DE1059889B - Hochdruckbehaelter zur Ausfuehrung chemischer Reaktionen - Google Patents

Hochdruckbehaelter zur Ausfuehrung chemischer Reaktionen

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DE1059889B
DE1059889B DEB47837A DEB0047837A DE1059889B DE 1059889 B DE1059889 B DE 1059889B DE B47837 A DEB47837 A DE B47837A DE B0047837 A DEB0047837 A DE B0047837A DE 1059889 B DE1059889 B DE 1059889B
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Germany
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reaction tube
hollow shells
pressure container
shells
hollow
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DEB47837A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Ludwig Raichle
Dr-Ing Walter Witschakowski
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.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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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)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Hochdruckbehälter zur Ausführung chemischer Reaktionen Bei der großtechnischen Durchführung von chemischen Reaktionen bei hohen Temperaturen und hohen Drücken, z.B. bei der Ammoniak-und Methanolsynthese sowie bei der Druclthydirierung von verschiedenen Stoffen, müssen die Reaktionsbehälter mit einer Innenisolierung ausgerüstet sein, die eine zu hohe oder eine ungleichmäßige Erwärmung der drucktragenden Behälterwand verhindert. Um die miteinander reagierenden Stoffe nicht zu verunreinigen, sieht man vor, sie mit dem Isoherwerkstoff nicht in Berührung zu hringen. Es ist z. B. üblich, im Innern des Reaktionsbehälters ein dichtes Zentralrohr anzuordnen, durch das die umzusetzenden Gase und/oder Flüssigkeiten strömen. Im Zentral rohr (Reaktionsrohr) sind vielfach auch die Katalysatoren eingebaut. Die Isolierung des Reaktionsraumes gegenüber der d'rucktragenden Behälterwand wird entweder auf der Innenseite dieser Wand eingemauert oder auf dem Zentral rohr fest aufgemauert. Als Isolierwerkstoffe werden dafür meist Diatomit- und Schamottesteine oder auch Zement-Asbest verwendet. Um die drucktragendfe Wand auf besonders niedriger Temperatur zu halten, wird vielfach unmittelbar an der Innenwand solcher Hochdruckbehälter in einem schmalen Ringraum ein kaltes Gas oder Gasgemisch entlanggeführt. Man erreicht damit einen beträchtlichen Temperaturabfall in der z. B. auf dem Zentral rohr aufgebrachten Isolierung, die meist von einem metallischen Mantel umhüllt ist.
  • Das Zentral rohr besteht bei der Ausführung chemischer Reaktionen unter hohen Temperaturen im allgemeinen aus einem korrosionsfesten Spezialwerkstoff, der wesentlich andere Wärmeausdehnungseigenschaften hat als der Isolierwerkstoß und dessen metallische Umhüllung, die nur mit Stoffen niedriger Temperatur in Berührung kommt.
  • Beim Betrieb eines derartigen Hochdruckbehälters führen die unterschiedlichen Temperaturen und Wärmeausdehnungen des zentral angeordneten Reaktionsrohres, des Isolierwerkstoffes und dessen Umhüllung häufig zu Rißbildungen in der Isolierung. In der Folge ergeben sich ungleichmäßige Temperaturfelder im Reaktionsrohr, in der Isolierhülle und auch in der drucktragenden Behälterwand. Da die erwähnten Reaktionsbehälter Längenabmessungen bis zu 20 m und mehr haben, führen solche Felder höherer Temperatur im Zusammenwirken mit den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zu Verbiegungen des Reaktionsrohres, zu Anrissen in der isolierenden Umhüllung und auch zu Spamlungen in der drucktragenden Behälterwand. Die Spannungen in der Behälterwand können in kritischen Fällen. eine Größenordnung erreichten, die einer unzulässigen Überbeanspruchung des Ävandwerkstoffes gleichkommt. Der zur Mantelkühlung durch kalte Reaktionsgase geschaffene spaltartige Ringraum an der Innenwand des Druckbehälters wird durch die Verbiegungen der Zentralrohrumhüllung einseitig verengt, so daß die dann n eintretende ungleichmäßige Gasströmung ihrerseits zu weiteren unerwünschten örtlichen Temperatursteigerungen in der drucktragenden Wand führt.
  • Anrisse in der Isolierhülle bewirken, daß staubförmiges Isoliermaterial in den Gasstrom gelangt und schließlich nachgeschaltete Wärmeaustauscher verstopft sowie auf den Katalysatoren schädliche Ablagerungen bildet. Insbesondere bei schnell vorzunehmenden Betriebsunterbrechungen im Fall von Störungen können die Verformungen der Einbauteile des Druckbehälters einen solchen Umfang annehmen, daß ihr Ausbau sehr erschwert wird oder nur durch Zerstörung einzelner Teile möglich ist.
  • Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile vermeidet, wenn die aus längs- und querunterteilten Hohlschalen oder Hohlschalensegmenten bestehende Isolierung des Reaktionsrohres eine in axialer und radialer Richtung ungehinderte Eigen dehnung auf weist und auf mit dem Reaktionsrohr verbundenen Tragelementen aufsitzt, so daß sie von diesen in axialer Richtung mitgenommen wird.
  • An Hand der Abbildungen sei die Erfindung näher erläutert: Zwischen dem in Abb. 1 dargestellten Hochdruckmantel M eines z. B. für 300 at Druck ausgelegten Behälters und dessen zentral angeordnetem Realdionsrohr Z wesentlich kleineren Durchmessers entsteht ein Ringraum, durch den noch kalte, später an der Reaktion teilnehmende Gase zur Kühlung des Mantels M hindurchgeleitet werden. Die Gase treten anschließend in das Reaktionsrohr Z ein. Der Isolier- werkstoff I, z. B. Diatomitplatten von 2 cm Dicke, ist in HohlschalenH eingemauert, die ihrerseits zu einem das Reaktionsrohr Z allseitig umschließenden Isoliermantel zusammengesetzt sind. Am Reaktionsrohr Z sind ringförmige Tragelemente T befestigt, auf denen die Schalen des Isoliermantels aufsitzen. Um eine hinreichende Eigendehnung der Schalen H sowie unterschiedliche Dehubewegungen gegenüber dem Reaktionsrohr Z in axialer Richtung zu gewährleisten, ist zwischen den Schalen H an ihren nicht auf den Tragelementen T aufsitzenden Enden und dem darüberliegenden nächsten Tragelement T eine Zone S aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff, z. 13. aus gespritztem Asbest oder Steinwolle, angeordnet. Die Zone S wird von einem an den Tragelementen T befestigten Zylinder U umhüllt und gehalten, in dem sich die Schalen H mit gewissem Spielraum bewegen können. Die isoliererrden Schalen H besitzen auf der dem Reaktionsrohr Z zugewandten Seite Entlüftungsöffnungen E und enge Rohre D die dem Druckausgleich zwischen dem Spalt am Reaktionsrohr Z und dem Ringraum R dienen.
  • Die Abb. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit im Innern des Reaktionsrohres Z angeordeter Isolierung. Diese Ausführungsform hat dann besonedlere Vorteile, wenn im Reaktionsrohr Temperaturen von 500 bis 6000 C und mehr zu erwarten sind und außerdem in der Reaktionszone wegen eines auftretenden chemischen Angriffes korrosionsbeständige Werkstoffe verwendet werden müssen. In diesem Fall wird man die aus verhältnismäßig dünnen Blechen hergestellten Hohlschalen im Innern des Zentralrohres anordnen und somit das den höheren Gewichtsanteil aufweisende Reaktionsrohr in das Gebiet niederer Temperaturen etwas weiter nach außen verlegen. Im allgemeinen ist bei weniger hohen Temperaturen mit geringem chemischem Angriff zu rechnen. Eine größere radiale Ausdehnung des Reaktionsrohres Z verursacht in der beschriebenen Anordnung keinen Druck auf die Hohlschalen H, da diese nur lose mit einem gewissen Spielraum auf das Reaktionsrohr aufgelegt sind. Die Eigenausdehnung der Hohl schalen in axialer Richtung wird von der Zone S aus elastisch nachgiebigem Werkstoff aufgenommen, die in ihrer Länge der unterschiedlichen Wärmeausdkehnung zwischen dem Zentralrohr und den Hohlschalen angepaßt ist. Der die Zone S umschließende Zylinder U : f schützt den nachgiebigen Werkstoff gegen den an der Innenwand des Druchbehälters entlanggeführten Gasstrom, ohne die radiale Dehnung der Hohlschalen zu behindern.
  • Um die Hohlschalenelemente H, die etwa 1 bis 3 m lang sein können, zusammenzuhalten, kann um diese ein spiralförmig laufendes nachgiebiges Metallband gelegt werden, das gleichzeitig eine Führungsleiste für das durch den Ringraum R zu fördernde kalte Gas bildet. Die beschriebene längs- und querunterteilte Isolierung ist über die Tragelemente T mit der axialen Wärmeausdehnung des Reakbionsrohres gekoppelt und verhindert Wärmespannungen zwischen dem Reaktionsrohr, der Isolierung und der Hülle des Isolierwerkstoffes so weitgehend, daß die eingangs beschriebenen Verformungen und Rißbildungen in der Isolierung und deren Folgen vollständig beseitigt werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß sich die Isolierung ohne Zerstörung ausbauen läßt. Der Isolierwerkstoff bleibt erhalten und kann bei einer Überholung des Behälters wieder verwendet werden Beim Entspannen derartiger Hochdruckbehälter entweichen die Gase aus den meist engporigen Isolierwerkstoffen nur sehr langsam, so daß in den Rin räumen der Isolierschalen H ein Überdruck entsteht, der gegebenenfalls staubförmige Teilchen des Isolierwerkstoffes durch die vorgesehenen Entlüftunigsöffnungen mitreißen kann. Um zu verhindern, daß dieser Staub in den Ringraum R und auf dem weiteren Gas weg in den Wärmetauscher oder auf den Katalysator gelangt, sind die Hohlschalen H nur auf der dem Reaktionsrohr Z zugekehrten Innenseite mit Enaliiftungsöffnungen E versehen, während nach der dem Ringraum zugewandten Außenseite hin die durchgeführten Rohre D gegebenenfalls für einen Druckausgleich zum Ringraum R hin sorgen.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRUCHE 1. Hochdruckbehälter zur Ausführung chemischer Reaktionen mit im Innern des drucktragenden Mantels zentral angeordnetem außen oder innen isoliertem Reaktionsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die aus längs- und querunterteillten Hohlschalen bzw. Hohlschalensegmenten (H) bestehende Isolierung des Reaktionsrohres (Z) eine in axialer und radialer Richtung ungehinderte Eigendehnung aufweist und auf mit dem Reaktionsrohr verbundenen Tragelementen (T) aufsitzt, so daß sie von diesen in axialer Richtung mitgenommen wird.
  2. 2. Hochdlruckbehälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine sich an die freie, nicht aufsitzende Stirnfläche der Hohlschalen (H) anschließende ringförmige Zone (S) aus elastisch nachgiebigem Werkstoff, die sich bis zum nächsten Tragelement (T) erstreckt und deren l ! Maß in axialer Richtung der unterschiedtichen Längenausdehnung zwischen dem Reaktionsrohr (Z) und den Hohlschalen angepaßt ist.
  3. 3. Hochdruckbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch nachgiebige Isolierzone (8) von einem an den Tragelemenben (T) befestigten Zylinder (U) umgeben und derart bemessen ist, daß die Hohlschalen (H) in diesem Zylinder lose geführt sind.
  4. 4. Hochdruckbehälter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reaktionsrohr (Z ;) zugekehrte Wand der den Isolierwerkstoff einschließenden Hohlschalen (H) mit Öffnungen (E) versehen ist und die Hohl schalen durchdringende Rohre (D) die Offnungen (E) zwischen den Hohlschalen (H) und dem Reaktionsrohr (Z) mit dem Ringraum (R) verbinden.
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