DE1426731A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abhitze-Verwertung in einem Hochdruckreaktor fuer katalytische,exotherme Gasreaktionen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Abhitze-Verwertung in einen Hochdruckreaktor für katalytische, exotherme Gasreaktionen Bei der Durchführung exothermer, katalytischer Gasrekationen, wie z.B. bei der Methanolsynthese aus Wasserstoff und Kohlenoxyd oder bei der Ammoniaksynthese fallen erhebliche Wärmemengen an, welche im Katalysatorraum so abgeführt werden müssen, daß eine drtliche Oberhitzung versieden und optimale Reaktionsverhaltnisse erzielt werden. Un dieses Ziel zu erreichen, wurden bereits zahlreiche Maßnahmen vorgeschlagen. Es ist beispielsweise bekannt, den mit Katalysator gefflllten Raum zu unterteilen und Wärmeaustauscher zwischen den einzelnen Katalysatorschichten anzuordnen. Es ist ferner bekannt, das Frischgas oder einen Teil des Frischgases mit dem den Katalysator verlassenden Gas in Wärieaustausch zu bringen und letzteres somit auf die Reaktionsteiperatur vorzuheizen.
• Schließlich ist es bekannt, das Gas, welches das Katalysatorbett vcrlasst, in einen außen liegenden Wärmeaustauscher abzuführen, wobei es einen wesentlichen Teil seiner Wärme abgibt, und es dann zur Vorwärmung der nicht reagierten Gase in den Reaktor zurückzuführen.
• Gemäß der Erfindung wird ii Gegensatz zu den bekannten Verfahren die Wärme von den aus der Reaktionszone kommenden Gasen nicht unmittelbar an das nicht reagierte Gas ii Kontaktofen abgegeben, sondern der Wärmeinhalt der reagierten Gase im Kontaktofen selbst zur Erzeugung von Hochdruckdampf benutzt. Erst dann werden die abgekühlten Abgase mit den nicht reagierten Gas in Berührung gebracht, um dieses aufzuheizen.
• Einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Wärme in Form von Dampf in einfacher und wirksamer Weise zurückgewonnen werden kann, ohne daß zusätzliche Apparate, welche außerhalb des Konverters liegen, benötigt werden.
• Damit entfällt jedoch das kritische Problem der Ableitung des hocherhitzten Abgases durch Rohrleitungen in außenlisgende Vorrichtungen. Die Wärmegewinnung erfolgt bei der höchsten Temperatur der Gase unmittelbar bei deren Austritt aus dem Katalysatorbett und damit ohne irgendwelche Verluste durch Strahlung.
• Es ist zwar bekannt, die Reaktionsswärme in der Weise aus dem Katalysatorraum selbst abzuführen, daß die Katalysatormasse in verschiedene Schichten unterteilt wird und Stahlrohrschlangen in diesen Zwischenräumen vorgesehen sind, durch welche Wasser gepumpt wird. Die Einstellung der Temperatur im Katalysator erfolgt durch Regelung der Wasserzufuhr in die verschiedenen Rohrschlangen. Bei einer zolchen Anordnung fällt der Dampf jedoch entsprechend der jeweiligen Regelungssituation in unterschiedlichen Mengen an, was für eine wirtschaftliche Ausnutzung nachteilig ist.
• Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfaßt einen im Konverter liegenden bekannten Wärmetauscher zur Vorwärmung der nicht reagierten Gase, einen Gas-Verteilungsraum über und einen Gas-Sammelraum unter den Wärmetauscher, einen über dem Gaswerteilungsraum liegenden Dampferzeuger, ein Verteilarblech, welches gleichzeitig und unabhängig voneinander den Durchtritt des reagierten Gases und di Zuführung des nicht reagierten Gases zu einem zentralen Verteilerrohr im Katalysatorraum gestattet und die eigentlichen Katalysatorbetten. Die Zufuhr des zur Dampferzeugung verwendeten Wassers und die Ableitung des Hochdruckdampfes erfolgt über eine zentrale Ableitung, welche sich sowohl über die Höhe des Wärmetauschers als auch über die Höhe des Dampferzeugers erstreckt. Ein Ringraum zwischen der Konvertermantel und den Konvertereinsätzen ermöglicht die Zufuhr des nicht reagierten Gases vom oberen Eintritt bis zum unter liegenden Wärmetauscher und bwirkt damit eine wirkungsvolle Kühlung des Konvertermantels.
• Eine Ausführungsform der Erfindung zeigt die Figur: In einem Konvertermantel (1) rind übereinander die Katalysatorschichten (2), der Dampferzeuger (3) und dor Wärmetauscher (4) angeordnet. Das bei (5) eintretende nicht reagierte Gas wird in an sich bekannter Weise durch den Ringraun t6) zwischen dem Hochdruckmantel (1) und dem Katalysatorraum (2) nach unten geführt. Am Ende des Ringraumes wird es nach oben abgelenkt und tritt durch den Wärmetauscher (*). Dieser Wärmetauscher besteht aus einem oberen und unteren Abdeckblech (7), dazwischen angeordneten Prallblechen (8) und den Rohren (9). Das vorgewärmte Gas strömt durch den Ringraum (lo) über das Verteilerblech (11) in das Zentrairohr (12). In diesem befindet sich die für das Anfahren notwendige Heizvorrichtung (13) mit der Zulcitung (14).
• Im Zentralrohr steigt das nicht reagierte Gas, welches nunmehr auf die Reaktionstemperatur gebracht worden ist, auf und tritt in den Katalysatorraum (2) ein. Das Verteilerblech (11) weist radiale Bohrungen (15) für die Zuleitung des nicht reagierten Gases und axiale bohrungen (16) für den Durchtritt des reagierten Gases aus der Katalysatorschicht auf. Dadurch ist es möglich, auf sehr geringem Raum vorgewärmtes Gas und reagiertes Gas aneinander vorbeisuführen. Nach Durchtritt des reagierten Gases durch das Verteilerblach (11) trifft dieses auf den Dampferzeuger (3), in dem der wasentliche Teil seines Wärmeinhaltes zur Erzeugung von Hochdruckdampf ausgenutzt wird. Das dazu notwendige Speisewasser wird durch den Ringraum (17) über die Verteilerleitung (18) in das Rohrsystem (19) geführt. Der anfallende Dampf tritt über das Sammelrohr (20) durch die zentrale Ableitung (21) aus dem Konverter aus. Das reagierte Gas strömt nach Verlassen des Dampferzeugers in die Verteilerkammer (22) und gelangt über die Rohre (9) zum Wärmeaustausch nit den nicht reagierten Gas. Im Sammelraum (23) werden die einzelnen Gasströme vereinigt und verlassen den Konverter über den Ringraum (24).

Claims (3)

1. P a t e n t a n s p r U c-h e 1.) Verfahren zur Erzeugung von Hochdruckdampf bei der Durchführung exothermer, katalytischer Gasreaktionen unter hohem Druck und hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die reagierten Gase unmittelbar nach Verlassen des Xatalysators einen im Reaktor liegenden Wärmetauscher zur Erzeugung von Hochdruckdampf durchströmen und daran anschließend in bekannter Weiso. zum Vorwärmer für das nicht reagierte Gas geführt werden.
2. 2.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anpruch 1, gekennzeichnet durch einen Konvertermantel; einen darin befindlichen Wärmetauscher zur Vorwärmung der nicht reagierten Gase; einen Gasverteilungsraum über und einen Gassammelraum unter dem Wärmetauscher; einen über dem Gasverteilungsraum liegenden Dampferzeuger; ein Verteilerblech mit axialen Bohrungen für den Durchtritt des reagierten Gases und radialen Bohrungen für die 2uführung des nicht reagierten Gases zu einem zentralen Verteilerrohr in Katalysatorraum; und über dem. Verteilerblech angeordneten Katalysatorbetten.
3. 3.) Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des zur Dampferzeugung verwendeten Wassers und die Ableitung des Hochdruckdampfes über zentrale und koaxial zueinander angeordnete Rohre erfolgt, welche sich sowohl über die Hhe des Wärmetauschers als auch Ober die H6-he des Dampferzeugers erstrecken.