DE1052958B - Vorrichtung zur Durchfuehrung katalytischer Hochdrucksynthesen - Google Patents

Vorrichtung zur Durchfuehrung katalytischer Hochdrucksynthesen

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Publication number
DE1052958B
DE1052958B DEU4025A DEU0004025A DE1052958B DE 1052958 B DE1052958 B DE 1052958B DE U4025 A DEU4025 A DE U4025A DE U0004025 A DEU0004025 A DE U0004025A DE 1052958 B DE1052958 B DE 1052958B
Authority
DE
Germany
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contact
furnace
heat exchanger
gas
insert
Prior art date
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Pending
Application number
DEU4025A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Robert Schober
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Uhde GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Uhde GmbH filed Critical Uhde GmbH
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Publication of DE1052958B publication Critical patent/DE1052958B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0005Catalytic processes under superatmospheric pressure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Hochdrucksynthesen Bei Versuchen, Kontaktöfen sowohl Ider Ammoniaksvnthese als auch der Methanol- und der Benzinsynthese für höheren Gasdurchsatz zu vergrößern, ergibt sich -die Schwierigkeit, zdaß mit der Vergrößerung .des Ofens eine Verlängerung des fiGasweges und ein störender Dnuckanstieg unvermeidlich ist.
  • Durch Erhöhung des Betriebsdruckes bei verlängertem Gasweg und damit durch Erhöhung der Gasgeschwindilgkeit kann aber ein Ausgleich der Temperatarspitzen auch nicht erreicht werden, so daß die Druckerhöhung allein keine anteilmäßige Leistungssteigerung mit sich bringt. Dies gilt für alle Ofentypen, insbesondere aber für,den sogenannten Kontaktröhrenofen, der am deutlichsten anfänglich zu hohe und am Ende des Kontaktraumes zu tiefe Temperaturen zeigt.
  • Ein erster Schritt zur Lösung dieses Problems sind einfach gebaute Etagen- oder Blendenöfen mit Vollraumschüttungen des Katalysators, bei denen die Gesamtmasse rdes zur Umsetzung nötigen Katalysators in einzelne, voneinander getrennte Kammern, mit getrennter Zu- und Abführung der Gase, edie schon wärmetechnisch besser beherrschbar sind, unterteilt ist. Bei einer,dieser bekannten Einrichtungen geschieht dies teilweise durch Einschieben von Platten innerhalb einer Kabalysatorsäule in einen rohrförmigen Behälter und durch Anordnung von ;getrennten G-aszu- und -aibführungsleitungen bzw. durch Unterteilung Ider Kontaktmasse durch ringförmige Blenden mit einem zentralen Gaszuführungs- und einem peripheren GQsableitungsorgan mit den einzelnen Abteilungen entsprechenden Öffnungen. Bei zden Kontaktröhrenöfen, der heute bevorzugten Ausführungsform von Öfen der Hochdrucksynthese mit optimaler Regelbarkeit der thermischen Verhältnisse, läßt sich ein solcher Vorschlag nicht anwenden.
  • Die Erfindung erlaabt nun, bei Kontaktröhren- und bei kombinierten Öfen, insbesondere solchen von besonders großen Abmessungen, wie etwa bei Öfen mit 1000 mm Durchmesser und 18 m Höhe, einerseits den durch den längeren Gasweg verursachten Druckanstieg und damit den entsprechenden Druckverlust zu vermeiden und andererseits die sonst bei verlängertem Gasweg unvermeidlichen Temperaturmaxima und -minima praktisch völlig auszugleichen und damit die Leistung in überraschender Weise zu verbessern. Es ist Idadurch möglich geworden, das sonst hinsichtlich der Temperaturregelung so günstige Kontaktrohrsystem auch bei erhöhtem Gas'durchsatz und bei besonders großen Öfen beizubehalten.
  • Der grundlegende Erfindungsgedlanke liegt darin, den Gasweg and damit auch die Kontaktbehälter für die Hauptreaktion, aber auch jene für Idie bereits ruhiger verlaufende Endreaktion, so in funktionsgemäß parallel geschaltete und hinsichtlich des Gasweges durch Katalysatormasse verkürzte Eiuzelgruppen zu unterteilen, daß der Zuführungsdruck des frischen Synthesegases gemäß der Anzahl wider vom Gas parallel durchströmten, einzelnen Kontaktröhren am je weiligen Ort der Reaktion in annähernd gleiche und entsprechend verminderte Teildrücke aufgeteilt ist.
  • Die Wirkung dieser Maßnahme wir'd klar, wenn man bedenkt, daß jede Erhöhung der Gasgeschwindigkeit, also vorzugsweise bei übergroßen Öfen für besonders hohe Gasdurchsatzmengen, das von der Reaktionsgeschwindigkeit im gegebenen Katalysator abhängige Verhältnis zwischen Gasgeschwindigkeit, Verweilzeit, Gasdruck und Ausbeute stören muß. Bei gegebener und konstanter Wirksamkeit eines Katalysators für einen bestimmten chemischen Prozeß können aber die erwähnten Größen nur in bestimmten engen Grenzen variiert werden, ohne daß man Unzukömmlichkeiten wie Überhitzung, Überdruck durch erhöhten Widerstand, mangelhafte Ausbeute oder nicht optimale Ausnützung des Reaktionsraumes in Kauf nehmen muß.
  • Wie bereits erwähnt, ist es das Ziel der Erfindung, diesen Schwierigkeiten auszuweichen und bei Kontaktröhrenöfen normaler Größe Idie B etriebsbedingungen zu verbessern bzw. übergroße Ofen solcher Art erst zum optimalen Funktionieren zu bringen. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Gasstrom der Reaktionspartner nach Vorerwärmung in zwei Stufen nacheinander aufgeteilt wird und nach durchgeführter Reaktion zur Aufheizung Ider Friscllgase dient.
  • Demgemäß wird in Idem Kontaktofen, der aus einem druckfesten Mantel, einem Ofeneinsatzmantel zur Aufnahme von Katalysatorröhren oder Katalysatorröhren mit Vollraumschüttungen des Katalysators und aus einem Wärmeaustauscher besteht, der Gasstrom nach Vorerwärmung in einem Wärmeaustauscher in der ersten Stufe auf zwei oder mehrere übereinander angeordnete Katalysatorsysteme in einem Druckkörper aufgeteilt und in der zweiten Stufe innerhalb eines jeden Katalysatorsystems auf mehrere Katalysatorröhren allein oder auf Kombinationen von solchen mit Vollraumschüttungen weiter unterteilt und nach der Reaktion dem Wärmeaustauscher zur Aufheizung der Frischgase zugeführt. Zusätzliche, komplizierte und schwer zu wartende Kühleinrichtungen für bestimmte Teile des Ofens werden dabei erspart.
  • Das Eifindungsprinzip wird im folgenden kurz an Hand Ider Zeichnung, und zwar der Vollständigkeit halber gleich an einem kombinierten Kontaktröhren-und Vollraumofen beispielsweise erläutert. Die Erfindung soll aber nicht auf ihre Anwendung bei der beispielsweise dargestellten, aus Kontaktröhren und Kontaktschüttungen bestehenden Ofentype allein und ebensowenig auf eine Unterteilung in zwei Katalysatorsysteme Ibeschränkt sein.
  • Ein den üblichen Druckkörper 1 mit Gasaus- und -einlässen 2 und 3, den Of eneinsatzmantel 4, den rekuperativen Wärmeanstauscher 5, Idas Zentralrohr 6 und den Brenner 7 aufweisender Hochdruckofen, der entweder -mit Katalysator gefüllte Röhren allein oder solche mit Vollraumschüttungen kombiniert enthält, wird in der Weise ausgestaltet, daß der vom Wärmeaustauscher 5 über einen Sammler 12 ankommende Frischgasstrom in das Zentralrohr 6 gedrückt wird, in welchem sich der bekannte Brenner 7 befindet. Das Zentralrohr 6 besitzt Austrittsöffnungen 13, aus welchen das vorgewärmte Frischgas in ein Gegenstrom-Verteilerrohr 16 geleitet wird, Idas unterhalb und oberhalb Ides Brenners 7 Gasauslässe 14 und 15 aufweist, durch welche je eine der im Sinne der Erfindung vorgesehenen Gruppen von Katalysatorröhren oder Kombinationen dieser mit Vollraumschüttungen mit dem Frischgas versorgt werden.
  • Im Falle mehrfacher Unterteilung in solche einzelnen Kontaktsysteme sind entsprechend mehr Gasauslässe im Gegenstrom-Verteilerrohr 16 vorgesehen.
  • Diese aus ,dem Rohr 16 kommenden Teilströme treffen auf Idie Katalysatorröhren 8, 9 der Rohrgruppen A, A' an ihrer engsten Stelle nahe der Befestilg.ung im jeweiligen Rohrboden, die auch die heißeste ist, treten in diese Konbaktröhren an deren entgegengesetzten offenen Enden und verlassen sie wieder durch die Rohrhoden 17, 18 in A bzw. ', um von ,dort aus die gegebenenfalls zum langsamen Ausreagieren der Synthesegasreste vorgesehenen Vollraumschüttungen 10, 11 zu passieren.
  • Selbstverständlich ist der Raum A bzw. B gasdicht gegen den RaumS' bzw. B' durch eine Trennwand 19 abgeteilt, die vom Verteilerrohr 16 bis zur Wand des inneren Einsatzmantels 20 des Kontaktteiles reicht.
  • Die Einzel ströme an ausreagiertem Gas treffen sich wieder oberhalb des Sammlers 12 des Wärmeiaustauschers, zum sodann Idiesen unter Wärmeabgabe durchströmend zum Ausgang 3 und in die Kondensation zu gelangen.
  • Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die funktionsmäßig parallel geschalteten Kontaktrnhrbatterien A bzw. 2 den Synthesegasstrom in entgegengesetzter Richtung dirigieren, doch hat sich diese Anordnung konstruktiv als sdie einfachste erwiesen. Unter gleichzeitiger Verlegung des oberen Gasauslasses 14 im Rohr 16 können beispielsweise die oberen Kontaktrohre 8 der Batterie A in umgekehrter Richtung an- geordnet sein, so tdaß die Gasteilströme gleichsinnig gerichtet sind.
  • Bei einem mit 300 atü betriebenen Ofen von besonders großen Abmessungen, wie sie sowohl bei der Benzinsynthese als auch seit neuerem bei der Ammoniaksynthese in Verwendung stehen, ist es nach erfindungsgemäß er Umstellung auf Gaswegunterteilung möglich, Leistungen von 190 bis 220' t Ammoniak pro Tag bzw. entsprechende Steigerungen bei der Benzinsynthese zu erzielen.
  • Bei der erfindungsgeniäßen Unterteilung des reaktiven Systems von Hochdruckkontaktöfen mit Kontaktröhren ist es möglich und zweckmäßig, durch einige Verbesserungen das E;in- und Ausbauen der Ofeneinsatzteile zu erleichtern. So wird erfindungsgemäß der Ofeneinsatzmantel 4 an geeigneter Stelle mit Konsolen 21 oder mit einer Ringkonsole mit ausreichenden Gasdurchlässen für ldie aus dem Raume A, B ankommenden ausreagierten Gase ausgestattet, auf denen die gesamte Kontaktanordnung A (B)- und A' (B') aufruht. Der Wärmenustauscher C wird dadurch um das hohe Gewichtldes Kontaktteiles entlastet.
  • Aber auch der Kontakteinsatz A (B) bzw. A' (B') ist in ähnlicher Weise so eingerichtet, rdaß immer ein oberer Teil über dem unterhalb liegenden auf Konsolen an .der Innenwand des inneren Einsatzmantels 20 aufruht.
  • Elbenso ist es möglich, den Ofeneinsatzmantel 4 mittels Klauen (in der Zeichnung nicht dargestellt) an seinem oberen Ende in Vertiefungen oder auf Konsolen indes Druclçkörpers 1 einzulassen oder aufzusetzen, so daß der ganze Kontaktteil des Ofens daran hängt, ohne durch sein Gewicht den Wärmeaustauscher zu belasten.
  • Weiterhin kann der gesamte, auf den Klauen 21 aufruhende Kontaktteil A (B), A' (B') durch eine Verlängerung des Einsatzmantels 4 auf dem zu diesem Zwecke vorkragenden unteren Abschluß boden 24 des Wärmeaustauschers 5 stehen, wobei puder Bodenteil 24 selbst auf dem Boden des Druckkörpers 1 aufruht und genügend Gasdurchlässe22 aufweist. Hierdurch wird erreicht, daß beim Ausbau der Kontakteinrichtung allein, was ja öfter vorkommt, diese mittels des inneren Ofeneinsatzmantels 20 ohne den schweren Wärmeaustauscher aus dem Druckkörper herausgehoben werden kann, wobei ein beträchtlicher Teil an Höhe und Tragfähigkeit des Bedienungskrans und an Motorenleistung eingespart werden kann. Da sich der Wärmeaustauscher bei der erfindungsgemäßen Konstruktion durch seinen unteren Röhrenboden 24 selbst trägt, braucht Idie Festilgkeit ,des Einsatzmantels 20 lediglich .auf das Gewicht Ider eigentlichen Kontakteinrichtung abgestellt zu sein.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Kontaktofen zur Durchfahrung katalytischer Hochdrucksynthesen mit gas- und/oder dampfförmigen Reaktionspartnern, bestehend aus einem druckfesten Mantel, einem Ofeneinsetzmantel zur Aufnahme von Katalysatorröhren oder Katalysatorröhren mit Vollraumschüttungen des Katalystators und einem Gegenstrotnwärmeaustauscher, dadurch gekeimzeichnet, daß zwei oder mehrere aus zahlreichen Katalysatorröhren (8, 9) allein oder aus Kombinationen derartiger Röhren mit Vollraumschüttungen (10, 11) bestehende Katalysatorsysteme (A, A'; B, B') in einem einzigen Druckkörper (1) übereinander angeordnet sind, wobei diese einzelnen Kontaktsys.teme über ein axiales Verteilerrohr (16) mit einer Anzahl der Systeme entsprechenden Anzahl von Gasauslässen (14, 15) und über ein an sich bekanntes Zentralrohr (6) mit dem Gegenstromwärmeaustauscher (5) verbunden sind.
  2. 2. Kontaktofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Katalysatorsysteme (A, A'; B, B') gegeneinander gestürzt im Druckkörper des Kontaktofens übereinander angeordnet sind.
  3. 3. Kontaktofen nach den Ansprüchen t und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne Kontakteinsatz (A, B bzw. A', B') jeweils auf Konsolen (23) eines inneren Einsatzmantels (20) aufruht.
  4. 4. Kontaktofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Einsatzmantel (20) mit den gesamten Kontakteinrichtungen mit seinem unteren Rande auf einzelnen Konsolen (21) oder auf einer mit Gasdurchlässen aus- gestatteten Ringkonsole an der Innenwand des Ofeneinsatzmantels (4) aufruht.
  5. 5. Kontaktofen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofeneinsatzmantel (4) mittels Klauen an seinem oberen Ende in Vertiefungen oder auf Konsolen an der Innenwand des Druckkörpers (1) aufgehängt ist.
  6. 6. Kontaktofen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenefnsatzmantel (4) mittels einer Verlängerung auf dem vorkragenden unteren Abschlußboden (24) des Wärmeaustauschers (5) steht, wobei der Bodenteil (24) des Wärmeaustauschers selbst auf dem Boden des Druckkörpers (1) aufruht und Gas,durohlässe: (22) aufweist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 516249, 821 041; französische Patentschrift Nr. 914 577.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1142586B (de) * 1965-01-29 1963-01-24 Lentia Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Gasfuehrung in katalytischen Hochdruckreaktoren
DE2616085A1 (de) * 1975-04-14 1976-10-28 Stone & Webster Eng Corp Mit waerme arbeitender reformierofen und diesen enthaltendes reformiersystem

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DE821041C (de) * 1949-12-02 1951-11-15 Basf Ag Reaktionsgefaess mit Roehrenwaermeaustauscher in gemeinsamem Behaelter, insbesonderefuer hohe Drucke und hohe Temperaturen

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