DE1261116B - Druckreaktor zur Durchfuehrung katalytischer Gasreaktionen - Google Patents
Druckreaktor zur Durchfuehrung katalytischer GasreaktionenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL-.
Nummer:
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Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
BOIj
Deutsche Kl.: 12 g -
1261116
C 33089IV a/12 g
10. Juni 1964
15. Februar 1968
C 33089IV a/12 g
10. Juni 1964
15. Februar 1968
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckreaktor zur Durchführung katalytischer Gasreaktionen. Zu
solchen Reaktionen gehören die Synthese von Methanol aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd und die
Synthese von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff.
Die Reaktion von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd in Gegenwart eines Katalysators zur Erzeugung
von Methanol ist ein häufig ausgeübter Vorgang. Die Reaktionstemperatur beeinflußt beträchtlich die Ausbeute
und Nebenproduktbildung und muß sehr genau gesteuert werden. Durch die Reaktion wird eine beträchtliche
Wärme freigegeben, die ein Ansteigen der Reaktionstemperatur verursacht, während die Reaktionsmischung
durch die Katalysatormasse strömt. Zur Verminderung des Temperaturanstiegs kann ein
sehr großer Wasserstoffüberschuß in die Reaktionszone eingeführt werden, aber dieses Mittel zur Verringerung
des Temperaturanstiegs hat den Nachteil, daß der überschüssige Wasserstoff Raum im Reaktor
einnimmt, den andernfalls der zu Methanol umzusetzende Wasserstoff und Kohlenmonoxyd einnehmen
würde.
Bekannt ist ein vertikal angeordneter Reaktor zur Erzeugung von Methanol oder Ammoniak, der in
seinem oberen Teil eine Anzahl von Katalysatorbetten aufweist, die von den Reaktionsgasen der
Reihe nach von oben nach unten durchströmt werden, und der in seinem unteren Teil einen Wärmeaustauscher
besitzt, in dem die aus dem letzten Katalysatorbett fließenden Gase frisch zugeführte Gase
erhitzen und dadurch diese Gase auf die Reaktionstemperatur bringen, bevor sie durch das erste Katalysatorbett
strömen. Bei Durchlaufen eines Katalysatorbettes findet jedesmal ein Temperaturanstieg statt
und deshalb muß, nachdem die Reaktionsgase ein Katalysatorbett durchströmt haben, die Temperatur
der Gase verringert werden, bevor die Gase in das nächste Katalysatorbett einströmen, damit die bestmöglichen
Reaktionstemperaturbedingungen während des Vorgangs erhalten bleiben. Die Temperaturverringerung
wird durch Zuführen kalter, frischer Gase in den Reaktionsgasstrom nach Verlassen eines Katalysatorbettes
und vor Einströmen in das nächste Bett bewirkt. Ähnliche Grundsätze gelten im Fall
endothermer Reaktionen, wobei bei diesen Reaktionen heiße, frische Gase zwischen die Katalysatorbetten
eingeführt werden, um die Temperatur der in ein Katalysatorbett einströmenden Gasmischung auf
die für ein wirksames Verfahren notwendige Höhe zu bringen.
Bei Verfahren dieser Art, bei denen genaue Tem-Druckreaktor zur Durchführung katalytischer
Gasreaktionen
Gasreaktionen
Anmelder:
Chemical Processes of Ohio Inc.,
Cincinnati, Ohio (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,
Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg
und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,
6000 Frankfurt, Große Eschenheimer Str. 39
Als Erfinder benannt:
Theodore Oscar Wentworth,
Cincinnati, Ohio (V. St. A.)
Theodore Oscar Wentworth,
Cincinnati, Ohio (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Juni 1963 (288 226)
peraturregelung notwendig ist, muß die Temperatur der Gase unmittelbar vor Einströmen in ein Katalysatorbett
quer zur Strömungsrichtung der Gase einheitlich sein. Dies erfordert ein sehr wirksames und
gründliches Vermischen der ein Bett verlassenden Gase mit dem frischen kalten oder gegebenenfalls
heißen Gas, bevor der vereinigte Strom in das nächste Bett einströmt. Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung
geschaffen, die ein solches wirksames und gründliches Mischen ermöglicht. Sie besteht darin,
daß in Kammern zwischen den Katalysatorbetten ringförmige Verteilerköpfe für das Kaltgas mit einer
Vielzahl von Bohrungen ud darunter jeweils eine horizontale Trennplatte mit Einschnitten an ihrem
Umfang angeordnet sind. Die erste Kaltgaszuführung erstreckt sich vorzugsweise in an sich bekannter
Weise durch den Wärmeaustauscher hindurch bis an eine axial vom Wärmeaustauscher durch die Katalysatorschichten
verlaufende Leitung für die Zuführung des erwärmten umzusetzenden Gases zur ersten Katalysatorschicht.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Zeichnungen hingewiesen, die beispielsweise eine
Ausführungsform der Erfindung darstellen, die insbesondere zur Erzeugung von Methanol aus Wasserstoff
und Kohlenmonoxyd geeignet ist, und zwar zeigt
809 508/32+
Fig. 1 eine Außenansicht eines senkrecht angeordneten
zylindrischen Reaktionsgefäßes mit seinen senkrecht angeordneten Leitungen und den Regelventilen
zur Regelung der Strömung,
Fig. 2 weitere bauliche Einzelheiten des Reaktionsgefäßes
nach Fig. 1, wobei das Gefäß in seinem oberen Teil mit fünf in Reihe angeordneten Katalysatorbetten
und in seinem unteren Teil mit einem Wärmeaustauscher versehen ist,
Fig. 4 die Ausbildung des Gefäßes zwischen den Katalysatorbetten, durch die ein wirksames Mischen
von das Bett verlassenden Gasen mit kaltem Gas erzielt wird und
Fig. 5 in genauerer Darstellung und größerem Maßstab einen Teil der Fig. 4.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Leitung bzw. Rohr 1 an eine (nicht gezeigte) Quelle von umzuset-
dem in der durch die Leitung 32 strömenden Mischung vorhandenen Hauptgasstrom und dem ersten
kalten Strom und daher die Temperatur der Mischung geregelt werden. Die Leitung 34 ist so lang, daß der
erste kalte Druckstrom unmittelbar durch den Wärmeaustauscher strömt, bevor er sich mit dem
Hauptgasstrom vermischt.
Fig. 4 zeigt die Ausführungsweise des Reaktionsgefäßes am obersten Katalysatorbett, wobei der Ka-
Fig. 3 bauliche Einzelheiten des Gefäßes in dem io talysator entfernt ist. Bezugsziffer 35 bezeichnet eine
Bereich des oberen Endes des Wärmeaustauschers, obere, mit Löchern versehene Platte und Ziffer 36
eine untere perforierte Platte, die das oberste Katalysatorbett trägt, wenn der Katalysator eingebracht ist.
Bezugnehmend auf Fig. 4 und 5 strömt der aus dem Hauptgasstrom und dem ersten Druckstrom bestehende
Strom durch die Leitung 32 und darauf durch die Platte 35 und das von der Platte 36 getragene
Katalysatorbett nach unten. Bei Durchströmen des Katalysatorbettes steigt die Temperatur des Gas-
zenden Beschickungsgasen angeschlossen; im Fall, 20 stromes, und der Gasstrom strömt durch die Platte
daß Methanol hergestellt werden soll, bestehen diese 36. Unterhalb der Platte 36 befinden sich in der
Gase aus einer geeigneten Mischung aus Wasserstoff durch die Platten 36 und 41 begrenzten Kammer der
und Kohlenmonoxyd. Die Leitung 1 ist mit einem kreisförmige bzw. am Umfang verlaufende Verteiler-Verteilerkopf
2 verbunden, von dem aus ein Haupt- kopf 37 und eine horizontale Trennplatte 38. Der
beschickungsgasstrom durch eine Leitung 3, ein er- 25 Verteilerkopf ist mit der Leitung 5 für den zweiten
ster kalter Strom durch eine Leitung 4 und ein zwei- kalten Strom verbunden und mit einer Vielzahl von
ter kalter Strom durch Leitungen 5,6,7 und 8 in das Bohrungen 39 versehen, durch die der zweite kalte
Reaktionsgefäß fließen. Ventile 10, 11, 12, 13, 14 Strom fließt und sich danach mit dem Strom der Re-
und 15 sind zur Regelung der in der Zeiteinheit strö- aktionsgase, die die Platte 36 durchströmt haben,
menden Menge des jeweils durch eine der Leitungen 30 mischt. Die Trennplatte 38 ist horizontal unterhalb
3, 4, 5, 6, 7 und 8 zugeführten Gases vorgesehen. Die der Bohrungen 39 gelagert und mit Einschnitten bzw.
durch die Reaktion in dem Reaktionsgefäß 9 er- Aussparungen 40 versehen, durch die die Reaktionszeugten
Produkte verlassen das Reaktionsgefäß durch gase fließen, die nun auch den durch die Leitung 5
die Auslaßleitung 16. fließenden zweiten kalten Strom enthalten. Nachdem
Bezugnehmend auf Fig. 2 weist das Reaktions- 35 die Reaktionsgase durch die Einschnitte bzw. Ausgefäß
9 einen stark ausgebildeten äußeren Gehäuse- sparungen 40 geflossen sind, durchströmen sie die mit
mantel 17 auf, der in seinem oberen Teil fünf Kata- Löchern versehene Platte 41 und gelangen in das
lysatorbetten enthält, die von dem oberen Ende des nächste Katalysatorbett. Die Bezugsziffern 42 und 43
Reaktionsgefäßes aus gesehen mit den Bezugszahlen bezeichnen Thermoelemente, die jeweils die Tempe-18,
19, 20, 21 und 22 bezeichnet sind. Das Reak- 40 ratur des Gasstromes vor und nach Zuströmen des
tionsgefäß 9 weist außerdem einen rohrförmigen, mit zweiten kalten Stromes messen. Dieser Vorgang wird
geradliniger Durchströmung arbeitenden Wärmeaustauscher 23 am unteren Ende auf.
Der in Fig. 2 gezeigte allgemeine Strömungsweg
des umzusetzenden Gases verläuft folgendermaßen: 45
Der Hauptgasstrom tritt bei 3 in das Reaktionsgefäß
ein und strömt durch den ringförmigen Raum 24
zwischen dem starken Außengehäuse 17 und den
Katalysatorbehältern 25, 26, 27, 28 und 29 sowie
zwischen dem Gehäuse 17 und dem Wärmeaus- 50 gefäß heraus.
des umzusetzenden Gases verläuft folgendermaßen: 45
Der Hauptgasstrom tritt bei 3 in das Reaktionsgefäß
ein und strömt durch den ringförmigen Raum 24
zwischen dem starken Außengehäuse 17 und den
Katalysatorbehältern 25, 26, 27, 28 und 29 sowie
zwischen dem Gehäuse 17 und dem Wärmeaus- 50 gefäß heraus.
tauscher 23 nach unten. Der Hauptgasstrom strömt Bezugszeichen 46 bezeichnet in schematischer Dar-
nun durch eine Vielzahl von im Boden des Wärmeaustauschers vorgesehenen Bohrungen 30 und durch
den Wärmeaustauscher 23 an der Außenseite der
einen Teil des Wärmetauschers bildenden Rohre 31 55
nach oben. Nach Durchströmung des Wärmeaustauschers 23, in dem er erhitzt worden ist, tritt der
Hauptgasstrom in die axial verlaufende Leitung 32
ein, die mit einem am oberen Ende des Wärmeaustauschers 23 angeordneten Verteilerkopfteil 33, wie 60 1,83 m. Das Reaktionsgefäß enthält fünf Katalysain Fig. 3 deutlicher dargestellt ist, verbunden ist. Bei torbetten, wobei die Betten von oben nach unten Eintritt in die Leitung 32 mischt sich der Hauptgas- jeweils 1066 bzw. 1182 bzw. 1303 bzw. 1423 bzw. strom mit dem ersten kalten Strom, der durch die 2362 kg Katalysator enthalten. Der Katalysator ist Leitung 4 in das Reaktionsgefäß einströmt und durch ein herkömmlicher Zinkoxyd-Chromoxyd-Katalysator die axial verlaufende Leitung 34, die sich in dem 65 zur Synthese von Methanol mit einer Teilchengröße rohrförmigen Wärmeaustauscher 23 befindet, nach von ungefähr 8 mm.
den Wärmeaustauscher 23 an der Außenseite der
einen Teil des Wärmetauschers bildenden Rohre 31 55
nach oben. Nach Durchströmung des Wärmeaustauschers 23, in dem er erhitzt worden ist, tritt der
Hauptgasstrom in die axial verlaufende Leitung 32
ein, die mit einem am oberen Ende des Wärmeaustauschers 23 angeordneten Verteilerkopfteil 33, wie 60 1,83 m. Das Reaktionsgefäß enthält fünf Katalysain Fig. 3 deutlicher dargestellt ist, verbunden ist. Bei torbetten, wobei die Betten von oben nach unten Eintritt in die Leitung 32 mischt sich der Hauptgas- jeweils 1066 bzw. 1182 bzw. 1303 bzw. 1423 bzw. strom mit dem ersten kalten Strom, der durch die 2362 kg Katalysator enthalten. Der Katalysator ist Leitung 4 in das Reaktionsgefäß einströmt und durch ein herkömmlicher Zinkoxyd-Chromoxyd-Katalysator die axial verlaufende Leitung 34, die sich in dem 65 zur Synthese von Methanol mit einer Teilchengröße rohrförmigen Wärmeaustauscher 23 befindet, nach von ungefähr 8 mm.
oben strömt. Durch geeignete Regelung der Ven- Das durch die Leitung 1 zugeführte Gas steht unter
tile 10 und 11 kann das Mengenverhältnis zwischen einem absoluten Druck von 414 kg/cm2, hat eine
während des Durchströmens der Reaktionsgase durch die verschiedenen Katalysatorbetten im Reaktionsgefäß wiederholt.
Die in Fig. 2 gezeigte perforierte Platte 44 trägt das unterste Katalysatorbett. Der Strom der Reaktionsgase
strömt durch die Platte 44 nach unten in den Kanal 45, darauf durch die Rohre 31 nach unten
und durch die Auslaßleitung 16 aus dem Reaktionsstellung gezeigte elektrische Anschlüsse an elektrische
Heizvorrichtungen, die in herkömmlicher Weise zum Einleiten der Reaktion verwendet werden.
Ein in den Zeichnungen gezeigtes Reaktionsgefäß hat beispielsweise eine Gesamtlänge von ungefähr
14,63 m und einen Außendurchmesser von ungefähr
Temperatur von 56° C und enthält die folgenden Gase in den folgenden Molprozenten: Wasserstoff
58,55, Kohlenmonoxyd 11,53 Kohlendioxyd 3,21, Methan 17,57, Äthan 1,65 und Stickstoff 7,49.
Ungefähr 3175,1 kmol/Std. des Hauptbeschikkungsgases
werden durch die Leitung 3 eingeführt. Die Menge des durch die Leitung 4 zugeführten
ersten kalten Stromes wird so geregelt, daß die Temperatur der in das erste Katalysatorbett eintretenden,
aus dem Hauptgasstrom und dem ersten kalten Strom bestehenden Mischung ungefähr 332° C beträgt. Zu
diesem Zweck werden 317 bis 635 kmol/Std. des ersten kalten Stromes durch die Leitung 4 in das
Reaktionsgefäß eingeführt. Die Temperatur der das erste Katalysatorbett verlassenden Gase beträgt danach
ungefähr 354° C.
Die Mengen der nach dem ersten, zweiten, dritten und vierten Katalysatorbett zugeführten kalten
Ströme werden so geregelt, daß die Temperatur der in das zweite, dritte, vierte und fünfte Katalysatorbett
eintretenden Reaktionsmischung auf 332° C gehalten wird. Um dies zu erreichen, werden ungefähr
272 bis 363 kmol/Std. des zweiten kalten Stromes zwischen das erste und das zweite Bett, ungefähr 317
bis 408 kmol/Std. zwischen das zweite und dritte Bett, ungefähr 363 bis 454 kmol/Std. zwischen das
dritte und vierte Bett und ungefähr 408 bis 499 kmol/Std. zwischen das vierte und fünfte Bett
geleitet.
Der umgesetzte, durch die Leitung 16 fließende Strom steht unter einem Druck von ungefähr
kg/cm2, seine Temperatur beträgt ungefähr 160° C, und er enthält die folgenden Stoffe in den
folgenden Molprozent: Wasserstoff 55,10, Kohlenmonoxyd 8,72, Kohlendioxyd 3,27, Methan 18,98,
Äthan 1,77, Stickstoff 8,08, Methanol 3,68, Dimethyläther 0,05, höhere Alkohole 0,02 und Wasser
0,33.
Claims (1)
1. Druckreaktor zur Durchführung katalytischer Gasreaktionen mit einer Mehrzahl übereinander
angeordneter, durch Kammern mit Kaltgaszuführungen voneinander getrennter Katalysatorschichten
und einem Wärmeaustauscher im unteren Teil, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammern je ein ringförmiger Verteilerkopf (37)
für das Kaltgas mit einer Vielzahl von Bohrungen (39) und darunter jeweils eine horizontale Trennplatte
(38) mit Einschnitten (40) an ihrem Umfang angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kaltgaszuführung
(34) in an sich bekannter Weise durch den Wärmeaustauscher (23) hindurch bis an die axial
durch die Katalysatorschichten verlaufende Leitung (32) heranreicht.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie«, 3. Auflage, 1. Band, 1951, S. 913.
»Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie«, 3. Auflage, 1. Band, 1951, S. 913.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 508/324 2.68 © Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US288226A US3254967A (en) | 1963-06-17 | 1963-06-17 | Multiple bed catalyst apparatus having close temperature control |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1261116B true DE1261116B (de) | 1968-02-15 |
Family
ID=23106277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEC33089A Pending DE1261116B (de) | 1963-06-17 | 1964-06-10 | Druckreaktor zur Durchfuehrung katalytischer Gasreaktionen |
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BE (1) | BE648734A (de) |
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DE (1) | DE1261116B (de) |
ES (1) | ES300421A1 (de) |
FR (1) | FR1396218A (de) |
GB (1) | GB1079643A (de) |
NL (1) | NL6405888A (de) |
SE (1) | SE301633B (de) |
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