DE1041476B - Rohrofen fuer die vorzugsweise kontinuierliche Durchfuehrung von Gasreaktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrofen für die vorzugsweise kontinuierliche Durchführung von Gasreaktionen, bei dem der eigentliche Reaktionsraum aus keramischen Rohren besteht. Derartige Rohröfen sind mit Vorteil für Gasreaktionen geeignet, die bei Temperaturen oberhalb 900° C, insbesondere bei solchen zwischen 1000 und 1500° C, ablaufen, bei Temperaturen also, gegen die metallische Werkstoffe infolge ihrer verminderten mechanischen Eigenschaften, vor allem im Dauerbetrieb, nicht mehr genügend widerstandsfähig sind. Abgesehen davon können bei derartigen Gasreaktionen auch Reaktionspartner anwesend sein, denen gegenüber die Korrosionsbeständigkeit metallischer Werkstoffe nicht ausreicht, so daß auch aus diesen Gründen die indifferenten keramischen Werkstoffe, wie beispielsweise hochschmelzende Metalloxyde, einzeln oder zu mehreren, als Baumaterial für die Reaktionsräume Anwendung finden müssen. Da es sich bei Hochtemperaturgasreaktionen oft um katalytische Vorgänge handelt, können unter Umständen auch deswegen metallische Werkstoffe schädlich sein, weil diese in vielen Fällen, auch wenn sie selbst nicht angegriffen werden, den Reaktionsablauf stören oder in eine unerwünschte Richtung lenken.

Obgleich aus den vorgenannten Gründen in der Technik schon lange das Bedürfnis nach einem für betriebliche Zwecke brauchbaren Rohrofen, insbesondere für Hochtemperaturreaktionen, besteht, ist eine wirklich betriebssichere Lösung für derartige Vorrichtungen bisher nicht bekanntgeworden. Die Schwierigkeiten bei dem Dauerbetrieb solcher Öfen sind vor allem bedingt durch die verhältnismäßig hohe mechanische Empfindlichkeit auch der besten keramischen Massen, durch ihr gegenüber den Metallen weit geringeres Wärmeleitvermögen und durch ihre Anfälligkeit gegen Temperaturwechsel. Da zudem die Wärmeausdehnung von keramischen Rohren keineswegs zu vernachlässigen ist, treten an solchen Rohren leicht Spannungen auf, die die mechanische Festigkeit oft übersteigen und dann zur Zerstörung führen. Um hier Abhilfe zu schaffen, hat man bereits versucht, keramische Rohre in verhältnismäßig großen Abmessungen senkrecht angeordnet nur an einer Stirnseite des Heizraumes zu fixieren, also z. B. die Rohre oben im Ofen derart einseitig aufzuhängen, daß sowohl in der Länge wie auch .senkrecht zur Rohrachse genügend Spielraum zur Verfügung steht, um das Auftreten untunlich hoher mechanischer Spannungen zu vermeiden. Die Abdichtung der freien Enden gegen das Ofengehäuse erfolgte in diesem Falle durch an den Rohren befestigte und mit ihnen bewegliche Platten, die gegebenenfalls auch gekühlt werden können, wäh-

für die vorzugsweise kontinuierliche
Durchführung von Gasreaktionen

Anmelder:
Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt

vormals Roessler,
Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

Julius Schüffler, Düsseldorf-Heerdt,

und Dr. Friedrich. Endter, Konstanz,

sind als Erfinder genannt worden

rend für die Einspanming verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden sind.

Alle diese bekannten Maßnahmen haben bis jetzt jedoch nicht zum praktischen Erfolg geführt, da es nicht gelang, auf diese Weise eine wirklich betriebssichere Ofenkonstruktion mit langer Lebensdauer der Avertvollen Reaktionsrohre und der erforderlichen Wärmeökonomie zu erstellen. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Öfen mit keramischen Rohren liegt vor allem darin, daß bei der Aufteilung des gesamten Reaktioiisraumes in eine Mehrzahl von Einzelrohren es nicht möglich war, die für die Haltbarkeit der Rohre außerordentlich wichtige Temperaturhomogenität längs der Rohre zu erzielen und außerdem, gleichgültig ob die Rohre einzeln oder gemeinsam beschickt wurden, der häufig vorkommende Ausfall eines einzigen Rohres die Stillegung der gesamten Vorrichtung erforderlich machte. Daß hierbei ein gesicherter und gleichmäßiger Betrieb, wie er technisch unerläßlich ist, nicht möglich war, liegt auf der Hand.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein Rohrofen für die Durchführung von Gasreaktionen, insbesondere bei Temperaturen über 900° C, der frei im Ofen aufgehängte keramische Rohre aufweist, so ausgestaltet, daß der Ofen eine Vielzahl von auf eine gemeinsame Gasversorgungs- und Gasabführungsvorrichtung geschalteten Reaktionsrohren enthält, die von der gemeinsamen Gasversorgung während des Ofenbetriebes einzeln abschaltbar und auch einzeln auswechselbar sind, und daß die Rohre in einem Ofenkörper zu Rohrgruppen zusammengefaßt sind, wobei jede Rohrgruppe in einer eigenen, mit Brennern und gegebenenfalls einer separaten Rekuperativ- oder

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Regenerativheizung versehenen Heizkamtner ange- wieder die einzelnen Rekuperatorsysteme vorteilhaft

ordnet ist. unabhängig voneinander gesteuert werden können. Man

Erfindungsgemäß wird somit erreicht, daß das ein- wird also entsprechend regulierbare Abzüge für das zelne Rohr einer Rohrgruppe oder eines Rdhrbündels Rauchgas, gegebenenfalls mit unterschiedlichen oder in einem gemeinsamen Heizraum nicht mehr maß- 5 veränderbaren Querschnitten, vorsehen und von außen gebend für die Durchführung der Gesamtreaktion ist, zugängliche Schieber für diesen Zweck einbauen,
sondern daß der Prozeß ohne qualitative Änderung Auf diese Weise wird erreicht, daß trotz der durch des Reaktionsablaufes und damit ohne Änderung die Eigenschaften der keramischen Reaktionsrohre beder Zusammensetzung der Reaktionsprodukte unge- dingten Schwierigkeiten der Ofen mit optimaler stört weiterlaufen kann, auch wenn ein oder mehrere io Wärmeökonomie betrieben werden kann, was sich anRohre zu Bruch gehen oder aus anderen Gründen dererseits auch auf die Lebensdauer der Rohre günstig nicht in der gewünschten Weise arbeiten. Gerade der auswirkt. Außerdem kann der insgesamt benötigte letztere Gesichtspunkt ist häufig von großer Wichtig- Reaktionsraum in eine beliebige Anzahl von Einzelkeit, wenn in Öfen mit keramischen Rohren Um- räumen aufgeteilt werden, was schon deswegen Setzungen an empfindlichen Katalysatoren durchge- 15 wesentlich ist, weil keramische Rohre nicht in jeder führt werden müssen. Hierbei kann es leicht vor- Abmessung zur Verfügung stehen, während andererkommen, daß in einem oder mehreren Rohren einer seits, insbesondere bei katalytischen Reaktionen, ein Rohrgruppe der Katalysator schlechter arbeitet als im günstiges Verhältnis der Kontaktoberfläche zum übrigen Teil des Rohrbündels und durch besondere Volumen eingehalten werden muß, wenn der Kontakt Maßnahmen regeneriert werden muß. Bei den bisheri- 2° als Überzug oder Auflage auf den Innenwandungen gen Öfen mit keramischen Rohren war es in solchen der Reaktionsrohre angebracht ist. Entsprechend gilt Fällen erforderlich, den Betrieb der gesamten Rohr- auch für nichtkatalytisohe Reaktionen, für deren Abgruppe nach dem langsamsten Rohr auszurichten, also lauf das Verhältnis von Wandfläche zu Reaktionsbeispielsweise die Gasbeaufschlagung oder die Tempe- raum ebenfalls von Bedeutung ist. Bei dem Ofen geratur oder die Gaszusammensetzung entsprechend zu 25 maß der Erfindung kann nun diese Aufteilung des wählen, um noch ein gleichmäßiges Produkt zu er- Reaktionsraumes in beliebig viele Einzelräume erhalten. Auch wenn eine unmittelbare Beeinflussung folgen, ohne daß eine ungleichmäßige Wärmebeaufdes Katalysators z. B. durch Neuformierung, Ab- schlagung der Rohre oder Temperaturverteilung im brennen od. dgl. unvermeidbar ist, läßt sich diese Ofen zu befürchten ist, da die Zusammenfassung zu Maßnahme bei dem Ofen gemäß der Erfindung ledig- 30 Rohrbündeln, die in eigenen Heizkammern angeordnet Hch auf das betreffende Rohr beschränken, ohne daß sind, eine gleichmäßige und scharf regulierbare Beder Betrieb der übrigen Rohre gestört wird. heizung der Rohrgruppen und damit auch der Einzel-

Weiterhin ist nun kennzeichnend für den Ofen ge- rohre gewährleistet.

maß der Erfindung, daß eine große Anzahl von Rohren Ein Beispiel eines Ofens gemäß der Erfindung, bei zu Rohrgrtippen oder Rohrbündeln zusammengefaßt 35 dem die Rohre zu Rohrbündeln zusammengefaßt und wird, deren jedes in einer eigenen Heizkammer an- innerhalb dieser einzeln abschaltbar sind, zeigt hingeordnet ist. Eine solche Heizkammer, von denen sich sichtlich der Anordnung der Rohrbündel undderHeizmehrere in einem Ofenkörper befinden können, ist je- kammer im Ofen die Fig. 1. In der Figur bedeutet weils mit einer eigenen Beheizungsanlage ausgestattet, 11 den eigentlichen, aus dem üblichen Isoliermaterial die unabhängig von der Beheizung der anderen Heiz- 4° aufgebauten Ofenkörper, der in dem dargestellten Beikammer betrieben werden kann. Die Wärmezufuhr spiel zwei Heizkammern 12 und 13 enthält. In jeder zur Heizkammer erfolgt vorzugsweise durch eine Heizkammer ist ein Rohrbündel 14 und 15 angebracht. Vielzahl von mit Brennstoff-Luft-Gemisch betriebenen Die Heizkammern 12 und 13 werden mit Hilfe von Brennern, die auch unter sich unabhängig voneinander Brennern 16, 17, 18 und 19 beheizt, deren Rauchgase beaufschlagt werden können. Dadurch ist es möglich, 45 in die Rauchgaskanäle 111 und 112 gefördert werden, die Temperaturverteilung längs eines in der Heiz- Die zu jedem Heizraum gehörenden Rekuperatoren — kammer befindlichen Rohrbündels willkürlich zu in diesem Falle für die Vorwärmung der Verbrensteuern und den jeweiligen Gegebenheiten anzupassen, nungsluft — sind mit 113, 114, 115 und 116 bewas besonders für die Durchführung endothermer zeichnet. Dazu gehören jeweils die Regulierorgane Gasreaktionen von ausschlaggebender Bedeutung ist, 5° 117, 118, 119 und 120.

da hier unter Umständen je nach dem Verhältnis der Die Zeichnung zeigt, daß der gesamte Ofen geWärmekapazitäten der Reaktionsteilnehmer zur Reak- wissermaßen aus zwei gleichen Grundbestandteilen tionswärme an der Stelle des stärksten Umsatzes im aufgebaut ist, die etwa durch die Linie A-B getrennt Rohr auch der größte Wärmebedarf auftreten kann, sind. Jedes Grundsegment besteht also aus einem der auf diese Weise gedeckt wird, ohne daß unzu- 55 Heizraum, dem in diesem enthaltenen Rohrbündel und lässige und im Hinblick auf das keramische Rohr- den zugehörigen Brennern und Rekuperatoren. Daraus material gefährliche Unterschiede in der Temperatur- ergibt sich, daß es ohne weiteres möglich ist, einen verteilung des Rohres entstehen. Ofen gemäß der Erfindung in beliebiger Weise durch

Aus Gründen der Wärmeökonomie werden die Öfen Ansetzen weiterer entsprechender Grundsegmente zu

gemäß der Erfindung mit Rekuperatoren oder auch 6° vergrößern und damit Ofenandagen von, hoher

Regeneratoren ausgestattet, mit deren Hilfe die Ab- Leistungsfähigkeit zu erstellen, die eine große Anzahl

wärme des Rauchgases der Brenner auf das Gas oder von Rohren, also große Reaktionsräume enthalten,

die Verbrennungsluft oder beide weitgehend über- ohne daß die Betriebssicherheit dadurch leidet, da ja

tragen wird. Auch die Vorwärmung der Reaktions- erfindungsgemäß jedes Rohr einzeln abschaltbar ist.

komponenten selber ist auf diesem Wege möglich. 65 Ebenso ist es selbstverständlich möglich, die Rohre

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Ofens gruppenweise abzuschalten, sofern ein Ofen der Er-

nach der Erfindung wird beim Vorhandensein meh- findung entsprechend aus einer Mehrzahl von Rohr-

rerer mit je einem Rohrbündel beschickter Heizkam- gruppen besteht. Ein solcherart aus einer Mehrzahl

mern in einem Ofen jede dieser Kammern mit einem von Heizkammern mit darin befindlichen Rohrbün-

separaten Rekuperator ausgestattet, wobei auch hier 7° dein bestehender Ofen ermöglicht es auch, einzelne

Reaktionsstufen nacheinander im gleichen Ofen, aber in verschiedenen hintereinandergeschalteten Heizkammern ablaufen zu lassen, wobei sowohl die Arbeitstemperaturen als auch gegebenenfalls die Katalysatoren von Kammer zu Kammer verschieden sein können.

Sofern man auf die Möglichkeit einer Vervielfachung der Grundelemente zur beliebigen Vergrößerung des Ofens verzichtet, kann auch ein andersartiger Aufbau

Reaktionsrohren erhöht wird, d. h. die Gase beschleunigt werden. Nach dieser Ausführungsform wird der Heizraum im Innern mit einer oder mehreren kragenförmigen Verengungen oder Einschnürungen versehen. 5 Durch diese wird der Ofenraum in wenigstens zwei oder gegebenenfalls mehrere Teile zerlegt, die nun je einen oder mehrere gesonderte Ableitungsstutzen für die Heizgase aufweisen können, um ein getrenntes Abziehen der Heizgase vor und hinter der Stelle der

Reaktionsrohre treten. Ebenso können bei einer mehrfachen Unterteilung des Heizraumes mehrere Lochplatten vorgesehen sein.

Eine Erläuterung der vorbeschriebenen Ausgestaltung des Ofens der Erfindung ist an Hand der Fig. 2 gegeben. Die Figur zeigt den Ofenkörper 21, der im Heizraum 22 eine Anzahl von Reaktions rohren 23 enthält, die in dem Kopf 24 fest aufgehängt sind und am

gewählt werden, und zwar derart, daß die Rohrbündel io Beschleunigung zu ermöglichen. Die getrennte und ringförmig um einen zentralen Abzugsschacht für die unabhängig voneinander einzustellende Wärmebeauf-Heizgase oder aber um einen zentralen Heizschacht schlagung der durch die Verengung in der Heizangeordnet sind. Im erstgenannten Fall kann die Be- kammer geschaffenen Teilräume wird unterstützt heizung der Rohrbündel durch individuelle Brenner- durch die Anordnung verschiedener Brenner oder aggregate vorgenommen werden, deren Rauchgase je- 15 Brennergruppen in den einzelnen Heizraumabschnitten doch gemeinsam abgeführt werden müssen, während in Übereinstimmung mit jener Ausführung der Erfinim zweiten Fall die in dem zentralen Heizschacht dung, nach der längs der Reaktions rohre eine unterbrennenden Flammen bzw. deren. Rauchgase die um schiedliche Beheizung durch unabhängig voneinander diesen ringförmig hängenden Rohrbündel gleichmäßig zu betreibende Brenner oder Brennergruppen mögerwärmen. Die vielfältige Variationsmöglichkeit der 20 lieh ist.

Wärmezu- und -abfuhr bei der bevorzugten Ausfüh- Der freie Durchgang innerhalb der kragenförmigen

rungsform, wie sie etwa in der Fig. 1 dargestellt ist, Verengung des Heizraumes soll etwa dem von den läßt sich bei den zuletzt genannten einfacheren Aus- Reaktionsrohren eingenommenen Querschnit entführungen nicht in dem gleichen Umfang verwirk- sprechen. An Stelle einer solchen kragenförmigen Verliehen. Es ist aber keineswegs ausgeschlossen, für ein- 25 engung kann bei einer anderen Ausgestaltung des fach beherrschbare Reaktionen den Ofen gemäß der Ofens auch eine Lochplatte mit Durchgängen für die Erfindung auch in dieser Form zur Anwendung zu
bringen.

Die bisher beschriebenen Maßnahmen gelten vor allem der optimalen Wärmeausnutzung und der gleich- 30 mäßigen Temperaturverteilung auf die Reaktionsrohre, um die Betriebssicherheit und Lebensdauer zu erhöhen. Man kann hier noch zusätzliche Verbesserungen und Sicherheiten erzielen, wenn man dafür

Sorge trägt, daß der Abstand der Reaktionsrohre von 35 unteren Ende durch "die Lochplatte 25 mit entsprechenden Heizflammen der Brenner bzw. von den strahlen- dem Spielraum den Ofenraum verlassen. Etwa in der den Wänden der Heizkammer so bemessen wird, daß Mitte des Ofenraumes befindet sich die kragenförmige die Flammen im Zwischenraum zwischen den Wänden Einschnürung 26, durch die die von unten nach oben und den Rohrbündeln brennen, und zwar im wesent- streichenden Heizgase beschleunigt werden, wodurch liehen ohne die Rohre selbst zu berühren. Auch die 40 eine erhöhte Wärmeübertragung auf die Rohre in dem Auswahl der Rohrabmessungen, vor allem hinsichtlich hinter der Einschnürung 26 liegenden Bereich erfolgt, der Wandstärke, ist nicht ohne Einfluß auf die Lebens- Die Beheizung der durch die Einschnürung gebildeten dauer und die Empfindlichkeit der Rohre gegen Tem- Teilräume 221 und 222 geschieht mit Hilfe der peraturwechsel. Es hat sich gezeigt, daß man zu Brennergruppen 27 und 28, die eine verschieden starke günstigen Ergebnissen bei dem Betrieb des Ofens ge- 45 Wärmezufuhr in jeden Teilraum zulassen. Dementlangt, wenn die Wandstärke der keramischen Reak- sprechend ist auch jeder Teilraum 221 und 222 mit tionsrohre nicht mehr als 4 mm und vorzugsweise mehreren zum Rekuperator führenden Rauchgas-1 bis 3 mm beträgt. schachten 231 und 232 versehen, in denen unabhängig

Wie schon erwähnt wurde, kann insbesondere bei voneinander ein verschieden starker Zug eingestellt endotherm verlaufenden katalytischen Reaktionen im 50 werden kann.

Reaktionsraum, also in jedem einzelnen Rohr, in dem Während in der beschriebenen Weise ein schroffer

Bereich, in dem die Reaktion im wesentlichen abläuft, Temperaturwechsel durch unterschiedlichen Wärmeein erhöhter Wärmebedarf auftreten. An diesen bedarf des Rohres innerhalb des Ofens vermieden Stellen sollte im Interesse eines schnellen Ablaufs wird, ist es gegebenenfalls vor allem bei hohen Heizsolcher Reaktionen und einer gleichmäßigen Tempe- 55 raumtemperaturen wesentlich, auch am Austritt der raturbeanspruchung des Rohres möglichst rasch eine Rohre aus der eigentlich beheizten Zone einen raschen erhöhte Wärmemenge in das Innere des Rohres über- Temperaturabfall zu vermeiden und den Temperaturtragen werden. Andererseits muß schon wegen der verlattf längs des frei hängenden Rohrendes möglichst mangelnden Temperaturwechselbeständigkeit solcher flach zu gestalten. Hierzu bedient man sich mit Vor-Rohre, aber auch wegen der Empfindlichkeit der Reak- 60 teil auch für den unteren Verschluß des Heizraumes tionsprodukte oder des Katalysators gegenüber Er- einer Lochplatte, durch deren Bohrungen die einzelnen hitzung eine unbeschränkt hohe Wärmezufuhr auf Rohre so hindurchtreten, daß ein genügendes seitliches das Reaktionsgut vermieden werden. Bei dem Ofen Spiel gewährleistet ist. Dabei werden wegen des ergemäß der Erfindung läßt sich nun in einer bevor- strebten langsamen Wärmeübergangs unter Vermeizugten Ausführungsform die örtlich begrenzte Über- 65 dung eines zu steilen Temperaturgradienten des Rohres tragung erhöhter Wärmemengen aus dem Heizraum am Heizraumausgang· die Durchgänge der Lochplatte in die darin befindlichen Reaktionsrohre ohne weiteres für die Rohre erfindungsgemäß konisch, und zwar durchführen, wenn die Geschwindigkeit der Heizgase nach dem Ofeninnern sich öffnend, ausgebildet, in der Nähe des höheren Wärmebedarfs auf eine be- Das wesentliche Merkmal des Ofens gemäß der Erschränkte Strecke des Ofenraumes parallel zu den 70 findung besteht, wie mehrfach angeführt wurde, darin,

daß keramische Rohre für Gasreaktionen, insbesondere für katalytische Reaktionen, unter Zusammenfassung in ein aus einer Vielzahl von Rohren bestehendes Aggregat unter individuellen Bedingungen betrieben oder einzeln stillgesetzt werden können, wobei auch eine leichte Entfernbarkeit des Rohres gewährleistet sein soll, ohne den gesamtenn Ofen abzuschalten oder seine Betriebsbedingungen wesentlich zu ändern.

Das Ziel der Erfindung wird am vollkommensten dadurch erreicht, daß die Reaktionsrohre einer Rohrgruppe oder eines Rohrbündels gasdicht in einem gemeinsamen Kopf aufgehängt sind, der eine der jeweiligen Anzahl der Rohre entsprechende ZaH von zu der gemeinsamen Gasleitung führenden Kanälen enthält und mit Organen versehen ist, die die Mündung des einzelnen Kanals von dem gemeinsamen Gasraum absperren bzw. sie mit einer für das Einzelrohr bestimmten Gasleitung verbinden. Befindet sich die Austrittsstelle der Reaktionsgase an diesem Kopf, d. h. werden die Gase von unten nach oben durch die Reaktionsrohre geleitet, so wird man je nach Strömungsgeschwindigkeit und Temperaturbedingungen den Aufhängekopf zweckmäßigerweise mit Kühleinrichtungen versehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform für die Ausgestaltung des die Rohre aufnehmenden Kopfes, der einen integrierenden Bestandteil des erfindungsgemäßen Ofens bildet, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. In der Figur bedeutet 31 den eigentlichen, die Reaktionsrohre 32 aufnehmenden, gegebenenfalls mit Kühlräumen 33 versehenen Kopf, der mit einem Deckel 34 verschlossen ist, wobei dieser Deckel den gemeinsamen Gasraum 35 enthält. Zwischen den Teilen 31 und 34 befindet sich in der gezeichneten Anordnung ein mit Kanälen 36 versehener Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, über den der Kopf und der Deckel gasdicht miteinander verbunden sind. Sofern es erforderlich ist, die Kühlstrecke entsprechend langer zu halten, ist es, wie aus der Figur hervorgeht, ohne weiteres möglich, an Stelle der in der Figur dargestellten einen Kü'hllamelle deren mehrere zwischen dem Kopf und dem Deckel anzuordnen, eine Maßnahme, die allgemein für den Wärmeaustausch überhaupt anwendbar ist.

Die Reaktionsrohre werden mit dem oberen Ende in den Kopf 31 so eingesetzt, daß sie etwa bündig mit dessen Oberkante abschließen. Der Aufnahme der Rohrenden dienen am Kopf befestigte Halterungen 38, die aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise aus Kupfer, bestehen. Es empfiehlt sich, eine unmittelbare Berührung z. B. des Kupfers mit dem keramischen Rohr schon deswegen zu vermeiden, um am heißen Ende dieses Rohres nicht ein zu plötzliches und schroffes Wärmegefälle entstehen zu lassen. Aus diesem Grunde ist zwischen der Halterung 38 und dem Rohrende eine temperaturbeständige und wärmeisolierende Packung eingelegt, die etwa aus Asbestringen 39 bestehen kann, die, beidseitig mit Keramikringen 321 gehalten, durch einen Gewindering 322 zusammengepreßt werden, wodurch eine zuverlässige und temperaturbeständige Abdichtung ohne unzit'ässige thermische und mechanische Beanspruchung des Rohres entsteht. Die Fortsätze 323 am oben ί Teil des Kopfes 31 dienen zur Auflage des Kopf _-s z. B. auf die Kanten bzw. Widerlager des Heizraumes bzw. der diesen nach oben abschließenden, mit Durchgängen für die Rohre versehenen Lochplatten. Es kann vorteilhaft sein, wenn der Kopf des Ofens von Auflagen aufgenommen wird, deren tragende Teile durch die Ofenwärme in einem solchen Maße mit aufgeheizt werden, daß ihre Längsausdehnung ungefähr der der keramischen Rohre gleichkommt, da auf diese Weise lediglich kleine Verschiebungen durch flexible Rohranschlüsse anzugleichen wären.

Der Abschluß der einzelnen Reaktionsrohre bzw. der diese fortsetzenden Kanäle vom gemeinsamen Gasraum 35 erfolgt nach einer vorteilhaften Ausgestaltung durch im Deckel 34 angeordnete Rohrstutzen 324, die mit einem Gewinde versehen und somit im Deckel absenkbar sind. Sie sind an der Unterseite mit tellerartigen Dichtungselementen 325 versehen, die in der tiefsten Stellung der Rohrstutzen sich in scheibenförmige Aussparungen 326 am Ende der Kanäle 36 einlegen und in diesen gewissermaßen als Ventilsitze ruhen. Diese Verschlußorgane ermöglichen es, jeden Kanal 36 und damit jedes einzelne Reaktionsrohr durch Tiefstellung des zugehörigen Rohrstutzens 324 vom gemeinsamen Gasraum 35 abzuschließen und die Gase aus dem betreffenden Rohr gesondert abzuführen. Durch Abheben der Rohrstutzen 324 öffnet sich der betreffende Kanal wiederum in den gemeinsamen Gasraum 35. Es ist also möglich, die Abgase eines jeden einzelnen Rohres beispielsweise einer gesonderten Gasanalyse zuzuführen oder auch durch das den Abschluß der Rohrstutzen 324 bildende T-Stück von außen Temperaturmeß instrumente in das Rohr einzuführen, um den Reaktions verlauf in jedem einzelnen Rohr ohne Störung des Betriebes der anderen Reaktionsräume an Hand der Reaktionstemperatur verfolgen zu können.

Entfällt der Wärmeaustauscher 36, so wird der Deckel 34 unmittelbar auf den Kopf 31 aufgesetzt, wobei dann in dessen Stirnfläche entsprechende Aufnahmen für die Verschluß organe 325 vorgesehen werden müssen. Im übrigen ist es zweckmäßig, Kopf, Deckel und Wärmeaustauscher — wie auch in der Figur gezeigt — so auszubilden, daß sie möglichst schnell und auf einfache Weise zusammengesetzt und demontiert werden können. Das geschieht mit Erfolg so, daß man sie mit möglichst planen Flächen zusammenstoßen läßt, unter Einlage von Dichtungen 327 gasdicht miteinander verbindet und schließlich durch einfache Verschlußorgane, wie etwa durch die Klemmhebelverschlüsse 328, gasdicht aneinander befestigt.

Die gleiche Vorrichtung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben ist, kann grundsätzlich auch zum Verschluß der frei hängenden Rohrenden des Ofens verwendet werden, sofern in den Kopfteil beliebige Rohrstücke, etwa auch Metallrohre, eingesetzt sind, die über eine flexible Verbindung an die frei aus dem Heizraum herausragenden keramischen Rohre angeschlossen sind. Auf diese Weise wird eine individuelle Zu- und Abschaltung eines jeden einzelnen Rohres gegenüber dem gemeinsamen Gasraum auch von der Unterseite her möglich, ebenso wie auch Gas aus jedem einzelnen Rohr gesondert abgeleitet oder diesem zugeleitet werden kann.

Um die Rohre von der Unterseite leicht zugänglich machen oder auch für den Fall, daß ein Rohr während des Betriebes zu Bruch geht, dieses nach unten aus der Heizkammer entfernen zu können, hat sich auch ein anderes Vorrichtungselement in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ofens bewährt, das im wesentlichen aus einem Gasverteiler mit gemeinsamen Gasraum und Ansätzen für die Ausmündung der Reaktionsrohre besteht und mit diesen gegebenenfalls über Zwischenstücke flexibel verbunden ist. Der Gasverteiler enthält für jedes Rohr einen Leitkörper, dessen nach außen verschließbare Bohrung den Außendurchmesser des Reaktionsrohres übersteigt und der

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Kanäle aufweist, die die Innenbohrung mit dem ge- Der Rohrofen nach der Erfindung bewährt sich be-

meinsamen Gasraum des Gasverteilers verbinden, wo- sonders für komplizierte und empfindliche Gasreak-

bei die Kanäle mit Absperrvorrichtungen versehen sind. tionen, bei denen für die Erzielung hoher Umsätze

Die Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung ein und reiner Reaktionsprodukte in engen Temperatur-Verschlußorgan, das der vorteilhaften Ausgestaltung 5 grenzen und mit subtilen Katalysatoren gearbeitet des Ofens gemäß der Erfindung dient. Der gemein- werden muß. Beispielsweise läßt sich die Darstellung same Gasbehälter 41 trägt einen Steuerkopf 42 für von Blausäure aus Methan und Ammoniak an Katajedes Einzelrohr, der wiederum den Leitkörper 43 mit lysatoren der Platingruppe bei Temperaturen von etwa der Steuerhülse 44 und den Verschluß deckel 45 ent- 1200° C in Öfen der genannten Art mit großem Erhält. Der Gasbehälter 41 ist nun mit Hilfe eines io folg durchführen. Gerade bei einem solchen Prozeß, flexiblen Überwurfes 46, beispielsweise aus Kau- bei dem ab und zu eine Formierung oder auch Regenetschuk, Silikonkautschuk oder anderen plastischen gas- rierung des Katalysators in einzelnen Reaktionsrohren dichten Werkstoffen, gegebenenfalls über ein metal- notwendig sein kann, zeigen sich alle Vorteile des belisches Rohrstück 47 mit dem Ende des keramischen schriebenen Ofens, da alle derartigen Arbeiten sich Reaktionsrohres 48 verbunden, wobei die Befestigung 15 am einzelnen Rohr durchführen lassen, ohne den Bedes metallischen Rohres mit dem keramischen Rohr trieb der anderen Rohre oder Rohrgruppen zu unterdurch eine gasdichte Kittung bei 49 erfolgt. Im Leit- brechen oder zu stören und die anfallenden Reakkörper 43 befinden sich Kanäle 411, die einerseits mit tionsprodukte etwa zu verunreinigen oder untunlich der Innenbohrung des Leitkörpers und andererseits zu verdünnen. Beispielsweise ist es ohne weiteres mit dem gemeinsamen Gasbehälter 41 kommunizieren. 20 möglich, durch Schließen der Gaskanäle 411 im Leit-Die Steuerhülse 44 umgibt den Leitkö-rper etwa in der körper 43 mit Hilfe der Steuerhülse 44 dem Rohr Art einer Schraubkappe und trägt auf einer ring- nach Entfernen des Verschlußdeckels 45 oder durch förmigen Auflage bei 412 ein elastisches Dichtungs- verschließbare Öffnungen in diesem Deckel beliebige element derart, daß beim Bewegen der Steuerhülse Gase, z. B. Sauerstoff oder Luft, zuzuführen und auf nach oben die Kanäle 411 dicht geschlossen werden 25 diese Weise den Katalysator zu formieren oder Nebenkönnen, während die Abwärtsbewegung der Steuer- produkte, z. B. Rußansätze, durch Abbrennen aus dem hülse den Zugang zu der Innenbohrung des Leitkör- Reaktionsrohr zu entfernen. Schließt man gleichzeitig pers einerseits und zum gemeinsamen Gasbehälter das Rohr auch am oberen Ende, etwa durch Absenken andererseits öffnet. Durch den Deckel 45 ist die Innen- des entsprechenden Rohrstutzens, ab und entfernt bohrung des Leitkörpers und damit das Reaktionsrohr 30 durch diesen die entstandenen Gase, so können diese von außen zugänglich, ohne daß die übrigen Rohre keinerlei Quelle der Verunreinigung für das Reakabgeschaltet werden müssen, da das betreffende Rohr tionsgas aus den übrigen Rohren bilden. Die bei der durch die Regulierung des Gaszuganges mit Hilfe der Formierung entstehenden Gase werden dann entweder Steuerhülse 44 von dem gemeinsamen Gasbehälter ab- für sich abgeführt oder an dem Rohrstutzen außen geschlossen ist. Entsprechend muß selbstverständlich 35 abgebrannt.

in solchem Falle auch die Absperrung des Rohres von Will man, um beim vorliegenden Beispiel zu bleiben,

oben im Kopf wie vorhin beschrieben erfolgen. nicht den Katalysator beeinflussen, sondern in den in

Durch die Innenbohrung des Leitkötrpers, die ihrem Zustand von. der Mehrzahl der Rohre abweichendurch Öffnen des Verschluß deckeis 45 zugänglich den Einzelrohren verschiedenartig zusammengesetzte, wird, kann beispielsweise ein zerbrochenes Rohr aus 40 dem jeweiligen Zustand des Katalysators angepaßte der Vorrichtung nach unten abgezogen und entfernt Gasmischimg führen, so kann a,uch das mit dem Ofen werden;. Ebenso kann man auf diese Weise etwa gemäß der Erfindung geschehen, indem man die Gas-Druckmeßgeräte für Einzelmessungen in die ver- gemische unter Absperrung der Einzelrohre vom Gasschiedenen Rohre einsetzen oder auch in das eine behälter 41 in die Innenbohrung des Leitkörpers oder andere Rohr andere Gase einführen, als sie nor- 45 direkt einführt. Im übrigen kann man auch die Gasmalerweise bei der Gesamtreaktion benutzt werden. belastung einzelner Rohre bei gleichbleibendem Gas-Somit erlaubt diese Ausführungsfarm des Rohrofens, gemisch dadurch verschieden regulieren, daß mit während des allgemeinen Betriebes in einzelnen Hilfe der Steuerhülse 44 unterschiedliche Öffnungs-Rohren, die nicht zufriedenstellend arbeiten, eine Neu- Querschnitte an den Kanälen 411 eingestellt werden, formierung des Katalysators vorzunehmen. Im übri- 50 Die Einstellung kann auch dadurch noch verfeinert gen kann man auch die Zugängigkeit der Einzelrohre werden, daß die Kanäle 411 mit düsenartigen öffnunvon unten dazu benutzen, während des Betriebes Füll- gen versehen werden.

körper oder aus mehreren Stücken bestehende Füll- Die vielfältigen Möglichkeiten, die nach den vorkörpersäulen in die Rohre einzuführen, die dann nach stehenden Ausführungen der Rohrofen gemäß der Er-Schließen des Deckels 45 auf diesem ruhen und das 55 findung zur Aufrechterhaltung und Steigerung der empfindlichere Reaktionsrohr nicht belasten. Auch Betriebssicherheit bei der Benutzung einer Vielzahl für die Einleitung vorgewärmter Gase oder Gas- von keramischen Röhren bietet, konnten mit bisher gemische in alle oder einzelne Rohre hat sich der Vor- bekannten Konstruktionen nicht verwirklicht werden, richtungsteil als geeignet erwiesen, da man etwa ein Es sind zwar Öfen mit keramischen Rohren bekanntheißes Gas durch ein Hilfsrohr bis in den keramischen^ 60 geworden, bei denen die Rohre an eine gemeinsame Teil unmittelbar einführen und über die Kanäle des Gasleitung angescttlossen wurden und durch Betätigen Leitkörpers unter Regulierung mittels der Steuerhülse von Ventilen von dieser gemeinsamen Leitung gekälteres Gas oder Gasgemisch als Polster zwischen sperrt werden konnten. Es war jedoch bei diesen Kondas Heißgas und die Einleitungsstelle legen kann. struktionen kein Mittel vorgesehen, um an einem oder

In dem Ofen gemäß der Erfindung können auch 65 mehreren Rohren während des Betriebes besondere

solche Reaktionsrohre verwendet werden, die für den Manipulationen, wie Formierung von Katalysatoren,

Betrieb bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, Beaufschlagung mit einem anderen Gas, Temperatur-

etwa bei 900 oder 1000° C, mit entsprechend zünder- messung usw., ohne Beeinträchtigung des Betriebes

festen metallischen oder metallkeramischen Werk- der übrigen Rohre vornehmen zu können. Ebenso ist

stoffen ummantelt oder ausgekleidet sind. 70 es bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen ein

Wasserverschluß zum Absperren der unteren Rohrenden benutzt wurde, nicht möglich gewesen, während des Betriebes Rohre oder Bruchstücke davon zu entfernen, da die Rohre fest eingespannt waren und ein einzelnes Rohr nicht gelöst werden konnte, ohne den Verband der anderen Rohre aufzuheben. Da diese bekannten Öfen nicht jene Merkmale aufweisen, die den Rohrofen gemäß der Erfindung auszeichnen und die für die Durchführung von komplizierten Reaktionen vor allem an Katalysatoren zur Wahrung der Be- ία triebssicherheit im Hinblick auf das verhältnismäßig empfindliche Rohrmaterial unerläßlich sind, haben sich die älteren Vorschläge für keramische Rohröfen in der Technik nicht einführen können.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Rohrofen für die vorzugsweise kontinuierliche Durchführung von Gasreaktionen, insbesondere bei Temperaturen über 900° C, in frei im Ofen aufgehängten keramischen Röhren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von auf eine gemeinsame Gasversorgungs- und Gasabführungsvorrichtung geschalteten Reaktionsrohren, von denen jedes Rohr während des Ofenbetriebes von der gemeinsamen Gasversorgung einzeln abschaltbar und einzeln auswechselbar ist, in einem Ofenkörper zu Rohrgruppen zusammengefaßt ist und jede Rohrgruppe in einer eigenen, mit Brennern und gegebenenfalls einer separaten Rekuperativ- oder Regenerativheizung versehenen Heizkammer angeordnet ist.

2. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel ringförmig um einen zentralen Abzugsschacht für die Heizgase angeordnet sind.

3. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel ringförmig um einen zentralen Heizschacht angeordnet sind.

4. Rohrofen nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Reaktionsrohre von den strahlenden Wänden so gewählt ist; daß die Flamme im Zwischenraum zwischen den Wänden und den Rohren brennt, im wesentlichen ohne letztere zu berühren.

5. Rohrofen nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Reaktionsrohre nicht mehr als 4 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm, beträgt.

6. Rohrofen nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer(n) mit einer oder mehreren kragenförmigen Verengung (en) versehen ist (sind), deren freier Durchgang etwa dem von den Rohrbündeln eingenommenen, Querschnitt entspricht, und daß die dadurch gebildeten Räume der Heizkammer (n) vorteilhaft mindestens je einen gesonderten Abzugskanal für die Heizgase aufweisen¹, wobei zweckmäßig in den Kanälen unabhängig voneinander wirkende Regelorgane für die Einstellung des Zuges vorhanden sind.

7. Rohrofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der (den) Heizkammer (n) Lochplatten mit Durchgängen für die Reaktionsrohre angeordnet sind.

8. Rohrofen nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Teilräumen der Heizkammer unabhängig voneinander zu betreibende Wärmequellen, z. B. Brenner oder Brennergruppen, angebracht sind.

9. Rohrofen nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizraum nach unten durch eine Platte abgeschlossen ist, die konische, nach dem Ofeninnern sich öffnende Durchgänge für die Rohre aufweist.

10. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre einer Rohrgruppe bündelweise in einem gegebenenfalls mit Kühlorganen (33) ausgestatteten Kopf (31) gasdicht aufgehängt sind, der eine der Anzahl der Rohre entsprechende Zahl von zum gemeinsamen Gasraum (35) führenden Kanälen enthält und oberhalb eines jeden Kanals einen absenkbaren, außerhalb des Kopfes endenden verschließbaren Rohrstutzen (324) aufweist, dessen tellerförmiges, dem Innern des Kopfes zugekehrtes Ende (325) beim Absenken in eine Aussparung (326) an der oberen. Mündung des Kanals eingreift und dadurch den Kanal mit dem zugeordneten Reaktionsrohr von der Gasleitung abschließt.

11. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Reaktionsrohr gegebenenfalls über ein Metallzwischenstück elastisch mit einem rohrförmigen Leitkörper (43) verbunden ist, dessen verschließbare Inmenbohrung den Außendurchmesser des Reaktionsrohres übersteigt und der Kanäle (411), die die Innenbohrung mit dem gemeinsamen Gasraum (41) verbinden, sowie Absperrvorrichtungen für die Kanäle aufweist.

12. Rohrofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Reaktionsrohren verbundenen Leitkörper (43) mit einer mit einem abnehmbaren. Deckel (45) versehenen Steuerhülse (44) nach Art einer Schraubkappe umfangen sind, die auf einer ringförmigen Auflage (412) ein elastisches Dichtungselement trägt, das. bei entsprechender Drehung der Steuerhülse die zweckmäßig in düsenartige öffnungen auslaufenden Gaskanäle (411) des Leitkörpers gegen die zentrale Bohrung dieses Körpers gasdicht absperrt oder für den Gasdurchgang freigibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 405 462, 405 463.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 959 364.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 80S' 659/402 10.58