DE1767355A1 - Verfahren zum Durchfuehren der exothermen chemischen Reaktionen - Google Patents

Description

. Use* (Zotehaetl i/Camslmtli

PATENTANWALT 30. 4. i960

Anw.-Akte: 75/ö5

PATEHTANMELDUIG

Anmelder; Chemicke zävody ceskoslovensko-soTetskeho pratelstvi, narodni podnik, Zaluzi τ Krusnych Horach und Chemoprojekt, projektova, inzen^rskä a konzultacni organizace, Praha 2, Stepanska 15

Titel; Verfahren zum Durchführen der exothermen chemischen

Reaktionen

Die Erfindung betrifft das Durchführen der exothermen chemischen Reaktionen.

Der Gegenstand der Erfindung besteht darin, daß "beim Durchführen der exothermen chemischen Reaktionen das erforderliche Temperatur- sowie Konzentrationsfeld in dem Reaktionsraum durch eine Kombination des Injektorkreislaufes der Reaktionsmischung in dem Reaktionsraum mit Einspritzen der kalten Reaktionsmiachung gebildet wird, oder durch eine indirekte Wärmeabfuhr,

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oder durch beide Maßnahmen, entweder vor der Düse bzw. Düsen des Injektorsystems, oder am Zusaugort der Reaktibonsmischung, oder am Austrittsort der Beaktionsmischung aus dem Injektorsystem nach deren Komprimieren bzw. auch durch einen indirekten Wärmeaustausch zwischen der in dem Reaktionsraum reagierenden ReaktionsmiBohung und der vorgewärmten Reaktionsmischung vor dem Eintritt in den Reaktionsraum, oder mittels eines anderen Mediums.

Beim Durchführen der exothermen katalytischen Reaktionen unter erhöhter Temperatur ist es immer nötig, eine genügend intensive Vorwärmung der Reaktionsmischung vor ihrem Gelangen an den Katalysator, sowie die Regelung des Temperatur- sowie Konzentrationsfeldea im Katalysatorbett zu lösen. Das Regeln soll immer auf Bildung von Bedingungen für Beschleunigen des Verlaufes der chemischen Reaktion, doch aber gleichzeitig gegen die Erscheinungen der Überhitzung des Katalysators über eine zulässige Temperatur, und zwar in einem breiten Belastungsinter-

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vail des K'atelysaters durch die Reaktionsmiachung eingerichtet werden.

Nach den allermeisten bisher bekannten Lösungen werden bloss irgendwelche von den engeführten Förderungen, doch aber nicht alle gleichzeitig erfüllt.

Nach vorliegender Erfindung werden für des Regeln des Temperatur- sowie Konzentretionsfeldes im Katalysatorbett solche Mittel ausgenutzt, die imstande sind, einen intensiven Verlauf der chemischen Reaktion ohne Katalysatorüberhitzung in einem breiten Intervall der technologischen Bedingungen zu sichern. Der Erfindung nach wird das erforderliche Temperatursowie Konzentrationsfeld im Katalysatorbett durch Kombination eines Injektorkreieleufes der Reaktionemischung, bei dem eis Treibmittel die eus dem vorhergehenden RePktorteil kommende reagierende Kischung dient, mit dem Einspritzen kalter Reaktionsmischung gebildet, oder durch eine indirekte Wärmeabfuhr ι oder durch beide Ifassnahmen gleichzeitig, und zwar vor der Düse bezw. Düsen des Injektorsystems, Und zwar am Zusaugort der Reektionsmischung, oder am Austrittsort der Reaktioneraischung aus dem Injektorsystem nach deren Komprimieren, eventuell auch mit ^TTilfe des indirekten w-rmeaustaueehes zwischen der in dem Reaktionsreum reagierenden Reektionsmischung und der vorgewärmten Reaktionemiechung vor dem Eintritt in den Reaktioneraum, oder mittels eines anderen Mediums. Der Kreislauf der Reaktionemiechung kenn nach Bedarf in einer, oder in mehreren beziehungsweise in allen Ketaly-

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patorschichten durc^gef hrt "•^rcräcn. Vor den Katalysatorschichten so?4e hinter ihnen ist es mörlich, die Temperatur der Reektionsmischung mit ^rilfe von einem indirekten ^rmeaustausch zu regeln, gegebenfalls in Folchcr "-'eise, dass die abgeführte W-'rme zur Erzeugung von wasserdampf ausgenutzt wird. Zwecks Erniedrigung des Druckverlustes der Rea^tionsmischung während

es

ihres Durchganges durch das Katalysatorbett ist die Richtung des Reektionsmiechung-Stromes von Bedeutung und zum Beispiel bei Verwendung· eines walzenförmigen Katalysetorbett findet statt des üblichen üxialstromes in den Katalysetorschiehten mit Kreislauf ein Bodialstrom G-ebreuch, in welchem Falle die Reaktionsmiechunfr von der Bettmitte zu seinem Umkreis, oder umgekehrt strömt. Die Strömunperichtunp der Reaktionsmischung in anderen Katalysatorschichten k~nn dieselbe oder umgekehrte sein, eis das in der Schicht mit dem Kreislauf der Fall iet.

Auf dem Bilde T"lrd dap Sehen-- einer Vorrichtung zur Durchführung der Ammoniake-'-nthcr.c nach den Verfahren laut Erfindung veranschaulicht. Die Rcoktionemischung von Wasserstoff, Stickstoff und einer kleinen T^cn-r Amnoniak, auf zum Beispiel 300 t\X komprimiert, komnt durch den Eintritt JL in den Ausscnteil des Rohrb' ndcl-' "mcaustpusc^crs ?_, *ό sie teilweise von der austrettenden Reaktionen!pchunc erwärmt wird, und von hier weiter in die -färmeaustauschröhrcn j3, die in der dritten Katalysatorschicht angebracht "erden, ψο sic einer weiteren indirekten Erwärmung mittels der durch den Katalysator durchgehenden Reaktionsmischung unterzogen vard, und schliceslich d"rchgeht die Rcaktion^nisc^ung unter einer ^eiteren indirck-

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ten Sr Tarnung den Ausscntcil des oberen Robrb\\ndcl-^--rmcaus-· tauschers 4-, um dann durch einen elektrischen Vorwärmer iI2 mit einer Temperatur von etwa 4Ό0 ⁰C in die Düse beziehungsweise Düsen des ersten Injcktorsystems J|, in den durch c.en ersten Rückf'Ihrkanal es die teilweise reagierte wärmere Keaktionsmischung aus dem austritt von der ersten Katalysatorschicht 2_ 'sugesaugt wird. L^Tach dem Vermischen in dem Injektorsystem kommt die Mischung beider ■^eaktionsmischung-Anteile mit einer zwischen den Temprr-türen beider Anteile liegenden Temperatur an dir erste Katalysetorschicht 7,> ¹^o sie unter der ■T-irmeentwicklung und "'cmperaturansticg zum Ammoniak reagiert. Die Temperatur der Reaktionsmischung vor dem Eintritt an die erste Katalysatorschicht _7 "^ird mittels der kalten Reaktionsmischung durch deren Einspritzen vor die Düse bezw. D'lsen B des ersten Injektorsysteme ^, oder durch Einspritzen in die zugesaugte Reaktionemiachung S^, oder durch Einspritzen in die kompromierte Reaktionsniscbung JLO geregelt. Beim Austritt aus der ersten Katalysetorschicht £ wird die teilweise reagierte Reaktionsmischung in avei Teile geteilt, von denen einer durch den ersten R^;<ckf".'-■rkanal 6 zum ersten I:ijektjrsvstern 5 auf die oben brschricbene ^Tircise zugesaugt ¹^iTd. Ler fintiere Teil dieser Rcaktionsmisc^ung wird in den Röhren de.' oberen ^"rmeaustauschers \ gekiihlt, und tritt dann in die D"sc brz"^r. üf'scn des zweiten Injektorsvstems 11, und in die zweite Katalysatorschicht IT^ ein, ^Λ"ο ein ähnliche r "rozess, wie im ersten Tnjektorsvstem ^ und an der ersten Katalvsatorschicht 7 durchlauft, d.h. ein Kreislauf der Reaktionsmischung durch den zveiten R clfoufkanal IG, wobei die Temperaturregelung vor

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der zweiten Katalysatorschicht i2_ raifccls der kalten Reakfioi.i mischung entweder durch z^ites "inppritrrrn in die zu^csaufete Reaktionsmischung JLA, oder durch zweites Einspritzen in eic koprorimierte ReaktionsmiFchung Γ^ durchgeführt wird, üie Hcaktionsriischung aus der zweiten Kot? Iy se tor schicht \2 tritt dann in den ersten ^TJiLfsv^rncaustauecher JL7 ein, "^fo sie teilweise gek"hlt rird und denn in die dritte Kntalysatorrchicht _1_S wo die Ammoniaksynthcsc unter ständiger ^r;>irme abfuhr durch die in den Katalysator eingetauchten "'".rraeaustaiisclirohrcn 3 Liren Fortgang nimmt. In den ersten sowie zweiten Hilfs-Wäjrircaustauscher oder Kessel J₁T. und I9 kommt durch die erste und zweite ßpciserohrleitungen ^O und 2!2 Wasser, dea hier erwärmt, eventuell auch abgedampft T»^rird, und daciit das Abkühlen d«ir Re-aktionsmischung verursacht. Durch die erste sowie zweite /ustrittsrohrleitung 21^ und 2j£ komrit des erwft-rmte '"asscr oäer Wasserdampf oder eine Mischung von "asser und ''asaerdampf fo]t. Die Reaktionsiaischung gelangt, schlicsslich durch dien ZT^rci1 e=n '■ilfsv"rneaustauschcr oder Kessel 19 unter einer teilv-ciscr ^Tl"rmcabfuhr in die Röhren des · ^rmcaustauschers £, wc sie dadurch 8bgek".hlt wird, dass sie die durch dien· Eingang- jL_ kommende Reaktionsmischung vor^w"rmt, und von hter- durch icn. Austritt 24 zum v^reiteren Verfahren. Durch die erste und zweite Katalysatorschicht 7 und 12 strömt die. BealrtianemälFchung in der R^dialrichtung. In der dritten K^trilysotorrschic.hfe JUXr atröiV-t di? icaktionsmischung in der Radial- oder Axi^rrlchfeunc-Die Arbeit der zweiten K^tal^s- torschlcht 12. ist; auch ohne Injclctorkrcislauf der iüraktion-sri^chun-R· möglich., Cer elc.ktrisc.'ie

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2^ wird nur zum Durchwärmen des Reaktors vor dein Beginn der Aimnoniaksynthese benutzt.

Hierzu 1 Blett Zeichnungen

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Claims (1)

1. PATENTANSPRUCHS:

   1·/ Verfahren zum Durchfuhren der chemischen, insbesondere heterogenen katalytischer: exothermen Reaktionen, dadurch. gekennzeichnet, dass in dem Reaktionsraum ein erforderliches Temperatur- sowie Ilonzcntrationsfeld durch Kombination des Injektorkrelelaufes der Reaktionsmischung in dem Reäktionsreum gebildet wird und wobei als Treibmittel die reagierende, aus dem vorhergehenden Reaktorteil kommende Reaktionsmigchung dient, mit. Einspritzen der kolten Reaktionsmischung, oder durch eine indirekte wärmeabfuhr, oder durch beide angeführten Itassnahmen gleichzeitig, und zwar entweder vor der Düse bczv. D-^;sen des Injektoren sterne, oder am AuetrittFort der Reaktionsmischung aus dem Injektorsyβtem nach deren JComprimiercn, eventuell auch zusammen mit einem indirekten wärmeaustausch in dem. Reaktionärem.

   2./ Verfahren nech Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf der Reaktionsmischung mindestens in einem Teil des Reaktionsrauraes durchläuft, zum Beispiel in einer K-italysatorschicht,

   3«/ Verfahren nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, d^ss der Kreißlauf der Reaktionsmischung abgetrennt in mehreren ICataXv set erschient cn durchläuft.

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   ··,/ Verfahr/n nech Anspruch 1/, 2/ und 3/ dadurch gekennzeichnet, dass vor den beliebigen einzelnen, nacheinander kommenden Eeaktionsraumteilen sowohl hinter diesen die Temperaturregelung mittels des indirekten Wärmeaustausches durchgeführt wird.

   5·/ Verfahren nach /.nspruch 1/ bis 4·/ dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder in mehreren, bczichungsxveise in allen Teilen des Reaktionsraumes die Temperaturregelung mittels eines indirekten w^H rmeaust-ousch.es durchgeführt wird.

   6.'' Verfahren nach Anspruch 1./ bis 5/ dadurch gekennzeichnet, dass vor mindestens einem Teil des Reaktionsraumes oder hinter diesem bczw. diesen mit Hilfe eines Ausscnwärmetr"'^ers, zum Beispiel des Wassers, die wirme indirekt abgeführt zwecks Vfosserdampferzeugung.

   7./ Verfahren nach Anspruch 1/ bis 6/ dadurch gekennzeichnet, dass in den Xatalvpptorschichten mit dem Injektor-

   der Reaktionsmischun^ die reagierende Mischung in der Radialrichtunr strömt.

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