DE1426731C - Vorrichtung zur Abhitzeverwertung in einem Hochdruckreaktor für katalytische, exotherme Gasreaktionen - Google Patents

Description

Bei der Durchführung exothermer, katalytischer Gasreaktionen, wie bei der Methanolsynthese aus Wasserstoff und Kohlenoxyd oder bei der Amrnoniaksynthese fallen erhebliche Wärmemengen an, welche im Katalysatorraum so abgeführt werden müssen, daß eine örtliche Überhitzung vermieden und optimale Reaktionsverhältnisse erzielt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden bereits zahlreiche Maßnahmen vorgeschlagen. Es ist beispielsweise bekannt, den mit Katalysator gefüllten 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 Wärmeaustausch zu bringen und letzteres somit auf die Reaktionstemperatur vorzuheizen.

Schließlich ist es bekannt, das Gas, welches das Katalysatorbett verläßt, in einen außenliegenden Wärmeaustauscher abzuführen, wodurch es einen wesentlichen Teil seiner Wärme abgibt und erst dann zur Vorwärmung der nicht reagierten Gase in den Reaktor zurückzuführen.

Es ist zwar bekannt, die Reaktionswärme in der Weise aus dem Katalysatorraum selbst abzuführen, daß die Katalysatormasse in verschiedene Schichten unterteilt wird und Rohrschlangen zwischen diesen Schichten angeordnet sind. Durch die Rohrschlangen wird Wasser gepumpt. Die Einstellung der Temperatur in den Katalysatorschichten erfolgt durch Regelung der Wasserzufuhr in die verschiedenen Rohrschlangen. Bei einer solchen Anordnung fällt der Dampf. jedoch entsprechend der jeweiligen Regelungssituation in unterschiedlichen Mengen an, was für eine wirtschaftliche Ausnutzung nachteilig ist.

Gemäß der Erfindung wird im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen die Wärme von den aus der Reaktionszone kommenden Gasen nicht unmittelbar an das nicht reagierte Gas im Kontaktofen abgegeben, sondern der Wärmeinhalt der reagierten Gase im Kontaktofen selbst zur Erzeugung von Hochdruckdampf benutzt. Erst dann werden die abgekühlten Gase mit dem nicht reagierten Gas in Berührung gebracht, um dieses aufzuheizen. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der zur Erzeugung von Dampf hohen Druckes dienende Wärmetauscher hinter den Katalysatorschichten, in Strömungsrichtung des reagierten Gases gesehen, der Gaswärmetauscher zur Vorwärmung des nicht reagierten Gases hinter

ίο dem Hochdruckdampferzeuger, in Strömungsrichtung des reagierten Gases gesehen, angeordnet ist, und die Zufuhr des zur Dampferzeugung dienenden Wassers und die Ableitung des Hochdruckdampfes über zentrale und koaxial zueinander angeordnete Rohre erfolgt, die den Gaswärmetauscher zentral durchlaufen.

Einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfin- | dung besteht darin, daß die Wärme in Form von j Dampf in einfacher und wirksamer Weise zurückgewonnen werden kann, ohne daß zusätzliche Apparate,

ao welche außerhalb des Konverters liegen, benötigt wer- I den.

Damit entfällt gleichzeitig das kritische Problem/^ der Ableitung der hocherhitzten Gase durch Rohrlei-^p tungen in außenliegende Vorrichtungen. Die Wärme-

»5 gewinnung erfolgt bei der höchsten Temperatur der Gase unmittelbar bei deren Austritt aus der letzten Katalysatorschicht und damit ohne irgendwelche Wärmeverluste.

Eine Ausführungsform der Erfindung zeigt die Zeichung. In einem Konvertermantel 1 sind untereinander die Katalysatorschichten 2, der Dampferzeuger 3 und der Gaswärmetauscher 4 angeordnet. Das bei 5 eintretende nicht reagierte Gas wird in an sich bekannter Weise durch den Ringraum 6 zwischen dem Hochdruckmantel 1 und den Katalysator-Schichten 2 nach unten geführt. Am Ende des Ringraumes wird es nach oben abgelenkt und tritt durch den Wärmetauscher 4.

Dieser Wärmetauscher besteht aus einem oberen und unteren Rohrboden 7, dazwischen angeordneten Prallblechen 8 und den Rohren 9. Das vorgewärmte Gas strömt durch den Ringraum 10, durch den Doppelboden 11 in das Zentralrohr 12. In diesem befindet^ sich die für das Anfahren notwendige Heizvorrichtung* 13 mit der Zuleitung 14. Im Zentral rohr steigt das nicht reagierte Gas, welches nunmehr auf die Reaktionstemperatur gebracht worden ist, auf und tritt in die erste Katalysatorschicht 2 ein. Der Doppelboden 11 weist radiale Kanäle 15 für die Zuleitung des nicht reagierten Gases und axiale Kanäle 16 für den Durchtritt des reagierten Gases aus der letzten Katalysatorschicht auf. Dadurch ist es möglich, auf sehr geringem Raum vorgewärmtes Gas und reagiertes Gas aneinander vorbeizuführen. Nach Durchtritt des reagierten Gases durch den Doppelboden 11 trifft dieses auf den Dampferzeuger 3, in dem der wesentliche 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 mit dem nicht reagierten Gas. Im Sammelraum 23 werden die einzelnen Gasströme vereinigt und verlassen den Konverter über den Ringraum 24.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Erzeugung von Hochdruckdampf bei der Durchführung exothermer, katalytischer Gasreaktionen unter hohem Druck und hoher Temperatur mit innerhalb des Konvertermantels angeordneten Wärmetauschern, wobei mindestens ein Wärmetauscher zur Erzeugung von Dampf und mindestens ein Wärmetauscher zur Vorwärmung des nicht reagierten Gases dient, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung von Dampf hohen Druckes dienende Wärmetauscher hinter den Katalysatorschichten, in Strömungsrichtung des reagierten Gases gesehen, der Gaswärmetauscher zur Vorwärmung des nicht reagierten Gases hinter dem Hochdruckdampferzeuger, in Strömungsrichtung des reagierten Gases gesehen, angeordnet ist und die Zufuhr des zur Dampferzeugung dienenden Wassers und die Ableitung des Hochdruckdampfes über zentrale und koaxial zueinander angeordnete Rohre erfolgt, die den Gaswärmetauscher zentral durchlaufen.