DE1066551B - Kontaktofen zur Durchfuhrung katalytischer Hochdrucksynthesen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

ANMELDETAG. 28. MAI 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
ADSLEGESCHRIFT: 8. OKTO BER 1959

In den Kontaktröhren von öfen der katalytischen Hochdrucksynthese, wie sie insbesondere zur Ammoniaksynthese benutzt werden, verläuft der exotherme Syntheseprozeß, beispielsweise der Ammoniakbildung aus dessen Komponenten, so, daß ein großer Teil des Syntheseproduktes bereits in den Anfangsabschnitten der Kontaktröhren gebildet wird und die Endabschnitte derselben nur mehr der Vervollständigung der Umsetzung dienen. Dementsprechend wird auch in den Anfangsabschnitten der mit Katalysatormasse gefüllten Kontaktröhren überwiegend mehr Wärme frei, und gerade diese Stellen bedürfen einer erhöhten Kühlung, um das Reaktionsgleichgewicht des Prozesses in diesem Teil der Apparatur durch Einhalten der optimalen Temperatur einzustellen. Andererseits sind es jene Stellen höchster Temperaturentwicklung, die einem erhöhten Verschleiß unterliegen und öfter als andere Teile ausgewechselt werden müssen.

Es ist nun bekannt, die erwähnten Endabschnitte der Kontaktröhren durch eine gemeinsame, den Kontaktröhren nachgeschaltete Vollraumschüttung des Katalysators zu ersetzen, wodurch eine leichtere Handhabung der Gesamtvorrichtung beim Zusammenbau und beim Füllen mit Katalysator, aber auch beim Austausch der verbrauchten Kontaktmasse gegen frische und beim Ausbau anläßlich von Reparaturen erzielt werden konnte.

Diese Anordnung erlaubt nun erfindungsgemäß, eine weitere Vereinfachung der Handhabung dadurch zu erzielen, daß der sämtliche funktionellen Einrichtungsteile des Ofens innerhalb des Druckkörpers 1 der Zeichnung umschließende Einsatzmantel 2, auch Leitrohr genannt, an einer oder an mehreren der Anzahl der funktionellen Einrichtungsabschnitte entsprechenden Stellen in zwei oder mehrere Abschnitte leicht trennbar unterteilt ist. So ist zumindest an der Grenze zwischen dem Kontaktröhrenteil I und der nachfolgenden Vollraumschüttung II der Einsatzmantel unterbrochen und wird an dieser Stelle etwa mittels eines Flansches 6 und Schraubmuttern aus hitzebeständigem und eventuell zunderfestem Stahl am unteren Kontaktröhrenboden 11 befestigt. Eine gleiche Trennmöglichkeit kann auch am unteren Boden 15 des Vollraumteiles II vorgesehen sein, um auch diesen vom Wärmetauscherteil III abheben zu können.

Die erfindungsgemäß teilbare Anordnung des Ofeneinsatzes bringt in erster Linie den Vorteil, daß es nicht mehr nötig ist, das ganze schwere Hochdruckgefäß umzulegen, wonach erst der gesamte Einsatz, meist unter Schwierigkeiten, seitlich herausgezogen werden kann, wobei erst unter Zerstörung des Einsatzmantels durch Aufschneiden desselben dessen Einzelteile zugänglich waren. Der Druckkörper verbleibt dagegen nunmehr an Ort und Stelle, und es Kontaktofen zur Durchführung
katalytischer Hochdrucksynthesen

Anmelder:

LENTIA
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

Ein- und Verkauf,
München 15, Mittererstr. 3

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 5. Juni 1957

Dipl.-Ing. Robert Schober, Linz/Donau (Österreich),
ist als Erfinder genannt worden

wird der Einsatzmantel immer nur so weit aus dem Druckkörper herausgehoben, bis die Trennungsstelle oder eine von mehreren oberhalb von dessen oberem Rande sichtbar geworden ist, worauf nach dem Abstützen und dem Lösen der Schrauben- oder dergleichen Verbindung der erste und sodann nach weiterem Anheben der nächste Teil herausgehoben werden kann.

Daß bei dieser Anordnung ein besonders schwerer und überhoher Kran nicht mehr nötig ist, ist mit ein beachtenswerter Vorteil der Erfindung.

Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Unterteilung des Ofeneinsatzes bzw. des diesen umschließenden Leitrohres nicht nur, wie bisher angedeutet, bei einem aus Kontaktröhren und Vollraumteil bestehenden Ofen anwendbar, sondern kann ebensogut bei jeder anderen Ofentype vorgesehen werden, die aus mehreren funktionellen Teilen besteht. So kann beispielsweise auch eine Kombination aus einem Röhrenwärmeaustauscher mit einem Kontaktröhrenteil allein ebenso im beschriebenen Sinne trennbar unterteilt werden wie eine solche aus einem Röhrenwärmeaustauscher mit einem sogenannten Blendenofen oder einem Vollraumteil allein.

Hier ist zu erwähnen, daß es bereits bekannt war, Teile von Hochdruckkatalyseeinrichtungen in Teilstücken einzurichten, und zwar einmal durch Anbringen von Scheidewänden in der Katalysatorschüttung, um so entstandene Einzelschüsse derselben funktionell parallel zueinander schalten zu können. Ein anderes Mal handelt es sich um die längst veraltete

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Anfertigung eines Hochdruckkörpers selbst in zwei zität der Haube 17 und eines Kompensators im Gas-Teilen. Dort ist aber ein vom Hochdruckkörper unab- sammlerrohr 8, nach oben ausdehnen können,

hängiger Einsatzmantel als Behälter für die kataly- Beim Ausbau eines solchen Ofens wird der Ofen-

sierende Inneneinrichtung des Hochdruckapparates einsatz einfach bis zum Erscheinen des Flansches 6

überhaupt nicht erwähnt. Das der vorliegend beschrie- 5 aus dem Druckkörper herausgehoben, die hängenden

benen Erfindung zugrunde liegende Prinzip, die inner- Teile 2 und 3 werden beim Flansch 6 abgestützt, die

halb eines aus einem Stück bestehenden Hochdruck- Schraubverbindung od. dgl. bei 6 gelöst und der Teil I

körpers in einem Ofeneinsatzmantel angeordnete, nach Lockern oder Lösen der Stopfbüchsen 16 von den

funktionell in Reihe geschaltete katalysierende Ein- zurückbleibenden Verteiler^ohfefi 7 abgezogen. In

richtung so auszuführen, daß funktioneile Einzelteile io gleicher Weise wird mit_; c?ep- allfäflig vorhandenen

zusammen mit diesen entsprechenden Schüssen des nächsten funktioneilen Einheit verfahren.

Einsatzmantels aus dem Ofen entfernt werden können, Eine weitere Vereinfachung de"r Frischgaszufüh-

ist den genannten bekannten Konstruktionen in keiner rung bei einem erfindungsgemäß teilbaren Ofenein-

Weise zu entnehmen gewesen. satz ist ebenfalls beispielsweise in Fig. 2 der Zeich-

Die erfindungsgemäße Unterteilung eines solchen 15 nung dargestellt, die der Einfachheit halber nur die

Kontaktofens erlaubt einerseits und bedingt anderer- spezielle Ausgestaltung des abhebbaren Kontakt-

seits eine besondere Anpassung der Frischgaszufüh- röhrenteiles I zeigt.

rung aus dem Wärmeaustauscher III an den verhält- Hier ist das aus dem Wärmeaustauscher ankomnismäßig heißgehenden Fuß der oben offenen, stopf- mende Gassammlerrohr 8 unterhalb des Kontaktbüchsenlosen Kontaktröhren 3, um die Trennung und 20 röhrenbodens 11 unterbrochen und etwa durch eine den Wiederzusammenbau der funktioneilen Einzelteile Flanschverbindung 19 mit seiner Fortsetzung im Kondes Ofens zu erleichtern. taktröhrenteil I lösbar verbunden. Hierbei ist es gleich-

Nach Fig. 1 der Zeichnung wird zu diesem Zwecke gültig, ob diese Trennstelle in einem ausschließlich aus dem Wärmeaustauscherteil III ein zentrales Kontaktröhren enthaltenden Ofen unmittelbar ober-Sammlerrohr 8 durch den A^ollraumteil II hindurch- 25 halb des Wärmeaustauschers angeordnet ist oder am geführt und knapp unterhalb des Kontaktröhrenbodens oder über dem oberen Schüttungsrand eines zwischen-11, in einzelne Verteilerröhren 7 aufgelöst, durch ko- geschalteten Vollraumteiles (II nach Fig. 1).
axiale Schutzrohre 13 hindurch in einen Gassammler- Das zentrale Sammlerrohr 8 durchsetzt verschiebraum 9 geführt. Statt am oberen Ende des Zentral- lieh, also ohne Abdichtung, den Kontaktröhrenboden rohrcs 8 können die Verteilerrohre 7 aber auch direkt 30 11 nach oben und weist eine kegelstumpfförmige Erder Haube 17 des Wärmeaustauschers III entspringen. Weiterung 20 mindestens ungefähr V2 m oberhalb des Die Gaszuführung aus dem Gassammlerraum 9 zum Kontaktröhrenbodens 11 auf, die mit einem ebenfalls Katalysator im Kontaktröhrenteil I bewirkt ein vom kegelstumpfförmigen Einzug 21 in einem mit dem oberen Abschlußboden 12 ausgehendes Zentralrohr 10, Sammlerrohr 8 koaxialen Schutzrohr 22 an dessen das den üblichen elektrischen Brenner enthält und sich 35 unterem Ende koinzidiert.

nach abwärts bis nahe an den besonders heißen Fuß Das Sammlerrohr 8 ragt über das obere Ende der

der oben offenen Kontaktröhren 3 erstreckt. Mit 4 ist oben offenen Kontaktröhren 3 hinaus in den Gas-

in Fig. 1 die dem Kontaktröhrenteil I im Gaswege sammlerraum 9, und zwar gegen das koaxiale Schutz-

nachgeschaltete Katalysatorschüttung des Vollraum- rohr 22 durch eine leichte (Niederdruck-) Stopfbüchse

teils II bezeichnet. 40 32 verschieblich abgedichtet.

Der Umstand, daß bei einer solchen Anordnung Das obere Ende des Sammlerrohres 8 trägt einen lediglich am oberen Abschlußboden 12, also nur an Verteilerkopf 23, durch welchen das aus dem Zentralleicht zugänglicher Stelle, Stopfbüchsen 16 zwischen rohr 8 ankommende, vorgewärmte, frische Synthesegas den Verteilerröhren 7 und den koaxialen Schutzröhren durch öffnungen 24 innerhalb einer Umlenkfläche 25 13 sowie zwischen diesen und dem Abschlußboden 12 45 in mehrere, etwa vier bis sechs nach unten gerichtete nötig sind und daß diese außerdem einfach und klein Rohrstutzen 26 strömt, die ihrerseits mittels leichter gehalten sein können, begünstigt einerseits die Trenn- (Niederdruck-) Stopfbüchsen 31 verschieblich in eine barkeit der Ofenteile und verhindert andererseits zu gleiche Anzahl von Umlenkrollen 27 einmünden. Diese große Beanspruchung dieser Frischgas-Verteilerrohre 7 Umlenkrohre 27 ruhen am Kontaktröhrenboden 11 auf. bzw. des darunter befindlichen Röhrensystems für die 50 Durch öffnungen 28 an ihrem Fußteil wird das Frisch-Frischgasaufwärmung und -zufuhr. gas an das untere Ende der mit dem Kontaktröhren-

Dieses der Frischgaszuführung dienende Röhren boden 11 gasdicht fest verbundenen Kontaktröhren 3

system 5, 17, 8, 7 kann nun noch zusätzlich an geleitet.

passender, leicht zugänglicher Stelle durch einen oder Der gegen den Deckel 29 des Ofeneinsatzmantels 2 mehrere Ausdehnungskompensatoren gegen Reißen 55 verschieblich abgedichtete Rohrstutzn des Verteileroder Stauchen geschützt sein. Als Kompensatoren kopfes 23 nimmt gleichzeitig den hier nicht dareignen sich hier teils an sich bekannte Einrichtungen, gestellten elektrischen Brenner für die Aufheizung des teils kann eine Ausgleichswirkung erfindungsgemäß Synthesegases auf.

auch dadurch erzielt werden, daß die Verteilerröhren 7 Der Ausbau des Kontaktröhrenteiles I mit der soder Rohrspinne 18 vom Gassammlerrohr 8 tangential 60 eben geschilderten Variante der Frischgaszuführung oder als kurze Rohrkrümmer abzweigen und nach nach Fig. 2 geschieht dadurch, daß nach Anheben des einer mehr oder minder langen spiraligen, etwa hori- gesamten Ofeneinsatzes, Lösen der Schraubverbinzontalen Windung jeweils in das aufsteigende, den dung 6 und Abstützen der Ofeneinsatzteile II und III, Kontaktraum I durchsetzende Stück übergehen. weiter nach Entfernen des Ofeneinsatzdeckels 29, Ab-

Zur Entlastung der Wärmeaustauscherrohre 5 vom 65 heben des Verteilerkopfes 23 und Abschrauben des

Gewicht der darüber befindlichen schweren Einrich- Flansches 33 vom Zentralrohr 8 und gegebenenfalls

tungsteile ruht deren Gesamtgewicht mittels des Ein- Abziehen der Stopfbüchse 32 der Teil I ein kleines

satzmantels 2 auf dem vorkragenden Rand des unteren Stück weiter angehoben wird, bis durch mehr oder

Wärmeaustauscherbodens 14, von dem aus sich die minder freiwilliges Absinken des Zentralrohres 8

Wärmeaustauscherrohre 5, geschützt durch die Elasti- 70 dessen kegelstumpfförmige Erweiterung 20 auf dem

Einzug 21 des koaxialen Schutzrohres 22 aufsitzt. Hierdurch ist der Flansch 19 des Zentralrohres 8 unterhalb des Kontaktröhrenbodens 11 leicht zugänglich geworden, und die Verbindung mit dem Wärmeaustauscherteil III bzw. mit dem Vollraumteil II kann gelöst und der gesamte Kontaktröhrenteil I kann weggehoben werden. Durch das Lösen der Schraub- oder dergleichen Verbindung 30 am Verteilerkopf 23 war letzterer durch Herausziehen der Rohrstutzen 26 aus den Stopfbuchsen 31 der Umlenkrohre 27 schon vorher abgehoben worden.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind Stopfbüchsen an schwer zugänglichen Stellen bzw. an Stellen besonders hoher Temperatur gänzlich vermieden. Außerdem ist bei dieser Ausgestaltung der P'rischgaszuführung ein oberer Kontaktröhrenboden überflüssig geworden.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Kontaktofen zur Durchführung katalytischer Hochdrucksynthesen in der Gasphase, insbesondere für die Ammoniaksynthese, bestehend aus einem druckfesten Mantel, einem Einsatzmantel zur Aufnahme von Katalysatorröhren oder/und gegebenenfalls unterteilten Vollraumschüttungen des Katalysators und einem Gegenstromwärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzmantel (2) des Ofens in eine den funktionell verschiedenen Abschnitten des Ofeneinsatzes, nämlich Kontaktröhrenteil (I) oder bzw. und Vollraumteil (II) und Wärmeaustauscherteil (III), entsprechende Anzahl miteinander trennbar verbundener Einzelteile derart unterteilt ist, daß jeder dieser Teile des Einsatzmantels (2) samt dem darin befestigten funktionellen Teil der Ofeneinrichtung nach Lösen der Verbindung für sich allein aus dem Druckkörper des Kontaktofens herausgehoben werden kann.

2. Kontaktofen nach Anspruch 1 mit zentralem Sammlerrohr, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von exzentrisch liegenden Verteilerröhren (7), die nach Art einer Rohrspinne, ausgehend vom zentralen Sammlerrohr (8), den Kontaktteil (I, II) gasdicht und den Röhrenteil (I), durch koaxiale Schutzrohre (13) geführt, völlig durchsetzen und in einen oberhalb des Kontaktröhrenteils (I) befindlichen Gassammlerraum (9) münden, von welchem aus ein Zentralrohr (10) im Kontaktröhrenteil (I), am üblichen Brenner vorbei, sich nach abwärts an den Fuß der oben offenen Kontaktröhren (3) erstreckt.

3. Kontaktofen nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen am zentralen Sammlerrohr (8) angebrachten Ausdehnungskompensator an sich bekannter Art.

4. Kontaktofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerröhren (7) Ausdehnungskompensatoren enthalten.

5. Kontaktofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verteilerröhren (7) einer Rohrspinne (18) vom Gassammlerrohr (8) tangential oder als kurze Rohrkrümmer abzweigen und nach einer spiraligen horizontalen Wirkung in das aufsteigende, den Kontaktraum (I) durchsetzende Stück übergehen.

6. Kontaktofen nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Verteilerröhren (7) durchsetzten Schutzröhren (13) im unteren Kontaktrohrboden (11) und im oberen Abschlußboden (12) des Kontaktteiles (I) derart gasdicht befestigt sind, daß die oberen Enden der Schutzröhren (13) am oberen Abschlußboden (12) verschieblich sind, wobei die einzelnen Verteilerröhren (7) am oberen Ende der Schutzröhren (13) ebenfalls verschieblich mittels Stopfbüchsen (16) abgedichtet sind.

7. Kontaktofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Sammlerrohr (8) den Kontaktröhrenteil (I) gasdicht in einem koaxialen Schutzrohr (22) durchsetzt und am oberen Ende im Gassammeiraum (9) einen Verteilerkopf (23) trägt, an welchem mehrere nach unten gerichtete Rohrstutzen (26) angeordnet sind, die in eine gleiche Anzahl von Umlenkrollen (27) münden, die sich bis an den Fuß der oben offenen stopfbüchsenlosen Kontaktröhren (3) erstrecken (Fig. 2).

8. Kontaktofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (26) mittels Niederdruckstopfbüchsen (31) mit den oberen Enden der Umlenkrohre (27) verschieblich gasdicht verbunden sind.

9. Kontaktofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerkopf (23) mit dem zentralen Sammlerrohr (8) lösbar verbunden ist.

10. Kontaktofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Sammlerrohr (8) am oberen Ende des koaxialen Schutzrohres (22) mit diesem durch eine Niederdruckstopfbüchse (32) verschieblich gasdicht verbunden ist.

11. Kontaktofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Gassammlerrohr (8) mindestens ungefähr V2 m oberhalb des Kontaktröhrenbodens (11) eine kegelstumpf förmige Erweiterung (20) aufweist, die einem ebensolchen Einzug (21) des koaxialen Schutzrohres (22) an dessen Fuß am Kontaktröhrenboden (11) entspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 806 790, 859 298.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 637/390 9.