DE1667187C3 - Hochdruckreaktor mit Katalysatorschich ten fur exotherme katalytische Reaktionen - Google Patents

Hochdruckreaktor mit Katalysatorschich ten fur exotherme katalytische Reaktionen

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Description

Die Erfindung betrifft einen Hochdruckreaktor mit Katalysatorschichten für exotherme katalytisehc Reaktionen mit einem unterteilten, mittig im Reaktor angeordneten Rohrbündelverdampfer als Kühler.
Solche Hochdruckreaktoren werden bevorzugt für die Synthese von Ammoniak oder Methanol verwendet.
Fs ist bereits ein Hochdruck. ;\iktor bekannt, bei welchem ein StickstofT-Wasserstoff-Gemisch unter hohem Druck durch einen Wärmetauscher geht, der im unteren Teil der Kolonne angeordnet ist. Das Gas- 5<> gemisch wird dann in einem Mantelraum in dem Hochdruckreaktor nach oben geführt, von wo aus es über verschiedene Katalysatorschichten nach unten strömt, um als katalysiertes Gas seine Wärme in dem Wärmetauscher im Gegenstrom an das zugeführte Gasgemisch abzugeben. Zwischen den einzelnen Katalysatorschichten sind dabei von Flüssigkeit durchströmte Rohre so angeordnet, daß der Kreislauf der Kühlflüssigkeit nach dem Thermosiphonprinzip vorsieh geht (deutsche Auslcgeschrift 1 009 602).
Für die Ammoniaksynthese ist weiterhin ein Hochdruckreaktor bekannt, in dem drei Wärmetauscher koaxial angeordnet sind, wobei die Synthesegase entsprechend in diese Wärmetauscher geführt werden. Dabei ist der mittig im Reaktor angeordnete, der Kühlung dienende Wärmetauscher ein unterteilter Rohrbündelverdampfer (The Industrial Chemist. 36. I960. S. 631
Zu den bekannten Bauarten von Rohrbündel-Wärmctauschcrn gehören auch solche, bei denen der Rohrbündelverdampfer in Längsrichtung in zwei Hälften unterteilt ist (VDI-Wärmeatlas, 1953, BI. Pa 3).
Die vorstellend beschriebenen, bekannten Hochdruckreaktoren haben jedoch den Nachteil, daß der Anteil an nicht rüekgewinnharer Wärme relativ groß
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgahe besteht deshalb darin, einen Hochdruckreaktor der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei hohen Produktmengenströmen eine sehr hohe Wärmerückgewinnung in Form von Dampf hoher Temperatur und von hohem Druck aufweist.
Diese Aufgabe wird mit dem Hochdruckreaktor der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Rohrbündelverdampfer in an sich bekannter Weise in Längsrichtung in zwei Hälften unterteilt und in einem ebenfalls in zwei Hälften unterteilten Behälter so aus gebildet und angeordnet ist. daß die erste Katalysatorschicht an der Abströmseite mit der einen Hälfte de·. RohrbündeKerdampfers in direkter Verbindung stein, ebenso der Ausgang der ersten Verdampferhälfte über einen Ringraum mit der Eingangsseite der zweiten Katalysatorschicht und daß die zweite Hälfte de, RohrbündeKerdampfers in entsprechender Weise zwischen die zweite und die dritte Katalysatorschichi geschaltet ist.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß durch die direkte Erzeugung von Dampf sehr hoher Temperatur bei einem Druck von beispielsweise 150 kg'cm- ein extrem guter Wärmehaushalt verwirklicht wird.
Zweckmäßigerweise ist der Rohrhündelverdampfer mit seiner Rohrplatte auf der Reaktorhaube herausziehbar befestigt.
Eine günstige Anordnung ..rhält man dann, wenn die erste Katalysatorschicht zwischen der im Reaktor obenliegenden zweiten Katalysatorschicht und der im Reaktor untenliegenden dritten Katalysatorschicht an-■gcordnet ist.
Eine besonders günstige Regulierung der Kühlwirkung des Rohrbündelverdampfers erhält man dann, wenn zu dem Rohrbündeiverdampfer eine Umgehungsleitung mit einem Drosselventil parallel geschaltet ist.
An Hand der Zeichnung wird eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung näher erläutert, wobei der Hochdruckreaktor im Axialschnitt schematisch gezeigt ist.
Das Synthesegasgemisch tritt durch den Einlaß 1 in den oberen Teil des Reaktors ein und strömt in dem Zwischenraum 2 zwischen dem inneren Aufbau des Reaktors und dem Druckmantel 3 nach unten, wo es in die Röhren des Wärmetauschers 4 eintritt. Dadurch werden der obere Teil des Reaktors, in dem alle Absperr- und Beipaßventile angeordnet sind, sowie die Innenwand des Druckmantels kontinuierlich gekühlt.
Nach der Vorwärmung in dem Wärmetauscher 4 strömt das Synthesegas nach oben durch die erste Katalysatorschicht 5 und dann durch die erste Hälfte des Rohrbiindelverdampfers 6. wo es sich abkühlt. Über einen Ringraum 7 strömt das Gas dann zur zweiten Katalysatorschicht 8 und anschließend durch die zweite Hälfte des Rohrbündelverdampfers 6, wo wiederum eine Rückkühlung erfolgt. Anschließend wird das Gas durch die dritte Katalysatorschicht 9 geführt. Nach dem Durchgang durch diese Katalysatorschicht 9 strömen die heißen Reaktionscasc am Außen-
mantel des Wärmetauschers 4 nach oben und dann außenseiiig um die Rohre dieses Wärmetauschers 4 nach unten, wo sie den Reaktor am Auslall 10 erlassen.
Der Hochdruckreaktor hat zwei Einsätze, wobei der obere Einsatz aus der ersten und der zweiten Katalysatorschicht sowie dem Mantel 11 des Rohrhündeiverdampfers 6 besteht, während der untere Einsatz die dritte Katalysatorschicht 9 und den Wärmetauscher 4 umfaßt. Der Rohrbündelverdampfer 6 ist an der Rohrplatte 13 der Reaktorhaube 12 befestigt, so daß er mit der Rohrplatte 13 einfach aus dem Reaktor herausgenommen werden kann, ohne daß die Reaktorhaube 12 abgenommen werden muß.
Oev Rohrbündelverdampfer 6 hat einen Mantel 11 sowie eine Zwischenwand, die ihn in Hälften in Lärmsrichtung unterteilt. Die Zuströmseite des Rolubündcl- \erdampfcrs6 ist durch den Pfeil 15, die Abströmseite durch den Pfeil 16 gekennzeichnet. Weiterhin ist ein \on außen betätigbares Drosselventil 14 in einer zum Rohrbündelverdampfer 6 parallelgeschalteten Umgehungsleitung angeordnet.
Durch den bei dem erfindungsgemäßen Hochdruckreaktor vorgegebenen Strömungsweg der Gase wird eine einfache und sichere Temperaturregelung zwischen den Katalysatorschichten erreicht, gleichzeitig erhält man Dampf von sehr honer Temperatur bei hohem Druck, der ?u einer hohen Ausnutzung der Reaktionswärme beiirägt. Außerdem kann der Rohrhündelverdampfer mit freier oder Zwangskoiv.ektion arheilen,
I:.ine weitere Regelungsmöglichkeit ist durch den Einlaß 17 für die Zuführung von Gas in den Innenraum des Wärmetauschers 4 möglich.
Λ η Hand des nachstehenden Beispiels wird die Erlindung näher erläutert.
Beispiel
Der im folgenden beschriebene Hochdruckreaktor ist für eine Leistung \on 1000 t N I-I:, pro Tag ausgelegt. In der nachstehenden Übersicht sind die Temperatur und der NH:l-Gehalt der Reaktionsgase an verschiedenen Stellen des Reaktors aufgeführt.
Temperatur N H1 -Gehalt
( Cj (Molpro/enu
Reaktoreinaanti 50 2.1
Eingang erste
Katalysatorschicht 400 2.1
Ausgang erste
Katalysatorschicht 526 10.4
Eingang zweite
'Xatalysatorschicht ... . 433 10.4
Ausgang zweite
Katalysatorschicht 501 15.4
Eingang drille
Katalysatorschicht 415 15.4
Ausgang dritte
Katalysatorschicht 452 IN.2
Reaktorausiianc IS.2
Der Arbeitsdruck im Reaktor beträgt 270 at. Der Gehalt an inerten Substanzen am Reaktoreintritt sind 10 Molprozent, der Voluinenstrom liegt bei 1 3000 nm ' hm:1. Die KataKsatormasse ist so verteilt, daß die ersie Schicht 20" „. die zweite Schicht 36'V0 und die dritte Schicht 42" „ enthält. Bei einem Innendurchmesser von 2.2 m und einer freien Innenhöhe von 16.5 m des Druckmantel·, läßt sich mit dem Hochdruckreaktor in einer Leistung von 1000 t/Tag gesättigter Dampf von 130 ata erzeigen, wobei die zurückgewonnene Wärme 580 000 kcal,-1 NH3 beträgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Hochdruckreaktor mit Kalalysatorschiehten für exotherme katalytische Reaktionen mit einem unterteilten, mittig im Reaktor angeordneten Rohrbündelverdampfer als Kühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrhündclverdampfer (6) in an sich bekannter Weise in Längsrichtung in zwei Hälften unterteilt und in einem ebenfalls in zwei Hälften unterteilten Behälter (11) so ausgebildet und angeordnet ist. daß die erste Katalysatorschichi (5) an der Abströmseite mit der einen Hälfte des Rohrbiindelverdampfers (6) in direkter Verbindung steht, ebenso der Ausgang der ersten Verdampferliäifte über einen RingTaum (7> mit der Fingangsseite der /weiten Katalysatorschicht (8) und daß die /weite Hälfte des RohrbündeKerdampfers (6) in entsprechender Weise zwischen die zweite (8) und d'c dritte Katalysatorschicht (9) geschaltet ist.
2. Hochdruckreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrbiindeherdampfer (6) mit seiner Rohrplatte (13) auf tier Reaktorhaube (12) herausziehbar befestigt ist.
3. Hochdruckreaktor nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Katalysatorschicht (S zwischen der im Reaktor obenliegenden zweiten Katalysatorschicht (8) und der im Reaktor untenliegenden dritten Kata!ysatorschichjt (9) angeordnet ist.
4. Hochdruckreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dem Rohrbündelverdampfer (6) parallel geschaltete Umgehungsleitung mit Drosselventil (14).
DE1667187A 1966-10-18 1967-10-12 Hochdruckreaktor mit Katalysatorschich ten fur exotherme katalytische Reaktionen Expired DE1667187C3 (de)

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GR (1) GR36634B (de)
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