DE1442941B

DE1442941B - Large capacity converter with several catalyst beds for carrying out exothermic chemical reactions

Info

Publication number: DE1442941B
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Dr Brand Karl Hackmann Rolf Dipl Ing Brieke Hans Gunter 4600 Dortmund Bogner
Original assignee: Friedrich Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG

Description

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines großräumigen Kontaktofens, der zur Durchführung exothermischer Reaktionsverfahren dient. Ein derartiger Kontaktofen besteht in der üblichen Ausführungsform aus einem stehenden oder liegenden, z. B. zylindrischen Hochdruckbehälter, der den Katalysator, häufig einen Wärmeaustauscher zur Aufheizung des zu reagierenden Gases, sowie gegebenenfalls einen oder mehrere Wärmeaustauscher zur Abführung der Reaktionswärme enthält. Der Katalysator wird entweder in mehreren Schichten übereinander angeordnet, wobei man eventuell hinreichende Zwischenräume zwischen den einzelnen Katalysatorschichten einhält, um die Temperatur der Reaktionsgase vor ihren Eintritt in die nächste Schicht, z. B. durch Zumischen von kaltem Frischgas oder durch Wärmeableitung herabzusetzen, oder man ordnet den Kataly¹ sator in zu einem Bündel vereinigten Rohren oder in dem Raum zwischen diesen Rohren an und läßt zur Abführung der Reaktionswärme die aufzuheizenden Frischgase vor ihren Eintritt in den Katalysator durch den Zwischenraum bzw. durch die Rohre selbst strömen. Es sind auch Kontaktofen bekannt, welche sowohl Katalysatorschüttungen als auch Katalysatorröhren verwenden.The invention relates to the design of a large-scale contact furnace which is used to carry out exothermic reaction processes. Such a contact furnace consists in the usual embodiment of a standing or lying, z. B. cylindrical high-pressure container which contains the catalyst, often a heat exchanger for heating the gas to be reacted, and optionally one or more heat exchangers for removing the heat of reaction. The catalyst is either arranged in several layers one above the other, possibly maintaining sufficient spaces between the individual catalyst layers in order to maintain the temperature of the reaction gases before they enter the next layer, e.g. B. by adding cold fresh gas or by dissipating heat, or you arrange the Kataly ¹ sator in a bundle combined tubes or in the space between these tubes and lets the fresh gases to be heated before they enter the catalyst through the to dissipate the heat of reaction Interspace or flow through the pipes themselves. Contact furnaces are also known which use both catalyst beds and catalyst tubes.

Es ist bekannt, in liegenden Konvertern das Reaktionsgas im Querstrom, d. h. senkrecht zur Längsachse des Konverters durch die einzelnen Katalysatorbetten strömen zu lassen.It is known, in horizontal converters, the reaction gas in cross flow, d. H. perpendicular to the longitudinal axis of the converter to flow through the individual catalyst beds.

In jüngster Zeit besteht die Tendenz, Konverter für große Umsätze, z. B. solche für mehr 200 tato NH₃, zu verwenden und die Konverter liegend anzuordnen. Bei solchen Großraumkonvertern stellt sich das Problem der günstigsten Unterbringung der Zwischenwärmetauscher.Recently there has been a tendency to use converters for large volumes, e.g. B. to use those for more than 200 tpd NH ₃ and to arrange the converter horizontally. In such large-capacity converters, the problem of the cheapest accommodation of the intermediate heat exchangers arises.

Gegenstand der Erfindung ist ein Großraumkonverter, bei dem das Problem der Unterbringung der Zwischenwärmetauscher gelöst ist und sich zusätzlich eine erhöhte Ausbeute an NH₃ und Hochdruckdampf bei einem Minimum an Druckverlust durch besondere Anordnung der Zwischenwärmetauscher erzielen läßt.The invention relates to a large-capacity converter in which the problem of accommodating the intermediate heat exchangers is solved and, in addition, an increased yield of NH ₃ and high-pressure steam can be achieved with a minimum of pressure loss through a special arrangement of the intermediate heat exchangers.

Ferner ist es mit dem erfindungsgemäßen Konverter möglich, die Temperatur des Reaktionsgases während des gesamten Reaktionsablaufes im optimalen Bereich zu halten.It is also possible with the converter according to the invention to control the temperature of the reaction gas to be kept in the optimum range during the entire course of the reaction.

Weitere Vorteile eines erfindungsgemäßen Großraumkonverters ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der eine ,Ausführungsform beispielsweise beschrieben wird. -:Further advantages of a large-capacity converter according to the invention result from the following Description in which one embodiment is described, for example. -:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;1 shows a longitudinal section through the device according to the invention;

F i g. 2 ist ein Querschnitt durch den Konverter in Höhe des Katalysatqrraumes.F i g. 2 is a cross section through the converter at the level of the catalyst space.

Der Konvertermantel 1 ist auf den Fundamenten 2 abgestützt. Durch den Stutzen 3 wird das Frischgas in den Gasverteilungsraum 4 im Konverterkopf eingeführt. Das Gas strömt durch den ringförmigen Kanal 5 entlang der Konverterwand und tritt in den mit Schikanen versehenen Wärmetauscher 7 ein. Der Wärmetauscher und damit der gesamte Innenraum des Konverters wird durch das Dichtungsblech 8 abgeschlossen. Der Gasaustritt erfolgt über das Verbindungsstück 9, durch den Stutzen 10, welcher mittels der Dichtungslinse 11 gegen den Konvertermantel abgedichtet ist. Nach dem Vorwärmen verläßt das Gas den Wärmetauscher 7 und strömt über das Zentralrohr 12, das im oder außerhalb des Katalysatorraumes angeordnet sein kann, zum Kopf des Konverters zurück. Im Zentralrohr ist die für das Anfahren des Konverters benötigte Heizvorrichtung 13 enthalten. Über den Verteilerraum 14 erfolgt der Gaseintritt in die -erste Katalysatorschicht 15, die quer zur Achse durchströmt wird.The converter shell 1 is supported on the foundations 2. The fresh gas is fed through the nozzle 3 introduced into the gas distribution space 4 in the converter head. The gas flows through the annular Channel 5 along the converter wall and enters the baffled heat exchanger 7. the The heat exchanger and thus the entire interior of the converter is closed off by the sealing plate 8. The gas is discharged via the connecting piece 9, through the nozzle 10, which by means of the sealing lens 11 is sealed against the converter jacket. Leaves after preheating the gas passes through the heat exchanger 7 and flows through the central pipe 12, which is inside or outside the catalyst chamber can be arranged back to the head of the converter. In the central pipe is the one for that Starting the converter required heating device 13 included. Via the distributor space 14, the Gas entry into the first catalyst layer 15, which is flowed through transversely to the axis.

Die Katalysatorschüttung ruht auf dem Lochblech 16 und wird oben durch das Lochblech 17 abgeschlossen. Der Gassammeiraum 18, der sich über derThe catalyst bed rests on the perforated plate 16 and is closed at the top by the perforated plate 17. The gas collection room 18, which is above the

ίο ersten Katalysatorschüttung bildet, ist unmittelbar ■ mit dem Gasverteilungsraum 19 verbunden, der der zweiten Katalysatorschüttung zugeordnet ist. Das Gas tritt nun in entgegengesetzter Richtung wie in der ersten Katalysatorschicht quer zur Konverterachse durch diesen zweiten Katalysatorraum und wird in entsprechender Weise durch sämtliche nachfolgende Katalysatorräume geführt. Nach Verlassen des gesamten Katalysatorraumes tritt es in den Wärmetauscher 7 ein, um schließlich über den Stutzen 10 den Konverter zu verlassen.ίο forms the first catalyst bed is immediate ■ connected to the gas distribution space 19, which is assigned to the second catalyst bed. The Gas now flows in the opposite direction as in the first catalyst layer, transversely to the converter axis through this second catalyst chamber and is correspondingly through all of the following Catalyst rooms out. After leaving the entire catalyst room, it enters the Heat exchanger 7 in order to finally leave the converter via the nozzle 10.

Die einzelnen Katalysatorräume sind mittels Trennblechen 20 so gegeneinander abgeschlossen, daß ein Kurzschluß des Gasstromes auch nach dem Setzen der Katalysatorschüttung nicht möglich ist.The individual catalyst chambers are closed off from one another by means of metal dividers 20 so that that a short circuit of the gas flow is not possible even after the catalyst bed has been set.

Die Länge der einzelnen Katalysatorräume ist entsprechend dem Reaktionsbedarf so abgestuft, daß das nicht reagierte Gas den Katalysatorraum mit dem geringsten Querschnitt, das am weitesten ausreagierte Gas den Katalysatorraum mit dem größten Querschnitt durchströmt. Dadurch läßt sich ein Maximum an Ausbeute bei einem Minimum an Druckverlust erzielen.The length of the individual catalyst spaces is graduated according to the reaction requirement so that the unreacted gas the catalyst space with the smallest cross-section, which reacted the furthest Gas flows through the catalyst chamber with the largest cross section. This lets you in Achieve maximum yield with a minimum of pressure loss.

In die einzelnen Katalysatorschüttungen ist ein durchgehendes Rohrsystem 21 eingebettet, welches zur Hochdruckdampfgewinnung durch Erhitzen des darin geführten Kondensates durch die Reaktionswärme dient. Die Zuleitung des Kondensates erfolgt über die Verschlußplatte 22. Diese Verschlußplatte enthält auch den Auslaß für den Hochdruckdampf.A continuous pipe system 21 is embedded in the individual catalyst beds, which for high-pressure steam generation by heating the condensate contained therein with the heat of reaction serves. The condensate is fed in via the closure plate 22. This closure plate also contains the outlet for the high pressure steam.

Schließlich wird gegebenenfalls noch Kaltgas durch die Verschlußplatte in den Katälysatorraum eingeführt. Finally, if necessary, cold gas is also introduced into the catalyst chamber through the closure plate.

Das Rohrsystem für die Hochdruckdampferzeugung wird in den einzelnen Katalysatorräumen jeweils so angeordnet, daß das Gas etwa zwei Drittel der entsprechenden Katalysatorschüttung durchströmt hat, bevor es auf dieses Rohrsystem trifft. Durch diese Anordnung läßt sich eine sehr günstige Temperaturführung im Katalysatorraum erreichen.The pipe system for high-pressure steam generation is in each of the individual catalyst rooms arranged so that the gas flows through about two thirds of the corresponding catalyst bed before it meets this pipe system. This arrangement allows a very favorable Achieve temperature control in the catalyst room.

Im Rahmen der Erfindung sind konstruktive Abwandlungen möglich; so ist es beispielsweise möglich, mehr als ein Zentralrohr zu verwenden oder aber die Zuleitungen an anderer Stelle vorzusehen. Auch die Kaltgasführung kann, falls erforderlich, gemäß einem der vielen bekannten Systeme erfolgen. Schließlich können die einzelnen Katalysatorschichten entweder in getrennten Behältern oder in einem einzigen, sich auf den ganzen Katalysatorraum erstreckenden unterteilten Behälter untergebracht sein.Constructive modifications are possible within the scope of the invention; it is possible, for example, to use more than one central pipe or to provide the supply lines at a different location. Also the If necessary, cold gas flow can take place in accordance with one of the many known systems. In the end The individual catalyst layers can either be in separate containers or in a single one be accommodated on the entire catalyst space extending subdivided container.

Claims

Patent claims:

1. Large capacity converter with several catalyst beds for carrying out exothermic chemical Reactions, in a horizontal arrangement with cross-flow of the reaction gas, thereby characterized that in the individual channels

Catalytic converter beds are embedded in heat exchangers for generating high pressure steam.

2. Large capacity converter according to claim 1, characterized in that the heat exchanger form a coherent system and each arranged in this way in the individual catalyst beds are that the gas flows through about two thirds of the corresponding catalyst bed before it hits the heat exchanger.

1 sheet of drawings