DE1542209C

DE1542209C - Pressure reactor for carrying out catalytic gas reactions

Info

Publication number: DE1542209C
Authority: DE
Inventors: Peter Patrick Potter John Reginald Norton on Tees Kmg (Großbritannien)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd

Description

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Die Erfindung betrifft einen Druckreaktor zur wirksame Vermischung der heißen und kalten Reak-The invention relates to a pressure reactor for the effective mixing of the hot and cold reac-

Durchführung katalytischer Gasreaktionen mit Kalt- tionsgase statt,Carrying out catalytic gas reactions with cold gases instead,

gaszuführungen im Katalysatorbett. Zu diesem Zweck ist zweckmäßig der Querschnittgas feeds in the catalyst bed. The cross-section is useful for this purpose

Die Reaktoren zur Durchführung katalytischer der Käfige etwa dreieckig oder rhombisch mit obenThe reactors for carrying out catalytic cages are roughly triangular or rhombic with the top

Reaktionen enthalten gewöhnlich eine Katalysator- 5 und unten liegender Kante ausgebildet, wobei dieReactions usually contain a catalyst 5 and underlying edge formed with the

füllung, welche das Volumen des Reaktors zum gro- nach oben weisenden Seitenflächen einen Winkel vonfilling, which forms an angle of the volume of the reactor to the large upward-facing side surfaces

ßen Teil ausfüllt. Die Reaktionsteilnehmer werden mindestens 45° mit der Horizontalen einschließen,fills out the outer part. The reaction participants will enclose at least 45 ° with the horizontal,

dabei dem Reaktor an einem Ende zugeführt und die Die aufeinanderfolgenden Gruppen der Käfigewhile the reactor is fed at one end and the successive groups of cages

erhaltenen Produkte am anderen Ende abgeführt. Da sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, undproducts obtained discharged at the other end. There are preferably arranged parallel to each other, and

die meisten chemischen Reaktionen unter Aufnahme io aufeinanderfolgende parallele Gruppen der Käfigemost of the chemical reactions take up io consecutive parallel groups of cages

oder Entwicklung von Wärme verlaufen, zeigt sich sind zueinander gestaffelt.or development of heat run, shows are staggered to each other.

im Maße des Fortschreitens der Umsetzung ein An- Wenn bei einem Reaktor noch ein besondererAs the implementation progresses, there is a special need for a reactor

steigen oder Abfallen der Reaktortemperatur. Zur axialer Wärmeaustauscher vorgesehen ist, so sind beirise or fall in the reactor temperature. For axial heat exchanger is provided, so are at

Erreichung einer optimalen Reaktionsausbeute ist dieser Ausführungsform der Erfindung die KäfigeAchievement of an optimal reaction yield is this embodiment of the invention, the cages

es also erforderlich, genaue Temperaturmessungen 15 zweckmäßig in dem Umfangsbereich zwischen demIt is therefore necessary to take precise temperature measurements 15 expediently in the circumferential area between the

durchzuführen. Durch eine örtliche Überhitzung des Wärmeaustauscher und der Behälterinnenwandungperform. Local overheating of the heat exchanger and the inner wall of the tank

Katalysators kann dieser nämlich teilweise entakti- angebracht,Catalyst this can namely partially de-active attached,

viert werden. Mit derartigen Reaktoren ist es möglich, kontinu-be fourth. With such reactors it is possible to continuously

Es ist bereits bekannt, die Temperatur durch Ver- ierliche Gasreaktionen durchzuführen, wie sie bei-It is already known to carry out the temperature by means of various gas reactions, as they are

wendung mehrerer kleinerer Reaktoren mit zwischen- 20 spielsweise bei der Methanol- bzw. Ammoniaksyn-use of several smaller reactors with between 20 for example in the methanol or ammonia syn-

geschalteter Kühlung oder Aufheizung zu verwenden. these erforderlich sind. Die Käfige bestehen hierbeito use switched cooling or heating. these are required. The cages exist here

Dies ist jedoch kostspielig, da die Apparaturen da- zweckmäßig aus Streckmetall, wobei die ÖffnungenHowever, this is expensive because the apparatus is expediently made of expanded metal, with the openings

durch wesentlich Vergrößertwerden. Es ist auch schon nach Möglichkeit derart ausgerichtet werden, daß einby being enlarged significantly. If possible, it is also to be aligned in such a way that a

bekannt, in Reaktoren getrennte Katalysatorbetten Versetzen der Streckmetallöffnungen durch das Kafa-known, separate catalyst beds in reactors, relocating the expanded metal openings through the coffee

vorzusehen und zwischen diesen Wärmeaustauscher 25 lysatormaterial weitgehend vermieden wird,to be provided and between these heat exchangers 25 analyzer material is largely avoided,

anzubringen, wodurch eine Kühlung oder Aufheizung Die Entfernung der Käfige voneinander entsprichtto be attached, whereby a cooling or heating corresponds to the distance of the cages from each other

der Reaktionsgase erfolgt. In diesen Fällen ist jedoch zweckmäßig dem 10- bis 20fachen der durchschnitt-the reaction gases takes place. In these cases, however, 10 to 20 times the average

das Ablassen und Ersetzen der Katalysatorfüllung liehen Korngröße des Katalysators,draining and replacing the catalyst filling lent the grain size of the catalyst,

überaus umständlich. Es ist weiterhin bekannt, kalte Der Erfindungsgegenstand ist in den Zeichnungenextremely cumbersome. It is also known that cold The subject of the invention is in the drawings

bzw. erwärmte Medien oder Flüssigkeiten an ver- 30 näher erläutert, und zwar zeigtor heated media or liquids are explained in more detail at 30, namely shows

schiedenen Stellen eines einzigen Katalysatorbettes F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Reaktors zurdifferent points of a single catalyst bed F i g. 1 an embodiment of a reactor for

in den Reaktor einzuführen, wobei es jedoch schwie- Durchführung katalytischer Reaktionen in Seitenan-to be introduced into the reactor, although it is difficult to carry out catalytic reactions in side

rig ist, eine wirksame Mischung der Medien mit den sieht,rig is an effective mix of the media with the sees

Reaktionsgasen herbeizuführen. Fig. 2 einen Schnitt auf der LinieA-A der Fig. 1Bring reaction gases. FIG. 2 is a section on the line A-A of FIG. 1

Aus der österreichischen Patentschrift 139 112 ist 35 undFrom the Austrian patent specification 139 112 is 35 and

es bereits bekannt, ein Reaktionsmedium in das Kata- Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Reaklysatorbett eines Reaktors mit Hilfe von Elementen tors gemäß der Erfindung im Schnitt, der besonders einzuführen, von denen jedes aus einem inneren für das Arbeiten bei Drücken geeignet ist, die bei der durchlöcherten Rohr besteht, das mit der Zufuhr für Ammoniaksynthese erforderlich sind,
das Reaktionsmedium yerbunden ist, und das koaxial 40 Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Reaktor ist bevon einem weiteren durchlöcherten Rohr umgeben sonders für die Methanolsynthese geeignet, welche ist, das in das Katalysatorbett eintaucht. Bei dieser bei Drücken zwischen 30 und 120 atü und bei Tempe-Anordnung wäre es nicht möglich, daß das Reaktions- raturen von 300° C durchgeführt wird. Diese Appamedium vom Katalysatorbett in das äußere durch- ratur ermöglicht es, die bei dieser Reaktion erforderlöcherte Rohr eintritt und sich darin mit dem durch 45 liehe hohe Genauigkeit der Temperaturregelung herdas innere Rohr eintretenden Reaktionsmedium ver- beizuführen,
mischt. Der Mantel 10 des Reaktors ist auf seiner Oberseiteit is already known to introduce a reaction medium in the cat. Fig. 3 a further embodiment of a reactor bed of a reactor with the aid of elements tor according to the invention in section that is particularly suitable, each of which from an inner one is suitable for working at pressures that in the case of the perforated tube, which are necessary with the supply for ammonia synthesis,
the reaction medium is bound, and the coaxial 40 of the in FIG. 1 and 2 shown reactor is surrounded by a further perforated tube especially suitable for the methanol synthesis, which is immersed in the catalyst bed. At this pressure between 30 and 120 atmospheres and with a temperature arrangement, it would not be possible for the reaction temperatures of 300 ° C. to be carried out. This medium from the catalyst bed into the outer temperature makes it possible for the perforated tube required for this reaction to enter and to circulate in it with the reaction medium entering the inner tube thanks to the high accuracy of the temperature control,
mixes. The jacket 10 of the reactor is on its top

Die Erfindung betrifft nunmehr einen Druckreaktor . mit einem Mannloch 12 zum Einfüllen des Katalyzur Durchführung katalytischer Gasreaktionen mit sators und an seiner Unterseite mit einem Mannloch Kaltgaszuführungen im Katalysatorbett, welcher da- 5° 14 zum Abziehen des Katalysators versehen. Außerdurch gekennzeichnet ist, daß die Kaltgaszuführungen dem sind an dem Mantel 10 an der Ober- und Unteraus quer zur Strömungsrichtung des Reaktionsgases seite noch Stutzen 16 und 18 für den Eintritt und angeordneten, Mischräume bildenden Käfigen mit Austritt der Reaktionsgase vorgesehen. Der Reaktor perforierten Wänden bestehen, die vorzugsweise in 10 ist mit Katalysator20 gefüllt, in.den käfigartig ihrem Innern angeordnete Rohre für die Zuleitung 55 ausgebildete Leitungen 22 hineinragen, die, wie aus des Kaltgases aufweisen, wobei zwecks Ermöglichung F i g. 1 hervorgeht, zweckmäßig in einer Ebene an·- des Eintritts eines wesentlichen Anteiles des Reak- geordnet sind, und einen Abstand von etwa 7,5 cm tionsgases in die Käfige diese entsprechend groß ge- voneinander besitzen. Die Querschnittsabmessungen staltet bzw. in entsprechender Anzahl über den Quer- der Käfip.e betragen etwa 30 cm. Zweckmäßig sind die schnitt des Reaktionsraums verteilt und die Perfora- 60 Käfige 22 mit dreieckigem oder rhombischem Quertioncn so bemessen sind, daß die Katalysatorteilchen schnitt ausgebildet und mit ihrer Kante, wie aus nicht hindurchtreten können, der Strömungswider- Fig. 1 ersichtlich, nach oben bzw. nach unten gestand jedoch geringer ist als im Katalysatorbett. richtet. Wenn mehrere Gruppen von parallel angeord-Diese Anordnung schafft einerseits einen freien neten Käfigen 22 vorgesehen sind, so liegen diese Durchlauf des Reaktionsgemisches durch den Reaktor, 65 zweckmäßig in parallelen Ebenen und sind zueinander und darüber hinaus erleichtert sie auch das Abziehen versetzt. Im Inneren jedes Käfigs befindet sich ein der Katalysatormasse und das Einfüllen neuen Kataly- durchlöchertes Rohr 24, die zweckmäßig zu einer fitnrc in ilen PnnVtnr F? findpt hierbei auch eine sehr Sammelleitunc 26 zusammengefaßt sind, durch dieThe invention now relates to a pressure reactor. with a manhole 12 for filling the catalyst Carrying out catalytic gas reactions with sators and on its underside with a manhole Cold gas feeds in the catalyst bed, which is provided for drawing off the catalyst. Besides is characterized in that the cold gas supply lines are on the jacket 10 at the upper and lower parts transversely to the direction of flow of the reaction gas side still connecting pieces 16 and 18 for the inlet and arranged, mixing spaces forming cages with exit of the reaction gases provided. The reactor perforated walls, preferably in 10 is filled with catalyst 20, in.den cage-like their interior arranged pipes for the supply line 55 protrude formed lines 22 which, as from of the cold gas, with F i g. 1, expediently in one level at - the entry of a substantial proportion of the reaction are ordered, and a distance of about 7.5 cm tion gas in the cages, these are correspondingly large from one another. The cross-sectional dimensions stalt or in the corresponding number across the cross the Käfip.e are about 30 cm. They are useful Section of the reaction space and the perforations 60 cages 22 with triangular or rhombic cross-sections are dimensioned so that the catalyst particles cut and formed with their edge, as from can not pass through, the flow resistance Fig. 1 can be seen, up or down confessed however, it is less than in the catalyst bed. directs. If several groups of parallel arranged these Arrangement creates on the one hand a free Neten cages 22 are provided, so these are Passage of the reaction mixture through the reactor, 65 expediently in parallel planes and are to each other and in addition, it also makes it easier to pull it off. Inside each cage there is one the catalyst mass and the filling of new catalyst perforated pipe 24, which is expedient to a fitnrc in ilen PnnVtnr F? There is also a very collective line 26 summarized by the

Kaltgas gleichmäßig der Katalysatormasse zugeführt wird.Cold gas is fed evenly to the catalyst mass.

Der in Fig. 3 dargestellte Reaktor ist besonders für das Arbeiten bei höheren Drücken geeignet, wie sie beispielsweise bei der Ammoniaksynthese auftreten. Im Inneren eines solchen Reaktors befindet sich gewöhnlich zentral ein Wärmeaustauscher 17, wobei der Ringraum zwischen dem Wärmeaustauscher und der inneren Reaktorwandung 34 mit dem Katalysator 20 ausgefüllt ist. Das Reaktionsgas wird dem Reaktor mittels, einer Leitung 15 zugeführt und gelangt zunächst in den Wärmeaustauscher 17, aus dem es dann in das Katalysatorbett 20 eintritt. Das Kühlgas wird dem Katalysatorbett durch Leitungen 26 zugeführt, und zwar über die Käfige 22, in die die durchlöcherten Rohre 24 hineinragen. Das bei der Reaktion gebildete Gas strömt über die Rohrseite des Wärmeaustauschers 17 und wird durch den Ablaß 18 abgeführt.The reactor shown in Fig. 3 is particularly suitable for working at higher pressures, such as they occur, for example, in the synthesis of ammonia. Inside such a reactor is located usually a central heat exchanger 17, the annulus between the heat exchanger and the inner reactor wall 34 is filled with the catalyst 20. The reaction gas is the reactor by means of a line 15 and initially enters the heat exchanger 17, from which it then enters the catalyst bed 20. The cooling gas is fed to the catalyst bed through lines 26, namely via the cages 22 into which the perforated tubes 24 protrude. That formed in the reaction Gas flows over the tube side of the heat exchanger 17 and is discharged through the outlet 18.

Der Reaktionsbehälter besteht aus einem Druckmantel 30 sowie einem Deckel 32. Diese beiden Teile der Apparatur sind zweckmäßig mit einer dichten, wärmebeständigen Schicht 34 ausgekleidet. Der Dekkel 32 wird durch Stifte 36 zentriert und durch eine Dichtung 38 abgedichtet. Der Druckmantel 30 ist zweckmäßig gekühlt und zu diesem Zweck mit einem weiteren Mantel 40 versehen, an dem Stutzen 42 und 44 zur Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit angebracht sind.The reaction vessel consists of a pressure jacket 30 and a cover 32. These two parts of the apparatus are expediently lined with a dense, heat-resistant layer 34. The lid 32 is centered by pins 36 and sealed by a seal 38. The pressure jacket 30 is appropriately cooled and for this purpose provided with a further jacket 40, on the connecting piece 42 and 44 are attached to the supply and discharge of the cooling liquid.

Claims

Patent claims:

1. Pressure reactor for carrying out catalytic gas reactions with cold gas feeds in the catalyst bed, characterized in that that the cold gas feeds from transversely to the direction of flow of the reaction gas arranged, · mixing spaces forming cages (22) with perforated walls, which are preferably have pipes (24) arranged in their interior for the supply of the cold gas, whereby the cages are designed to be correspondingly large or in a corresponding number across the cross-section of the reaction space distributed and the perforations are dimensioned so that the catalyst particles cannot pass through, but the flow resistance is lower than in the catalyst bed.

2. Pressure reactor according to claim 1, characterized in that the cross section of the cages (22) is roughly triangular or rhombic with the top and bottom edge, with the top facing side surfaces enclose an angle of at least 45 ° with the horizontal.

3. Pressure reactor according to one of the preceding claims, characterized in that successive groups of cages (22) are mutually parallel and that the are staggered in successive, mutually "parallel groups".

4. Pressure reactor according to one of the preceding claims, 'characterized in that the Cages (22) in the peripheral area between an axial heat exchanger (17) and the container wall (30, 34) are attached (Fig. 3).

1 sheet of drawings