DE102012220930A1 - Fixed bed reactor useful for carrying out catalytic gas-phase reactions, comprises bundle of vertical heat exchanger tubes, catalyst chamber for accommodating catalyst bed, reactor jacket, upper and lower reactor head, and filling device - Google Patents

Fixed bed reactor useful for carrying out catalytic gas-phase reactions, comprises bundle of vertical heat exchanger tubes, catalyst chamber for accommodating catalyst bed, reactor jacket, upper and lower reactor head, and filling device Download PDF

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Abstract

Fixed bed reactor (1) for carrying out catalytic gas-phase reactions, comprises a bundle (9) of vertical heat exchanger tubes whose lower and upper tube ends are respectively connected to at least one heat carrier distributor (28) or heat carrier collector, a catalyst chamber (49) for accommodating a catalyst bed (8), a reactor jacket which encloses the bundle of the heat exchanger tubes and the catalyst chamber, an upper- and lower reactor head which span the upper- and lower tube ends of the heat exchanger tubes, and a filling device for filling the catalyst chamber with a catalyst material. Fixed bed reactor (1) for carrying out catalytic gas-phase reactions, comprises (a) a bundle (9) of vertical heat exchanger tubes whose lower- and upper tube ends are respectively connected to at least one heat carrier distributor (28) or heat carrier collector, (b) a catalyst chamber (49) for accommodating a catalyst bed (8) which abuts outer sides of the heat exchanger tubes, and is passed with a reaction gas during the operating condition of the fixed bed reactor, (c) a reactor jacket which encloses the bundle of the heat exchanger tubes and the catalyst chamber, (d) an upper- and lower reactor head which span the upper- and lower tube ends of the heat exchanger tubes and respectively the heat carrier distributor or the heat carrier collector, exhibit supply- and discharge pipes for feed- and product gas and/or the heat carrier, and are respectively tightly connected to the reactor jacket, and (e) a filling device for filling the catalyst chamber with a catalyst material, which is arranged above the catalyst chamber, and exhibits at least one catalyst distributor which is arranged outside the bundle of the heat exchanger tubes. The catalyst chamber is horizontally limited by a catalyst holder which is designed for horizontally holding the catalyst bed, and is limited vertically downwards by a catalyst support which is designed for vertically supporting the catalyst bed, and extends up to a predetermined height such that a dead space is formed between upper limit of the catalyst chamber and the upper tube ends of the heat exchanger tubes. Several filling tubes which with their upper tube ends open respectively in the catalyst distributor, and extend in the dead space, and with their lower tube ends open in the dead space. The course of all filling tubes is coordinated in the dead space such that, its entire lower tube ends is distributed over entire cross-section of the catalyst chamber.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festbettreaktor zur Durchführung katalytischer Gasphasenreaktionen, mit einem Bündel vertikaler Wärmetauschrohre und einem Katalysatorraum zur Aufnahme einer Katalysatorschüttung, die an den Außenseiten der Wärmetauschrohre anliegt und im Betriebszustand des Festbettreaktors von Reaktionsgas durchströmt wird. The invention relates to a fixed bed reactor for carrying out catalytic gas phase reactions, with a bundle of vertical heat exchange tubes and a catalyst space for receiving a catalyst bed, which bears against the outer sides of the heat exchange tubes and flows through reaction gas in the operating state of the fixed bed reactor.

Katalytische Gasphasenreaktionen werden im Allgemeinen in Festbettreaktoren durchgeführt. Von besonderem Interesse sind dabei Festbettreaktoren mit einem Reaktionsraum bzw. einer darin befindlichen Katalysatorschüttung, der bzw. die von Reaktionsgas radial durchströmt wird. Mit dieser Bauart ist es möglich, eine große Durchströmungsfläche bei kleinem Druckverlust zu schaffen. Bei Anordnung von Wärmetauschelementen, z. B. in Form von Wärmetauschrohren, ist weiterhin eine isotherme Betriebsweise möglich.Catalytic gas phase reactions are generally carried out in fixed bed reactors. Of particular interest are fixed bed reactors with a reaction space or a catalyst bed located therein, which is flowed through radially by reaction gas. With this design, it is possible to create a large flow area at low pressure loss. In the arrangement of heat exchange elements, for. B. in the form of heat exchange tubes, an isothermal operation is still possible.

Ein wichtiges Thema bei allen Festbettreaktoren ist das Füllen der Reaktionsräume mit meist granularem Katalysator. Die bekannten Füllverfahren sind an die jeweiligen speziellen Konstruktionen und an die Eigenschaften des verwendeten Katalysators angepasst. Das Ziel eines jeden Verfahrens ist dabei die gleichmäßige Verteilung des Katalysators über den Strömungsquerschnitt als Voraussetzung für optimale Reaktionsergebnisse.An important issue in all fixed bed reactors is the filling of the reaction chambers with mostly granular catalyst. The known filling methods are adapted to the respective specific constructions and to the properties of the catalyst used. The goal of any process is the uniform distribution of the catalyst over the flow cross section as a prerequisite for optimal reaction results.

Bei einem radial durchströmten Festbettreaktor nach der US 4,321,234 mit homogen über den Festbettquerschnitt verteilten Wärmetauschrohren wird der Katalysator durch einen einfachen Stutzen in der Reaktorhaube in den Reaktor eingefüllt. Dies wird für einen Katalysator mit normaler Partikelgröße als ausreichend angesehen. Bei einem schlecht fließfähigen Katalysator oder bei einer nicht homogenen Anordnung der Wärmetauschrohre ist eine gleichmäßige Verteilung des Katalysators jedoch nicht gewährleistet.In a radially flowed fixed bed reactor after the US 4,321,234 with homogeneously distributed over the fixed bed cross-section heat exchange tubes, the catalyst is filled through a simple nozzle in the reactor hood in the reactor. This is considered sufficient for a normal particle size catalyst. In a poorly flowable catalyst or in a non-homogeneous arrangement of the heat exchange tubes, however, a uniform distribution of the catalyst is not guaranteed.

Bei einem in der US 7,353,847 B2 vorgestellten ähnlichen Reaktor werden die Zwischenräume zwischen den Rohren stufenweise von unten nach oben mit einem granularen Feststoff, bevorzugt einem Katalysatormaterial, gefüllt. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein steifer, vertikaler Kolonnenabschnitt bereitgestellt mit einer ausreichenden Größe zur Aufnahme eines Bedieners. Dieser Bediener steht auf einer am Kolonnenabschnitt befestigten Standfläche und befüllt den Befüllungsraum mit einem partikelförmigen Feststoff mit einer bevorzugt flexiblen Zuleitung. Der Befüllvorgang wird unterbrochen, bevor die Granulatoberfläche die Oberkante des Kolonnenabschnitts erreicht. Nun wird auf den ersten Kolonnenabschnitt ein zweiter gleicher Kolonnenabschnitt aufgesetzt, die Standfläche in den zweiten Kolonnenabschnitt umgesetzt und an diesem befestigt und der Befüllvorgang fortgesetzt. Die vorgenannten Schritte werden wiederholt, bis eine gewünschte Füllhöhe erreicht ist. Bei dem Behälter kann es sich um einen axial, radial, ringförmig, quer oder abschnittsweise durchströmten Festbettreaktor handeln. Der Befüllungsraum kann Einbauten enthalten, wie Wärmetauschrohre, zugehörige Abstützungen, Verteiler oder Umlenkplatten. Das Übereinanderstapeln von Kolonnenabschnitten ist umständlich und zeitintensiv. At one in the US Pat. No. 7,353,847 B2 In the reactor of this type, the interspaces between the tubes are gradually filled from bottom to top with a granular solid, preferably a catalyst material. In this method, a rigid, vertical column section is first provided of sufficient size to accommodate an operator. This operator stands on a standing surface fastened to the column section and fills the filling space with a particulate solid with a preferably flexible supply line. The filling process is interrupted before the granule surface reaches the upper edge of the column section. Now a second column section of the same kind is placed on the first column section, the base area is converted into the second column section and fastened thereto, and the filling process is continued. The aforementioned steps are repeated until a desired filling level is reached. The container can be an axial, radial, annular, transverse or section-flowed fixed bed reactor. The filling space may contain internals, such as heat exchange tubes, associated supports, distributors or baffles. The stacking of column sections is cumbersome and time consuming.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung anderer Art zum Füllen von Katalysator in den von einem Wärmetauschrohrbündel durchlaufenen Reaktionsraum eines Festbettreaktors wird in der US 6,467,513 B1 beschrieben. Dabei wird der Katalysator in den Reaktor durch ein biegsames Rohr geführt, welches in seinem Inneren mit Falldämpfern ausgestattet ist, die die Fallenergie der herabfallenden Katalysatorpartikel aufnehmen und für solche Fallabstände sorgen, dass der Katalysator beim Herabfallen nicht bricht. Nach Einfüllen des Katalysators wird der Katalysator fluidisiert. Der flexible Füllschlauch hat einen solchen Durchmesser, dass er in der Regel nicht in das Innere eines Bündels von Wärmetauschrohren geführt werden kann. Sein Ende kann nur neben das Bündel geführt werden. Von dieser Stelle aus bildet sich ein Schüttkegel aus, der nachfolgend durch eine Fluidisierungseinrichtung über den Bündelquerschnitt vergleichmäßigt wird. A method and apparatus of another type for filling catalyst into the reaction space of a fixed bed reactor through which a heat exchange tube bundle passes is disclosed in US Pat US Pat. No. 6,467,513 B1 described. In this case, the catalyst is fed into the reactor through a flexible tube, which is equipped in its interior with fall arrestors that absorb the falling energy of the falling catalyst particles and provide such fall distances that the catalyst does not break when dropped. After filling the catalyst, the catalyst is fluidized. The flexible filling hose has a diameter such that it can not be routed into the interior of a bundle of heat exchange tubes as a rule. Its end can only be conducted next to the bundle. From this point, a bulk cone forms, which is subsequently made uniform by a fluidizing device over the bundle cross-section.

Bei den in US 6,467,513 B1 beispielhaft angegebenen Fluidisierungszeiten von 5 bis 15 Minuten besteht die Gefahr von Entmischungen. Da ein Zyklus, bestehend aus einem Füllvorgang und einer nachfolgenden Fluidisierung, mehrmals durchgeführt wird, muss die Fluidisierungseinrichtung ausreichend groß bemessen sein, damit auch beim letzten Zyklus noch eine Fluidisierung über die gesamte Höhe der Katalysatorschüttung gewährleistet ist. Weiterhin muss der Reaktor im Bereich der Schüttungsoberfläche eine Höhenreserve aufweisen, da sich die Katalysatorschüttung im Betrieb setzt. Auch dieses Verfahren ist zeit- und kostenaufwändig.At the in US Pat. No. 6,467,513 B1 Example given fluidization times of 5 to 15 minutes there is a risk of segregation. Since a cycle, consisting of a filling process and a subsequent fluidization, is carried out several times, the fluidization device must be dimensioned sufficiently large so that fluidization over the entire height of the catalyst bed is guaranteed even in the last cycle. Furthermore, the reactor must have a height reserve in the area of the bed surface, since the catalyst bed is in operation. This process is time consuming and costly.

Bei Festbettreaktoren ohne Einbauten müssen die Verteilereinrichtungen keine Rücksicht mehr auf diese, die Verteilung störenden, Hindernisse nehmen. Meist kommen verzweigte Verteilersysteme zum Einsatz.In fixed bed reactors without internals, the distribution devices no longer have to take account of these obstacles which disturb the distribution. Mostly branched distribution systems are used.

Für einen solchen Reaktortyp stellt die US 4,277,205 ein Verfahren zur verbesserten Verteilung des Katalysators über den Querschnitt eines Reaktionsraumes bzw. einer Katalysatorschüttung vor. Hierbei fließen Feststoffpartikel zunächst durch eine Zuführungseinrichtung in eine zentral gelegene Wanne. Ein Gas strömt von unten durch einen am Boden der Wanne befindlichen gasdurchlässigen Boden und fluidisiert so die in der Wanne befindlichen Feststoffpartikel, die in diesem Zustand in am Umfang der Wanne angebrachte Verteilerleitungen ausgetragen werden. Die Verteilerleitungen haben unterschiedliche Längen und führen radial von der Wanne weg. For such a reactor type represents the US 4,277,205 a method for improved distribution of the catalyst over the cross section of a reaction space or a catalyst bed before. In this case, solid particles first flow through a feed device into a centrally located trough. A gas flows from below through an am Bottom of the tub located gas-permeable bottom and fluidized so located in the tub solid particles that are discharged in this state in the circumference of the tub mounted distribution lines. The manifolds have different lengths and lead radially away from the trough.

Eine gleichmäßige Verteilung über den Querschnitt des Reaktionsraums wird durch eine Rotation der Wanne und der angeschlossenen Verteilerleitungen erreicht. Diese Verteilereinrichtung ist für das Befüllen von zylindrischen Behältern ohne Einbauten angepasst. Sind Einbauten in Form von z.B. Wärmetauschrohren vorhanden, so ist eine Rotation nicht möglich. Zudem bedingt die Konstruktion auf Grund der Rotation einen gewissen Platzbedarf über dem Zentrum des Reaktionsraums und ist sie wegen der beweglichen Teile mechanisch anfällig.A uniform distribution over the cross section of the reaction space is achieved by a rotation of the tub and the connected distribution lines. This distributor device is adapted for filling cylindrical containers without internals. If fittings are in the form of e.g. Heat exchange tubes present, so a rotation is not possible. In addition, the construction due to the rotation requires a certain amount of space above the center of the reaction space and it is mechanically vulnerable because of the moving parts.

Eine Reihe von Veröffentlichungen befasst sich insbesondere mit der Verminderung der Fallgeschwindigkeit in solchen Festbettreaktoren, um ein Brechen der Katalysatorpartikel durch Stöße während des Füllvorgangs zu verhindern. Ein solches Verfahren ist z.B. in der DE 196 34 455 A1 beschrieben. Dabei wird der Katalysator durch ein zentrales Rohr zugeführt und durch eine rotierende Verteilereinrichtung mit mehreren sternförmig angeordneten Verteilerköpfen im Reaktor gleichmäßig und schonend verteilt. Die Besonderheit liegt in Anordnung der Verteilereinrichtung am unteren Ende eines höhenverstellbaren Teleskoprohrs. Die Verteilerköpfe sind dadurch immer dicht über der Oberfläche der Katalysatorschüttung und die Fallhöhe der Katalysatorteilchen ist immer gering. Am Verteilerwerkzeug kann eine sich mitbewegende Arbeitsbühne befestigt sein, auf der eine Bedienungsperson steht, die das Verteilerwerkzeug manuell oder maschinell dreht und den Schüttkegel der einzelnen Verteilerköpfe verändern kann. Das Füllverfahren ist besonders an mechanisch empfindliche Katalysatoren angepasst und konstruktiv recht aufwändig. Durch die Anordnung der Verteilerköpfe nur an einer zentralen und an einer radialen Position ist eine gleichmäßige Verteilung über den Reaktorquerschnitt des Katalysators nicht gesichert.In particular, a number of publications are concerned with reducing the rate of fall in such fixed bed reactors to prevent breakage of catalyst particles by impact during the filling process. Such a method is eg in the DE 196 34 455 A1 described. In this case, the catalyst is fed through a central tube and distributed uniformly and gently in the reactor by means of a rotating distributor device with several distributor heads arranged in a star shape. The special feature lies in the arrangement of the distribution device at the lower end of a height-adjustable telescopic tube. The distribution heads are thus always close to the surface of the catalyst bed and the height of fall of the catalyst particles is always low. The distributor tool can be fixed to a moving platform on which an operator stands, which manually or mechanically turns the distributor tool and can change the bulk cone of the individual distributor heads. The filling process is particularly adapted to mechanically sensitive catalysts and structurally quite complex. The arrangement of the distributor heads only at a central and at a radial position, a uniform distribution over the reactor cross-section of the catalyst is not secured.

In der EP 2 029 463 A1 wird eine Vorrichtung zum Einfüllen von festen Partikeln in einen Behälter vorgestellt, die über einer Leitung mit Einrichtungen zum Dämpfen der Fallgeschwindigkeit und über eine Absaugeinrichtung verfügt.In the EP 2 029 463 A1 For example, there is provided a device for filling solid particles into a container having a line with means for damping the falling velocity and a suction device.

Es sind auch zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zum Befüllen von Reaktionsrohren von Rohrbündelreaktoren bekannt. Ziel ist es hierbei, in jedem Reaktionsrohr die gleiche Katalysatorschüttung hinsichtlich Druckverlust und katalytischer Wirkung zu schaffen. In diesem Sinne stellt die DE 28 49 664 A1 ein Verfahren zum Beschicken einer Vielzahl von Rohren in Rohrreaktoren mit körnigen Feststoffen vor, vorzugsweise mit Katalysatoren, bei dem zwei oder mehrere Sorten solcher Feststoffe als Mischung in ein Einzelrohr oder eine Rohrgruppe einzubringen sind. Dabei wird aus zwei bzw. mehreren Vorratsbehältern je ein homogener, unabhängig regelbarer, Stoffstrom kontinuierlich herausgeführt und über eine Mess- und Regelungseinrichtung entweder zeitlich versetzt oder gleichzeitig als Mischung über mechanisch steuerbare Leitvorrichtungen über flexible Schläuche in ein individuelles Rohr oder in eine Rohrgruppe eingebracht. Der Katalysator wird mit Vibrationsrinnen und Gurtförderen transportiert.Numerous methods and devices for filling reaction tubes of tube bundle reactors are also known. The aim here is to create the same catalyst bed in terms of pressure loss and catalytic effect in each reaction tube. In this sense, the DE 28 49 664 A1 a method for feeding a plurality of tubes in tubular reactors with granular solids, preferably with catalysts, in which two or more varieties of such solids are to be introduced as a mixture into a single tube or a tube group. In this case, a homogenous, independently controllable, material flow is continuously led out of two or more storage containers and introduced via a measuring and control device either offset in time or simultaneously as a mixture via mechanically controllable guide devices via flexible hoses in an individual pipe or in a pipe group. The catalyst is transported with vibrating troughs and belt conveyors.

Die US 4,402,643 beschreibt eine Vorrichtung zum Füllen von körnigem Katalysator in eine Vielzahl von Reaktionsrohren. Die Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von zusammenhängend angeordneten Vorratstrichtern zur Aufnahme des körnigen Katalysators, einen im Wesentlichen horizontalen Vibrator unterhalb der Vorratstrichter mit Ablauföffnungen am Boden des Vibrators und flexible Schläuche am Austritt einer jeden Ablauföffnung mit Drosselelementen und Einführungshilfen in die Reaktionsrohre am Austritt jedes einzelnen Schlauchs.The US 4,402,643 describes an apparatus for filling granular catalyst into a plurality of reaction tubes. The apparatus comprises a plurality of contiguously arranged storage hoppers for receiving the granular catalyst, a substantially horizontal vibrator below the storage hoppers with discharge openings at the bottom of the vibrator and flexible hoses at the exit of each discharge opening with throttling elements and introduction aids in the reaction tubes at the outlet of each individual tube.

Eine konstruktiv einfache Vorrichtung zum Füllen von festen Teilchen in Reaktionsrohre eines Rohrbündelreaktors wird in der EP 0 963 785 A1 beschrieben. Sie umfasst eine Vielzahl benachbarter polygonaler Platten mit 1 bis 30 Löchern in jeder Platte. Dabei entspricht jedes Loch einem Reaktionsrohr. Jedes Loch hat einen Durchmesser, der nicht größer ist als 95% des Innendurchmessers des Reaktionsrohres und nicht kleiner als das 1,1-fache der größten Abmessung eines Katalysatorpartikels, wobei die polygonalen Platten auch Befestigungsmittel zum Halten der Löcher an den Reaktionsrohren aufweisen. Diese Befestigungsmittel können Einsätze sein, welche in die Reaktionsrohre hineinragen. Die Befüllung wird so ausgeführt, dass die Katalysatorpartikel zunächst auf die Oberfläche der Platten geschüttet werden. Anschließend werden diese entweder manuell oder maschinell in die Reaktionsrohre eingekehrt. Hat die Katalysatorschüttung die Oberkante der Platten erreicht, so werden die Platten entfernt und in den Reaktionsrohren verbleibt jeweils über der Katalysatoroberfläche ein Leerraum, dessen Größe abhängig von dem verdrängten Volumen des Einsatzes ist.A structurally simple device for filling solid particles in reaction tubes of a tube bundle reactor is in the EP 0 963 785 A1 described. It includes a plurality of adjacent polygonal plates with 1 to 30 holes in each plate. Each hole corresponds to a reaction tube. Each hole has a diameter not larger than 95% of the inner diameter of the reaction tube and not smaller than 1.1 times the largest dimension of a catalyst particle, the polygonal plates also having attachment means for holding the holes on the reaction tubes. These attachment means may be inserts which protrude into the reaction tubes. The filling is carried out so that the catalyst particles are first poured onto the surface of the plates. These are then returned either manually or mechanically into the reaction tubes. When the catalyst bed reaches the top of the plates, the plates are removed and a void is left in the reaction tubes over the catalyst surface, the size of which is dependent on the displaced volume of the insert.

Beim Befüllen von Reaktionsrohren stellt die horizontale Gleichmäßigkeit der Katalysatorschüttung innerhalb eines Reaktionsrohrs kein Problem dar, da ein Reaktionsrohr eine vertikale Umhüllung ist, die die horizontale Ausdehnung des Katalysators zwangsweise sehr eng begrenzt. Die Aufgabenstellung besteht hier in der gleichförmigen Befüllung aller Reaktionsrohre mit möglichst hoher Befüllungsgeschwindigkeit. Dabei muss jedes Reaktionsrohr einzeln angesteuert und befüllt werden.When filling reaction tubes, the horizontal uniformity of the catalyst bed within a reaction tube poses no problem, since a reaction tube is a vertical envelope, which forcibly very narrowly limits the horizontal extent of the catalyst. The task here consists in the uniform filling of all reaction tubes with the highest possible Filling speed. Each reaction tube must be individually controlled and filled.

Für das Befüllen eines Reaktionsraums zwischen den Rohren eines Bündels von Wärmetauschrohren sind jedoch solche Verfahren und Vorrichtungen zu aufwändig und daher nicht praktikabel. For the filling of a reaction space between the tubes of a bundle of heat exchange tubes, however, such methods and devices are too complicated and therefore impractical.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Festbettreaktor der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der schnell mit einer homogenen und gleichzeitig dicht gepackten Katalysatorschüttung befüllt werden kann.The object of the invention is to propose a fixed bed reactor of the type mentioned, which can be filled quickly with a homogeneous and at the same time densely packed catalyst bed.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Festbettreaktor mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. According to the invention this object is achieved by a fixed bed reactor having the features of claim 1.

Die Erfindung 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 invention makes use of the finding that when filling the catalyst space with catalyst particles on the one hand, the time interval between two impinging on the same place catalyst particles should be sufficiently large so that the impinging catalyst particles do not jam and jam each other, but have sufficient time in one each their own stable position to rotate and slide, and they are thus 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 bottom 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, sodass 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 des Bündels 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, sodass 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 influx 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 trickling - 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 bundle 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, sodass 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 further catalyst material automatically trickles into the catalyst space during reactor operation in case of settling of the catalyst bed until the desired height of the catalyst bed is reached again, d. 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 das Bündel 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 bundle 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 des Bündels von Wärmetauschrohren angeordnet. Auf diese Weise kann der Raum vertikal oberhalb des Bündels von Wärmetauschrohren für andere Bauteile, wie z.B. einen Wärmeträger-Verteiler oder -Sammler, genutzt werden.Preferably, the catalyst manifold is disposed horizontally outside the bundle of heat exchange tubes. In this way, the space vertically above the bundle of heat exchange tubes for other components, such as e.g. a heat transfer manifold or collector used.

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 des Bündels von Wärmetauschrohren 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, a heat carrier distributor or collector (depending on the direction of flow of the heat carrier) is arranged above the cross-sectional area of the bundle of heat exchange tubes and the catalyst distributor over the dead space between the heat carrier distributor or collector and the reactor jacket. 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 auf, 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 downwards 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. 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.

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, even during a reactor operation in case of possible settling of the catalyst bed catalyst material automatically trickle into the catalyst space 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 wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained below with reference to embodiments and figures. Showing:

1 einen Längsschnitt durch einen axial durchströmten isothermen Festbettreaktor mit einer erfindungsgemäßen Katalysator-Füllvorrichtung; 1 a longitudinal section through an axially traversed isothermal fixed bed reactor with a catalyst filler according to the invention;

2 einen Längsschnitt durch einen radial durchströmten isothermen Festbettreaktor mit einer erfindungsgemäßen Katalysator-Füllvorrichtung, und 2 a longitudinal section through a radially flowed through isothermal fixed bed reactor with a catalyst filler according to the invention, and

3a in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch einen Katalysatorverteiler mit einem daran angeschlossenen Füllrohr und 3a on an enlarged scale, a cross section through a catalyst manifold with a filling pipe connected thereto and

3b einen Querschnitt längs Linie IIIb-IIIb in 3a. 3b a cross section along line IIIb-IIIb in 3a ,

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Festbettreaktoren 1 – im Folgenden verkürzt als „Reaktor 1“ bezeichnet – weisen einen Reaktormantel 3, eine obere und untere Reaktorhaube 4, 5, ein Bündel vertikaler Wärmetauschrohre 9, einen Katalysatorraum 49 und eine Füllreinrichtung 51 zum Befüllen des Katalysatorraums 49 mit Katalysatormaterial auf.The exemplary embodiments of fixed bed reactors according to the invention shown in the figures 1 - Shortened in the following referred to as "reactor 1" - have a reactor jacket 3 , an upper and lower reactor hood 4 . 5 , a bundle of vertical heat exchange tubes 9 , a catalyst room 49 and a filling device 51 for filling the catalyst space 49 with catalyst material on.

Die Reaktoren 1 sind vertikal ausgerichtet, d. h. die jeweilige Reaktorachse 6 verläuft vertikal. Der Reaktormantel 3 ist jeweils ein Kreiszylinder, der das Bündel von Wärmetauschrohren 9 und den Katalysatorraum 49 umschließt. An seinen beiden Enden ist der Reaktormantel 3 von den Reaktorhauben 4, 5 verschlossen, die mit ihm dicht verbunden sind. The reactors 1 are aligned vertically, ie the respective reactor axis 6 runs vertically. The reactor jacket 3 each is a circular cylinder, which is the bundle of heat exchange tubes 9 and the catalyst room 49 encloses. At its two ends is the reactor jacket 3 from the reactor hoods 4 . 5 closed, which are tightly connected with him.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Katalysatorraum 49 bzw. die in ihn eingefüllte Katalysatorschüttung 8 in horizontaler Richtung über den gesamten Querschnitt innerhalb des Reaktormantels 3, d. h. der horizontale Querschnitt durch die Katalysatorschüttung 8 ist eine Kreisfläche, deren Rand die Innenwand des Reaktormantels 3 bildet.At the in 1 illustrated embodiment, the catalyst space extends 49 or the catalyst bed filled in it 8th in the horizontal direction over the entire cross-section within the reactor shell 3 ie the horizontal cross-section through the catalyst bed 8th is a circular area whose edge is the inner wall of the reactor shell 3 forms.

Dementsprechend sind die Wärmetauschrohre 9 in der Katalysatorschüttung 8 ebenfalls auf einer Kreisfläche verteilt, d. h. ein horizontaler Querschnitt durch das Bündel von Wärmetauschrohren 9 nimmt im Wesentlichen ebenfalls eine Kreisfläche ein. Dabei sind die radial innersten Wärmetauschrohre 9 in etwa kreisförmig um die Reaktorachse 6 angeordnet und die radial äußersten Wärmetauschrohre 9 in etwa kreisförmig mit einem vorgegebenen Abstand zur Innenwand des Reaktormantels 3 angeordnet.Accordingly, the heat exchange tubes 9 in the catalyst bed 8th also distributed on a circular area, ie a horizontal cross section through the bundle of heat exchange tubes 9 essentially also occupies a circular area. Here are the radially innermost heat exchange tubes 9 approximately circular around the reactor axis 6 arranged and the radially outermost heat exchange tubes 9 approximately circular with a predetermined distance to the inner wall of the reactor shell 3 arranged.

Die Begriffe „im Wesentlichen“ und „etwa“ sollen besagen, dass die radial innersten und äußersten Wärmetauschrohre 9 konstruktionsbedingt eventuell nicht exakt auf einer Kreislinie liegen, sondern um maximal zwei Rohrachsabstände radial zueinander versetzt sind. The terms "substantially" and "approximately" are intended to indicate that the radially innermost and outermost heat exchange tubes 9 Due to the design, they may not lie exactly on a circular line, but are displaced radially by a maximum of two pipe pitches.

Die Katalysatorschüttung 8 liegt an den Außenseiten der Wärmetauschrohre 9 an und wird im Betriebszustand des Reaktors 1 von Reaktionsgas 15 durchströmt.The catalyst bed 8th lies on the outsides of the heat exchange tubes 9 and is in the operating state of the reactor 1 of reaction gas 15 flows through.

Bei diesem Ausführungsbeispiel strömen Reaktionsgas 15 und Wärmeträger 25 in der Katalysatorschüttung 8 im Gegenstrom, das Reaktionsgas 15 von oben nach unten und der Wärmeträger 25 von unten nach oben. In this embodiment, reaction gas flow 15 and heat transfer medium 25 in the catalyst bed 8th in countercurrent, the reaction gas 15 from top to bottom and the heat transfer medium 25 from the bottom up.

Das in den Reaktor 1 eintretende Gas wird als Einsatzgas 16 bezeichnet, das die Katalysatorschüttung 8 durchströmende, reagierende Gas als Reaktionsgas 15 und das aus dem Reaktor 1 austretende Gas als Produktgas 19.That in the reactor 1 entering gas is called feed gas 16 denotes the catalyst bed 8th flowing, reacting gas as the reaction gas 15 and that from the reactor 1 escaping gas as product gas 19 ,

Das Einsatzgas 16 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Gaseintrittsleitung 17 in die obere Reaktorhaube 4 eingeleitet und das Produktgas 19 durch eine Gasaustrittsleitung 20 aus der unteren Reaktorhaube 5 abgeleitet.The feed gas 16 is in this embodiment by a gas inlet line 17 in the upper reactor hood 4 initiated and the product gas 19 through a gas outlet pipe 20 from the lower reactor hood 5 derived.

Die unteren Enden der Wärmetauschrohre 9 sind in Durchgangsbohrungen eines unteren Rohrbodens 24 dicht verschweißt und münden in einen Wärmeträger-Verteiler 28, dessen Boden der untere Rohrboden 24 bildet. The lower ends of the heat exchange tubes 9 are in through holes of a lower tube plate 24 tightly welded and discharge into a heat transfer manifold 28 whose bottom is the bottom tube sheet 24 forms.

Die oberen Enden der Wärmetauschrohre 9 sind in Durchgangsbohrungen eines oberen Rohrbodens 23 dicht verschweißt und münden in einen Wärmeträger-Sammler 30, dessen Boden der obere Rohrboden 23 bildet.The upper ends of the heat exchange tubes 9 are in through holes of an upper tube plate 23 tightly welded and discharge into a heat transfer collector 30 whose bottom is the upper tube sheet 23 forms.

Die untere Reaktorhaube 5 überspannt den Wärmeträger-Verteiler 28 und die obere Reaktorhaube 4 den Wärmeträger-Sammler 30. The lower reactor hood 5 spans the heat carrier distributor 28 and the upper reactor hood 4 the heat carrier collector 30 ,

In einer nicht dargestellten Ausführungsform können der Wärmeträger-Verteiler 28 und/oder der Wärmeträger-Sammler 30 auch mehrteilig ausgeführt sein.In one embodiment, not shown, the heat transfer manifold 28 and / or the heat transfer collector 30 also be executed in several parts.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Wärmeträger-Verteiler 28 und Wärmeträger-Sammler 30 ringförmig ausgebildet, wobei die Reaktorachse 6 jeweils durch das Ringzentrum verläuft. Dabei ist der Innendurchmesser der Ringe so gewählt, dass die radial innersten Wärmetauschrohre 9 geradlinig zwischen Wärmeträger-Verteiler 28 und Wärmeträger-Sammler 30 verlaufen können. Der Außendurchmesser der Ringe ist kleiner als der Außendurchmesser des Bündels von Wärmetauschrohren 9, sodass radial weiter außen liegende Wärmetauschrohre 9 gekröpfte Rohrenden aufweisen, um in den Wärmeträger-Verteiler 28 bzw. -Sammler 30 münden zu können. Auf halber Höhe zwischen Wärmeträger-Verteiler 28 und Wärmeträger-Sammler 30 durchlaufen die Wärmetauschrohre 9 ein horizontales Haltegitter 37, das die Wärmetauschrohre 9 in horizontaler Richtung stabilisiert.In the illustrated embodiment are heat transfer manifolds 28 and heat transfer collectors 30 ring-shaped, wherein the reactor axis 6 each passes through the ring center. The inner diameter of the rings is chosen so that the radially innermost heat exchange tubes 9 straight line between heat transfer manifold 28 and heat transfer collectors 30 can run. The outer diameter of the rings is smaller than the outer diameter of the bundle of heat exchange tubes 9 , so that radially further outward heat exchange tubes 9 have cranked pipe ends to enter the heat transfer manifold 28 or collector 30 to be able to lead. Halfway between the heat transfer manifold 28 and heat transfer collectors 30 go through the heat exchange tubes 9 a horizontal grid 37 that the heat exchange tubes 9 stabilized in the horizontal direction.

In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform können auch mehrere Haltegitter 37 in vertikaler Richtung angeordnet sein. In an embodiment not shown here, a plurality of holding grids 37 be arranged in the vertical direction.

Der Wärmeträger-Verteiler 28 ist an mindestens eine Wärmeträger-Zufuhrleitung 26 angeschlossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind es zwei Wärmeträger-Zufuhrleitungen 26, die von außerhalb des Reaktors 1 vertikal durch die untere Reaktorhaube 5 verlaufen.The heat carrier distributor 28 is at least one heat carrier supply line 26 connected. In the illustrated embodiment, there are two heat carrier supply lines 26 coming from outside the reactor 1 vertically through the lower reactor hood 5 run.

Der Wärmeträger-Sammler 30 ist an mindestens eine Wärmeträger-Ablaufleitung 32 angeschlossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind es zwei Wärmeträger-Ablaufleitungen 32, die horizontal durch den Reaktormantel 3 nach außen verlaufen. The heat carrier collector 30 is at least one heat transfer line 32 connected. In the illustrated embodiment, there are two heat carrier drain lines 32 passing horizontally through the reactor jacket 3 run outwards.

Die Katalysatorschüttung 8 erstreckt sich in vertikaler Richtung ausschließlich über den Bereich, in dem alle Wärmetauschrohre 9 gerade Abschnitte aufweisen, d. h. nicht in die Bereiche hinein, in denen die radial weiter außenliegenden Wärmetauschrohre 9 gekröpft sind.The catalyst bed 8th extends in the vertical direction exclusively over the area in which all heat exchange tubes 9 have straight sections, ie not into the areas in which the radially outer heat exchanger tubes 9 are cranked.

Unter der Katalysatorschüttung 8 ist eine Schüttung aus Inertmaterial – im Folgenden auch als untere Inertschüttung 14a bezeichnet – angeordnet, die den unteren Bereich des Reaktors 1, d. h. die untere Reaktorhaube 5 und den unteren Teil des Reaktormantels 3, bis zum Beginn der geraden Wärmetauschrohr-Abschnitte bei den gekröpften Wärmetauschrohren 9 und damit bis zum Beginn der Katalysatorschüttung 8 ausfüllt. Die Oberseite der unteren Inertschüttung 14a bildet daher eine Katalysatorauflage zur vertikalen Auflage der Katalysatorschüttung 8 und somit zu deren Begrenzung nach unten.Under the catalyst bed 8th is a bed of inert material - hereinafter also referred to as lower inert bed 14a designated - which is the lower part of the reactor 1 ie the lower reactor hood 5 and the lower part of the reactor shell 3 , to the beginning of the straight heat exchange tube sections in the bent heat exchange tubes 9 and thus until the beginning of the catalyst bed 8th fills. The top of the lower inert bed 14a therefore forms a catalyst support for vertical support of the catalyst bed 8th and thus to their limitation down.

Die obere Grenze des Katalysatorraums 49 und damit die Sollhöhe der Katalysatorschüttung 8, d. h. deren Oberseite, liegt in einem vorgegebenen Abstand zur Unterseite des oberen Rohrbodens 23 bzw. des Wärmeträger-Sammlers 30. Der von diesem Abstand gebildete Raum wird als Totraum 50 bezeichnet.The upper limit of the catalyst space 49 and thus the desired height of the catalyst bed 8th , ie the top, is located at a predetermined distance to the bottom of the upper tube sheet 23 or the heat transfer medium collector 30 , The space formed by this distance becomes dead space 50 designated.

Die Fülleinrichtung 51 ist oberhalb des Katalysatorraums 49 angeordnet und weist einen Katalysatorverteiler 52 und eine Vielzahl von Füllrohren 48/53 auf.The filling device 51 is above the catalyst space 49 arranged and has a catalyst distributor 52 and a variety of filling tubes 48 / 53 on.

Der Katalysatorverteiler 52 ist ringförmig ausgebildet und in dem Reaktor 1 über dem Wärmeträger-Sammler 30 angeordnet. Der Querschnitt des Katalysatorverteilers 52 ist trogförmig mit einem Boden 54 und Wänden 55, die zum Boden 54 hin konisch aufeinander zulaufen. The catalyst distributor 52 is annular and in the reactor 1 above the heat carrier collector 30 arranged. The cross section of the catalyst distributor 52 is trough-shaped with a bottom 54 and walls 55 going to the ground 54 tapering towards each other.

Die Füllrohre 48/53 sind mit ihren oberen Enden dicht in Durchgangsbohrungen 56 (s. 3a) im Boden 54 des Katalysatorverteilers 52 befestigt und münden in diesen, siehe Detaildarstellung in 3a. Sie verlaufen vom Katalysatorverteiler 52 aus zunächst bündelförmig nach außen in Richtung Reaktormantel 3 und dann zwischen dem Außenrand des Wärmeträger-Sammlers 30 und der Innenwand des Reaktormantels 3 nach unten in den Totraum 50 hinein. Dort verzweigen sie sich und verlaufen in unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlichen Längen in die Zwischenräume zwischen den Wärmetauschrohren 9, wobei die Gesamtheit der unteren Rohrenden der Füllrohre 48/53 im Wesentlichen gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Katalysatorraums 49 verteilt ist. Die Füllrohre 48/53 weisen auf ihrer gesamten Länge eine Mindestneigung auf, die ein einwandfreies Fließen bzw. Rieseln des Katalysatormaterials in den Füllrohren 48/53 gewährleistet. The filling pipes 48 / 53 are with their upper ends tight in through holes 56 (S. 3a ) in the ground 54 the catalyst distributor 52 fastened and open in these, see detailed representation in 3a , They run from the catalyst distributor 52 out initially bundle-shaped outward towards the reactor jacket 3 and then between the outer edge of the heat transfer medium collector 30 and the inner wall of the reactor shell 3 down into the dead space 50 into it. There they branch off and run in different directions and with different lengths in the spaces between the heat exchange tubes 9 , Wherein the entirety of the lower tube ends of the filling tubes 48 / 53 substantially uniform over the entire cross section of the catalyst space 49 is distributed. The filling pipes 48 / 53 have a minimum inclination over their entire length, which is a perfect flow or trickling of the catalyst material in the filling tubes 48 / 53 guaranteed.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform können Füllrohre 48/53 bei mehrteilig ausgeführten Wärmeträger-Verteilern 28 und/oder -Sammlern 30 zwischen zwei Wärmeträger-Verteilern 28 oder -Sammlern 30 hindurchgeführt werden. Auch ist es möglich, Füllrohre 48 durch Wärmeträger-Verteiler 28 oder -Sammler 30 hindurchzuführen.In one embodiment, not shown, filling tubes 48 / 53 in multi-part heat transfer manifolds 28 and / or collectors 30 between two heat transfer manifolds 28 or collectors 30 be passed. It is also possible to fill pipes 48 by heat transfer manifold 28 or collector 30 pass therethrough.

Die Innenabmessungen der Füllrohre 48/53 sind so ausgelegt, dass nur eine vorgegebene Menge an Katalysatormaterial pro Zeiteinheit jedes Füllrohr 48/53 durchlaufen kann, d. h. dass sich eine vorgegebene Rieselgeschwindigkeit ergibt.The inner dimensions of the filling tubes 48 / 53 are designed so that only a given amount of catalyst material per unit time each filling tube 48 / 53 can go through, ie that results in a given trickle speed.

Die Fülleinrichtung 51 verbleibt permanent im Reaktor 1. Daher können die Wärmeträger-Verteiler 28 und/oder -Sammler 30 freier gestaltet werden, beispielsweise bezüglich einer leichteren Zugänglichkeit zu den Wärmetauschrohren 9 und ohne Rücksicht auf eine Ausbaumöglichkeit. The filling device 51 remains permanently in the reactor 1 , Therefore, the heat transfer manifolds 28 and / or collectors 30 be designed freer, for example, with regard to easier accessibility to the heat exchange tubes 9 and regardless of an expansion option.

Die obere Reaktorhaube 4 weist einen Katalysatorfüllstutzen 57 auf, durch den hindurch mittels einer geeigneten Vorrichtung der Katalysatorverteiler 52 mit Katalysatormaterial gefüllt werden kann.The upper reactor hood 4 has a catalyst filler neck 57 through, through it by means of a suitable device, the catalyst manifold 52 can be filled with catalyst material.

Die untere Reaktorhaube 5 weist einen Katalysatorentleerungsstutzen 58 auf, durch den hindurch die untere Inertschüttung 14a und die Katalysatorschüttung 8 aus dem Reaktor 1 wieder entfernt werden können.The lower reactor hood 5 has a catalyst discharge nozzle 58 through, through which the lower inert bed 14a and the catalyst bed 8th from the reactor 1 can be removed again.

Ferner ist in der oberen Reaktorhaube 4 noch ein Mannloch 59 ausgebildet, durch das hindurch ein Monteur für Wartungs- und Reparaturarbeiten in den oberen Bereich, d. h. oberhalb des Wärmeträger-Sammlers 30, einsteigen kann. Dieses Mannloch 59 kann ebenso zur Zuführung des Katalysators genutzt werden. Further, in the upper reactor hood 4 another manhole 59 trained, through which a fitter for maintenance and repair work in the upper area, ie above the heat transfer medium collector 30 , can get on. This manhole 59 can also be used to supply the catalyst.

Außerdem können die Wärmeträger-Zufuhrleitung 26 und/oder die Wärmeträger-Ablaufleitung 32 so ausgelegt sein, dass durch sie hindurch ein Zugang in das Reaktorinnere möglich ist.In addition, the heat carrier supply line 26 and / or the heat carrier drain line 32 be designed so that through them access into the reactor interior is possible.

Soweit nachfolgend nicht anders beschrieben, entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 2 dem Ausführungsbeispiel gemäß 1.Unless otherwise described below, the embodiment corresponds to 2 the embodiment according to 1 ,

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reaktors 1 ist der Katalysatorraum 49 bzw. die Katalysatorschüttung 8 ringförmig mit einem katalysatorfreien inneren Hohlraum 11 und einem katalysatorfreien äußeren Hohlraum 12 entlang der Innenwand des Reaktormantels 3 ausgebildet. Auf ihrer radial äußeren Seite ist die Katalysatorschüttung 8 von einer zylindrischen gasdurchlässigen Außenwand 10 umschlossen. Zwischen dieser Außenwand 10 und der Innenwand des Reaktormantels 3 ist der äußere Hohlraum 12 ausgebildet. An ihrer radial innenliegenden Seite liegt die Katalysatorschüttung 8 an einem gasdurchlässigen Zentralrohr 13 an bzw. wird durch dieses begrenzt, dessen Achse auf der Reaktorachse 6 liegt.At the in 2 illustrated embodiment of a reactor according to the invention 1 is the catalyst space 49 or the catalyst bed 8th annular with a catalyst-free inner cavity 11 and a catalyst-free outer cavity 12 along the inner wall of the reactor shell 3 educated. On its radially outer side is the catalyst bed 8th from a cylindrical gas-permeable outer wall 10 enclosed. Between this outer wall 10 and the inner wall of the reactor shell 3 is the outer cavity 12 educated. At its radially inner side is the catalyst bed 8th on a gas-permeable central tube 13 on or is limited by this, the axis of which on the reactor axis 6 lies.

Entsprechend der ringförmigen Ausbildung der Katalysatorschüttung 8 ist auch das Bündel von Wärmetauschrohren 9 ringförmig ausgebildet. Dabei sind die radial innersten Wärmetauschrohre 9 in einem vorgegebenen Abstand zur radial inneren Begrenzung der Katalysatorschüttung 8 und die radial äußersten Wärmetauschrohre 9 in einem vorgegebenen Abstand zur radial äußeren Begrenzung der Katalysatorschüttung 8 angeordnet.According to the annular formation of the catalyst bed 8th is also the bundle of heat exchange tubes 9 ring-shaped. Here are the radially innermost heat exchange tubes 9 at a predetermined distance from the radially inner boundary of the catalyst bed 8th and the radially outermost heat exchange tubes 9 at a predetermined distance to the radially outer boundary of the catalyst bed 8th arranged.

In diesem Ausführungsbeispiel strömt das Gas von unten nach oben, wobei es als Einsatzgas 16 in das untere Ende der Gaseintrittsleitung 17 eingeleitet wird und im Bereich der Katalysatorschüttung 8 durch die dort gasdurchlässige Wand des Zentralrohrs 13 in die Katalysatorschüttung 8 hineinströmt, diese im Wesentlichen radial als Reaktionsgas 15 durchströmt und dann im äußeren Hohlraum 12 vertikal nach oben zu einer Gasaustrittsleitung 20 strömt und aus dieser als Produktgas 19 austritt. In this embodiment, the gas flows from bottom to top, using it as feed gas 16 in the lower end of the gas inlet line 17 is initiated and in the catalyst bed 8th through the gas-permeable wall of the central tube 13 in the catalyst bed 8th flows in, this substantially radially as a reaction gas 15 flows through and then in the outer cavity 12 vertically upwards to a gas outlet pipe 20 flows and out of this as product gas 19 exit.

Da der Wärmeträger 25 ebenfalls von unten nach oben strömt, ist in diesem Ausführungsbeispiel insofern ein Gleichstrom von Wärmeträger 25 und Gas vorhanden.As the heat carrier 25 also flows from bottom to top, in this embodiment, a direct current of heat transfer 25 and gas available.

Alle Wärmetauschrohre 9 verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel auf ihrer gesamten Länge geradlinig. Wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die unteren Enden der Wärmetauschrohre 9 in Durchgangsbohrungen eines unteren Rohrbodens 24 dicht befestigt und münden in einen Wärmeträger-Verteiler 28, dessen Boden der untere Rohrboden 24 bildet. Ferner weist der Wärmeträger-Verteiler 28 eine Verteilerhaube 27 auf, die den unteren Rohrboden 24 überspannt und mit diesem dicht verbunden ist.All heat exchange tubes 9 run in this embodiment in a straight line over its entire length. As in the embodiment according to 1 are the lower ends of the heat exchange tubes 9 in through holes of a lower tube plate 24 tightly fastened and open into a heat transfer manifold 28 whose bottom is the bottom tube sheet 24 forms. Furthermore, the heat carrier distributor 28 a distributor hood 27 on top of the lower tubesheet 24 spanned and tightly connected to this.

Die oberen Enden der Wärmetauschrohre 9 sind in Durchgangsbohrungen eines oberen Rohrbodens 23 dicht befestigt und münden in einen Wärmeträger-Sammler 30, dessen Boden der obere Rohrboden 23 bildet und der ferner eine in diesem Ausführungsbeispiel kalottenförmige Sammlerhaube 31 aufweist, die den oberen Rohrboden 23 überspannt und mit diesem dicht verbunden ist.The upper ends of the heat exchange tubes 9 are in through holes of an upper tube plate 23 tightly fastened and open into a heat transfer collector 30 whose bottom is the upper tube sheet 23 forms and further a dome-shaped in this embodiment collector hood 31 which has the upper tube sheet 23 spanned and tightly connected to this.

In der Sammlerhaube 31 ist ein Sammler-Mannloch 33 ausgebildet, um einem Monteur für Wartungs- und Reparaturarbeiten einen Zugang zu den Wärmetauschrohren 9 zu ermöglichen.In the collector's hood 31 is a collector manhole 33 designed to provide an installer for maintenance and repair access to the heat exchange tubes 9 to enable.

Der Wärmeträger-Verteiler 28 und der Wärmeträger-Sammler 30 sind ringförmig ausgebildet, mit jeweils einer zentralen Durchgangsöffnung, die das Zentralrohr 13 im Fall des Wärmeträger-Verteilers 28 durchläuft und in die das Zentralrohr 13 im Fall des Wärmeträger-Sammlers 30 sich um eine vorgegebene Strecke hinein erstreckt.The heat carrier distributor 28 and the heat carrier collector 30 are annular, each having a central passage opening, which is the central tube 13 in the case of the heat transfer manifold 28 passes through and into the central tube 13 in the case of the heat transfer medium collector 30 extends for a given distance.

Der radial äußere Rand von Wärmeträger-Verteiler 28 und Wärmeträger-Sammler 30 liegt zwischen den radial ganz außenliegenden Wärmetauschrohren 9 und der radial äußeren Begrenzung der Katalysatorschüttung 8, sodass zwischen dem radial äußeren Rand des Wärmeträger-Verteilers 28 (und auch des Wärmeträger-Sammlers 30) und der Innenwand des Reaktormantels 3 ein Ringspalt ausgebildet ist, dessen radiale Erstreckung größer ist als die des äußeren Hohlraums 12. The radially outer edge of heat transfer manifold 28 and heat transfer collectors 30 lies between the radially outer heat exchanger tubes 9 and the radially outer boundary of the catalyst bed 8th , so that between the radially outer edge of the heat transfer manifold 28 (and also of the heat carrier collector 30 ) and the inner wall of the reactor shell 3 an annular gap is formed whose radial extent is greater than that of the outer cavity 12 ,

Der Wärmeträger-Verteiler 28 ist an mindestens eine Wärmeträger-Zufuhrleitung 26 angeschlossen. In 2 sind zwei Wärmeträger-Zufuhrleitungen 26 dargestellt, die vertikal verlaufen und sich durch die untere Reaktorhaube 5 nach außen erstrecken. The heat carrier distributor 28 is at least one heat carrier supply line 26 connected. In 2 are two heat carrier supply lines 26 shown running vertically and through the lower reactor hood 5 extend to the outside.

Der Wärmeträger-Sammler 30 ist an mindestens eine Wärmeträger-Ablaufleitung 32 angeschlossen. In 2 sind zwei Wärmeträger-Ablaufleitungen 32 dargestellt, die vertikal durch die obere Reaktorhaube 4 hindurch nach außen verlaufen und ihrerseits an einen äußeren, ringförmigen Wärmeträger-Sammler 60 angeschlossen sind. Der äußere Wärmeträger-Sammler 60 ist wiederum an eine horizontale Wärmeträger-Ablaufleitung 61 angeschlossen.The heat carrier collector 30 is at least one heat transfer line 32 connected. In 2 are two heat carrier drain lines 32 shown vertically through the upper reactor hood 4 through to the outside and in turn to an outer, annular heat transfer medium collector 60 are connected. The outer heat carrier collector 60 is in turn to a horizontal heat carrier drain line 61 connected.

Die vertikalen Wärmeträger-Ablaufleitungen 32 zwischen dem in der oberen Reaktorhaube 4 befindlichen Wärmeträger-Sammler 30 und dem äußeren Wärmeträger-Sammler 60 weisen innerhalb der oberen Reaktorhaube 4 jeweils einen Kompensator 35 zum Ausgleich von unterschiedlichen Temperaturdehnungen auf.The vertical heat carrier drain lines 32 between the one in the upper reactor hood 4 located heat carrier collector 30 and the outer heat carrier collector 60 point inside the upper reactor hood 4 one compensator each 35 to compensate for different thermal expansions.

Auf halber Höhe zwischen dem unteren und dem oberen Rohrboden 24 und 23 bzw. zwischen Wärmeträger-Verteiler 28 und Wärmeträger-Sammler 30 ist zur horizontalen Stabilisierung der Wärmetauschrohre 9 ein horizontales Haltegitter 37 angeordnet, das die Wärmetauschrohre 9 durchlaufen.Halfway between the lower and upper tubesheet 24 and 23 or between heat transfer manifold 28 and heat transfer collectors 30 is for horizontal stabilization of the heat exchange tubes 9 a horizontal grid 37 arranged, which is the heat exchange tubes 9 run through.

Das Zentralrohr 13 erstreckt sich nach unten durch die untere Reaktorhaube 5 hindurch und über diese hinaus nach außen und bildet eine Gaseintrittsleitung 17 für das Einsatzgas 16. Von dem unteren Ende, d. h. von der Eintrittsöffnung für das Einsatzgas 16, bis zum unteren Beginn der Katalysatorschüttung 8 ist die Wand des Zentralrohrs 13 gasundurchlässig ausgebildet.The central tube 13 extends down through the lower reactor hood 5 through and beyond this outwards and forms a gas inlet line 17 for the feed gas 16 , From the lower end, ie from the inlet opening for the feed gas 16 , until the lower beginning of the catalyst bed 8th is the wall of the central tube 13 gas impermeable trained.

An seinem oberen Ende erstreckt sich das Zentralrohr 13 bis in die zentrale Öffnung des ringförmigen Wärmeträger-Sammlers 30. In seinem oberen Endbereich ist das Zentralrohr 13 ebenfalls mit einer gasundurchlässigen Wand 21 ausgebildet, die sich vom oberen Ende des Zentralrohrs 13 bis um eine vorgegebene Strecke in die Katalysatorschüttung 8 hinein erstreckt. Das obere Ende des Zentralrohrs 13 ist gasdicht verschlossen.At its upper end, the central tube extends 13 into the central opening of the annular heat transfer medium collector 30 , In its upper end area is the central tube 13 also with a gas-impermeable wall 21 formed, extending from the top of the central tube 13 up to a predetermined distance in the catalyst bed 8th extends into it. The upper end of the central tube 13 is gas-tight.

Der untere Teil des Reaktors 1 – d. h. die untere Reaktorhaube 5 und der untere Teil des Reaktormantels 3 bis zum unteren Ende der Katalysatorschüttung 8 – ist auch hier mit einer unteren Inertschüttung 14a gefüllt. Die Oberseite dieser unteren Inertschüttung 14a bildet also die untere Begrenzung und vertikale Auflage für die Katalysatorschüttung 8. The lower part of the reactor 1 - ie the lower reactor hood 5 and the lower part of the reactor shell 3 to the lower end of the catalyst bed 8th - is also here with a lower inert bed 14a filled. The top of this lower inert bed 14a thus forms the lower boundary and vertical support for the catalyst bed 8th ,

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Katalysatorverteiler 52 der Fülleinrichtung 51 ringförmig entlang der Innenseite des Reaktormantels 3 über dessen gesamten Umfang. Er ist über dem Zwischenraum bzw. Ringspalt zwischen der Außenseite des Wärmeträger-Sammlers 30 und der Innenwand des Reaktormantels 3 angeordnet, sodass die Füllrohre 53 sich vom Boden 54 des Katalysatorverteilers 52 aus bis unterhalb des oberen Rohrbodens 23 bzw. des Wärmeträger-Sammlers 30 vertikal erstrecken und dann wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in Form eines Straußes in das Bündel von Wärmetauschrohren 9 hinein verzweigen.At the in 2 illustrated embodiment, the catalyst manifold extends 52 the filling device 51 annular along the inside of the reactor shell 3 over its entire circumference. He is above the gap or annular gap between the outside of the heat transfer medium collector 30 and the inner wall of the reactor shell 3 arranged so that the filling tubes 53 from the ground 54 the catalyst distributor 52 from to below the upper tube bottom 23 or the heat transfer medium collector 30 extend vertically and then as in the embodiment according to 1 in the form of an ostrich in the bundle of heat exchange tubes 9 branch into it.

In 2 ist der Zustand nach vollständiger Befüllung des Katalysatorraums 49 mit Katalysatormaterial dargestellt, d. h. die Oberseite der Katalysatorschüttung 8 liegt an den unteren Rohrenden der Füllrohre 53 an. Die Füllrohre 53 und der Katalysatorverteiler 52 sind weiterhin mit Katalysatormaterial gefüllt, sodass bei einem Setzen der Katalysatorschüttung 8 auch während des Reaktorbetriebs Katalysatormaterial selbsttätig in den Katalysatorraum 49 nachgefüllt wird. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich weiterhin eine obere Inertschüttung 14b über der Katalysatorschüttung 8.In 2 is the state after complete filling of the catalyst space 49 represented with catalyst material, ie the top of the catalyst bed 8th lies at the lower tube ends of the filling tubes 53 at. The filling pipes 53 and the catalyst manifold 52 are still filled with catalyst material, so that when setting the catalyst bed 8th Even during reactor operation, catalyst material automatically into the catalyst space 49 is refilled. In this embodiment, there is still an upper inert bed 14b over the catalyst bed 8th ,

Die obere Reaktorhaube 4 weist, wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1, einen Katalysatorfüllstutzen 57 und ein Mannloch 59 auf.The upper reactor hood 4 has, as in the embodiment according to 1 , a catalyst filler neck 57 and a manhole 59 on.

Ebenso weist die untere Reaktorhaube 5, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, einen Katalysatorentleerungsstutzen 58 auf.Likewise, the lower reactor hood 5 as in the embodiment according to 1 , a catalyst discharge nozzle 58 on.

Der in 2 dargestellte Reaktor 1 weist auch eine Fluidisierungseinrichtung 62 zum Entleeren des Reaktors 1 auf. Zu ihr gehören Verteilungsleitungen 63 für ein Fluidisierungsgas, die zwischen der Katalysatorschüttung 8 und dem Wärmeträger-Verteiler 28 in der unteren Inertschüttung 14a verlaufen. Die Verteilungsleitungen 63 weisen eine Ringleitung 64 auf, die um das Bündel von Wärmetauschrohren 9 herum verläuft und an eine Gaszufuhrleitung 65 angeschlossen ist, die sich horizontal durch den Reaktormantel 3 nach außen erstreckt und außerhalb des Reaktormantels 3 einen Kompressor 66 aufweist. Das Gas kann in einem entfeuchteten Zustand bei erhöhtem Druck und stetig oder mit Druckstößen pulsierend zugeführt werden. Ferner weisen die Verteilungsleitungen 63 noch radiale Zweigleitungen 67 auf, die mit der Ringleitung 64 strömungsmäßig verbunden sind und sich innerhalb der unteren Inertschüttung 14a in das Bündel von Wärmetauschrohren 9 hinein erstrecken und aus denen das Fluidisierungsgas austritt. Optional gibt es noch weitere, bevorzugt separat bedienbare, untere Zweigleitungen 68, die unterhalb des Bündels von Wärmetauschrohren 9 angeordnet sind.The in 2 represented reactor 1 also has a fluidizing device 62 for emptying the reactor 1 on. They include distribution lines 63 for a fluidizing gas between the catalyst bed 8th and the heat transfer manifold 28 in the lower inert bed 14a run. The distribution lines 63 have a loop 64 on top of that bunch of heat exchange tubes 9 runs around and to a gas supply line 65 connected horizontally through the reactor jacket 3 extends outwards and outside the reactor shell 3 a compressor 66 having. The gas can be supplied in a dehumidified state at elevated pressure and pulsating continuously or with pressure surges. Furthermore, the distribution lines 63 still radial branches 67 on that with the loop 64 fluidly connected and within the lower inert bed 14a into the bundle of heat exchange tubes 9 extend into and out of which the fluidizing gas exits. Optionally, there are further, preferably separately operable, lower branch lines 68 , which are below the bundle of heat exchange tubes 9 are arranged.

In 3a ist in vergrößertem Maßstab der Anschluss des oberen Rohrendes eines Füllrohres 53 an den Boden 54 des Katalysatorverteilers 52 dargestellt. Das obere Rohrende des Füllrohres 53 weist einen radial erweiterten Schulterabschnitt 69 auf, der mit dem Boden 54 des Katalysatorverteilers 52 dicht verbunden ist. Der Boden 54 weist ein Gefälle zu der Einmündung des Füllrohres 53 hin auf, sodass Katalysatormaterial aus den Seitenbereichen des Katalysatorverteilers 52 zur Einmündung hin gleitet. In dem Schulterabschnitt 69 am oberen Rohrende des Füllrohrs 53 ist eine Drossel 70 mit einer Drosselöffnung 71 angeordnet, mittels der die pro Zeiteinheit in das Füllrohr 53 eintretende Menge an Katalysatormaterial und damit die Rieselgeschwindigkeit des aus dem Füllrohr 53 austretenden Katalysatormaterials festgelegt ist. In 3a is on an enlarged scale the connection of the upper pipe end of a filling tube 53 to the ground 54 the catalyst distributor 52 shown. The upper tube end of the filling tube 53 has a radially expanded shoulder portion 69 on that with the ground 54 the catalyst distributor 52 is tightly connected. The floor 54 indicates a slope to the mouth of the filling tube 53 so that catalyst material from the side areas of the catalyst manifold 52 slides towards the junction. In the shoulder section 69 at the upper tube end of the filling tube 53 is a throttle 70 with a throttle opening 71 arranged, by means of the per unit time in the filling tube 53 entering amount of catalyst material and thus the rate of trickling out of the filling tube 53 exiting catalyst material is set.

Das Füllrohr 53 weist einen ovalen Querschnitt auf (3b). Die kleinere Querschnittsabmessung 72 ist durch die Größe des Zwischenraums zwischen benachbarten Wärmetauschrohren 9, durch den hindurch das Füllrohr 53 verläuft, bestimmt. Die Größe der größeren Querschnittsabmessung 73 ist so festgelegt, dass der freie Durchgangsquerschnitt 74 des Füllrohres 53 gegenüber den Abmessungen der Katalysatorpartikel ausreichend groß ist, um ein Verklemmen von Katalysatorpartikeln und damit ein Verstopfen der Füllrohre 53 zu vermeiden.The filling tube 53 has an oval cross section ( 3b ). The smaller cross-sectional dimension 72 is due to the size of the gap between adjacent heat exchange tubes 9 through which the filling tube passes 53 runs, determined. The size of the larger cross-sectional dimension 73 is set so that the free passage cross section 74 of the filling tube 53 is sufficiently large compared to the dimensions of the catalyst particles, to jamming of catalyst particles and thus clogging of the filling tubes 53 to avoid.

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
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
1919
Produktgas product gas
2020
Gasaustrittsleitung Gas discharge line
21 21
Undurchlässiger Bereich im ZentralrohrImpermeable 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
3030
Wärmeträger-Sammler Heat carrier collector
3131
Sammlerhaube collectors hood
3232
Wärmeträger-Ablaufleitung Heat carrier drain pipe
3333
Sammler-Mannloch Collectors manhole
3535
Kompensator compensator
3737
Haltegitter holding grid
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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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 4321234 [0004] US 4321234 [0004]
  • US 7353847 B2 [0005] US 7353847 B2 [0005]
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  • US 4277205 [0009] US 4,277,205 [0009]
  • DE 19634455 A1 [0011] DE 19634455 A1 [0011]
  • EP 2029463 A1 [0012] EP 2029463 A1 [0012]
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  • US 4402643 [0014] US 4402643 [0014]
  • EP 0963785 A1 [0015] EP 0963785 A1 [0015]

Claims (16)

Festbettreaktor zur Durchführung katalytischer Gasphasenreaktionen, mit einem Bündel vertikaler Wärmetauschrohre (9), deren untere und obere Rohrenden an jeweils mindestens einen Wärmeträger-Verteiler (28) bzw. -Sammler (30) angeschlossen sind; einem Katalysatorraum (49) zur Aufnahme einer Katalysatorschüttung (8), die an den Außenseiten der Wärmetauschrohre (9) anliegt und im Betriebszustand des Festbettreaktors (1) von Reaktionsgas (15) durchströmt wird, wobei der Katalysatorraum (49) horizontal von einer Katalysatorhalterung begrenzt ist, die zur horizontalen Halterung der Katalysatorschüttung (8) ausgebildet ist, und vertikal nach unten von einer Katalysatorauflage (14) begrenzt ist, die zur vertikalen Auflage der Katalysatorschüttung (8) ausgebildet ist, und sich bis zu einer vorgegebenen Höhe erstreckt, sodass zwischen der oberen Grenze des Katalysatorraums (49) und den oberen Rohrenden der Wärmetauschrohre (9) ein Totraum (50) ausgebildet ist; einem Reaktormantel (3), der das Bündel von Wärmetauschrohren (9) und den Katalysatorraum (49) umschließt; einer oberen und unteren Reaktorhaube (4, 5), die die oberen bzw. unteren Rohrenden der Wärmetauschrohre (9) und den jeweils mindestens einen Wärmeträger-Verteiler (28) bzw. -Sammler (30) überspannen und Zu- bzw. Ableitungen (17, 20, 26, 32) für Einsatz- bzw. Produktgas (16, 19) und/oder Wärmeträger (25) aufweisen und jeweils mit dem Reaktormantel (3) dicht verbunden sind; und mit einer Fülleinrichtung (51) zum Befüllen des Katalysatorraums (49) mit Katalysatormaterial, die oberhalb des Katalysatorraums (49) angeordnet ist und aufweist mindestens einen Katalysatorverteiler (52), der außerhalb des Bündels von Wärmetauschrohren (9) angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Füllrohren (53), die mit ihren oberen Rohrenden jeweils in den mindestens einen Katalysatorverteiler (52) münden, sich in den Totraum (50) hinein erstrecken und mit ihren unteren Rohrenden in diesen münden, wobei in dem Totraum (50) der Verlauf aller Füllrohre (53) so aufeinander abgestimmt ist, dass die Gesamtheit ihrer unteren Rohrenden über den gesamten Querschnitt des Katalysatorraums (49) verteilt ist. Fixed bed reactor for carrying out catalytic gas phase reactions, comprising a bundle of vertical heat exchange tubes ( 9 ), the lower and upper pipe ends to each at least one heat carrier distributor ( 28 ) or collectors ( 30 ) are connected; a catalyst space ( 49 ) for receiving a catalyst bed ( 8th ), which on the outer sides of the heat exchange tubes ( 9 ) and in the operating state of the fixed bed reactor ( 1 ) of reaction gas ( 15 ) is flowed through, wherein the catalyst space ( 49 ) is bounded horizontally by a catalyst support, which for horizontal support of the catalyst bed ( 8th ) and vertically downwardly from a catalyst support ( 14 ) is limited to the vertical support of the catalyst bed ( 8th ) is formed, and extends to a predetermined height, so that between the upper limit of the catalyst space ( 49 ) and the upper tube ends of the heat exchange tubes ( 9 ) a dead space ( 50 ) is trained; a reactor jacket ( 3 ) containing the bundle of heat exchange tubes ( 9 ) and the catalyst space ( 49 ) encloses; an upper and lower reactor hood ( 4 . 5 ), the upper or lower tube ends of the heat exchange tubes ( 9 ) and the respective at least one heat carrier distributor ( 28 ) or collectors ( 30 ) and supply and discharge lines ( 17 . 20 . 26 . 32 ) for feed or product gas ( 16 . 19 ) and / or heat transfer medium ( 25 ) and in each case with the reactor jacket ( 3 ) are tightly connected; and with a filling device ( 51 ) for filling the catalyst space ( 49 ) with catalyst material above the catalyst space ( 49 ) and has at least one catalyst distributor ( 52 ) outside the bundle of heat exchange tubes ( 9 ) is arranged, and a plurality of filling tubes ( 53 ), with their upper tube ends in each case in the at least one catalyst distributor ( 52 ) flow into the dead space ( 50 ) extend into it and open with their lower tube ends in this, wherein in the dead space ( 50 ) the course of all filling tubes ( 53 ) is coordinated so that the entirety of its lower tube ends over the entire cross section of the catalyst space ( 49 ) is distributed. Festbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktormantel (3) die Katalysatorhalterung ausbildet.Fixed bed reactor according to claim 1, characterized in that the reactor jacket ( 3 ) forms the catalyst holder. Festbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel von Wärmetauschrohren (9) und die Katalysatorschüttung (8) ringförmig mit einem rohr- und katalysatorfreien inneren Hohlraum (11) ausgebildet sind, wobei die Katalysatorschüttung (8) von einer radial äußeren und einer radial inneren Katalysatorhalterung (10, 13) gehaltert ist und zwischen Reaktormantel (3) und radial äußerer Katalysatorhalterung (10) ein äußerer Hohlraum (12) angeordnet ist. Fixed bed reactor according to claim 1, characterized in that the bundle of heat exchange tubes ( 9 ) and the catalyst bed ( 8th ) annularly with a tube and catalyst-free inner cavity ( 11 ) are formed, wherein the catalyst bed ( 8th ) of a radially outer and a radially inner catalyst holder ( 10 . 13 ) and between reactor shell ( 3 ) and radially outer catalyst support ( 10 ) an outer cavity ( 12 ) is arranged. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorauflage die Oberfläche einer Schüttung (14a) in der unteren Reaktorhaube (5) ist.Fixed bed reactor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the catalyst support the surface of a bed ( 14a ) in the lower reactor hood ( 5 ). Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorverteiler (52) horizontal außerhalb des Bündels von Wärmetauschrohren (9) angeordnet ist.Fixed bed reactor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the catalyst distributor ( 52 ) horizontally outside the bundle of heat exchange tubes ( 9 ) is arranged. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Katalysatorverteiler (52) ausgebildet ist und dieser sich ringförmig entlang der Innenseite des Reaktormantels (3) über den gesamten Umfang erstreckt.Fixed bed reactor according to one of claims 1 to 5, characterized in that only one catalyst distributor ( 52 ) is formed and this annularly along the inside of the reactor shell ( 3 ) extends over the entire circumference. Festbettreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorverteiler (52) im Querschnitt in Form eines Troges ausgebildet ist, in dessen Boden (54) die Füllrohre (53) münden und dessen Wände (55) bis zur Einmündung der Füllrohre (53) geneigt verlaufen.Fixed bed reactor according to claim 6, characterized in that the catalyst distributor ( 52 ) is formed in cross-section in the form of a trough, in the bottom ( 54 ) the filling tubes ( 53 ) and whose walls ( 55 ) to the mouth of the filling tubes ( 53 ) inclined. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeträger-Verteiler (28) oder -Sammler (30) über der Querschnittsfläche des Bündels von Wärmetauschrohren (9) und der Katalysatorverteiler (52) über dem Totraum (50) zwischen dem Wärmeträger-Verteiler (28) oder -Sammler (30) und dem Reaktormantel (3) angeordnet ist.Fixed bed reactor according to one of claims 1 to 7, characterized in that a heat carrier distributor ( 28 ) or collector ( 30 ) over the cross-sectional area of the bundle of heat exchange tubes ( 9 ) and the catalyst distributor ( 52 ) above the dead space ( 50 ) between the heat carrier distributor ( 28 ) or collector ( 30 ) and the reactor jacket ( 3 ) is arranged. Festbettreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Rohrenden der Wärmetauschrohre (9) in jeweiligen Durchgangsbohrungen eines oberen Rohrbodens (23) dicht verschweißt sind und der Rohrboden (23) der Boden des Wärmeträger-Verteilers (28) oder -Sammlers (30) ist und die Wärmetauschrohre (9) in diesen Wärmeträger-Verteiler (28) oder -Sammler (30) münden. Fixed bed reactor according to claim 8, characterized in that the upper tube ends of the heat exchange tubes ( 9 ) in respective through holes of an upper tube plate ( 23 ) are tightly welded and the tubesheet ( 23 ) the bottom of the heat carrier distributor ( 28 ) or collector ( 30 ) and the heat exchange tubes ( 9 ) in this heat transfer manifold ( 28 ) or collector ( 30 ). Festbettreaktor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllrohre (53) jeweils einen ersten Abschnitt aufweisen, der sich vom Katalysatorverteiler (52) aus zwischen Wärmeträger-Verteiler (28) oder -Sammler (30) und Reaktormantel (3) vertikal nach unten bis in den Totraum (50) erstreckt, und einen zweiten Abschnitt aufweisen, der vom ersten Abschnitt aus radial einwärts verläuft.Fixed bed reactor according to claim 8 or 9, characterized in that the filling tubes ( 53 ) each have a first portion extending from the catalyst manifold ( 52 ) from between heat carrier distributor ( 28 ) or collector ( 30 ) and reactor jacket ( 3 ) vertically down to the dead space ( 50 ) and a second portion extending radially inwardly from the first portion. Festbettreaktor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder alle Füllrohre (48) durch den Wärmeträger-Verteiler (28) oder -Sammler (30) hindurchgeführt werden.Fixed bed reactor according to claim 8 or 9, characterized in that a part or all filling tubes ( 48 ) by the heat carrier distributor ( 28 ) or collector ( 30 ) are passed. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Rohrenden der Füllrohre (53) so verteilt sind, dass sie jeweils gleiche Volumenanteile der Katalysatorschüttung (8) füllen. Fixed bed reactor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the lower tube ends of the filling tubes ( 53 ) are distributed so that they each equal volume fractions of the catalyst bed ( 8th ) to fill. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllrohre (53) einen ovalen Querschnitt aufweisen.Fixed bed reactor according to one of claims 1 to 12, characterized in that the filling tubes ( 53 ) have an oval cross-section. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebszustand des Festbettreaktors (1) der Katalysatorraum (49), die Füllrohre (53) und jeder Katalysatorverteiler (52) mit Katalysatormaterial gefüllt sind.Fixed bed reactor according to one of claims 1 to 13, characterized in that in the operating state of the fixed bed reactor ( 1 ) the catalyst space ( 49 ), the filling tubes ( 53 ) and each catalyst distributor ( 52 ) are filled with catalyst material. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Drossel (70) für jedes Füllrohr (53). Fixed bed reactor according to one of claims 1 to 14, characterized by a throttle ( 70 ) for each filling tube ( 53 ). Festbettreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Drosselöffnungen (71) einstellbar ist.Fixed bed reactor according to claim 15, characterized in that the size of the throttle openings ( 71 ) is adjustable.
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