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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen von zur
Durchführung von katalytischen Reaktionen in Flüssig- oder Gasphase geeigneten Reaktionsrohren.
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Bei Verwendung der seit kurzer Zeit immer mehr in Gebrauch kommenden
aus anorganischem oder organischem Material bestehenden Ionenaustauscher als Katalysatoren
bei der Durchführung katalytischer Reaktionen in der Flüssig- oder Gasphase ist
es möglich, im großtechnischen Betrieb Reaktionsrohre mit wesentlich größerem Durchmesser
als es bei anderen bisher bekannten katalytischen Reaktionen in der Gas- oder Flüssigphase
bis jetzt technisch durchführbar war, zu verwenden.
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Die Begründung dieser Tatsache liegt in der geringen spezifischen
Aktivität der als Katalysatoren verwendeten, aus anorganischem oder organischem
Material bestehenden Ionenaustauscher, die bei exothermen Reaktionen pro Volumen-
und Zeiteinheit nicht übermäßig viel, schwer abführbare und daher gegebenenfalls
die Reaktion oder den Katalysator störende Reaktionswärmemenge entstehen läßt. Bei
Verwendung von aus anorganischem oder organischem Material bestehenden Ionenaustauschern
als Katalysatoren von in flüssiger oder gasförmiger Phase durchgeführten katalytisch
gesteuerten Reaktionen kann die entstehende Reaktionswärmemenge ohne das Auftreten
von Oberhitzungserscheinungen von der Gas- bzw. Flüssigphase aufgenommen werden,
ohne daß ein sofortiger Wärmeaustausch mit der Rohrwand notwendig ist.
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Werden für technische Anwendungsfälle mehrere oder viele solcher
weiten Reaktionsrohre zu Rohrbündelreaktoren zusammengefaßt, so muß, da die Reaktionsrohre
vorzugsweise von unten nach oben, insbesondere von den Reaktionsflüssigkeiten durchströmt
werden, für einen betriebssicheren, oberen Abschluß der Einzelrohre gesorgt werden.
Beim Fehlen dieser Verschlüsse können, auch bei nur geringen Widerstandsunterschieden
in den Rohren, einzelne Rohre durch den Staudruck der Reaktionsflüssigkeiten leergespült
werden, so daß dann die Reaktionsflüssigkeiten nur durch die leergespülten Rohre
strömen und der Reaktor nicht mehr betriebsfähig ist.
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Auch muß dafür gesorgt werden, daß aufgewirbelte und vom Reaktionsstrom
mitgeführte Katalysatorteilchen und der während des Betriebs entstehende Abrieb
der Katalysatormasse zurückgehalten werden, um Ablagerungen und Verstopfungen in
den nachgeschalteten Apparateteilen zu vermeiden. Eine Vorrichtung zum Zurückhalten
muß eine eventuelle Ausdehnung der Katalysatorfüllung infolge Aufquellens der Katalysatorteilchen
berücksichtigen und auch in diesem Fall voll wirksam sein.
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Es ist bekannt, in einem Behälter befindliches körniges Material,
z. B. Ionenaustausch-Material, durch einen auf dessen Oberfläche aufliegenden in
der Höhenlage beweglichen Sieb oder Lochboden daran zu hindern, nach oben hinweggeschwemmt
zu werden, wenn es von unten nach oben von einer Flüssigkeit durchströmt wird. Durch
die Beweglichkeit in der Höhenlage wird berücksichtigt, daß das körnige Material
eventuell aufquellen kann.
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Eine derartige Vorrichtung besitzt aber den Nachteil, feinere Partikeln
des körnigen Materials hindurchzulassen. Insbesondere werden die feinen Partikeln
zwischen dem Rand des aufliegenden Sieb oder Lochbodens und der Behälter-
innenwandung
hindurchgelassen und nach oben weggeschwemmt.
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Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, diesen Nachteil, der einen
Dauerbetrieb der Reaktionsrohre durch ständige Störungen verhindert, zu beseitigen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem mit Katalysatormasse
7 gefüllten und mit der perforierten Platte 9 (vgl. Abb. 1) oder mit der Kappe 10
(vgl. Ab b. 2) abgedeckten Reaktionsrohr 1 ein Kolben eingelassen ist, der aus einer
mit Gewinde versehenen Kolbenstange 3 und einer Lochplatte 4 besteht, die- einen
geringeren Durchmesser als den Innendurchmesser des Reaktionsrohres 1 besitzt, wobei
über der Lochplatte 4 eine Füllung 8 aus inertem Füll- oder Fasermaterial angeordnet
ist, die durch eine weitere Lochplatte 11 festgehalten wird.
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Um das Hineinwandern von gröberen Katalysatorteilchen in das inerte
Füll- oder Fasermaterial zu verhindern, kann über der Lochplatte 4 ein Drahtsieb
5 angeordnet werden, das durch eine dritte Lochplatte 12 in seiner Lage gehalten
wird.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den A b b. 1 und
2 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben: Beispiel In einem mit Katalysatormasse
7 gefüllten Reaktionsrohr 1, das entweder mit dem Rohrbündelboden 2 abschließen
(A b b. 1) oder über diesen hinausragen (Ab b. 2) kann, ist ein verschiebbarer Kolben
angeordnet. Dieser Kolben besteht aus einer vollständig mit Gewinde versehenen Kolbenstange3,
an deren unterem Ende eine kreisförmige Lochplatte 4, deren Durchmesser etwa 1 bis
2 mm kleiner als der Innendurchmesser des Reaktionsrohrs ist, angeschweißt ist.
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Auf der Lochplatte 4 befindet sich ein feines Drahtsieb 5. Mittels
einer darüber befindlichen Lochplatte 12 und einer Sechskantmutter 6 wird das Drahtsieb
eng an die Lochplatte 4 gepreßt. Über dieser aus zwei Lochplatten mit zwischenliegendem
Drahtsieb kombinierten Grundplatte wird eine Füllung 8 aus einem inerten Fasermaterial,
wie Glaswolle, Steinwolle, Stahlwolle od. dgl., derart angeordnet, daß sie den Rohrquerschnitt
vollständig ausfüllt. Die beim Zusammenpressen normalerweise federnde Füllung 8
wird durch eine weitere Lochplatte 11 und eine weitere Sechskantmutter 6 gegen die
kombinierte Grundplatte gepreßt. Dabei wird sie gleichzeitig auch an die Innenwandung
des Reaktionsrohres gepreßt. Da Katalysatormasse aus Ionenaustauschern wegen der
möglichen Quellungsausdehnung meist in einem bestimmten Abstand unterhalb des Rohrverschlusses
endet, muß der Abschlußkolben durch eine Halterung gegen Hineinrutschen gesichert
werden. Dies kann bei einem gemäß A b b. 1 mit dem Rohrbündelboden 2 abschließenden
Reaktionsrohr 1 durch eine den Rohrbündelboden 2 in einem oder mehreren Stücken
abdeckende perforierte Platte 9 erfolgen, die eine Bohrung in der jeweiligen Rohrachse
mit einem etwas größeren Durchmesser als dem der Kolbenstange3 aufweist. Durch eine
darüber geschraubte dritte Sechskantmutter 6 wird dann der Kolben gegen Hineinrutschen
gesichert. Entsprechend erfolgt die Sicherung bei gemäß Ab b. 2 überstehendem Reaktionsrohr
mittels einer aufgeschraubten oder anderweitig befestigten Kappe 10, die für das
Hindurchführen der Kolbenstange 3 durchbohrt ist.
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Der in der beschriebenen Weise aus den Lochplatten
4,
12, 11, dem Drahtsieb 5 und der Füllung 8 gebildete Kolben ist für Flüssigkeiten
durchlässig. Er ist jedoch undurchlässig für das Katalysator-Material.
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Das Drahtsieb hält gröbere Katalysator-Teilchen zurück und hindert
sie, in die Füllung einzudringen.
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Die Füllung hingegen hält auch die Feinstanteile des Katalysators,
z. B. die durch Abrieb entstandenen, zurück. Eine Abdichtung gegenüber der Innenwandung
des Reaktionsrohres wird durch das Anpressen der Füllung an die Innenwandung erreicht.
Diese Funktionen erfüllt der Kolben auch dann, wenn sich die Katalysatorfüllung
infolge Aufquellens der Katalysatorteilchen nach oben ausdehnt. In diesem Fall wird
der gesamte Kolben nach oben geschoben, bis die mittlere Sechskantmutter 6 an der
perforierten Platte 9 bzw. an der Kappe 10 anstößt.
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Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Verschließen von mit Katalysatormasse
gefüllten, mit einer beweglichen Lochplatte geringeren Durchmessers abgedeckten
Reaktionsrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (4) unten an einer mit
Gewinde versehenen Kolbenstange (3) befestigt ist und daß sich zwischen der Lochplatte
(4) und einer weiteren Lochplatte (11) eine Füllung (8) aus einem inerten Fasermaterial
befindet.