DE102012220926A1 - Fixed Bed Reactor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen radial durchströmten Reaktor (1) zur Durchführung chemischkatalytischer Reaktionen mit einem isothermen Reaktionsregime. Erfindungsgemäß wird der Reaktionsraum (7) des Reaktors (1) von einer Vielzahl von Wärmetauschrohren (9) durchdrungen, wobei die Wärmetauschrohre (9) weitestgehend parallel zur Zentralachse (6) und in mehreren Gruppen angeordnet sind, so dass die Gruppen Vollreihen (38) bilden, die im Reaktionsraum (7) in radialer Richtung angeordnet sind, wobei die Außenkonturen benachbarter Wärmetauschrohre (9) einer Reihe (38, 39) so eng beieinander liegen, dass radiale Strömungskanäle (40) gebildet werden.The invention relates to a reactor (1) with radial flow through it for carrying out chemical-catalytic reactions with an isothermal reaction regime. According to the invention, the reaction space (7) of the reactor (1) is penetrated by a multiplicity of heat exchange tubes (9), the heat exchange tubes (9) being arranged largely parallel to the central axis (6) and in a plurality of groups, so that the rows of full rows (38) form, which are arranged in the reaction space (7) in the radial direction, wherein the outer contours of adjacent heat exchange tubes (9) a row (38, 39) are so close to each other that radial flow channels (40) are formed.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen radial durchströmten Festbettreaktor.The invention relates to a radially flowed fixed bed reactor.
Festbettreaktoren sind Reaktoren zur Durchführung chemischer Reaktionen, wobei ein Fluid einen in einem Festbett befindlichen Katalysator axial oder radial durchströmt. Fixed bed reactors are reactors for carrying out chemical reactions, wherein a fluid flows through a catalyst located in a fixed bed axially or radially.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Festbettreaktoren bekannt. Von besonderem Interesse sind dabei radial durchströmte Festbettreaktoren. Mit dieser Bauart ist es möglich, eine große Durchströmungsfläche bei kleinem Druckverlust zu schaffen. In den Reaktoren sind dabei häufig Wärmetauscheinrichtungen vorgesehen, um Wärme ab- oder zuzuführen, um bei exothermen bzw. bei endothermen Reaktionen gleichbleibende Reaktionsbedingungen zu schaffen.From the prior art a variety of fixed bed reactors are known. Of particular interest are radially through-flow fixed bed reactors. With this design, it is possible to create a large flow area at low pressure loss. Heat exchangers are frequently provided in the reactors in order to remove or supply heat in order to provide constant reaction conditions in the case of exothermic or endothermic reactions.
So wird in der
In der Druckschrift
Auch in der
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen radial durchströmten Festbettreaktor für chemisch katalytische Reaktionen, auch unter erhöhtem Druck, mit Wärmetönung vorzuschlagen, der kostengünstig in der Herstellung ist und sehr einfach auf unterschiedliche Reaktionsverläufe und unterschiedliche Mengen frei werdender oder benötigter Reaktionswärmen zur Schaffung möglichst isothermer Reaktionsbedingungen abgestimmt werden kann.Object of the present invention is to propose a radially flowed through fixed bed reactor for chemically catalytic reactions, even under elevated pressure, with heat of reaction, which is inexpensive to manufacture and very easily tuned to different reaction courses and different amounts of released or required heat of reaction to create isothermal reaction conditions as possible can be.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Reaktor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object is achieved by a reactor having the features of the main claim. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist zur Durchführung chemisch katalytischer Reaktionen mit Wärmetönung mit möglichst isothermen Reaktionsbedingungen geeignet. The reactor according to the invention is suitable for carrying out chemically catalytic reactions with evolution of heat with the most isothermal reaction conditions possible.
Prinzipiell ist die Form des Reaktors zylinderförmig mit einem weitestgehend kreisrunden Querschnitt, so dass diese Form eine axiale (in Längsrichtung des Zylinders) und eine radiale Richtung (in der kreisrunden Querschnittsfläche von der Mitte nach außen) definiert. Mittig im kreisrunden Querschnitt in axialer Richtung ist die Zentralachse des Reaktors angeordnet. Bei der Benutzung steht der Reaktor aufrecht, d.h. die axiale Richtung ist vertikal ausgerichtet. In principle, the shape of the reactor is cylindrical with a substantially circular cross section, so that this shape defines an axial (in the longitudinal direction of the cylinder) and a radial direction (in the circular cross-sectional area from the center to the outside). The central axis of the reactor is arranged centrally in the circular cross-section in the axial direction. In use, the reactor is upright, i. the axial direction is vertical.
Der Reaktor weist einen um die Zentralachse angeordneten zylindrischen Reaktormantel auf, der bevorzugt druckstabil ausgeführt ist und der an seinem oberen Ende durch eine obere Haube und an seinem unteren Ende durch eine untere Haube abgeschlossen wird. Die Gesamtheit aus Reaktormantel und oberer und unterer Haube wird im Rahmen dieses Dokuments als Druckmantel bezeichnet.The reactor has a cylindrical reactor shell arranged around the central axis, which is preferably pressure-stable and which is closed at its upper end by an upper hood and at its lower end by a lower hood. The entirety of reactor shell and upper and lower hood is referred to in this document as a pressure jacket.
Innerhalb des Reaktormantels liegt ein im Wesentlichen ringförmiger Reaktionsraum, der ein perforiertes Zentralrohr umschließt. Mit der Formulierung „im Wesentlichen“ wird ausgedrückt, dass eine kreisrunde Form bevorzugt ist, jedoch geringe Abweichungen, z.B. durch Fertigungstoleranzen, zulässig sind. Within the reactor shell is a substantially annular reaction space, which encloses a perforated central tube. With the The phrase "substantially" is expressed to mean that a circular shape is preferred, but small deviations, eg, due to manufacturing tolerances, are permissible.
Der ringförmige Reaktionsraum wird von einem äußeren Hohlraum umschlossen, wobei der äußere Hohlraum und der Reaktionsraum durch eine zumindest teilweise perforierte Außenwand getrennt sind. Für die Benutzung des Reaktors wird in den Reaktionsraum eine Katalysatorschüttung eingefüllt. Im Inneren des Zentralrohres wird ein innerer Hohlraum definiert. The annular reaction space is enclosed by an outer cavity, wherein the outer cavity and the reaction space are separated by an at least partially perforated outer wall. For the use of the reactor, a catalyst bed is filled into the reaction space. Inside the central tube an inner cavity is defined.
Der äußere Hohlraum und das Zentralrohr sind zur Zuführung des Einsatzgases und zur Abführung des Produktgases vorgesehen, wobei es von der konkreten durchzuführenden Reaktion abhängt, ob die Zuführung über das Zentralrohr erfolgt und die Abführung über den äußeren Hohlraum oder umgekehrt. Die Zuführung des Einsatzgases bzw. Abführung des Produktgases erfolgt durch die perforierten Bereiche der den Reaktionsraum begrenzenden Innen- und Außenwand. Durch die Zu- und Abführung wird die radiale Gasströmung ermöglicht. The outer cavity and the central tube are provided for supplying the feed gas and for discharging the product gas, wherein it depends on the concrete reaction to be carried out, whether the supply is via the central tube and the discharge through the outer cavity or vice versa. The feed of the feed gas or discharge of the product gas takes place through the perforated regions of the inner and outer walls delimiting the reaction space. The inflow and outflow allow the radial gas flow.
Perforiert drückt hier die Gasdurchlässigkeit von der Außenwand des Reaktionsraumes und dem Zentralrohr (der Innenwand des Reaktionsraumes) aus, so dass das Reaktionsgas diese durchdringen kann, der im Reaktionsraum befindliche Katalysator jedoch zurückgehalten wird. Die Perforation kann auf verschiedenste Art und Weise gewährleistet werden, z.B. durch eine Wandung mit Unterbrechungen, z.B. in Form von Löchern oder Schlitzen, oder einem Drahtgitter. Die Lochgröße muss dabei auf die Partikelgröße des einzufüllenden Katalysators abgestimmt sein. Ferner muss sichergestellt sein, dass Katalysatorpartikel nicht die Perforation verstopfen. Gegebenenfalls kann hierfür eine mehrlagige Wandung vorgesehen werden, deren Lagen zudem vorteilhaft durch Abstandshalter beabstandet angeordnet sind.Perforated here expresses the gas permeability of the outer wall of the reaction chamber and the central tube (the inner wall of the reaction chamber), so that the reaction gas can penetrate this, but the catalyst located in the reaction chamber is retained. The perforation can be ensured in a variety of ways, e.g. through a wall with interruptions, e.g. in the form of holes or slits, or a wire mesh. The hole size must be matched to the particle size of the catalyst to be filled. It must also be ensured that catalyst particles do not clog the perforation. Optionally, this can be provided a multi-layer wall, the layers are also advantageously arranged spaced by spacers.
Die Abmessungen des erfindungsgemäßen Reaktors sind nicht besonders eingeschränkt und werden in Abhängigkeit von der jeweils geforderten Produktionsleistung festgelegt. Bei kommerziellem Einsatz ist man aus wirtschaftlichen Gründen im Allgemeinen bestrebt, den Reaktor möglichst groß zu dimensionieren. In einem ersten Schritt werden auf Grund der reaktionstechnischen Erfordernisse die radialen und axialen Abmessungen des Reaktionsraums festgelegt. Die äußeren Reaktorabmessungen ergeben sich dann aus dem Platzbedarf der entsprechenden Apparateteile zur Führung des Reaktionsgases und des Wärmeträgers sowie aus konstruktiven Erfordernissen.The dimensions of the reactor according to the invention are not particularly limited and are determined depending on the respective required production capacity. In commercial use, it is generally desirable for economic reasons to dimension the reactor as large as possible. In a first step, the radial and axial dimensions of the reaction space are determined on the basis of the reaction-technical requirements. The outer reactor dimensions then result from the space requirement of the corresponding parts of the apparatus for guiding the reaction gas and the heat carrier as well as design requirements.
Die Außendurchmesser solcher Reaktoren liegen im Allgemeinen in einem Bereich zwischen 2 m und 9 m, bevorzugt zwischen 3 m und 5 m. Die Gesamthöhe liegt im Allgemeinen in einem Bereich zwischen 3 m und 30 m, bevorzugt zwischen 15 m und 25 m. Jedoch sind auch Reaktoren mit kleineren Abmessungen möglich, z.B. für dezentrale Lösungen oder für Versuchszwecke. Das Zentralrohr hat im Allgemeinen einen Durchmesser zwischen 0,3 m und 1,5 m. Bevorzugte Durchmesser liegen in einem Bereich zwischen 0,6 m und 0,9 m. Dadurch ist das Zentralrohr zum Zweck der Montage, Wartung oder Reparatur begehbar. In Abhängigkeit von der Porosität und Länge der porösen Wand am Zentralrohr wird ein gleichmäßiges radiales Durchströmen des Gases über die Fläche der porösen Wand ermöglicht. Die radiale Abmessung des äußeren Hohlraums liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,05 m und 0,5 m, bevorzugt zwischen 0,1 m und 0,3 m.The outer diameters of such reactors are generally in a range between 2 m and 9 m, preferably between 3 m and 5 m. The overall height is generally in a range between 3 m and 30 m, preferably between 15 m and 25 m. However, smaller size reactors are also possible, e.g. for decentralized solutions or for experimental purposes. The central tube generally has a diameter between 0.3 m and 1.5 m. Preferred diameters are in a range between 0.6 m and 0.9 m. As a result, the central tube for the purpose of installation, maintenance or repair is walkable. Depending on the porosity and length of the porous wall on the central tube, a uniform radial flow of the gas over the surface of the porous wall is made possible. The radial dimension of the outer cavity is preferably in a range between 0.05 m and 0.5 m, preferably between 0.1 m and 0.3 m.
Weiterhin ist der Reaktionsraum von einer Vielzahl von Wärmetauschrohren durchdrungen, wobei die Wärmetauschrohre weitestgehend parallel zur Zentralachse und in mehreren Gruppen angeordnet sind. Dabei bildet jede Gruppe eine Vollreihe, die im Reaktionsraum in radialer Richtung ausgerichtet ist. Die Außenkonturen benachbarter Wärmetauschrohre einer Reihe liegen so eng beieinander, dass durch die Vollreihen radiale Strömungskanäle gebildet werden. Vollreihe bedeutet hier, dass die Reihen nahezu den gesamten Reaktionsraum in radialer Richtung überstreichen. Unter radialen Strömungskanälen werden hier Kanäle verstanden, in denen sich bei Reaktionsdurchführung der Katalysator befindet und die den Reaktionsraum in radial verlaufende Sektionen unterteilen, wobei die Rohrreihen als Kanalbegrenzungen Querströmungen zu benachbarten Kanälen weitestgehend verhindern.Furthermore, the reaction space is penetrated by a plurality of heat exchange tubes, wherein the heat exchange tubes are arranged largely parallel to the central axis and in several groups. Each group forms a full row, which is aligned in the reaction space in the radial direction. The outer contours of adjacent heat exchange tubes of a row are so close together that radial flow channels are formed by the solid rows. Full row here means that the rows cover almost the entire reaction space in the radial direction. Radial flow channels are here understood to mean channels in which the catalyst is present when the reaction is carried out and which subdivide the reaction space into radially extending sections, the tube rows largely preventing crossflows to adjacent channels as channel boundaries.
Mit radialer Richtung der Strömungskanäle bzw. der Vollreihen wird in diesem Zusammenhang nicht nur die exakte radiale Richtung von der Zentralachse nach außen verstanden. Für bestimmte Reaktionen kann es vorteilhaft sein, wenn der Reaktionsraum vom Reaktionsgas nicht auf kürzestem Wege durchquert wird, sondern z.B. leicht schräg oder schlangenlinienförmig. Mit der Formulierung „radiale Durchströmung des Reaktors“ sind Strömungen gemeint, die den Reaktor in radialer Richtung durchströmen, diese können jedoch auch leicht schräg gerichtet sein, also mit einem axialen Anteil.The radial direction of the flow channels or the full rows is understood in this context not only the exact radial direction from the central axis to the outside. For certain reactions, it may be advantageous if the reaction space is not traversed by the reaction gas by the shortest route, but e.g. slightly oblique or serpentine. The term "radial flow through the reactor" means flows which flow through the reactor in the radial direction, but these may also be directed slightly obliquely, ie with an axial portion.
Die Außenkonturen benachbarter Wärmetauschrohre einer Reihe haben vorzugsweise einen Abstand von weniger als 5 mm, bevorzugt weniger als 3 mm, weiterhin bevorzugt weniger als 2 mm und besonders bevorzugt weniger als 1 mm, wobei direktes kontaktierendes Aneinanderliegen besonders vorteilhaft ist. The outer contours of adjacent heat exchange tubes of a row preferably have a distance of less than 5 mm, preferably less than 3 mm, more preferably less than 2 mm and particularly preferably less than 1 mm, with direct contacting abutment being particularly advantageous.
Der Abzug des Produktgases oder die Zuführung des Einsatzgases können dabei seitlich durch den Reaktormantel oder im Bereich seiner axialen Enden, also der oberen und unteren Haube, und dort insbesondere im Bereich der Zentralachse erfolgen. The withdrawal of the product gas or the supply of the feed gas can be carried out laterally through the reactor jacket or in the region of its axial ends, ie the upper and lower hood, and there in particular in the region of the central axis.
Die Querschnittsform der Wärmetauschrohre ist prinzipiell nicht eingeschränkt. Es werden jedoch kreisrunde Rohre bevorzugt, da diese als Halbzeug kostengünstig erhältlich und gut zu verarbeiten sind, und zudem kostengünstige automatisierte Verfahren zum Einschweißen der Rohre verfügbar sind. Zudem ermöglicht ein kreisrunder Querschnitt bei gegebener Druckdifferenz die kleinste Wandstärke.The cross-sectional shape of the heat exchange tubes is not limited in principle. However, circular tubes are preferred since they are inexpensive to obtain and easy to process as a semi-finished product and, moreover, cost-effective automated methods for welding in the tubes are available. In addition, a circular cross-section allows for a given pressure difference, the smallest wall thickness.
Die Außendurchmesser und Wandstärken der Wärmetauschrohre werden in Abhängigkeit von den Prozesserfordernissen und strömungstechnischen Gesichtspunkten ausgewählt. Die Strömungsquerschnitte werden so groß gewählt, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Mediums erreicht wird, die bei exothermen bzw. endothermen Reaktionen einen ausreichenden Wärmeübergang gewährleistet, das bedeutet, dass die Reaktionswärme bei exothermen Reaktionen sicher abgeführt werden kann bzw. bei endothermen Reaktionen die für die Reaktion notwendige Wärme zugeführt wird und die Druckverluste in einem wirtschaftlichen Rahmen bleiben. Übliche Außendurchmesser solcher Wärmetauschrohre liegen in einem Bereich zwischen 15 mm und 40 mm, bevorzugt zwischen 20 mm und 30 mm. Die Wandstärken liegen im Allgemeinen zwischen 1,0 mm und 4,0 mm, bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm. Der Werkstoff wird in erster Linie in Abhängigkeit von den maximalen Temperaturen während des Gesamtbetriebs und der chemischen Beständigkeit ausgewählt. In der Regel werden nicht oder niedrig legierte Kesselrohrstähle und in Sonderfällen auch Edelstähle verwendet.The outer diameters and wall thicknesses of the heat exchange tubes are selected depending on the process requirements and flow considerations. The flow cross sections are chosen so large that a flow rate of the medium is achieved, which ensures a sufficient heat transfer in exothermic or endothermic reactions, which means that the heat of reaction can be safely removed in exothermic reactions or in endothermic reactions necessary for the reaction Heat is supplied and the pressure losses remain in an economic context. Conventional outer diameter of such heat exchange tubes are in a range between 15 mm and 40 mm, preferably between 20 mm and 30 mm. The wall thicknesses are generally between 1.0 mm and 4.0 mm, preferably between 1.5 mm and 2.5 mm. The material is selected primarily depending on the maximum temperatures during overall operation and chemical resistance. As a rule, non-alloyed or low-alloyed boiler tube steels and in special cases also stainless steels are used.
Der Abstand der Vollreihen untereinander und deren Anordnung zueinander sind von den gewünschten reaktionstechnischen Gegebenheiten abhängig. So hängt die Gestaltung der Anordnung der Reihen der Wärmetauschrohre im Reaktionsraum vom Verlauf der Reaktion in Strömungsrichtung und vom Maß der Wärmetönung ab. Durch eine an eine Reaktion angepasste Anordnung der Wärmetauschrohrreihen wird die Isothermie im Reaktionsraum gewährleistet. Die Wärmetausch-Flächendichte ist dabei an die reaktionstechnischen Gegebenheiten angepasst. Durch Setzen von Zwischenreihen oder Verwenden unterschiedlicher Rohrdurchmesser kann die Wärmetausch-Flächendichte vergrößert werden. The distance of the full rows with each other and their arrangement to each other are dependent on the desired reaction conditions. Thus, the design of the arrangement of the rows of heat exchange tubes in the reaction chamber depends on the course of the reaction in the flow direction and on the degree of heat of reaction. By adapted to a reaction arrangement of the heat exchange tube rows, the isotherm is ensured in the reaction chamber. The heat exchange surface density is adapted to the reaction conditions. By setting intermediate rows or using different pipe diameters, the heat exchange surface density can be increased.
Die Wärmetauschrohre sind zum Durchfluss verschiedener Wärmeträger geeignet, z.B. Wasser, Öl, Dampf oder Salzschmelzen und stehen im Kreislauf mit einem weiteren Wärmetauscher, der bevorzugt außerhalb des Reaktormantels angeordnet ist. The heat exchange tubes are suitable for the flow of various heat carriers, e.g. Water, oil, steam or molten salt and are in circulation with another heat exchanger, which is preferably arranged outside of the reactor shell.
Der Reaktionsablauf ist dabei von mehreren Einflussgrößen abhängig. Er wird maßgeblich beeinflusst vom Druck, der Temperatur und der Zusammensetzung des Reaktionsgases, der Verweilzeit des Reaktionsgases im Katalysatorbett sowie von der Zusammensetzung, Größe und Form des Katalysators. Die Verweilzeit ist dabei vom Volumenstrom des Reaktionsgases und von der Querschnittsfläche des durchströmten Kanals abhängig. Die Temperatur wird vom Wärmeübergang an den Kanalwänden bestimmt, wobei der Wärmeübergang wiederum von der Strömungsgeschwindigkeit im Kanal und der Art der Wandoberfläche abhängt. Durch eine geeignete Festlegung von Größe und Anordnung der erfindungsgemäßen Wärmetauschrohre lässt sich also ein optimaler Reaktionsablauf einstellen. The course of the reaction depends on several factors. It is significantly influenced by the pressure, the temperature and the composition of the reaction gas, the residence time of the reaction gas in the catalyst bed and the composition, size and shape of the catalyst. The residence time depends on the volume flow of the reaction gas and on the cross-sectional area of the flow-through channel. The temperature is determined by the heat transfer at the channel walls, the heat transfer in turn depends on the flow velocity in the channel and the type of wall surface. By an appropriate definition of the size and arrangement of the heat exchange tubes according to the invention, therefore, an optimal reaction sequence can be set.
Vorteilhaft wird so ein Reaktor geschaffen, der besonders flexibel an die erforderlichen Reaktionsbedingungen verschiedenster Reaktionen anpassbar ist. So muss lediglich die Anordnung der Wärmetauschrohre im Reaktionsraum angepasst werden. Damit kann auch die Wärmetausch-Flächendichte flexibel und einfach eingestellt werden. Durch die strukturierte Oberfläche der gebildeten radialen Strömungskanäle werden zudem Verwirbelungen des Reaktionsgases in diesem Bereich erzeugt, die den Wärmeaustausch vorteilhaft unterstützen. Weiterhin vorteilhaft sind (insbesondere kreisrunde) Rohre druckstabil, so dass auch diese Forderung auf kostengünstige Art und Weise erfüllt wird.Advantageously, such a reactor is provided, which is particularly flexible adaptable to the required reaction conditions of various reactions. So only the arrangement of the heat exchange tubes must be adjusted in the reaction chamber. Thus, the heat exchange surface density can be adjusted flexibly and easily. Due to the structured surface of the radial flow channels formed, in addition, swirling of the reaction gas in this area is generated, which advantageously supports the heat exchange. Also advantageous are (in particular circular) tubes pressure-stable, so that this requirement is met in a cost effective manner.
Ein Fachmann kann die Ausgestaltung des Reaktors, insbesondere die Anpassung der oben genannten Faktoren auf die für eine bestimmte Reaktion avisierten Reaktionsbedingungen problemlos vornehmen. A person skilled in the art can easily carry out the design of the reactor, in particular the adaptation of the abovementioned factors to the reaction conditions intended for a particular reaction.
Bevorzugt ist mindestens ein Wärmetauschrohr einer Gruppe an zumindest einem Rohrende einfach oder bevorzugt doppelt gekröpft und zumindest einseitig in einem Rohrboden befestigt. Bevorzugt sind die Rohre doppelt gegensinnig gekröpft, so dass die Kröpfung einen Achsversatz ohne Änderung des Eintrittswinkels in den Rohrboden bewirkt, so dass der Anschluss im Rohrboden weiterhin in axialer Richtung erfolgt. At least one heat exchange tube of a group is preferably simply or preferably doubly cranked at at least one tube end and fastened at least on one side in a tube plate. Preferably, the tubes are double cranked in opposite directions, so that the offset causes a misalignment without changing the entrance angle into the tube sheet, so that the connection in the tube plate continues to take place in the axial direction.
Die Wärmetauschrohre werden durch Bohrungen in dem Rohrboden geführt und die Rohrenden dichtend mit dem Rohrboden verbunden, insbesondere eingeschweißt. Das Einschweißen erfolgt dabei bevorzugt in automatisierten Verfahren mittels Lichtbogen- oder Lasereinschweißverfahren. Damit sind die Wärmetauschrohre in ihrer Position und Lage im Rohrboden fixiert. The heat exchange tubes are guided through holes in the tubesheet and the pipe ends sealingly connected to the tube sheet, in particular welded. The welding is preferably carried out in automated processes by means of arc welding or laser welding. Thus, the heat exchange tubes are fixed in position and position in the tube sheet.
Bevorzugt sind alle Wärmetauschrohre einseitig in einem Rohrboden befestigt, besonders bevorzugt in je einem Rohrboden an jedem Ende. Bevorzugt sind zwei Rohrböden vorgesehen. Preferably, all heat exchange tubes are fixed on one side in a tube plate, particularly preferably in a tube plate at each end. Preferably, two tube sheets are provided.
Durch den durch die Kröpfung entstandenen seitlichen Versatz der Rohrenden können diese in den Rohrböden an den Wärmeträgerkreislauf angeschlossen werden, ohne sich trotz der geringen Abstände der Außenkonturen der Wärmetauschrohre dabei zu behindern. Für die Gestaltung der Kröpfung gibt es verschiedene Möglichkeiten, so können die Rohre einer Gruppe abwechselnd nach rechts und links gekröpft, oder abwechselnd nach links (bzw. rechts) gekröpft und gerade (ohne Kröpfung) ausgestaltet sein. Due to the offset caused by the offset lateral offset of the pipe ends they can be connected in the tube plates to the heat transfer circuit without hindering despite the small distances of the outer contours of the heat exchange tubes thereby. There are various possibilities for the configuration of the offset, for example, the tubes of a group can be alternately cranked to the right and left, or alternately cranked to the left (or right) and straight (without crank) configured.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt der Kröpfung ist die gesteigerte Stabilität des Rohrbodens. So führt eine Befestigung der Wärmetauschrohre ohne Kröpfung zu einer Segmentierung des Bodens durch die Bohrlöcher. Durch die Kröpfung wird vorteilhaft erreicht, dass die Bohrungen beabstandet sind und somit der Rohrboden nicht segmentiert ist und auch die Bohrungen nicht ineinander übergehen und so einen kammförmigen Schlitz bilden.Another advantageous effect of the cranking is the increased stability of the tubesheet. Thus, attachment of the heat exchange tubes without cranking leads to a segmentation of the soil through the boreholes. By the offset is advantageously achieved that the holes are spaced and thus the tube sheet is not segmented and the holes do not merge into one another and thus form a comb-shaped slot.
Die Rohre werden zwar bevorzugt an ihren jeweiligen Enden in einem einzigen Rohrboden befestigt, was jedoch nicht ausschließt, dass die Rohrböden jeweils einer Seite auch mehrteilig sein können, wie z.B. in der
In einer alternativen Ausgestaltung können die Rohre an ihren Enden auch einen kleineren Rohrdurchmesser aufweisen, so dass ein Abstand zwischen den Außenkonturen vorhanden ist, der eine fachgerechte Anschließbarkeit ermöglicht. In an alternative embodiment, the tubes may also have a smaller pipe diameter at their ends, so that a distance between the outer contours is present, which allows a professional connectivity.
Weiterhin bevorzugt sind zwischen den Vollreihen von Wärmetauschrohren weitere Gruppen von Wärmetauschrohren angeordnet, die kürzere Zwischenreihen bilden. Bevorzugt beginnen die Zwischenreihen auf einem Radius zwischen Zentralrohr und Außenwand und reichen bis zur Außenwand. Vorteilhaft kann durch die Zwischenreihen die Wärmetauschwirkung im äußeren Bereich des Reaktors gesteigert werden.Further preferably, further groups of heat exchange tubes are arranged between the rows of heat exchange tubes, forming shorter intermediate rows. Preferably, the intermediate rows start on a radius between the central tube and the outer wall and extend to the outer wall. Advantageously, the heat exchange effect in the outer region of the reactor can be increased by the intermediate rows.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Vollreihen von Wärmetauschrohren sternförmig und symmetrisch um das Zentralrohr angeordnet. Dabei reichen diese bevorzugt vom Zentralrohr bis zur Außenwand. In a preferred embodiment of the invention several full rows of heat exchange tubes are arranged in a star shape and symmetrically around the central tube. These extend preferably from the central tube to the outer wall.
Im Bereich des Zentralrohres und/oder im Bereich der Außenwand können adiabate Zonen vorgesehen sein, in deren Bereich keine Wärmetauschrohre angeordnet sind, wobei der Anteil des Katalysatorvolumens in diesen adiabaten Zonen prozessabhängig ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine adiabate Zwischenzone, die ringförmig in einem mittleren Bereich des Reaktionsraumes liegt, vorgesehen sein. Der Anteil des Katalysators in der adiabaten Zone im Bereich des Zentralrohres und in der ringförmigen adiabaten Zwischenzone am gesamten Katalysatorvolumen soll bevorzugt nicht mehr als jeweils 5% betragen, in der adiabaten Zone im Bereich der Außenwand kann dieser in Abhängigkeit von der Reaktion bis zu 10% betragen. In the region of the central tube and / or in the region of the outer wall, adiabatic zones may be provided, in the region of which no heat exchange tubes are arranged, the proportion of the catalyst volume in these adiabatic zones being process-dependent. Alternatively or additionally, an adiabatic intermediate zone which is annular in a central region of the reaction space may be provided. The proportion of the catalyst in the adiabatic zone in the region of the central tube and in the annular adiabatic intermediate zone on the total catalyst volume should preferably not exceed 5% in each case, in the adiabatic zone in the region of the outer wall this may be up to 10%, depending on the reaction. be.
Bevorzugt haben die Wärmetauschrohre einen durchgängig kreisrunden Querschnitt. Derartige Rohre sind als Halbzeug kostengünstig und sehr gut verfügbar. In einer alternativen Ausgestaltung haben die Wärmetauschrohre an ihren Enden einen kreisrunden Querschnitt und im mittleren Bereich einen länglichen (z.B. ovalen oder n-eckigen) Querschnitt. Somit können der Anschluss und das Befestigen im Rohrboden aufgrund des kreisrunden Querschnittes wie oben beschrieben erfolgen. Der längliche Querschnitt im mittleren Bereich der Wärmetauschrohre ist für bestimmte Prozesse sehr gut geeignet. Sind die Querachsen dieser Rohre in radialer Richtung groß genug, so können bei geraden Rohren die Abstände der Rohre im Rohrboden so groß werden, dass sich die Schweißnähte benachbarter Rohre nicht mehr beeinflussen. Auf eine Kröpfung der Rohre kann in diesem Fall verzichtet werden.Preferably, the heat exchange tubes have a continuous circular cross-section. Such pipes are inexpensive and very readily available as a semi-finished product. In an alternative embodiment, the heat exchange tubes have a circular cross-section at their ends and an elongated (for example oval or n-angular) cross-section in the middle region. Thus, the connection and the fastening in the tube sheet due to the circular cross-section can be carried out as described above. The elongated cross section in the central region of the heat exchange tubes is very well suited for certain processes. If the transverse axes of these tubes are large enough in the radial direction, the distances of the tubes in the tubesheet can become so great in straight tubes that the welds of adjacent tubes no longer influence each other. On a bend of the tubes can be dispensed with in this case.
Weiterhin bevorzugt weisen die Wärmetauschrohre innerhalb einer Gruppe variierende Querschnitte auf. Hier gibt es verschiedenste Alternativen, deren Auswahl anhand der prozessspezifischen Gegebenheiten erfolgt, z.B.: abwechselnd großer und kleiner kreisrunder Durchmesser innerhalb einer Gruppe oder größerer Durchmesser im äußeren Bereich und kleinerer Durchmesser im inneren Bereich des Reaktionsraumes.Furthermore, the heat exchange tubes within a group preferably have varying cross sections. Here there are various alternatives, the selection of which is based on the process-specific conditions, for example: alternately large and small circular diameter within a group or larger diameter in the outer region and smaller diameter in the inner region of the reaction space.
Durch die Anordnung der Reihen der Wärmetauschrohre (Vollreihen und Zwischenreihen) wird die Geometrie der radialen Strömungskanäle (gasdurchströmte Katalysatorspalten) vorgegeben.By arranging the rows of heat exchange tubes (full rows and intermediate rows), the geometry of the radial flow channels (gas-flowed catalyst columns) is specified.
Bevorzugt nimmt der Abstand zwischen den Außenkonturen benachbarter Vollreihen oder benachbarter Voll- und Zwischenreihen vom Zentralrohr nach außen hin zu. Eine derartige Gestaltung ist besonders für die Benzinsynthese geeignet. Preferably, the distance between the outer contours of adjacent full rows or adjacent full and intermediate rows increases from the central tube to the outside. Such a design is particularly suitable for gasoline synthesis.
Bei einem Reaktionsverlauf mit abnehmendem Umsatz in Strömungsrichtung (z. B. Synthese von Kohlenwasserstoffen aus Methanol oder aus Dimethylether/Methanol – Gemisch oder aus einem Gemisch von Alkoholen) sind die radialen Strömungskanäle so gestaltet, dass sie in Strömungsrichtung breiter werden. Dadurch ist die Kühlwirkung im Eintrittsbereich des Gases am größten und wird in Strömungsrichtung zum Austritt geringer. Bei dieser Art von Reaktion wirkt eine Unstetigkeit am inneren Anfang einer Zwischenreihe (kleinere Rohrdurchmesser zu Beginn der Zwischenreihe) vorteilhaft, da dadurch der Raum zwischen den Vollreihen zur Unterbringung von Wärmeaustauschfläche optimal genutzt wird. In the course of a reaction with decreasing conversion in the flow direction (for example synthesis of hydrocarbons from methanol or from dimethyl ether / methanol mixture or from a mixture of alcohols), the radial flow channels are designed so that they become wider in the flow direction. As a result, the cooling effect in the inlet region of the gas is greatest and is lower in the flow direction to the outlet. With this kind of reaction, a discontinuity at the inner beginning of an intermediate row (smaller pipe diameter at the beginning of the intermediate row) is advantageous because it optimally utilizes the space between the solid rows to accommodate the heat exchange surface.
Andere Reaktionen, wie Reaktionen mit einem Reaktionsverlauf mit gleichbleibendem Umsatz in Strömungsrichtung (z. B. Methanolsynthese aus Synthesegas), erfordern parallele Strömungskanäle, die z.B. durch nach außen größer werdende Rohrquerschnitte erhalten werden. Dadurch ist in Strömungsrichtung des Reaktionsgases die Kühlwirkung konstant. Other reactions, such as reactions with a constant flow reaction (e.g., syngas synthesis from synthesis gas), require parallel flow channels, e.g. be obtained by becoming larger outward pipe cross-sections. As a result, the cooling effect is constant in the flow direction of the reaction gas.
Somit ist durch die gezielte Verteilung der Wärmeaustauschflächen die Wärmeabfuhr in jedem Bereich des Reaktionsraumes dem Reaktionsverlauf angepasst. Daraus ergeben sich die folgenden Vorteile:
- – eine Schädigung des Katalysators durch Überhitzung wird verhindert;
- – unerwünschte Nebenreaktionen durch örtliche Überhitzungen im Reaktionsraum werden vermieden;
- – die Zwischenregenerationszyklen bei regenerierbaren Katalysatoren werden länger;
- – die Lebensdauer des Katalysators wird erheblich verlängert;
- – die Produktselektivität und -ausbeute erhöhen sich.
- - Damage to the catalyst due to overheating is prevented;
- - unwanted side reactions caused by local overheating in the reaction space are avoided;
- The intermediate regeneration cycles with regenerable catalysts become longer;
- - the life of the catalyst is considerably extended;
- - Product selectivity and yield increase.
Um eine gute Befüllbarkeit des Reaktors mit dem Katalysator zu ermöglichen, beträgt der Mindestabstand zwischen zwei (Voll- oder Zwischen)-Reihen mindestens 15 mm, bevorzugt 20 mm.In order to allow a good fillability of the reactor with the catalyst, the minimum distance between two (full or intermediate) rows is at least 15 mm, preferably 20 mm.
Bevorzugt liegen die Achsen der Wärmetauschrohre mindestens einer Voll- bzw. Zwischenreihe auf einer radial nach außen gerichteten geraden Linie. Preferably, the axes of the heat exchange tubes are at least one full or intermediate row on a radially outwardly directed straight line.
In einer alternativen Ausgestaltung bilden die Achsen der Wärmetauschrohre mindestens einer Voll- bzw. Zwischenreihe eine Schlangenlinie. Durch diese Anordnung werden turbulente Strömungsanteile im Bereich der Wärmetauschrohre begünstigt.In an alternative embodiment, the axes of the heat exchange tubes of at least one full or intermediate row form a serpentine line. By this arrangement, turbulent flow rates are favored in the field of heat exchange tubes.
Zur Steigerung der Turbulenz der Strömung der Gase durch den Reaktionsraum können die Wärmetauschrohre auf ihrer Außenkontur Turbulenzerzeuger aufweisen. Die Turbulenzerzeuger sind dabei nur in Bereichen der Außenkontur angeordnet, so dass die Turbulenzerzeuger in den Strömungskanal ragen. Zwischen den Wärmetauschrohren sind keine Turbulenzerzeuger vorgesehen. Auch im Inneren der Wärmetauschrohre können zur Steigerung der Turbulenz bei der Durchströmung mit Wärmeträger und damit auch zur Steigerung des Wärmeaustauschs Turbulenzerzeuger vorgesehen sein. To increase the turbulence of the flow of gases through the reaction space, the heat exchange tubes may have turbulence generators on their outer contour. The turbulence generators are arranged only in regions of the outer contour, so that the turbulence generators protrude into the flow channel. No turbulence generators are provided between the heat exchange tubes. Also in the interior of the heat exchange tubes can be provided to increase the turbulence in the flow with heat transfer and thus also to increase the heat exchange turbulence generator.
Die Wärmetauschrohre sind mit mindestens einem, bevorzugt beiden Enden, mit einer Verteileinrichtung bzw. einer Sammeleinrichtung verbunden. Die Sammeleinrichtung sammelt den aus den Wärmetauschrohren austretenden Wärmeträger und die Verteileinrichtung verteilt den Wärmeträger auf die Wärmetauschrohre. Diese Verteil- bzw. Sammeleinrichtungen werden bevorzugt aus dem Rohrboden, an welchem die Wärmetauschrohre befestigt sind, und aus einer Haube, welche diesen Rohrboden umspannt, gebildet.The heat exchange tubes are connected to at least one, preferably both ends, with a distributor or a collector. The collecting device collects the heat transfer medium emerging from the heat exchange tubes and the distribution device distributes the heat transfer medium to the heat exchange tubes. These distribution or collection devices are preferably formed from the tube plate to which the heat exchange tubes are attached, and from a hood which spans this tube plate.
Die Sammeleinrichtung (auch bezeichnet als Wärmeträger-Sammler oder Sammelhaube) steht zumeist mit einem Wärmetauscher in Verbindung, der bevorzugt außerhalb des Reaktors angeordnet ist. Vorteilhaft kann der so gebildete Wärmetauschkreislauf zum Kühlen und Aufheizen verwendet werden. So besteht die Möglichkeit, beispielsweise beim Anfahren des Reaktors, Wärme zuzuführen, um schneller die Prozesstemperatur zu erreichen. Bei Anspringen der Reaktion wird dann zur Kühlung übergegangen, um die optimale Prozesstemperatur für die exotherme Reaktion zu halten. The collecting device (also referred to as heat carrier collector or collecting hood) is usually associated with a heat exchanger, which is preferably arranged outside the reactor. Advantageously, the heat exchange circuit thus formed can be used for cooling and heating. Thus, it is possible, for example when starting the reactor, to supply heat in order to reach the process temperature faster. When the reaction starts, cooling is then carried out to maintain the optimum process temperature for the exothermic reaction.
Die Zuleitung und Ableitung des Wärmeträgers vom/zum Wärmetauscher zum/vom Reaktor erfolgt bevorzugt über eine Ringleitung, die bevorzugt ebenfalls außerhalb des Reaktors liegt. Die Ringleitungen haben mehre Verbindungen zur Verteil- bzw. Sammeleinrichtung. Bevorzugt sind vier Verbindungen vorgesehen. The supply and discharge of the heat carrier from / to the heat exchanger to / from the reactor preferably takes place via a loop, which is preferably also outside the reactor. The ring lines have several connections to the distribution or collection device. Preferably, four compounds are provided.
Optional kann die Verteileinrichtung auch eine Einrichtung zur Strömungsvergleichmäßigung, bspw. ein Lochblech, vor dem Rohrboden aufweisen.Optionally, the distribution device may also have a device for flow equalization, for example a perforated plate, in front of the tube plate.
Die konkreten Ausgestaltungen von Verteil- bzw. Sammeleinrichtungen, der Ringleitung und dem Wärmetauscher sind insbesondere vom verwendeten Wärmeträger abhängig. Der erfindungsgemäße Reaktor ist für die meisten Wärmeträger geeignet, dies sind insbesondere Wasser, Öl, Dampf und Salzschmelzen. The specific embodiments of distribution or collection devices, the loop and the heat exchanger are particularly dependent on the heat transfer medium used. The reactor according to the invention is suitable for most heat transfer media, these are in particular water, oil, steam and molten salts.
Beispielsweise ist für einen Reaktor für die Benzinsynthese Salzschmelze als Wärmeträger mit folgender Zusammensetzung vorgesehen: Kaliumnitrat (53 Gew%), Natriumnitrit (40 Gew%) und Natriumnitrat (7 Gew%).For example, for a reactor for gasoline synthesis, molten salt is provided as a heat carrier having the following composition: potassium nitrate (53% by weight), sodium nitrite (40% by weight) and sodium nitrate (7% by weight).
Während des Betriebs kommt es zu unterschiedlichen Wärmedehnungen des Reaktormantels und des darin befindlichen Wärmetauschsystems, bestehend aus Wärmetauschrohren, Verteilern und Sammlern sowie den entsprechenden Durchführungen aus dem Reaktor. Zur Vermeidung von unzulässigen Spannungen zwischen diesen Apparategruppen werden Kompensatoren, bevorzugt an den oberen Durchführungen des Wärmeträgers aus dem Reaktor, vorgesehen. Bevorzugt sind Wellrohrkompensatoren. Die Kompensatoren können prinzipiell außerhalb oder innerhalb des Reaktors liegen, wobei eine Anordnung außerhalb des Reaktors bevorzugt ist. During operation, there are different thermal expansions of the reactor shell and the heat exchange system therein, consisting of heat exchange tubes, manifolds and collectors and the corresponding feedthroughs from the reactor. To avoid undue stress between these groups of apparatus compensators, preferably on the upper passages of the heat carrier from the Reactor, provided. Preferred are corrugated pipe compensators. The compensators may in principle be outside or inside the reactor, with an arrangement outside the reactor being preferred.
Bevorzugt kann die Perforierung des Zentralrohres und/oder der Außenwand des Reaktionsraumes über die axiale Länge des Reaktors variieren, mit dem Ziel einer gleichmäßigen Verteilung des Einsatzgases in den Reaktionsraum an jeder axialen Stelle der Katalysatorschüttung. Preferably, the perforation of the central tube and / or the outer wall of the reaction space over the axial length of the reactor vary, with the aim of a uniform distribution of the feed gas into the reaction space at each axial point of the catalyst bed.
Zwischen den Wärmetauschrohren im Reaktionsraum ist ein Katalysator, bevorzugt in Form einer granularen Schüttung, eingefüllt. Bei der Benzinsynthese nimmt dabei das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche der Wärmetauschrohre zum Katalysatorvolumen in radialer Strömungsrichtung des Reaktionsgases (vom Zentralrohr zum äußeren Hohlraum) bevorzugt ab. Bei der Methanolsynthese bleibt dieses Verhältnis in Strömungsrichtung des Reaktionsgases bevorzugt konstant. Das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche der Wärmetauschrohre zum Katalysatorvolumen verhält sich im Allgemeinen wie 10 m2/m3 bis 200 m2/m3, vorzugsweise wie 50 m2/m3 bis 110 m2/m3.Between the heat exchange tubes in the reaction chamber, a catalyst, preferably in the form of a granular bed, filled. In the gasoline synthesis, the ratio of the heat exchange surface of the heat exchange tubes to the catalyst volume in the radial flow direction of the reaction gas (from the central tube to the outer cavity) preferably decreases. In the synthesis of methanol, this ratio preferably remains constant in the flow direction of the reaction gas. The ratio of the heat exchange surface of the heat exchange tubes to the catalyst volume generally behaves as 10 m 2 / m 3 to 200 m 2 / m 3 , preferably as 50 m 2 / m 3 to 110 m 2 / m 3 .
Bevorzugt ist im oberen und unteren Bereich des Reaktionsraumes Inertmaterial eingefüllt, das eine Reaktion in diesen Bereichen verhindert und Bypassströmungen des Reaktionsgases vermeidet. Bei gekröpften Rohrenden ist in diesem Bereich die Struktur der Strömungskanäle durch die Kröpfung gestört, so dass ein definierter Reaktionsablauf in diesen Bereichen kaum möglich erscheint. Zudem reichen die Wärmetauschrohre zumeist axial aus der Katalysatorschüttung heraus, so dass sich im obersten Bereich des Reaktionsraumes ein Totraum ausbildet. Im Bereich des Inertmaterials und auch des Totraumes sind bevorzugt Zentralrohr und Außenwand nicht perforiert.Preferably inert material is introduced in the upper and lower regions of the reaction space, which prevents a reaction in these regions and avoids bypass flows of the reaction gas. In the case of bent pipe ends, the structure of the flow channels is disturbed by the cranking in this area, so that a defined course of the reaction appears hardly possible in these areas. In addition, the heat exchange tubes usually extend axially out of the catalyst bed, so that a dead space forms in the uppermost region of the reaction space. In the area of the inert material and also of the dead space, the central tube and outer wall are preferably not perforated.
Bevorzugt ist der einzufüllende Katalysator ein Extrudat mit einer Partikelgröße zwischen 1 mm bis 2 mm Durchmesser und einer Länge zwischen 3 mm und 15 mm, weiterhin bevorzugt zwischen 3 mm und 6 mm Länge. Besonders bevorzugt sind annähernd sphärische Partikel mit einem Durchmesser von 1 mm bis 3 mm, bevorzugt 1,5 mm bis 2 mm. Vorteilhaft kann so die notwendige Größe des Reaktors durch eine höhere Packungsdichte des Katalysators vermindert werden, mit einhergehenden Material- und Energieeinsparungen. Zudem wird durch eine geringe Partikelgröße die Befüllung des Reaktors mit Katalysator erleichtert und nicht zuletzt auch vorteilhaft die Gasströmung vergleichmäßigt.Preferably, the catalyst to be filled is an extrudate having a particle size between 1 mm to 2 mm in diameter and a length between 3 mm and 15 mm, more preferably between 3 mm and 6 mm in length. Particularly preferred are approximately spherical particles with a diameter of 1 mm to 3 mm, preferably 1.5 mm to 2 mm. Advantageously, the necessary size of the reactor can be reduced by a higher packing density of the catalyst, with concomitant material and energy savings. In addition, the filling of the reactor with catalyst is facilitated by a small particle size and, not least, also advantageously equalizes the gas flow.
Bevorzugt ist an den Wärmetauschrohren zwischen oberem und unterem Ende mindestens ein Haltegitter angeordnet, das die Lage der Rohre zueinander und innerhalb des Reaktors fixiert, also auch die Breite der Strömungskanäle einstellt. Dieses besteht aus einem Ring-Speichensystem. Besonders bevorzugt besteht das Haltegitter aus mindestens zwei konzentrischen Ringen, verbunden durch parallel zu den Rohrreihen und damit weitestgehend radial verlaufenden Stäben, so dass sich geschlossene Kassetten um die Reihen von Wärmetauschrohren bilden, wobei die Abstände der Speichen zum Halten der Wärmtauschrohre verschiedener Durchmesser variieren können. Die Stäbe sind dabei besonders bevorzugt Flacheisen, und mittels Schweißen verbunden. Die Flacheisen können dabei ineinandergreifende Nuten aufweisen, um die Montage zu erleichtern. Besonders bevorzugt haben die Flacheisen schräge und/oder abgerundete Ober- und Unterkanten, um das Einfüllen und die Entnahme des Katalysators nicht zu behindern und damit einhergehende Totzonen zu vermeiden. Vorteilhaft kann die ringförmige adiabate Schicht im mittleren Bereich mit dem Ring eines Haltegitters zusammenfallen.Preferably, at least one holding grid is arranged on the heat exchange tubes between the upper and lower end, which fixes the position of the tubes relative to one another and within the reactor, thus also adjusts the width of the flow channels. This consists of a ring-spoke system. Particularly preferably, the holding grid consists of at least two concentric rings, connected by parallel to the rows of tubes and thus largely radially extending rods so that closed cassettes form around the rows of heat exchange tubes, wherein the spacings of the spokes for holding the heat exchange tubes of different diameters may vary. The rods are particularly preferred flat iron, and connected by welding. The flat bars may have interlocking grooves to facilitate assembly. Particularly preferably, the flat iron have sloping and / or rounded upper and lower edges in order not to hinder the filling and removal of the catalyst and to avoid concomitant dead zones. Advantageously, the annular adiabatic layer may coincide in the middle region with the ring of a holding grid.
Bevorzugt ist der Reaktor für Wartungs- und Reparaturarbeiten zugänglich. Dies kann insbesondere über ein oder mehrere Mannlöcher in der oberen und/oder der unteren Haube des Druckmantels oder auch über die Zufuhrleitung des Reaktionsgases oder die Austrittsleitung des Produktgases erfolgen. Besonders bevorzugt ist hierfür in der Zufuhr- bzw. Austrittsleitung eine lösbare Verbindung, z.B. ein Flansch, vorgesehen, um die Leitung für den Einstieg freizugeben. The reactor is preferably accessible for maintenance and repair work. This can be done in particular via one or more manholes in the upper and / or lower hood of the pressure jacket or via the supply line of the reaction gas or the outlet line of the product gas. Particularly preferred for this purpose in the supply or discharge line is a detachable connection, e.g. a flange provided to release the conduit for entry.
Bevorzugt weist der Reaktor eine Fülleinrichtung für die Befüllung mit Katalysator auf. Eine besonders bevorzugte Fülleinrichtung wird in Anspruch 15 beschrieben und weist mindestens einen Katalysatorverteiler und eine Mehrzahl von Füllrohren auf, die mit diesem bzw. diesen verbunden sind. Die Fülleinrichtung ist dabei oberhalb des Reaktionsraumes angeordnet. Der mindestens eine Katalysatorverteiler ist außerhalb des Bündels von Wärmetauschrohren angeordnet. Eine Mehrzahl von Füllrohren, die mit ihren oberen Rohrenden jeweils in den mindestens einen Katalysatorverteiler münden, erstrecken sich in einen durch den obersten Bereich des Reaktionsraumes gebildeten Totraum hinein und münden mit ihren unteren Rohrenden in diesen, wobei in dem Totraum der Verlauf aller Füllrohre so aufeinander abgestimmt ist, dass die Gesamtheit ihrer unteren Rohrenden über den gesamten Querschnitt des Katalysatorraums verteilt ist.The reactor preferably has a filling device for filling with catalyst. A particularly preferred filling device is described in
Die Fülleinrichtung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass beim Befüllen des Katalysatorraums mit Katalysatorpartikeln zum einen der zeitliche Abstand zwischen zwei auf dieselbe Stelle auftreffenden Katalysatorpartikeln ausreichend groß sein sollte, damit die auftreffenden Katalysatorpartikel sich nicht gegenseitig verkanten und verklemmen, sondern ausreichend Zeit haben, in eine jeweils eigene stabile Position zu drehen und zu rutschen, und sie dadurch möglichst dicht gepackt sind, und zum anderen diese zeitlichen Abstände möglichst gleichmäßig sein sollten, um eine in der Höhe homogene Packung zu erhalten. Mit den bevorzugt in Form eines Straußes angeordneten Füllrohren, die sich von einem Katalysatorverteiler aus in die Zwischenräume zwischen den Wärmetauschrohren in den katalysatorfreien Totraum (also den ungefüllten Reaktionsraum) zwischen der Unterseite des oberen Rohrbodens und der Oberseite der einzufüllenden Katalysatorschüttung erstrecken, kann eine stationäre Fülleinrichtung ausgebildet werden, die trotz fehlender Rotations- und Vertikalbewegung Katalysatormaterial so einfüllen kann, dass die entstehende Katalysatorschüttung in horizontaler und vertikaler Richtung homogen und dabei dicht gepackt ist. Dadurch, dass der Verlauf aller Füllrohre in dem Totraum so aufeinander abgestimmt ist, dass die Gesamtheit ihrer unteren Rohrenden über den gesamten Querschnitt des Katalysatorraums verteilt ist, ist eine über den Querschnitt des Katalysatorraums gleichmäßige Befüllung mit Katalysatormaterial gewährleistet. The filling device makes use of the knowledge that, when filling the catalyst space with catalyst particles, on the one hand the time interval between two catalyst particles impinging on the same location should be sufficiently large so that the impinging catalyst particles do not tilt and jam, but have sufficient time to rotate in their own stable position and slide, and they are thereby packed as close as possible, and on the other hand, these intervals should be as evenly as possible to obtain a homogeneous homogeneous packing. With the filling tubes preferably arranged in the form of an ostrich, which extend from a catalyst distributor into the intermediate spaces between the heat exchange tubes into the catalyst-free dead space (ie the unfilled reaction space) between the underside of the upper tube plate and the top of the catalyst bed to be filled, a stationary filling device can be provided be formed, which can fill in spite of the lack of rotational and vertical movement of catalyst material so that the resulting catalyst bed in the horizontal and vertical direction is homogeneous and tightly packed. Characterized in that the course of all filling tubes in the dead space is coordinated so that the entirety of their lower tube ends is distributed over the entire cross section of the catalyst space, a uniform over the cross section of the catalyst space filling with catalyst material is ensured.
Die oberen Enden der Füllrohre münden in einen Katalysatorverteiler, so dass ein ununterbrochener gleichmäßiger Zustrom von Katalysatormaterial zu jedem Füllrohr und damit ein über die Zeit gleichmäßiges Austreten von Katalysatormaterial aus den unteren Enden der Füllrohre – im weiteren auch als Rieselgeschwindigkeit bezeichnet – sichergestellt ist. Die Menge an Katalysatormaterial, das pro Zeiteinheit die Füllrohre durchläuft, ist über die Größe des Öffnungsquerschnitts der Füllrohre bzw. der Eintrittsöffnung an den oberen Rohrenden der Füllrohre festgelegt. Entsprechend der gewünschten Rieselgeschwindigkeit können die Eintrittsöffnungen bzw. die Innenabmessungen der Füllrohre festgelegt werden. Der Katalysatorverteiler ist außerhalb der Gruppen von Wärmetauschrohren angeordnet, sodass er zum einen frei gestaltet und platziert werden kann und zum anderen frei zugänglich ist, wodurch während des Befüllens des Katalysatorraums der Katalysatorverteiler von einem Bediener ohne weiteres mit Katalysatormaterial nachgefüllt werden kann. Eine erfindungsgemäße Fülleinrichtung ist bevorzugt in den Festbettreaktor fest eingebaut und wird bevorzugt nach Beendigung des Füllvorganges nicht wieder aus diesem entfernt, so dass die Konstruktionsfreiheit auch nicht durch eine vorzusehende Ausbaumöglichkeit beschränkt ist. The upper ends of the filling tubes open into a catalyst distributor, so that an uninterrupted uniform flow of catalyst material to each filling tube and thus a uniform over time leakage of catalyst material from the lower ends of the filling tubes - also referred to as trickle speed - is ensured. The amount of catalyst material that passes through the filling tubes per unit time is determined by the size of the opening cross-section of the filling tubes or the inlet opening at the upper tube ends of the filling tubes. According to the desired trickling speed, the inlet openings or the inner dimensions of the filling tubes can be determined. The catalyst distributor is arranged outside the groups of heat exchange tubes, so that it can be freely designed and placed on the one hand and freely accessible on the other, whereby during the filling of the catalyst space of the catalyst manifold can be refilled by an operator readily with catalyst material. A filling device according to the invention is preferably permanently installed in the fixed bed reactor and is preferably not removed again after completion of the filling process, so that the design freedom is not limited by an expansion possibility to be provided.
Nach Abschluss des Befüllens liegt die Oberseite der Katalysatorschüttung an den unteren Rohrenden der Füllrohre an. Da die Fülleinrichtung bevorzugt im Festbettreaktor verbleibt, können die Füllrohre und der Katalysatorverteiler mit Katalysatormaterial gefüllt bleiben, so dass während des Reaktorbetriebs bei eventuellen Setzungen der Katalysatorschüttung weiteres Katalysatormaterial selbsttätig in den Katalysatorraum rieselt, bis die Sollhöhe der Katalysatorschüttung wieder erreicht ist, d. h. bis die Oberseite der Katalysatorschüttung wieder die unteren Rohrenden der Füllrohre erreicht hat. Damit ist auch stets die Einhaltung der optimalen Höhe der Katalysatorschüttung gewährleistet. After completion of the filling, the top of the catalyst bed is located at the lower tube ends of the filling tubes. Since the filling device preferably remains in the fixed bed reactor, the filling tubes and the catalyst distributor can remain filled with catalyst material, so that additional catalyst material trickles automatically into the catalyst space during reactor operation in the event of possible settling of the catalyst bed until the desired height of the catalyst bed is reached again, ie. H. until the top of the catalyst bed has again reached the lower tube ends of the filling tubes. Thus, the maintenance of the optimum height of the catalyst bed is always guaranteed.
Das Fassungsvermögen der Fülleinrichtung als auch die Abmessungen und Abstände der relevanten Apparateteile sind bevorzugt so dimensioniert, dass auch bei Setzungen die Oberseite der Katalysatorschüttung immer sicher über einer vorgegebenen Mindestkatalysatorhöhe liegt. Zur Begrenzung von Bypassströmen im oberen Bereich der Katalysatorschüttung und darüber ist es sinnvoll, den Bereich oberhalb der Mindesthöhe der Katalysatorschüttung mit einer zusätzlichen Inertschüttung aufzufüllen. Die Inertschüttung kann ebenfalls über die Fülleinrichtung zugeführt werden, wenn die Menge des Katalysators ausreichend ist, oder durch den Zwischenraum zwischen Wärmeträger-Sammler und Reaktormantel oder durch eine Öffnung im Wärmeträger-Sammler. Hierfür kann beispielsweise der gasundurchlässige obere Abschluss des Zentralrohrs kurzzeitig entfernt werden. Ebenso können für diesen Füllvorgang Öffnungen im undurchlässigen Bereich in der Außenwand des Reaktionsraumes geschaffen werden. Der Totraum unterhalb des Wärmeträger-Sammlers kann durch eine so hergestellte obere Inertschüttung wirksam minimiert werden.The capacity of the filling device and the dimensions and distances of the relevant parts of the apparatus are preferably dimensioned so that even when settling the top of the catalyst bed is always safely above a predetermined minimum catalyst height. To limit bypass flows in the upper region of the catalyst bed and above, it makes sense to fill the area above the minimum height of the catalyst bed with an additional inert bed. The inert bed can also be supplied via the filling device, if the amount of catalyst is sufficient, or through the gap between the heat carrier collector and the reactor jacket or through an opening in the heat carrier collector. For this purpose, for example, the gas-impermeable upper end of the central tube can be removed for a short time. Likewise, openings can be created in the impermeable region in the outer wall of the reaction space for this filling process. The dead space below the heat transfer medium collector can be effectively minimized by an upper inert bed thus produced.
Vorzugsweise bildet der Reaktormantel die Katalysatorhalterung aus. Ein zusätzliches Bauteil zur horizontalen Halterung der Katalysatorschüttung wird dadurch vermieden. Preferably, the reactor shell forms the catalyst support. An additional component for horizontal support of the catalyst bed is thereby avoided.
In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Gruppen von Wärmetauschrohren und die Katalysatorschüttung ringförmig mit einem rohr- und katalysatorfreien inneren Hohlraum ausgebildet, wobei die Katalysatorschüttung von einer radial äußeren und einer radial inneren Katalysatorhalterung gehaltert ist und zwischen Reaktormantel und radial äußerer Katalysatorhalterung ein äußerer Hohlraum angeordnet ist. Der innere und der äußere Hohlraum können für die Zuleitung des Einsatzgases bzw. für die Ableitung des Produktgases genutzt werden. Zudem werden Reaktionen im Randbereich des Festbettreaktors vermieden, in denen die Reaktionsbedingungen Störeinflüssen unterliegen können.In another, likewise preferred embodiment of the invention, the groups of heat exchange tubes and the catalyst bed are annularly formed with a tube and catalyst-free inner cavity, wherein the catalyst bed is supported by a radially outer and a radially inner catalyst holder and between the reactor shell and radially outer catalyst holder outer cavity is arranged. The inner and the outer cavity can be used for the supply of the feed gas or for the discharge of the product gas. In addition, reactions are avoided in the edge region of the fixed bed reactor, in which the reaction conditions can be subject to interference.
Vorteilhafterweise ist die Katalysatorauflage die Oberfläche einer Schüttung in der unteren Reaktorhaube. Die Konstruktion des Festbettreaktors wird hierdurch vereinfacht, da kein gesondertes Bauteil als Katalysatorauflage vorgesehen werden muss.Advantageously, the catalyst support is the surface of a bed in the lower reactor hood. The construction of the fixed bed reactor is thereby simplified, since no separate component must be provided as a catalyst support.
Vorzugsweise ist der Katalysatorverteiler horizontal außerhalb der Gruppen von Wärmetauschrohren angeordnet. Auf diese Weise kann der Raum vertikal oberhalb der Wärmetauschrohre für andere Bauteile, wie z.B. einen Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler, genutzt werden. Preferably, the catalyst manifold is disposed horizontally outside the groups of heat exchange tubes. In this way, the space can be used vertically above the heat exchange tubes for other components, such as a heat transfer manifold or collector.
In günstiger Weiterbildung der Erfindung ist nur ein Katalysatorverteiler ausgebildet und erstreckt sich ringförmig entlang der Innenseite des Reaktormantels über den gesamten Umfang. Mit diesen Maßnahmen ist der Katalysatorverteiler sowohl platzsparend als auch frei zugänglich im Festbettreaktor angeordnet.In a favorable development of the invention, only one catalyst distributor is formed and extends annularly along the inside of the reactor jacket over the entire circumference. With these measures, the catalyst manifold is arranged both space-saving and freely accessible in the fixed bed reactor.
Dabei ist der Katalysatorverteiler vorzugsweise im Querschnitt in Form eines Troges ausgebildet, in dessen Boden die Füllrohre münden und dessen Wände bis zur Einmündung der Füllrohre geneigt verlaufen. In einer anderen Ausführungsform können die Wände auch senkrecht verlaufen. Auf diese Weise kann der Katalysatorverteiler konstruktiv einfach ausgebildet werden und es ist sichergestellt, dass sämtliches im Trog vorhandenes Katalysatormaterial zu den Einmündungen der Füllrohre gelangt.In this case, the catalyst distributor is preferably formed in cross section in the form of a trough, open into the bottom of the filling tubes and the walls are inclined to the mouth of the filling tubes. In another embodiment, the walls can also run vertically. In this way, the catalyst manifold can be structurally simple and it is ensured that all the catalyst material present in the trough reaches the junctions of the filling tubes.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler (je nach Strömungsrichtung des Wärmeträgers) über der Querschnittsfläche der Gruppen von Wärmetauschrohren (Voll- oder Zwischenreihen) und der Katalysatorverteiler über dem Totraum zwischen dem Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler und dem Reaktormantel angeordnet. Mit einer solchen Anordnung von Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler und Katalysatorverteiler wird der Raum über den Wärmetauschrohren platzsparend genutzt.In a preferred embodiment of the invention is a heat transfer manifold or collector (depending on the flow direction of the heat carrier) over the cross-sectional area of the groups of heat exchange tubes (solid or intermediate rows) and the catalyst manifold over the dead space between the heat transfer manifold or collector and the Reactor jacket arranged. With such an arrangement of heat carrier distributor or collector and catalyst distributor, the space above the heat exchange tubes is used to save space.
Dabei sind vorteilhafterweise die oberen Rohrenden der Wärmetauschrohre in jeweiligen Durchgangsbohrungen eines oberen Rohrbodens dicht verschweißt und ist der Rohrboden der Boden des Wärmeträger-Verteilers oder -Sammlers und münden die Wärmetauschrohre in diesen Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler. Hierdurch kann ein erfindungsgemäßer Festbettreaktor noch kostengünstiger gefertigt werden, da ein separates Bauteil für den Boden des Wärmeträger-Verteilers oder -Sammlers entfällt.In this case, the upper tube ends of the heat exchange tubes are advantageously tightly welded in respective through holes of an upper tube plate and the tubesheet is the bottom of the heat carrier distributor or collector and open the heat exchange tubes in this heat carrier distributor or collector. In this way, a fixed bed reactor according to the invention can be manufactured even more cost-effectively, since a separate component for the bottom of the heat transfer medium distributor or collector is omitted.
Besonders bevorzugt weisen dabei die Füllrohre jeweils einen ersten Abschnitt auf, der sich vom Katalysatorverteiler aus zwischen Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler und Reaktormantel vertikal nach unten bis in den Totraum erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der vom ersten Abschnitt aus radial einwärts verläuft. Bei dieser Ausgestaltung verlaufen die ersten Abschnitte der Füllrohre platzsparend gebündelt zwischen Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler, d. h. oberem Rohrboden, und Reaktormantel und verteilen sich erst danach in Form eines Straußes mit ihren zweiten Abschnitten über dem Katalysatorraum.In this case, the filling tubes each particularly preferably have a first section which extends vertically downward from the catalyst distributor between the heat carrier distributor or collector and the reactor jacket into the dead space, and a second section which extends radially inwards from the first section. In this embodiment, the first sections of the filling tubes run in a space-saving manner concentrated between heat carrier distributor or collector, d. H. upper tube plate, and reactor jacket and then distribute themselves in the form of an ostrich with its second sections above the catalyst space.
Die Füllrohre können auch bei mehrteilig ausgeführten Wärmeträger-Verteilern und/oder -Sammlern zwischen zwei Wärmeträger-Verteilern oder -Sammlern hindurchgeführt werden. Auch ist es möglich, Füllrohre durch Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler hindurchzuführen.The filling tubes can also be passed in the case of multipart heat transfer manifolds and / or collectors between two heat carrier distributors or collectors. It is also possible to pass filling tubes through heat transfer manifold or collector.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die unteren Rohrenden der Füllrohre so verteilt, dass sie jeweils gleiche Volumenanteile der Katalysatorschüttung füllen. Hierdurch wird eine weitestgehend gleichmäßige Dichte der Katalysatorschüttung über deren gesamten Querschnitt hinweg erreicht. Die Katalysatorschüttung erstreckt sich in vertikaler Richtung bevorzugt ausschließlich über den Bereich, in dem alle Wärmetauschrohre gerade Abschnitte aufweisen, d. h. nicht in die Bereiche hinein, in denen die radial weiter außenliegenden Wärmetauschrohre gekröpft sind.In an advantageous embodiment of the invention, the lower tube ends of the filling tubes are distributed so that they each fill equal volume fractions of the catalyst bed. As a result, a largely uniform density of the catalyst bed over its entire cross-section is achieved. The catalyst bed preferably extends in the vertical direction exclusively over the area in which all the heat exchange tubes have straight sections, ie. H. not in the areas in which the radially outer heat exchange tubes are cranked.
Bevorzugt weisen die Füllrohre einen ovalen Querschnitt auf. Solchermaßen geformte Füllrohre können ohne Weiteres mit der kleineren Querschnittsabmessung auch in engen Zwischenräumen zwischen Wärmetauschrohren verlaufen und trotzdem auf Grund der in der senkrechten Richtung dazu größeren Querschnittsabmessung einen ausreichend großen Rohrquerschnitt aufweisen, um eine ausreichende Rieselgeschwindigkeit zu erzielen und/oder ein Verstopfen der Rohre zu vermeiden. The filling tubes preferably have an oval cross-section. Such shaped filling tubes can easily run with the smaller cross-sectional dimension in narrow spaces between heat exchange tubes and still have due to the larger in the vertical direction to larger cross-sectional dimension a sufficiently large tube cross-section in order to achieve a sufficient trickling speed and / or to avoid clogging of the tubes ,
Von Vorteil ist es, wenn im Betriebszustand des Festbettreaktors der Katalysatorraum, die Füllrohre und jeder Katalysatorverteiler mit Katalysatormaterial gefüllt sind. Hierdurch kann auch während eines laufenden Reaktorbetriebs bei eventuellen Setzungen der Katalysatorschüttung Katalysatormaterial selbsttätig in den Katalysatorraum rieseln und die Katalysatorschüttung wieder nachfüllen. Der Reaktorbetrieb erfolgt somit gleichbleibend mit der optimalen Höhe der Katalysatorschüttung. It is advantageous if, in the operating state of the fixed bed reactor, the catalyst space, the filling tubes and each catalyst distributor are filled with catalyst material. As a result, catalyst material can trickle automatically into the catalyst space even during ongoing reactor operation in the case of possible settling of the catalyst bed and refill the catalyst bed again. The reactor operation is thus consistent with the optimum height of the catalyst bed.
Bevorzugt weist jedes Füllrohr eine Drossel auf. Auf diese Weise können die Innenabmessungen der Füllrohre so gewählt werden, dass ihr Verstopfen mit Katalysatormaterial ausgeschlossen ist, und kann mittels der Drossel der Zugangsquerschnitt für jedes Füllrohr so gewählt werden, dass sich die gewünschte Rieselgeschwindigkeit ergibt. Preferably, each filling tube has a throttle. In this way, the internal dimensions of the filling tubes can be chosen so that their clogging with catalyst material is excluded, and can be selected by means of the throttle, the access cross-section for each filling tube so as to give the desired trickling speed.
Dabei ist besonders bevorzugt die Größe der Drosselöffnungen einstellbar. Hierdurch kann auch während eines laufenden Füllvorgangs die Größe der Drosselöffnungen und damit die Rieselgeschwindigkeit ohne Weiteres veränderten Gegebenheiten angepasst werden.In this case, the size of the throttle openings is particularly preferably adjustable. As a result, the size of the throttle openings and thus the trickling speed can be readily adapted to changed conditions even during a running filling operation.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Reaktors mit in Gruppen weitestgehend direkt nebeneinander angeordneten Wärmetauschrohren, die radiale Strömungskanäle bilden, mit Salzschmelze als Wärmeträger in den Wärmetauschrohren zur Erzielung eines annähernd isothermen Reaktionsregimes. Unter einem annähernd isothermen Reaktionsregime wird ein Reaktionsregime verstanden, was eine nahezu konstante Temperatur mit einer Temperaturschwankung von max. 10°C, bevorzugt max. 5°C, besonders bevorzugt max. 2°C aufweist. Besonders bevorzugt erfolgt die Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktors zur Durchführung einer exothermen oder auch endothermen Reaktion mit annähernd isothermem Reaktionsregime mit Salzschmelze als Wärmträger innerhalb der Wärmetauschrohre. The invention also relates to the use of a reactor with in groups largely directly juxtaposed heat exchange tubes forming radial flow channels, with molten salt as heat transfer in the heat exchange tubes to achieve an approximately isothermal reaction regime. Under an approximately isothermal reaction regime is a reaction regime understood, which is a nearly constant temperature with a temperature fluctuation of max. 10 ° C, preferably max. 5 ° C, more preferably max. 2 ° C has. Particularly preferably, the use of the reactor according to the invention for carrying out an exothermic or endothermic reaction with an approximately isothermal reaction regime with molten salt is carried out as a heat carrier within the heat exchange tubes.
Weiterhin bevorzugt erfolgt die Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktors für Gasphasenreaktionen, bevorzugt exotherm katalytischen oder auch endotherm katalytischen Reaktionen. Besonders bevorzugt erfolgt die Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktors für Oxidations-, Hydrierungs-, Dehydrierungs-, Nitrierungs-, Alkylierungsreaktionen oder zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Alkoholen oder Dimethylether, insbesondere zur Benzinsynthese aus Methanol und Methanolsynthese aus Synthesegas.It is further preferred to use the reactor according to the invention for gas phase reactions, preferably exothermic catalytic or endothermic catalytic reactions. The use of the reactor according to the invention for oxidation, hydrogenation, dehydrogenation, nitration, alkylation reactions or for the production of hydrocarbons from alcohols or dimethyl ether, in particular for gasoline synthesis from methanol and methanol synthesis from synthesis gas, is particularly preferably carried out.
Bei der Verwendung für die Benzinsynthese erfolgt bevorzugt die Zuführung der Reaktionspartner über das Zentralrohr und die Abführung der Reaktionsprodukte über den äußeren Hohlraum. Als Wärmeträger kommt bevorzugt eine Salzschmelze zum Einsatz, die im Wärmeträgerkreislauf über einen unten angeordneten Wärmeträgerverteiler durch die Wärmetauschrohre in den oben angeordneten Wärmeträgersammler gedrückt wird und vom Sammler aus einem Wärmetauscher zugeführt wird. When used for the gasoline synthesis, the feed of the reactants via the central tube and the removal of the reaction products via the outer cavity are preferably carried out. As a heat transfer medium is preferably a molten salt is used, which is pressed in the heat transfer circuit via a bottom arranged heat transfer manifold through the heat exchange tubes in the heat carrier collector arranged above and is supplied from the collector of a heat exchanger.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained below with reference to embodiments and figures. Showing:
Die
Die Achse des gasdurchlässigen Zentralrohrs
Bei dem in
Das durch den Reaktor
Eine konstante radiale Austrittsgeschwindigkeit vom Zentralrohr
Die Reaktionstemperatur in der Katalysatorschüttung
Die in der Katalysatorschüttung
Die beiden
In
Die
Die
Bei dem in
Die Begriffe „im Wesentlichen“ und „etwa“ sollen besagen, dass die radial innersten und äußersten Wärmetauschrohre
Die Katalysatorschüttung
Bei diesem Ausführungsbeispiel strömen Reaktionsgas
Das in den Reaktor
Das Einsatzgas
Die unteren Enden der Wärmetauschrohre
Die oberen Enden der Wärmetauschrohre
Die untere Reaktorhaube
In einer nicht dargestellten Ausführungsform können der Wärmeträger-Verteiler
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Wärmeträger-Verteiler
In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform können auch mehrere Haltegitter
Der Wärmeträger-Verteiler
Der Wärmeträger-Sammler
Die Katalysatorschüttung
Unter der Katalysatorschüttung
Die obere Grenze des Katalysatorraums
Die Fülleinrichtung
Der Katalysatorverteiler
Die Füllrohre
In einer nicht dargestellten Ausführungsform können Füllrohre
Die Innenabmessungen der Füllrohre
Die Fülleinrichtung
Die obere Reaktorhaube
Die untere Reaktorhaube
Ferner ist in der oberen Reaktorhaube
Außerdem können die Wärmeträger-Zufuhrleitung
Soweit nachfolgend nicht anders beschrieben, entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß
Bei dem in
Entsprechend der ringförmigen Ausbildung der Katalysatorschüttung
In diesem Ausführungsbeispiel strömt das Gas von unten nach oben, wobei es als Einsatzgas
Da der Wärmeträger
Alle Wärmetauschrohre
Die oberen Enden der Wärmetauschrohre
In der Sammlerhaube
Der Wärmeträger-Verteiler
Der radial äußere Rand von Wärmeträger-Verteiler
Der Wärmeträger-Verteiler
Der Wärmeträger-Sammler
Die vertikalen Wärmeträger-Ablaufleitungen
Auf halber Höhe zwischen dem unteren und dem oberen Rohrboden
Das Zentralrohr
An seinem oberen Ende erstreckt sich das Zentralrohr
Der untere Teil des Reaktors
Bei dem in
In
Die obere Reaktorhaube
Ebenso weist die untere Reaktorhaube
Der in
In
Das Füllrohr
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Reaktor reactor
- 22
- Druckmantel pressure shroud
- 33
- Reaktormantel reactor shell
- 44
- Obere Reaktorhaube Upper reactor hood
- 55
- Untere Reaktorhaube Lower reactor hood
- 66
- Zentralachse/Reaktorachse Central axis / reactor axis
- 77
- Reaktionsraum reaction chamber
- 88th
- Katalysatorschüttung catalyst bed
- 99
- Wärmetauschrohre Heat exchange tubes
- 1010
- Außenwand des Reaktionsraumes Outer wall of the reaction space
- 1111
- Innerer Hohlraum Inner cavity
- 1212
- Äußerer Hohlraum Outer cavity
- 1313
- Zentralrohr/Innenwand des Reaktionsraumes Central tube / inner wall of the reaction space
- 14a14a
- Untere Inertschüttung Lower inert bed
- 14b14b
- Obere Inertschüttung Upper inert bed
- 1515
- Reaktionsgas reaction gas
- 1616
- Einsatzgas feed gas
- 1717
- Gaseintrittsleitung Gas inlet pipe
- 1818
- Öffnungen im Zentralrohr Openings in the central tube
- 1919
- Produktgas product gas
- 2020
- Gasaustrittsleitung Gas discharge line
- 2121
- Undurchlässiger Bereich im Zentralrohr Impermeable area in the central tube
- 2222
- Undurchlässiger Bereich in der Außenwand des Reaktionsraumes Impermeable area in the outer wall of the reaction space
- 2323
- Oberer Rohrboden Upper tube sheet
- 2424
- Unterer Rohrboden Lower tube sheet
- 2525
- Wärmeträger heat transfer
- 2626
- Wärmeträger-Zufuhrleitung Heat transfer supply line
- 2727
- Verteilerhaube distribution hood
- 2828
- Wärmeträger-Verteiler Heat transfer manifold
- 2929
- Vergleichmäßigungseinrichtung The equalizing device
- 3030
- Wärmeträger-Sammler Heat carrier collector
- 3131
- Sammlerhaube collectors hood
- 3232
- Wärmeträger-Ablaufleitung Heat carrier drain pipe
- 3333
- Sammler-Mannloch Collectors manhole
- 3434
- Lösbare Verbindung Detachable connection
- 3535
- Kompensator compensator
- 3636
- Gruppe von Wärmetauschrohren Group of heat exchange tubes
- 3737
- Haltegitter holding grid
- 3838
- Vollreihen full series
- 3939
- Zwischenreihen between rows
- 4040
- Radialer Strömungskanal Radial flow channel
- 4141
- Radialer Strömungskanal mit verminderter Kühlflächendichte Radial flow channel with reduced cooling surface density
- 4242
- Adiabate Reaktionszone Adiabatic reaction zone
- 4343
- Radiale Halteelemente Radial retaining elements
- 4444
- Kreisförmige Halteelemente Circular holding elements
- 4545
- Querstreben crossbars
- 48 48
- Füllrohre durch den Wärmeträger-SammlerFill pipes through the heat carrier collector
- 49 49
- Katalysatorraumcatalyst chamber
- 50 50
- Totraumdead space
- 5151
- Fülleinrichtung filling
- 52 52
- Katalysatorverteilercatalyst distribution
- 53 53
- Füllrohre filling tubes
- 54 54
- Boden des KatalysatorverteilersBottom of the catalyst distributor
- 55 55
- Wände des KatalysatorverteilersWalls of the catalyst distributor
- 56 56
- DurchgangsbohrungenThrough holes
- 57 57
- KatalysatorfüllstutzenKatalysatorfüllstutzen
- 58 58
- KatalysatorentleerungsstutzenCatalyst drain nozzle
- 59 59
- Mannlochmanhole
- 60 60
- Ringförmiger Wärmeträger-SammlerAnnular heat carrier collector
- 61 61
- Horizontale Wärmeträger-AblaufleitungHorizontal heat carrier drain line
- 62 62
- Fluidisierungseinrichtungfluidisation
- 63 63
- Verteilungsleitungendistribution lines
- 64 64
- Ringleitungloop
- 65 65
- GaszufuhrleitungGas supply line
- 66 66
- Kompressorcompressor
- 67 67
- Zweigleitungenbranch lines
- 68 68
- Untere ZweigleitungenLower branches
- 6969
- Schulterabschnitt shoulder portion
- 70 70
- Drosselthrottle
- 7171
- Drosselöffnung throttle opening
- 7272
- Kleinere Querschnittsabmessung Smaller cross-sectional dimension
- 73 73
- Größere QuerschnittsabmessungLarger cross-sectional dimension
- 74 74
- DurchgangsquerschnittPassage section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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