DE1542029C - Kuhlsystem fur die Wand eines Reak tors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für Druckreaktoren, insbesondere solche mit großen Durchmessern, wobei innerhalb des Reaktors ein den Katalysator aufnehmender Behälter angeordnet ist und die Kühlung in dem Zwischenraum zwischen Kaialysatorbehälter und der Wand des Reaktors erfoltjt-

Die Entwicklung auf dem Gebiet der Hochdrucksynthesen geht aus wirtschaftlichen und technischen. Gründen zu immer größeren Reaktoreinheiten hin. Reaktoren mit einem Durchmesser von 3 bis 4 m und einer Länge von über 20 m werden heute allgemein gebaut.

Eine viel verwendete Ausführungsform derartiger Reaktoren besteht aus einer drucktragenden Wand und einem den Katalysator aufnehmenden Behälter, der in den Reaktor eingebaut ist.

Die Betriebstemperatur im Innern des Katalysatorbehälters liegt im allgemeinen zwischen 450 und 550' C. Diese hohen Temperaturen müssen von der drucktragenden Wand ferngehalten werden, um deren Festigkeit nicht zu gefährden. Dies geschieht bei bekannten Ausführungen in der Weise, daß der Katalysatorbehälter entweder innen oder außen gegen Wärme isoliert ist und daß zur Kühlung der Wand das in den Reaktor eintretende, kalte Synthesegas in den Zwischenraum zwischen Katalysatorbehälter und drucktragender Wand geleitet wird.

Bei kleineren Reaktoreinheiten "bis etwa zu einem Durchmesser von 1,5 m ist ein abnehmbarer Deckel vorgesehen. Der Katalysatorbehälter kann daher ein- und ausgebaut werden. Der Ausbau geschieht vor allem dann, wenn eine Wasserdruckprobe durchgeführt werden muß.

Bei großen Reaktoren wird wegen der konstruktiv schwierigen und auch kostspieligen Ausführung auf einen abnehmbaren Deckel verzichtet. Der Katalysatorbehälter wird daher bei diesen Großeinheiten vor dem Schweißen der letzten Rundnaht des Reaktors in diesen eingeschoben und bleibt danach ständig im Reaktor eingeschlossen. Der Umstand, daß der Katalysatorbehälter auch bei Wasserdruckproben in dem Reaktor verbleiben muß, ist mit einem schwerwiegenden Nachteil verbunden: Die zumeist aus organischen oder mineralischen Stoffen bestehende Wärmeisolierung wird vom Wasser durchtränkt, wodurch sie zerfällt oder bei dem notwendig werdenden Trockenprozeß durch Dampfbildung zerstört oder beschädigt wird. .

Dieser Nachteil ist nicht der einzige, der sich aus der Vergrößerung eines Reaktors ergibt. Der Druck im Synthesegas nimmt auf dem Weg durch den Reaktor ab. Der Bauweise des Reaktors entsprechend hat das eintretende, in dem Zwischenraum zwischen Katalysatorbehälter und Wand strömende Synthesegas stets einen höheren Druck gegenüber jeder Stelle seines nachfolgenden Weges.

Da es auf diesem Wege auch das Innere des Katalysatorbehälters durchströmt, besteht die größte Druckdifferenz zwischen dem Druck im Zwischenraum und dem Innendruck am Ausgangsende des Katalysatorbehälters. Der Katalysatorbehälter wird also infolge dieser Druckdifferenz durch Atißendruck beansprucht. Hei dieser Beanspruchung gibt es nur sehr aufwendige Berechnungsmethoden zur Bestimmung der Wanddicke eines Behälters. Bei Reaktoren kleineren Durchmessers berücksichtigt man diese Tatsache dadurch, daß man entsprechende Wanddicken/.uschläge macht, die für die gesamte Wanddicke aber noch keine außergewöhnlich hohen Werte liefern.

Bei Reaktoren mit einem Durchmesser von 3 m und mehr kommt man ohne eine sichere Berechnungsmethode nicht mehr aus, denn eine beliebig gewählte Wanddicke für den Katalysatorbehälter führt zu Abmessungen, die wirtschaftlich nicht mehr tragbar sind.

ίο Zur Lösung dieser Schwierigkeit wurde die Gasführung im Reaktor derart verändert, daß der Katalysatorbehälter durch Innendruck beansprucht wird. Diese Maßnahme erlaubt es zwar, die Wanddicke des Katalysatorbehälters zu berechnen, zugleich wurde aber die Gasführung schwieriger.

Um eine Beanspruchung des Katalysatorbehälters durch Außendruck, der sonst übermäßige Wandstärken erforderlich machen würde, zu vermeiden, ist bereits statt der Wärmeisolierung des Katalysatorbehälters zusammen mit der Kühlwirkung des im Zwischenraum zwischen Katalysatorbehälter und Wand strömenden Gases zum Kalthalten der Wand Wasser benutzt worden. Die Reaktionswärme wird hierbei aus den einzelnen Katalysatorschichten im Kontaktraum des Ofens durch zwischen diesen Schichten angeordnete Wärmeaustauscher abgeführt. Das Kühlsystem ist über eine Druckausgleichsleiiung mit dem Katalysatorinnenraum verbunden.

Eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels bei einem Druckmantel von großem Umfang erscheint hierbei indes nicht gewährleistet.

Es wurde gefunden, daß der Mantel des Druckreaktors auf seinem ganzen Umfang völlig gleichmäßig gekühlt werden kann, wenn der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Reaktors und der Außenwand des Katalysatorbehälters durch eine koaxial angeordnete und unterhalb des Wasserspiegels endende Trennwand in zwei Ringräume geteilt ist und in dem Ringraum zwischen der Innenwand des Reaktors und der Trennwand Einrichtungen zum Kühlen des Wassers vorgesehen sind.

Die Trennwand wirkt als Hitzeschild und sorgt zugleich für einwandfrei definierte Strömungsverhältnisse im Zwischenraum.

Die Kühleinrichtung in dem Ringraum zwischen der Innenwand des Reaktors und der Trennwand ist zweckmäßig als Kühlschlange ausgebildet.

Um sicherzustellen, daß zur Aufrechterhaltung des Thermosiphonumlaufs das Wasser stets flüssig bleibt, darf die Temperatur des unter Synthesegasdruck stehenden Wassers nicht höher sein als seine Sättigungstemperatur bei diesem Druck.

Die Erfindung ist beispielsweise in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Figur zeigt ein Kühlsystem mit Kühlung im Zwischenraum.

Der Hochdruckreaktor besteht aus einer drucktragenden Wand 1, einem eingebauten Katalysatorbehälter 2 und einem Wärmeaustauscher 3, in den das Synthesegas durch einen Stutzen 4 eintritt; es durchströmt den Wärmeaustauscher 3 und danach die Katalysatorschichten 5 im Innern der Katalysatorbehälters 2. Das umgesetzte Gasgemisch verläßt den Reaktor durch ein Zentralrohr 6, die Rohre des Wärmeaustauschers 3 und einen Stutzen 7.

Der Zwischenraum zwischen der Wand L und dem Katalysalorbehälter2 ist nur teilweise mit Wasser gc-

füllt. Der Zwischenraum wird durch eine senkrechte zylindrische Trennwand 13 in zwei Ringräume geteilt. In dem Ringraum zwischen der zylindrischen Trennwand 13 und der Wand 1 ist eine Kühlschlange 12 angeordnet. Dem Druckausgleich dient eine Verbindungsleitung 14, die am Ausgang des Reaktors beim Stutzen 7 und am höchsten Punkt des Zwischenraums (Stutzen 11) zwischen Katalysatorbehälter 2 und Wand 1 angeschlossen ist.

Der Kreislauf des Wassers im Zwischenraum zwisehen der Wand 1 und dem Katalysatorbehälter 2 wird nach dem Thermosiphon-Prinzip dadurch hergestellt, daß das Wasser in dem von der Wand des Katalysatorbehälters 2 erhitzten inneren Ringraum aufsteigt, während es in dem von der Kühlschlange gekühlten äußeren Ringraum abfällt. Um den Kühlkreislauf zu sichern, muß die obere Begrenzung der zylindrischen Trennwand 13 im Zwischenraum 15 zwischen der Wand 1 und dem Katalysatorbehälter 2 unterhalb des Wasserspiegels liegen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kühlsystem für die Wand eines unter hohem Druck stehenden Reaktors mit einem Katalysatorbehälter im Innenraum des Reaktors, wobei das Kühlsystem über eine Druckausgleichsleitung mit dem Inneren des Katalysatorbehälteis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der teilweise mit Wasser gefüllte Zwischenraum zwischen der Innenwand des Reaktors und der Außenwand des Katalysatorbchälters durch eine koaxial angeordnete und unterhalb des Wasserspiegels endende Trennwand in zwei Ringräume geteilt ist und in dem Ringraum zwischen der Innenwand des Reaktors und der Trennwand Einrichtungen zum Kühlen des Wassers vorgesehen sind.

2. Kühlsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum zwischen der Innenwand des Reaktors und der Trennwand eine Kühlschlange angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen