DE1442594A1 - Hochdrucksyntheseofen fuer exotherme Gasreaktionen - Google Patents

Description

BADIRCHE ANILIN- & SODA-FABRIK AO

Unser Zeichens O.Z. 23 722 Ki/Wl Ludwigshafen am Rhein» 23.6.I965

Dr. Expl.

Hochdrucksyntheseofen für exotherme Gasreaktionen

Bei vielen exothermen Reaktionen, die in Hochdrucksyntheseöfen durchgeführt werden, beispielsweise bei der Ammoniaksynthese, der Methanolsynthese, der katalytischen Hydrierung von ungesättigten Verbindungen, ist es notwendig, die Reaktionswärme aus dem Syntheseofen abzuführen. Das Abführen der Reaktionswärme geschieht bei den bekannten Ofenkonstruktionen in verschiedener Weises

a) durch in der Katalysatorschicht angeordnete Wärmeaustauschelemente, wobei als Kühlmedium Gase dienen,

b) bei öfen, die mehrere Katalysatorschichten enthalten, durch Anordnung von Wärmeaustauschelementen zwischen den einzelnen Schichten, wobei als Wärmeträger beispielsweise Wasser verwendet wird,

c) durch direkte Kühlung durch Zumischen von Kaltgas zum Synthesegas nach den einzelnen Katalysatorschichten, wo-

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durch die Temperatur des Gesarntgasstromes in gewünschter Weise gesenkt wird*

Die zuletzt genannten Ofenausführungen sind unter der Bezeichnung Mehrschichtöfen bekannt. Bei diesen Öfen kann das Kaltgas in verschiedener Weise zugeführt werden» Bekannt sind Öfen, in denen die Kaltgaszuleitungen in einzelnen Rohren außerhalb des Katalysatorbehälters an der Wand bis zu den Einführungsstellen hinter den einzelnen Katalysatorschichten geführt werden» Bei anderen Öfen liegen die KaItgaszuführungsröhre innerhalb des Katalysatorbehälters und werden direkt durch die Katalysatorschicht zu den jeweiligen Einführungsstellen geleitet. Mit den durch Verbesserung der Aktivität der Katalysatoren gesteigerten Leistungen der Syntheseöfen und dem damit verbundenen höheren Anfall an Reaktionswärme steigt zwangsläufig auch die Menge des zur Abkühlung notwendigen Kaltgases an- Es bereitet daher oftmals Schwierigkeiten» durch die Kaltgasrohrleitungen wegen der durch die Bauweise bedingten, verhältnismäßig engen Rohrleitungsquerschnitte eine für die Kühlung ausreichende Kaltgasmenge an die jeweiligen Einführungsstellen zu bringen. Neben dieser Begrenzung der Kaltgasmenge durch die Rohrleitungsquerschnitte treten weitere Schwierigkeiten dadurch auf, daß die Kaltgasrohre gegen das heiße Katalysatorbett wegen Platzmangels nur unzureichend isoliert werden können, so daß das Kaltgas in unerwünschter Weise erwärmt wird und durch ungleichmäßigen Wärmeentzug die Temperaturvertellung in den einzelnen Katalysator-

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schichten nachteilig beeinflußt wird» Hinzu kommt noch, daß wegen des erheblichen Temperaturunterschiedes sich die Wandungen des Katalysatorbehälters und die Kaltgaszuführungsrohre verschieden stark ausdehnen, so daß die Verbindungen der Kaltgasrohre mit dem Katalysatorbehälter häufig abreißen.

Es wurde nun gefunden, daß bei Hochdrucksyntheseöfen mit mehreren in einem Behälter angeordneten Katalysatorschichten, zwischen denen dem Synthesegas Kaltgas zugemischt wird, diese Nachteile nicht auftreten, wenn das Kaltgas den jeweiligen Mischstellen zwischen den Katalysatorschichten durch ein konzentrisch um den Katalysatorbehälter angeordnetes, in längslaufende Strömungskanäle unterteiltes, gegenüber dem Katalysatorbehälter in der Längsrichtung frei dehnbar angeordnetes Doppelmantelrohr, das nur an seinem unteren Ende mit dem Katalysatorbehälter eine feste Verbindung besitzt, zugeführt wird, wobei das Doppelmantelrohr und der Katalysatorbehälter an den Gaseintrittsstellen durch eine ringförmig verlaufende Eintrittskammer verbunden sind, die nach oben und unten durch am Katalysatorbehälter befestigte und gegen das Doppelmantelrohr gleitend angeordnete Stopfbüchsen abgedichtet ist.

In den Figuren 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Hochdrucksyntheseofen beispielsweise und schematisch veranschaulicht. In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen solchen Ofen dargestellt und in Figur 3 ein Querschnitt entlang der Linie A-B

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veranschaulicht. In Figur 2 ist ein Längsschnitt durch den Ofen an der Schnittstelle der Linie A-B vergrößert dargestellte

In den Figuren ist ein für die Ammoniaksynthese üblicher Syntheseofen, der aus mehreren in einem Hochdruckmantel 2 angeordneten Katalysatorschichten δ, 9» 10, 11 und 12 und einem Wärmeaustauscher 1 besteht, dargestellt. Das Synthesegas tritt durch den oberen Deckel 5 des Ofens in den Zwischenraum J5, der durch die Innenwand des Mantels 2 und den Katalysatorbehälter 4 gebildet wird, in den Ofen ein und strömt nach abwärts bis zu den am unteren Ende des Wärmeaustauschers angeordneten Eintrittsöffnungen 6» Von hier strömt das Gas außerhalb der Rohre des Wärmeaustauschers nach oben und wird durch das zentrale Rohr 7 gesammelt, in dem ein elektrischer Heizbrenner, der in der Figur nicht veranschaulicht ist, angeordnet ist. Am oberen Ende dieses zentralen Rohres treten die Gase unter Umkehrung ihrer Strömungsrichtung in die Katalysatorschicht 8 ein, die im Inneren des Katalysatorbehälters 4 angeordnet ist. Die einzelnen Katalysatorschichten sind nach unten durch die Roste 14 begrenzt. Die Gase durchlaufen nacheinander die Katalysatorschichten 9, 10, 11 und 12 und passieren dann den Wärmeaustauscher 1 im Inneren der Rohre, in denen sie ihre fühlbare Wärme an das frisch eintretende Synthesegas abgeben. Die Synthesegase verlassen den Ofen durch den unteren Deckel I}.

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Durch die im Deckel 5 angeordneten Bohrungen 28 wird dem Ofen das für die Kühlung des Synthesegases erforderliche Kaltgas zugeführt· Das Kaltgas wird den einzelnen Schichten durch das weiter unten näher erläuterte, in Segmente aufgeteilte Doppe!mantelrohr 19 zugeführt. Das Doppelmantelrohr 19* das durch die Rohre 20 und 21 gebildet wird, ist mit den Bohrungen 28 durch die Rohre 26'verbunden. Um die freie Dehnbarkeit des Doppeleantelrohres zu gewährleisten, sind zwischen den Rohren 26 und den Bohrungen 28 Kompensatoren oder Stopfbüchsen 27 angeordnet. Die Rohre 20 und 21 sind oben durch einen Verschluft 23 geschlossen, der nur durch die Zuleitungen unterbrochen ist. Aus dem Doppelmantelrohr 19 gelangt das Kaltgas durch die Schlitze 17 und die Öffnungen 18 des Katalysatorbehälters in den Reaktionsraum. Am unteren Ende ist das Doppelmantelrohr 19 ebenfalls geschlossen und außen mit dem Katalysatorbehälter 4 fest verbunden. Außer dieser Verbindung bestehen keinerlei Befestigungen mit dem Katalysatorbehälter 4. Dadurch wird der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen Katalyaatorbehälter und Doppe!mantelrohr Rechnung getragen und die freie Dehnbarkeit des Behälters gegenüber den Doppelmantelrohr gesichert.

Bei der erfindungegemäßen Ausführung des Syntheseofens 1st der Katalysatorbehälter 4, wie in Figur 2 näher veranschaulicht ist» unabhängig von dem Doppelmantelrohr 19 nach oben frei ausdehnbar. Die Behälterwand 15 des Katalysatorbehälters trägt außen eine durchgehende Wärmeisolierung 16, die durch

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die Schlitze 17 unterbrochen ist, durch die das Kaltgas in den Katalysatorbehälter unterhalb den Katalysatorschichten eingeführt wird. Im Bereich dieser Sehlitze 17 ist die Behälterwand 15 durch Öffnungen 18 unterbrochen» Durch diese Öffnungen 18 gelangt das Kaltgas in das Innere des Katalysatorbehälters 4. Am Umfang des Katalysatorbehälters * befindet sich an den Eintrittsstellen 18 innerhalb der Isolationsschicht 16 eine ringförmige Kaltgteetntrfcttskejamer 29. Diese Eintrittsfcammer wird durch die Grundringe 50 gebildet, wobei diese Grundringe mit der Wand des Katalysetorbehlltere fest verbunden sind, während sie gegenüber dem Doppe!mantelrohr keine feste Verbindung aufweisen. Die Abdichtung erfolgt durch je eine oberhalb und unterhalb der AustrittstJffnungen angeordnete Stopfbüchspackung 22, die gegenüber de» Doppelmantelrohr 19 gleitend und gegenüber dem Mantel 15 des Katalysatorbehälters 4 fest angeordnet ist. Die Höhe der ringförmigen Kaltgaselntrittskammern 29 nmfl so gewählt werden, dafl auch bei gröÄerer Ausdehnung des Katalysatorbehälter· 4 gegenüber dem Doppelmantelrohr 19 die in diesem angeordneten Öffnungen von den Stopfbüchspackungen 22, die mit Hilf» ein·· Schrauben· gewindes ^l eingestellt werden, nicht überdeckt werden.

Entsprechend der Zahl der ZufUhrungestellen lat 4m» Doppelmantelrohr,, wie in Plgur 3 veranschaulicht» duroh Innerhalb dee Doppelmantelrohres llngeverleufende TrennwKnie 2h in mehrere Segmente aufgeteilt. Für den vorliegenden Syntheseofen würde es an sich ausreichen, das Doppelmantelrohr in vier

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Segmente aufzuteilen. Da jedoch die durch die Trennwände 24 gebildeten Zuführungskanäle 25 wegen der verschieden hohen Lagen der Kaltgaseinführungsstellen auch verschiedene Längen haben müssen, würde das Doppelmantelrohr 19 bei Berührung mit dem Kaltgas infolge unterschiedlicher Wärmeeinwirkung verschieden beansprucht werden, so daß es sich verziehen könnte. Es ist daher zweckmäßig, das Doppelmantelrohr für jede Kaltgaszuführung in mehr als ein Segment, z.B. in¹ zwei, drei oder vier symmetrisch verteilte Segmente, aufzuteilen. Im vorliegenden Fall ist das Doppelmantelrohr für jede Kaltgase inführungsstelle in zwei Segmente aufgeteilt. In gleicher Höhe mit der ringförmigen Kaltgaseintrittskammer sind in den entsprechenden KaltgaszufUhrungskanälen 25 des Doppelmantelrohres 19 Öffnungen 17 vorgesehen, die den Austritt des Kaltgases aus dem Doppelmantelrohr in die Kaltgaseintritts- »

kammern 29 und damit in das Innere des Katalysatorbehälters ermöglichen.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Hochdrucksyntheseofen für exotherme Gasreaktionen mit mehreren übereinander in einem Behälter angeordneten Katalysatorschichten, zwischen denen dem Synthesegas Kaltgas zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltgas den jeweiligen Mischstellen zwischen den Katalysatorschichten durch ein konzentrisch um den Katalysatorbehälter angeordnetes, in längslaufende Strömungskanäle unterteiltes, gegenüber dem Katalysatorbehälter in der Längsrichtung frei dehnbar angeordnetes Doppelmantelrohr, das nur an seinem unteren Ende mit dem Katalysatorbehälter eine feste Verbindung besitzt, zugeführt wird, wobei das Doppelmantelrohr und der Katalysatorbehälter an den Gaseintrittsstellen durch eine ringförmig verlaufende Eintrittskammer verbunden sind, die nach oben und unten durch am Katalysatorbehälter befestigte und gegen das Doppelmantelrohr gleitend angeordnete Stopfbüchsen abgedichtet ist.

   BADISCHE ANILIN- & SODA-FABRIK AG

   Zeichn.

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