DE1542073B1 - Reaktor fuer exotherme katalytische Reaktionen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor für exotherme, katalytische Reaktionen, die in mehreren Stufen durchgeführt werden sollen, unter Einspritzen eines Kühlmittels zwischen den Stufen. Sie geht aus von einem solchen Reaktor mit wenigstens drei übereinander angeordneten, auf undurchlässigen Blechen ruhenden Katalysatorbetten, einem am Reaktorkopf angeordneten Einlaß für das Reaktionsgemisch und mit unterhalb der Katalysatorbetten mündenden Kühlmittelzuführungen und einem Auslaß für das Reaktionsprodukt am Reaktorboden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kühlmittel mit demReaktionsfluid schnell und gleichförmig zu mischen, und zwar jeweils vor dem Eintritt des Reaktionsfluids in das nächstfolgende Katalysatorbett. Das ist besonders wichtig, wenn das Reaktionsfluid ein Gas ist, das dann gewöhnlich mit hoher Geschwindigkeit durch den Reaktor strömt, so daß das Kühlmittel in vorgegebener kurzer Zeit mit einem großen Volumen eines heißen Gases vermischt werden muß. Das gilt z. B. für die Synthese von Ammoniak aus Wasserstoff und Stickstoff oder für die Synthese von Methanol aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd. Auch für die Einhaltung der Umsetzungstemperatur und um andere unerwünschte Reaktionen zu vermeiden, ist die gleichbleibende rasche und vollständige Durchmischung des Kühlmittels mit dem Reaktionsfluid wichtig.

Die Erfindung hat sich weiter zur Aufgabe gestellt, vom Reaktorkopf her Zugang zu den übereinander angeordneten Katalysatorbetten zu schaffen, z. B. zum Zweck der Entfernung und Erneuerung des Katalysators. Die Erfindung löst diese beiden Auf- J gaben dadurch, daß die Träger für die Katalysator- ^ betten aus undurchlässigen Blechen mit zentralen Öffnungen und über den letzteren mit Abstand angeordneten kreisförmigen Blechen bestehen, zwischen denen durchlöcherte, senkrechte zylindrische Teile vorgesehen sind, in deren Innenraum senkrechte zylindrische Ablenkbleche, die unten waagerechte Ablenkbleche tragen, angeordnet sind, daß in die so gebildeten Hohlräume die Austritte der Kühlmittelleitungen, die in an sich bekannter Weise zentral und koaxial zueinander angeordnet sind, einmünden, wobei in diesen Hohlräumen Wirbeleinbauten entweder in Form von kreisförmig an den Blechen angeordneten Flügeln oder von an den zentralen Kühlmittelzuführungen angeordneten Röhren vorhanden sind.

Wie weiter unten noch näher erläutert wird, empfiehlt sich im ersten Fall ein Ablenkblech, das mit Abstand unter dem zylindrischen Ablenkblech mittels kreisförmig angeordneter Wirbelflügel befestigt ist, wobei das zylindrische Abdeckblech vorteilhafterweise mittels eines waagerechten Ringes an den Flü- g geln befestigt sein kann. Im zweiten Fall empfiehlt " sich ein Abdeckblech, das nach abwärts und auswärts gerichtete gebogene Röhren trägt. Die Strömung und Vermischung kann dadurch noch verbessert werden, daß über den zentral angeordneten, kreisförmigen Blechen mit geringem Abstand durchlöcherte Platten horizontal angebracht sind und die kreisförmigen Bleche nahe ihrer äußeren Kante Öffnungen enthalten.

Daß es bei Reaktoren für exotherme katalytische Reaktionen mit Kühlmittelzuführung auf eine gute Vermischung des heißen Reaktionsfluids mit dem Kühlmittel ankommt und deshalb Leitbleche zur besseren Durchwirbelung vorgesehen werden, ist an sich bekannt.

Der erfindungsgemäße Reaktor gewährleistet nicht nur, daß das heiße Reaktionsfluid jeweils vor dem Übertritt in das nächst untere Katalysatorbett abgekühlt ist, sie erlaubt es auch, daß die für die Verwirbelung nötigen Teile vom Katalysatorbett abgehoben werden können, um Zugang zu diesem zu schaffen, weil diese Teile mit dem Katalysatorbett nicht fest verbunden sind. Aus diesem Grund bestehen auch die in an sich bekannter Weise zentral und koaxial angeordneten Kühlmittelleitungen aus mehreren Teilen, die lösbar gleitend miteinander verbunden sind.

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Im folgenden sollen beispielsweise Ausführung«- 12 ermöglicht einen nach innen gerichteten Reakformen der Erfindung an Hand der Zeichnung näher tionsgasstrom, während die Partikelschieht 10 in erläutert werden, in der ihrer Lage gehalten wird. Der Gasstrom läuft nun

Fig. 1 einen Gesamtaufriß der Ausführungsform nach innen zwischen den im Abstand voneinander der vorliegenden Erfindung zeigt; 5 angeordneten senkrechten rechteckigen Wirbelflügeln

Fig. 2 zeigt einen ausführliehen Teilschnitt durch 13 hindurch, die sieh von der Ablenkplatte9 aus abeinen Teil der Vorrichtung der Fig. 1; wärts erstrecken und in einem Kreis angeordnet sind.

Fig. 3 ist ein Schnitt durch Fig. 2 entlang der Jeder Wirbelflügel ist relativ zu der Einwärtsriehtung Schnittlinie 3-3; des Reaktionsgasstromes geneigt, so daß er dem ein-

F i g. 4 ist ein Schnitt durch F i g. 2 entlang der io fließenden Gasstrom eine kreisförmige Wirbelbewe-Schnittlinie 4-4; gung erteilt. Auf diese Weise folgt der heiße Gas-

Fig. 5 zeigt einen Gesamtaufriß einer anderen strom einem kreisförmigen Wirbelflußweg während Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; er unterhalb der Ablenkplatte 9 abwärts fließt, nach-

Fig. 6 zeigt eine ausführliche Teilansicht eines dem er zwischen den Wirbelflügeln 13 hindurch-Teils der Vorrichtung der Fig. 5; 15 geströmt ist.

F i g. 7 ist ein Schnitt durch F i g. 6 entlang der Ein kalter Gasstrom 14, der dieselbe Zusammen-

Schnittlinie 7-7, und Setzung wie der Strom 1 haben kann, wird in die

Fig. 8 ist ein Schnitt durch Fig. 6, entlang der senkrechte zylindrische Mittelleitung 6 eingeleitet und Schnittlinie 8-8. fließt in der senkrechten Mittelleitung 15 abwärts,

In F i g. 1 wird das Reaktionsgemisch 1 durch das ²⁰ die mit der Leitung 6 durch eine lösbare Gleitverbin-Gebläse oder die Pumpe 2 als Strom 3 in die Lei- dung 16 verbunden ist. Der Kühlmittelstrom wird tung 4 eingeführt und fließt in den ringförmigen nach außen hin aus der Leitung 15 in den kreis-Durchgang zwischen der äußeren konzentrischen förmigen Wirbelstrom aus heißem Reaktionsgas kreisförmigen Leitung 5 und der inneren mittleren durch die Öffnungen 17 entleert, die gegenüber den senkrechten zylindrischen Leitung 6. Das Reaktions- 25 unteren Enden der Flügel 13 liegen. Auf diese Weise gemisch wird sodann aus der Leitung 5 in den Reak- findet eine teilweise Vermischung der Ströme mit tor 7 über dem Katalysatorbett 8 entleert. Der Reak- einer gleichzeitigen Abkühlung des Reaktionsgastor 7 ist im allgemeinen ein senkrecht stehender zylin- stromes statt. Eine weitere Vermischung des Stromes drischer Behälter. Das Reaktionsgemisch fließt ab- wird dadurch erreicht, daß die Mischung aus den wärts durch das Katalysatorbett 8 und reagiert teil- 30 Strömen abwärts durch die senkrechte zylindrische weise oder wird in ein gewünschtes Produkt durch Ablenkleitung 18 geleitet wird. Ein flaches, ringföreine exotherme katalyt'ische Reaktion umgewandelt, miges, waagerechtes Ringablenkbleeh 19 ist zwischen wodurch eine Erhöhung der Temperatur des Reak- der Leitung 18 und dem Ende des Umlenkbleches tionsgemisches eintritt. Das heiße, teilweise reagierte U angeordnet, so daß ein direktes Abwärtsfließen Gemisch, häufig ein Gasstrom, fließt sodann durch 35 des heißen Reaktionsgasstromes verhindert wird und eine Schicht 10, die aus katalytisch inerten Partikeln so daß dieser Strom auf die Flügel 13 gerichtet wird, besteht, die unter dem Bett 8 angeordnet ist und z. B. Wenigstens zwei waagerechte Schichten von im Abaus keramischen Kugeln oder Ringen besteht. Die stand voneinander angeordneten im wesentlichen Schicht 10 wird durch das Ablenkungsblech 11 getra- sektorförmigen Ablenkblechen, wie etwa das obere gen und kann sieh über das kreisförmige waagerechte 40 Ablenkblech 20 und das untere Ablenkblech 21, sind Mittelablenkbleeh 9 erstrecken, das zentral unmittel- in der Leitung 18 angeordnet. Die Ablenkbleche, wie bar unterhalb des Bettes 8 angeordnet ist. Wie unten etwa 20, sind im Abstand voneinander in derselben deutlich werden wird, besteht das Ablenkblech 9 vor- waagerechten Ebene angeordnet und erstrecken sich zugsweise aus zwei parallelen im Abstand vonein- zwischen der Leitung 18 und der Leitung 15, und die ander angeordneten horizontalen Platten. Die obere 45 Ablenkbleche 21 erstrecken sich gleichfalls zwischen Platte, die in F i g. 1 nicht gezeigt ist, ist durchlöchert, der Leitung 18 und der Leitung 15 unterhalb der Abso daß das Gas senkrecht nach unten durch den Ab- lenkbleche 20. Wie weiter unten deutlieh werden schnitt des Katalysatorbettes 8 unmittelbar über dem wird, sind die Ablenkbleehe 21 unterhalb den Öff-Ablenkbleeh 9 ohne seitliche Ablenkung des Gas- nungen angeordnet, die zwischen zwei benachbarten stromes fließen kann, bevor das Gas die untere Ab- 50 Ablenkblechen 20 gebildet werden. Auf diese Weise lenkplatte 9 erreicht. Zusätzlich kann, wie unten wird eine Zerteilung des Stromes und eine seitliche deutlich werden wird, die Ablenk- bzw. Umlenk- oder waagerechte Vermischung erreicht, und der platte 9 auf ihrer äußeren Kante durchlöchert sein, Strom, der aus dem unteren Ende der Leitung 18 so daß ein ringförmiger nach unten gerichteter Gas- austritt, besteht aus einer Mischung aus Reaktionsgas fluß außerhalb des Gasmisehabsehnittes der Vorrich- 55 und Kühlgas, wobei das Reaktionsgas auf diese Weise tung auftreten kann. Der Reaktionsgasstrom wird in gleichförmig und vollständig auf eine niedrigere Temder Schicht 10 waagerecht nach innen und auf die peratur abgekühlt worden ist. Um eine maximale Mittelachse des Behälters 7 hin dureh das Ablenk- Vermischung der Gasströme zu gewährleisten, könblech 11 abgelenkt, das sieh von der Wand des Be- nen zusätzliche senkrechte Wirbelflügel 87, ähnlich hälters 7 aus unterhalb der Schicht 10 nach innen 60 den Flügeln 13, vorgesehen werden. Die Flügel 87 und abwärts bis zu einer kreisförmigen Mittelöffnung sind im Abstand voneinander angeordnet und ererstreckt und vorzugsweise im allgemeinen eine ge- strecken sieh von dem unteren Ende der Leitung 18 wölbte oder halbelliptische Form hat. Der Reaktions- aus abwärts und dienen dazu, dem vereinigten Gasgasstrom läuft sodann waagerecht nach innen dureh strom, der aus der Leitung 18 austritt, eine weitere die im wesentlichen senkrechte zylindrische durch- 65 Wirbelbewegung zu erteilen.

löcherte Trennwand 12, die sich von dem inneren Der abwärts fließende Reaktionsgasstrom, der aus

Ende des Umlenkbleehes 11 aufwärts zu der äußeren der Leitung 18 austritt, wird nunmehr durch das Kante der Ablenkplatte 9 erstreckt. Die Trennwand waagerechte kreisförmige, vorzugsweise an den Flü-

gem 87 befestigte Ablenkblech 22 nach außen hin strom nach den Hügeln 13 vollständig waagerecht gerichtet und fließt abwärts in das Katalysatorbett 23, umzulenken und um eine mögliche Umgehung der in dem eine weitere exotherme katalytische Reaktion Flügel 13 durch den heißen Gasstrom zu verhindern, stattfindet. Der sich daraus ergebende heiße Reak- der ansonsten dazu neigen würde, teilweise über das tionsgasstrom, der von dem Bett 23 aus abwärts 5 obere Ende der Leitung 18 nach innen und sodann fließt, wird nun in einer ähnlichen Art und Weise und direkt nach abwärts zu fließen, ohne einen kreisförmiunter Verwendung einer ähnlichen Apparatur, wie sie gen Wirbelfluß zu erreichen.

oben mit Bezug auf den heißen Reaktionsgasstrom Die vorzugsweise Ausgestaltung der Ablenkplatte 9

beschrieben worden sind, der aus dem Bett 8 austrat, ist gleichfalls in F i g. 2 gezeigt. So ist eine obere abgekühlt. So wird der heiße Reaktionsgasstrom io horizontale durchlöcherte Platte 88 parallel zu der waagerecht einwärts unter die Mittelablenkplatte 24 Platte 9 angebracht, wobei sich die Schicht 10 bis durch ein Umlenkblech 25 abgelenkt, das sich von über die Platte 88 erstreckt. Ein Teil des abwärts der Wand des Behälters 7 aus einwärts erstreckt, und fließenden Reaktionsgasstroms fließt durch die Öffes wird ihm durch Wirbelflügel 26 eine kreisförmige nungen in der Platte 88 und wird durch die Platte 9 Wirbelbewegung erteilt. Ein kalter Kühlgasstrom 15 nach außen abgelenkt, worauf wenigstens ein Teil wird nach außen hin aus den Öffnungen 27 in der durch die Öffnungen 89 in der unteren Ablenkplatte 9 Mittelleitung 28 in den wirbelnden Reaktionsgasstrom fließt, die in der Nähe der äußeren Kante der Platte 9 eingeleitet. Das obere Ende der Leitung 28 ist an der angebracht sind und einen ringförmigen Abwärtsgas-Ablenkplatte 24 befestigt. Eine abschließende seit- fluß zu den Flügeln 13 von außen her bewirken, liehe Vermischung wird erreicht, wenn der Gasstrom 20 Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Fig. 2"entabwärts über und an den horizontalen Ablenkblechen lang der Schnittlinie 3-3 und zeigt die Anordnung der 29 und 30 vorbeifließt, die in der senkrechten zylin- Wirbelflügel in einem kreisförmigen Muster über dem drischen Ablenkleitung 31 angeordnet sind. Der ge- Ablenkblech 46, ebenso wie die Mittelleitung 15 und g kühlte Reaktionsgasstrom wird nach außen hin durch den Fluß der Gasströme. ™

ein horizontales kreisförmiges Ablenkblech bzw. 25 Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Fig. 2 entlang Platte 32 abgelenkt und fließt abwärts in das nächst- der Schnittlinie 4-4 und zeigt die Anordnung der im folgende Katalysatorbett 33. wesentlichen sektorenförmigen Ablenkbleche 20 und

Eine weitere exotherme katalytische Reaktion des 21, die sich zwischen den Leitungen 18 und 15 erabwärts fließenden Reaktionsgasstromes findet in dem strecken, wobei jedes Ablenkblech 21 unter der Öff-Bett33 statt, und der sich daraus ergebende heiße 30 nung angeordnet ist, die zwischen zwei nebeneinander-Gasstrom wird in einer ähnlichen Art und Weise, liegenden Ablenkblechen 20 gebildet sind, wie sie oben beschrieben worden ist, mit einem kai- Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der

ten Kühlgas abgekühlt, das aus dem ringförmigen vorliegenden Erfindung, bei der die Vermischung da-Durchgang zwischen der äußeren Leitung 34 und der durch erzeugt wird, daß eine kreisförmige Wirbelinneren konzentrischen Leitung 35 durch die Öffnun- 35 bewegung für den Kühlgasstrom geschaffen wird, der gen 36 in der Leitung 34 austritt. Der sich ergebende in den heißen Reaktionsgasstrom eingeführt wird. Der gekühlte Gasstrom wird sodann weiter in dem Kata- Gasstrom 47 gelangt durch ein Gebläse oder Pumpe lysatorbett 37 reagieren gelassen, und der völlig 48 als Strom 49 in die Leitung 50 und fließt in den reagierte bzw. umgewandelte Gasstrom tritt durch die ringförmigen Durchgang zwischen der äußeren kondurchlöcherte Trennwand 38 aus und wird zur Pro- 40 zentrischen kreisförmigen Leitung 51 und der inneren duktverwendung oder Wiedergewinnung durch die senkrechten zylindrischen Mittelleitung 52. Der ReLeitung 39 als Strom 40 geleitet. aktionsgasstrom tritt sodann aus der Leitung 51 in

Ein kalter Kühlgasstrom 41 wird aufwärts durch den senkrecht stehenden zylindrischen Behälter 53 die senkrechte zylindrische Mittelleitung 35 geleitet, oberhalb des Katalysatorbettes 54 aus. Der Gasstrom ^ die durch die Verbindung 42 mit der Leitung 28 ver- 45 fließt abwärts durch das Katalysatorbett 54 und wird f bunden ist. Die Verbindung 42 ist ähnlich der Ver- teilweise reagieren gelassen oder in ein gewünschtes bindung 16. Der Abkühlstrom 41 tritt sodann durch Produkt durch eine exotherme katalytische Reaktion die Öffnungen 27 aus. Ähnlich wird der Abkühlstrom umgewandelt, woraus sich eine Erhöhung der Tem-43 durch die Leitung 44 in den ringförmigen Durch- peratur des Gasstromes ergibt. Der heiße, teilweise laß geleitet, der zwischen den konzentrischen Leitun- 50 reagierte Gasstrom wird jetzt nach außen hin von gen 35 und 34 gebildet wird, und fließt aufwärts dem Katalysatorbett 54 durch die kreisförmige und tritt durch die Öffnungen 36 aus. Die Abkühlgas- waagerechte Mittelablenkplatte 55 abgelenkt, die in ströme 41 und 43 können dieselbe Zusammensetzung der Mitte unmittelbar unterhalb des Bettes 54 angebesitzen wie der Strom 1. ordnet ist. Die Platte 55 besteht vorzugsweise aus

In Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht der 55 zwei parallelen Platten, wobei die obere Platte durch-Mischvorrichtung zwischen den Katalysatorbetten 8 löchert ist, ähnlich wie bei den Platten 9 und 88, die und 23 zusammen mit einer Hilfsvorrichtung gezeigt. oben beschrieben sind. Der Gasstrom fließt sodann Ein senkrechter zylindrischer Drahtschirm 45 ist vor- durch eine unter dem Bett 54 angeordnete Schicht 56, zugsweise außerhalb der durchlöcherten Trennwand die aus katalytisch inerte Teilchen wie etwa kerami-12 angeordnet, so daß ein nach innen gerichteter 60 sehen Kügelchen oder Ringen besteht. Der Gasstrom Gasfluß auftreten kann, während eine mögliche Ver- wird in der Schicht 56 horizontal nach innen und stopfung der Öffnungen in der Trennwand 12 durch auf die Mittelachse des Behälters 53 zu durch das Partikel 10 oder der Durchgang von festen Teilchen Umlenkblech 57 abgelenkt, das sich nach innen und 10 von verringerter Größe durch die Öffnungen in abwärts von der Behälterwand 53 unter der Schicht der Trennwand 12 verhindert wird. Zusätzlich ist ein 65 56 bis zu einer kreisförmigen Mittelöffnung erstreckt flaches waagerechtes ringförmiges Ablenkblech 46 und vorzugsweise eine gewölbte oder halbelliptische vorzugsweise am unteren Ende der Flügel 13 ange- Form besitzt. Der Gasstrom fließt sodann waagerecht bracht, um den nach innen fließenden heißen Gas- nach innen durch die im wesentlichen senkrechte

zylindrische durchlöcherte Trennwand 58, die sich von dem inneren Ende des Umlenkbleches 57 zu der äußeren Kante der Ablenkplatte 55 erstreckt. Die Trennwand 58 dient dazu, daß ein Gasstrom nach innen fließen kann, während die Teilchenschicht 56 in ihrer Lage gehalten wird. Der Gasstrom wird nun nach oben hin und über das obere Ende des senkrechten zylindrischen Ablenkbleches 59 hinweg abgelenkt und fließt weiter einwärts auf die Mittelachse des Behälters 53 unterhalb der Ablenkplatte 55 zu.

Ein kalter Kühlgasstrom 60, der dieselbe Zusammensetzung wie der Strom 47 haben kann, wird in die senkrechte zylindrische Mittelleitung 52 geleitet und fließt abwärts in die senkrechte Mittelleitung 61, die mit der Leitung 52 durch die Verbindung 62 verbunden ist. Mehrere im Abstand voneinander angeordnete kreisförmige Öffnungen sind in der Wand der Leitung 61 unterhalb der Ablenkplatte 55 vorgesehen, und gebogene zylindrische Leitungen 63 erstrecken sich von den Öffnungen in der Leitung 61 aus nach außen hin. Die Leitungen 63 sind in derselben Drehungsrichtung gebogen und dienen dazu, den Abkühlgasstrom 60 nach außen hin in den nach innen fließenden heißen Gasstrom mit einer kreisförmigen Wirbelbewegung ausströmen zu lassen. Es findet somit eine teilweise Vermischung der Ströme mit einer gleichzeitigen Abkühlung des Verfahren-Reaktionsgasstromes statt. Das Ablenkblech 59 dient zusätzlich dazu, eine thermische Spannung in der Trennwand 58 infolge des Auftreffens des Abkühlstroms zu minimalisieren oder zu verhindern.

Eine weitere Vermischung der Gasströme wird durch die Anordnung eines kreisförmigen waagerechten Gassammelablenkbleches 64 erreicht, das sich über die kreisförmige Mittelöffnung in dem Umlenkblech 57 erstreckt und mit mehreren kreisförmigen Öffnungen versehen ist, die vorzugsweise in einem Kreis angeordnet sind. Die abwärts fließende Wirbelmischung der Ströme wird somit zerteilt und in die Öffnungen in dem Ablenkblech 64 abgelenkt. Gebogene zylindrische Leitungen 65 erstrecken sich nach abwärts und auswärts von den Öffnungen in dem Ablenkblech 64 und dienen dazu, eine gleichförmige Mischung aus Reaktionsgas und Abkühlgas nach außen hin unter das Ablenkblech 64 zu führen, wobei das Reaktionsgas auf diese Weise gleichförmig und vollständig auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird.

Der resultierende gekühlte Strom fließt nunmehr abwärts aus den Leitungen 65 aus und in das Katalysatorbett 66, in dem eine weitere exotherme katalytische Reaktion stattfindet. Der sich ergebende heiße Strom, der abwärts aus dem Bett 66 fließt, wird nunmehr in einer ähnlichen Art und Weise und unter Verwendung einer ähnlichen Vorrichtung abgekühlt, wie es oben an Hand des heißen Stroms beschrieben worden ist, der aus dem Bett 54 austritt. So wird der heiße Strom waagerecht nach innen unter die zentrale Ablenkplatte 67 durch das Ablenkblech 68 abgelenkt, das sich von der Behälterwand 53 nach innen erstreckt. Der einwärts fließende heiße Strom, der über das obere Ende des Ablenkbleches 69 fließt, vermischt sich mit dem kalten Abkühlgasstrom, der mit einer kreisförmigen Wirbelbewegung durch die gebogenen Röhren 70 nach außen hin eingespritzt wird, die sich von den Öffnungen in der senkrechten zylindrischen Mittelleitung 71 nach außen hin erstrecken. Der sich ergebende vermischte Strom fließt abwärts und nach außen hin durch die gebogenen Leitungen 72 und fließt abwärts in das nächstfolgende Katalysatorbett 73.

Eine weitere exotherme katalytische Reaktion des abwärts fließenden Stroms findet in dem Bett 73 statt, und der sich ergebende heiße Strom wird in einer ähnlichen Art und Weise, wie sie oben beschrieben worden ist, mit dem Kühlgasstrom abgekühlt, der in dem ringförmigen Durchgang zwischen der Leitung 75 und der inneren konzentrischen zylindrischen Leitung 76 ankommt und mit einer kreisförmigen Wirbelbewegung aus den gebogenen Leitungen 74 austritt, die sich von den Öffnungen in der Wand der äußeren konzentrischen zylindrischen Leitung 75 aus nach außen hin erstrecken. Der sich ergebende gekühlte Strom der auswärts durch die gebogenen Leitungen 77 austritt, wird weiter in dem Katalysatorbett 78 reagieren gelassen, und der völlig reagierte Strom tritt durch die durchlöcherte Trennwand 79 aus und wird als Strom 81 durch die Leitung 80 zu der Produktverwertung oder Gewinnung geleitet.

Ein kalter Kühlgasstrom 82 wird aufwärts durch die senkrechte zylindrische Mittelleitung 76 geleitet, die durch die Verbindung 83 mit der Leitung 71 verbunden ist. Der Kühlstrom 82 tritt sodann durch die gebogenen Leitungen 70 aus. Ähnlich wird ein Kühlstrom 84 durch die Leitung 85 in den ringförmigen Durchgang geleitet, der zwischen den konzentrischen Leitungen 76 und 75 gebildet wird, und fließt aufwärts, bis er durch die gebogenen Leitungen 74 austritt. Die Abkühlströme 82 und 84 können dieselbe Zusammensetzung wie der Strom 47 besitzen.

In Fig. 6 ist ein vergrößerter Schnitt der Mischvorrichtung zwischen den Katalysatorbetten 54 und 66 zusammen mit einer Hilfsvorrichtung gezeigt. Ein senkrechter zylindrischer Drahtschirm 86 wird vorzugsweise außenseitig von der durchlöcherten Trennwand 58 angebracht, so daß ein Gasfluß einwärts fließen kann, während eine mögliche Verstopfung der Öffnungen in der Trennwand 58 durch Teilchen 56 oder der Durchtritt von festen Teilchen 56 von verminderter Größe durch die Öffnungen in der Trennwand 58 verhindert wird. Die vorzugsweise Ausbildung der Ablenkplatte 55 ist gleichfalls in Fi g. 6 gezeigt. So ist eine obere waagerechte durchlöcherte Platte 90 parallel zu der Platte 55 vorgesehen, wobei sich die Schicht 56 über die Platte 90 erstreckt. Ein Teil des abwärts fließenden Reaktionsgasstromes fließt durch die Öffnungen in der Platte 90 und wird durch die Platte 55 nach außen hin abgelenkt, worauf wenigstens ein Teil durch die öffnungen 91 in der unteren Ablenkplatte 55 fließt, die in der Nähe der äußeren Kante der Platte 55 angebracht sind und einen ringförmigen Abwärtsgasfluß außerhalb des Ablenkbleches 59 gestatten.

F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch F i g. 6 entlang der Schnittlinie 7-7 und zeigt die Anordnung der gebogenen Leitungen 63, die sich nach auswärts von den Öffnungen in der Wand der Mittelleitung 61 aus erstrecken.

F i g. 8 ist ein Schnitt durch die F i g. 6 entlang der Linie 8-8 und zeigt die Anordnung der gebogenen Leitungen 65, durch die der völlig gekühlte Reaktionsgasstrom nach auswärts unterhalb des kreisförmigen waagerechten Ablenkbleches 64 mit einer kreisförmigen Wirbelbewegung austritt, um eine vollständige Vermischung sicherzustellen.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen

209 5Π/392

Vorrichtung besteht darin, daß die Mischabschnitte bzw. Abteilungen ohne Dauerbefestigung an dem Behälter ausgeführt werden können und daß man dadurch einen leichten Zugang zu dem Inneren des Behälters erhält. Aus den Fig. 1 und 2 geht hervor, daß die Trennwand 12 in dieser bevorzugten Ausführungsform an das Ablenkblech 9 angrenzt und tatsächlich lediglich an dem Umlenkblech 11 befestigt ist. Ähnlich grenzt in dieser bevorzugten Ausführungsform das Ablenkblech 19 an das Umlenkblech 11 und ist an der Leitung 18 befestigt. Somit kann in Fig. 1 ein schneller Zugang von Hand zu dem Inneren des Behälters während eines Betriebsausfalles in Praxis durch die anfängliche Entfernung bzw. Abnahme der Röhre 6 von der Verbindung 16 erreicht werden. Hierdurch erhält man einen Zugang durch die äußere Leitung 5, die in der wirklichen Ausführung einen verhältnismäßig großen Durchmesser besitzt. Sodann kann das Katalysatorbett 8 und die Schicht 10 entfernt werden, wobei vorzugsweise pneumatische Fördermittel verwandt werden. Hierauf kann der Mischabschnitt, der aus den Elementen 9, IS₃ 13, 18, 19, 20, 21, 87 und 22 besteht, als eine Einheit bewegt werden und kann entweder vollständig durch die Leitung 5 entfernt werden oder aber über die Trennwand 12 angehoben und nach einer Seite des Behälters über das Umlenkblech 11 geschoben bzw. gestellt werden. Hierdurch erhält man einen Zugang durch die Mittelöffnung in dem Umlenkblech 11 zu dem Katalysatorbett 23 und der inerten Schicht 25, die sodann von Hand entfernt werden. Die Mischanordnung, die im wesentlichen aus den Elementen 24, 26, 28, 29, 30, 31 und 32 besteht, wird von der Verbindung 42 abgenommen und in dem Behälter aufwärts bewegt und kann entweder durch die Mittelöffnung in dem Umlenkblech 11 und der Leitung 5 entfernt werden oder kann auch nach einer Seite des Behälters über das Umlenkblech 25 verschoben bzw> gestellt werden. Hierdurch erhält man einen Zugang durch die Mittelöffnung in dem Ablenkblech 25 zu dem Katalysatorbett 33 und der damit in Verbindung stehenden Schicht aus inerten Teilchen, die gleichfalls entfernt werden. Auf eine ähnliche Art und Weise kann ebenso der Zugang zu dem Katalysatorbett 37 und dessen damit zusammenhängender Schicht aus inerten Teilchen erhalten werden.

Ähnliche Überlegungen lassen sich in bezug auf die Ausführung der Mischabschnitte der in Fig. 5 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen anstellen. In den Fig. 5 und 6 grenzt die Trennwand 58 an die Ablenkplatte 55 an und ist tatsächlich an dem Umlenkblech 57 befestigt. Das kreisförmige Ablenkblech 64 ist über der Mittelöffnung in dem Umlenkblech 57 angeordnet und grenzt an das Umlenkblech 57 an, ist hiermit jedoch nicht fest verbunden. Ein Zugang zu dem Inneren des Behälters 53 wird somit in einer ähnlichen Art und Weise erhalten, wie er oben in bezug auf den Behälter 7 beschrieben worden ist, nämlich indem die Leitung 52 entfernt wird, worauf sodann das Bett 54 und die Schicht 56 und sodann die Elemente 61, 55 und 63 als eine Einheit und schließlich die Elemente 59, 64 und 65 als eine Einheit entfernt werden. Zum Entfernen dieser letzteren Einheit können kleine Anhebelöcher in dem Ablenkblech 59 nahe seinem oberen Ende vorgesehen werden.

Abänderungen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Die inerten, feuerbeständigen Schichten wie etwa 10 in Fig. 1 und 56 in Fig.5 können in einigen Fällen fortgelassen werden, und die entsprechenden Katalysatorbetten 8 und 54 können sich sodann abwärts bis zu den entsprechenden Umlenkblechen 11 und 57 erstrecken. Diese andere Ausführungsform würde den Vorteil besitzen, daß mehr Katalysatorvolumen pro Bett zur Verfügung stände oder daß die Gesamthöhe der Einrichtung für ein besonderes Gesamtkatalysatorvolumen verringert würde. In Fig. 1 kann das Umlenkblech 11 waagerecht nach innen verlaufen, ohne sich nach abwärts zu erstrecken, oder es kann gerade anstatt gebogen sein. Die Wirbelflügel 13 und 26 können flach und gerade sein, wie es im Schnitt in F i g. 3 gezeigt ist, oder diese Elemente können andererseits gekrümmt sein, so daß dem einfließenden heißen Verfahrensflüssigkeitsstrom eine größere Wirbelwirkung erteilt wird. Zusätzliche waagerechte Schichten von im Abstand voneinander angeordneten Ablenkblechen können innerhalb der Ablenkleitung 18 angeordnet werden. Der Teil der Leitung 15 unterhalb der Öffnungen 17 kann fortgelassen werden, wobei sich in diesem Fall die Ablenkbleche 20 und 21 nach innen bis zu der Mittelachse des Behälters 7 erstrecken. Andere Trägereinrichtungen können für das Ablenkblech 22 vorgesehen werden, und das Ablenkblech 22 kann sogar in einigen Fällen fortgelassen werden. In den Fig. 5 und 6 kann sich das Umlenkblech57 wahlweise auch waagerecht nach innen erstrecken, ohne daß es sich nach abwärts erstreckt, oder es kann auch gerade anstatt gebogen sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Reaktor für exotherme katalytische Reaktionen mit wenigstens drei übereinander angeordneten, auf undurchlässigen Blechen ruhenden Katalysatorbetten, am Reaktorkopf angeordnetem Einlaß für das Reaktionsgemisch, unterhalb der Katalysatorbetten mündenden Kühlmittelzuführungen und einem Auslaß für das Reaktionsprodukt am Reaktorboden, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger für die Katalysatorbetten aus undurchlässigen Blechen (11, 25; 57, 68) mit zentralen Öffnungen und über den letzteren mit Abstand angeordneten kreisförmigen Blechen (9, 24; 55, 67) bestehen, zwischen denen durchlöcherte, senkrechte zylindrische Teile (12: 58) vorgesehen sind, in deren Innenraum senkrechte zylindrische Ablenkbleche (18; 59), die unten waagerechte Ablenkbleche (19, 20, 21; 64) tragen, angeordnet sind, daß in die so gebildeten 2ylindrischen Hohlräume die Austritte der Kühlmittelleitungen (15, 28, 34; 61, 71, 75), die in an sich bekannter Weise zentral und koaxial zueinander angeordnet sind, einmünden, wobei in diesen Hohlräumen Wirbeleinbauten in Form von

a) kreisförmig an den Blechen (9, 24) angeordneten Flügeln (13, 26) oder von

b) an den zentralen Kühlmittelzuführungen (61, 71, 75) angeordneten Röhren (63, 70, 74) vorhanden sind.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle a) ein Ablenkblech (22) mit Abstand unter dem zylindrischen Ablenkblech (18) mittels kreisförmig angeordneter Wirbelflügel (87) befestigt ist.

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Ablenkblech (18) mittels eines waagerechten Ringes (46) an den Flügeln (13) befestigt ist.

4. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle b) das Ablenkblech (64) nach abwärts und auswärts gerichtete gebogene Röhren (65) trägt

5. Reaktor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über den zentral angeordneten kreisförmigen Blechen (9; 55) mit geringem Abstand durchlöcherte Platten (88; 90) horizontal angebracht sind und daß die kreisförmigen Bleche (9; 55) nahe ihrer äußeren Kante öffnungen (89; 91) enthalten.