% freie Durchtrittsöffnungen aufweisen.
  3. Katalysator (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Wabenkörper 15 bis 250 freie Durchtrittsöffnungen pro cm2 Anströmfläche besitzen.
  4. Katalysator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Wabenkörper ein senkrechter Kreiszylinder ist, wobei der Durchmesser des Zylinders 5 bis 250 mm, insbesondere 10 bis 150 mm, und die Höhe des Zylinders 5 bis 250 mm, insbesondere 10 bis 100 mm, beträgt.
  5. Katalysator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen sechseckig, dreieckig und/oder quadratisch sind.
  6. Katalysator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Wabenkörper im Wesentlichen aus Metallen bestehen, die in ihrer katalytisch aktiven Phase aus magnetitischem oder wüstitischem Kristallgefüge bestehen.
  7. Verwendung eines wabenförmigen Katalysators in einem Reaktor zur Herstellung von Ammoniak.
  8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei der wabenförmige Katalysator (10) mindestens eine stiftförmige Erhebung und mindestens eine entsprechende Aussparung besitzt, die sich vorzugsweise an einer gegenüberliegenden Seite des Katalysators an entsprechender Stelle befindet.
  9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird.
  10. Verwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Reaktor ein Festbettreaktor oder ein Rohrbündelreaktor (30) ist.
  11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkörper als lose Schüttung in einem axialen oder radialen Fixbett des Festbettreaktors, als lose Schüttung auf der Mantelseite des Rohrbündelreaktors (40) oder als lose oder ausgerichtete Schüttung in einem oder mehreren Rohren (20) des Rohrbündelreaktors (30) vorliegen.
  12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrinnendurchmesser des oder der Rohre (20) des Rohrbündelreaktors (30) um einen Faktor von 2,5 bis 20 größer als der Durchmesser der Wabenkörper ist.
  13. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkörper ausgerichtet in einem oder mehreren Rohren (20) des Rohrbündelreaktors (30) vorliegen.
  14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkörper einen geringfügig kleineren Durchmesser als das oder die Rohre (20) des Rohrbündelreaktors (30) besitzen, wobei das Ausrichten der metallischen Wabenkörper im Rohr (20) oder in den Rohren (20) des Rohrbündelreaktors (30) durch eine Fixiereinrichtung oder eine besondere Befüllmethode erfolgt.
  15. Wabenförmiger Katalysator mit mindestens einer stiftförmigen Erhebung und mindestens einer entsprechenden Aussparung, die sich vorzugsweise an einer gegenüberliegenden Seite des Katalysators an entsprechender Stelle befindet.
  16. Wabenförmiger Katalysator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mindestens eine stiftförmige Erhebung und mindestens eine entsprechende Aussparung, die sich vorzugsweise an einer gegenüberliegenden Seite des Katalysators an entsprechender Stelle befindet, besitzt.
  17. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Rohrbündelreaktor (30), umfassend mindestens ein Rohr (20) und einen Kühlmantel (40), erfolgt, wobei • der Katalysator (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, 15 oder 16 und/oder ein wabenförmiger Katalysator als lose Schüttung oder ausgerichtet in das mindestens eine Rohr (20) des Rohrbündelreaktors (30) gefüllt wird, oder auf die Mantelseite des Rohrbündelreaktors (30) gefüllt wird, • die Katalysatorschüttung oder die ausgerichteten Katalysatorwaben durch ein Kühlmittel gekühlt werden, und • das Synthesegas über und/oder durch die Katalysatorschüttung oder durch die ausgerichteten Katalysatorwaben geleitet wird, so dass das Synthesegas zu Ammoniak abreagieren kann.
  18. Festbett- oder Rohrbündelreaktor, enthaltend einen oder mehrere der Katalysatoren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, 15 oder 16.
DE102006030189A 2006-06-30 2006-06-30 Alternative Parikelgeometrie für Ammoniaksynthesekatalysatoren Withdrawn DE102006030189A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006030189A DE102006030189A1 (de) 2006-06-30 2006-06-30 Alternative Parikelgeometrie für Ammoniaksynthesekatalysatoren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006030189A DE102006030189A1 (de) 2006-06-30 2006-06-30 Alternative Parikelgeometrie für Ammoniaksynthesekatalysatoren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006030189A1 true DE102006030189A1 (de) 2008-01-03

Family

ID=38776942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006030189A Withdrawn DE102006030189A1 (de) 2006-06-30 2006-06-30 Alternative Parikelgeometrie für Ammoniaksynthesekatalysatoren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006030189A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102211045A (zh) * 2010-04-01 2011-10-12 上海霍林化工设备工程有限公司 一种海水脱硫工艺的催化剂填料及其填料床

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3213413A1 (de) * 1982-04-07 1983-10-13 Schweizerische Aluminium AG, 3965 Chippis Katalysatortraeger
DE3521766A1 (de) * 1985-06-19 1987-01-02 Basf Ag Wabenfoermiger katalysator, seiner herstellung und seine verwendung
DE3521767A1 (de) * 1985-06-19 1987-01-02 Basf Ag Katalysatorfestbettaufbau unter verwendung wabenfoermiger koerper
DE3838811A1 (de) * 1988-11-17 1990-05-23 Wacker Chemie Gmbh Verwendung von wabenfoermigen monolithischen katalysatortraegern fuer chlorierungs- und oxichlorierungsreaktionen
DE19951976A1 (de) * 1999-10-28 2001-05-10 Degussa Verfahren zur plasmakatalytischen Erzeugung von Ammoniak
DE20319212U1 (de) * 2002-12-19 2004-03-04 Roitner, Johann Formkörper

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3213413A1 (de) * 1982-04-07 1983-10-13 Schweizerische Aluminium AG, 3965 Chippis Katalysatortraeger
DE3521766A1 (de) * 1985-06-19 1987-01-02 Basf Ag Wabenfoermiger katalysator, seiner herstellung und seine verwendung
DE3521767A1 (de) * 1985-06-19 1987-01-02 Basf Ag Katalysatorfestbettaufbau unter verwendung wabenfoermiger koerper
DE3838811A1 (de) * 1988-11-17 1990-05-23 Wacker Chemie Gmbh Verwendung von wabenfoermigen monolithischen katalysatortraegern fuer chlorierungs- und oxichlorierungsreaktionen
DE19951976A1 (de) * 1999-10-28 2001-05-10 Degussa Verfahren zur plasmakatalytischen Erzeugung von Ammoniak
DE20319212U1 (de) * 2002-12-19 2004-03-04 Roitner, Johann Formkörper

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102211045A (zh) * 2010-04-01 2011-10-12 上海霍林化工设备工程有限公司 一种海水脱硫工艺的催化剂填料及其填料床
CN102211045B (zh) * 2010-04-01 2012-12-12 上海霍林化工设备工程有限公司 一种海水脱硫工艺的催化剂填料及其填料床

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0396650B1 (de) Vorrichtung zur durchführung katalysierter reaktionen
EP0534195B1 (de) Reaktor und Verfahren zur Durchführung heterogenkatalytischer Gasphasenreaktionen
EP1232004A1 (de) Verfahren zur katalytischen gasphasenoxidation zu (meth)acrolein und/oder (meth)acrylsäure
DE2815856A1 (de) Reaktor
DE60224586T2 (de) Reaktor für die katalytische oxidation mit verbessertem wärmeaustauschsystem
EP2379216A1 (de) Reaktor und verfahren zur herstellung von phosgen
EP1185494B1 (de) Verfahren zur katalytischen gasphasenoxidation zu maleinsäureanhydrid
EP3401299A1 (de) Reaktor zum durchführen exothermer gleichgewichtsreaktionen
EP3573927A1 (de) Verfahren und anlage zur herstellung von salpetersäure
DD262420A1 (de) Reaktor fuer die ammoniaksynthese
DE2929300A1 (de) Reaktor zur durchfuehrung katalytischer endothermer oder exothermer reaktionen
DE1667187C3 (de) Hochdruckreaktor mit Katalysatorschich ten fur exotherme katalytische Reaktionen
EP1277701A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxid aus Wasserstoff und Sauerstoff
DE112005000654T5 (de) Katalytischer Reaktor
DE102007045123A1 (de) Reaktor und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1234612A2 (de) Reaktor zur Durchführung von katalysierten Reaktionen
DE102006030189A1 (de) Alternative Parikelgeometrie für Ammoniaksynthesekatalysatoren
DE60106212T2 (de) Chemischer reaktor mit wärmetauscher
WO2007003353A2 (de) Reaktor und verfahren zur katalytischen gasphasenreaktion sowie verfahren zur applikation eines katalysators in einem reaktor
WO2009143971A1 (de) Verfahren zur herstellung von phosgen
DE4120788A1 (de) Schachtreaktor und seine verwendung
AT362397B (de) Vorrichtung zur erhoehung des ammoniakaufbaues bei der katalytischen ammoniaksynthese
DE2123950C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Methanol in Röhrenöfen
WO2009039947A1 (de) Verfahren zur herstellung von aromatischen aminen
DE2803945C2 (de) Vorrichtung zur Erhöhung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120103