DE1767355B2 - Verfahren zur durchfuehrung exothermer katalytischer gasreaktionen - Google Patents
Verfahren zur durchfuehrung exothermer katalytischer gasreaktionenInfo
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Description
und eine höhere Produktivität zu erreichen ist, weil die erste Katalysatorschicht 7 zu kühlen, damit es
cVr abgezweigte Gasstrom immer in die Reaktion zu- nicht zu einer Überhitzung des Reaktionsrückkehrt.
Es wird somit kein größerer Tei! des Gases gemisches über eine gewisse, für den Katalysator
abgeführt, ohne an der Reaktion voll teilgenommen gefährliche Temperaturgrenze, z. B. 550° C, kommt,
zu haben. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß die 5 Eine derartige Grenze würde aber bei einer schnellen
Hilfsapparatur und die Maschinen mit dem an der Reaktion der Ammoniaksynthese auf einem frisch-Reaktion
nicht teilgenommenen Gas nicht belastet gefüllten Katalysator überschritten werden. Andererwerden.
sejts wjrd am Encje (Jg5 Produktionszyklus durch den
Die angeführten Vorteile ermöglichen eine sichere bereits abgenutzten Katalysator an der genannten
Arbeit in einem breiten Bereich der Belastung des io Stelle eher eine niedrigere Temperatur, z. B. 360 bis
Reaktionsraumes durch die Menge des durchgesetzten 380° C, erreicht, und in diesem Falle wird die Küh-
Reaktionsgemisches im Vergleich mit dem Fall, wenn lung des Reaktionsgemisches vor dem Eintritt in die
die Reaktion ohne Zirkulation durchgeführt wird. erste Katalysatorschicht 7 ausgeschaltet.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah- Nach dem Vermischen der beiden Komponenten
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah- Nach dem Vermischen der beiden Komponenten
rens beruht auch darin, daß es einen stabilen Betrieb 15 im Injektorsystem, wo gleichzeitig ein Temperatur-
uuch bei Abweichungen von der normalen Zusam- ausgleich, z. B. auf 450 bis 460° C, stattfindet, ge-
mensetzung des Reaktionsgemisches erlaubt. Dies langt das Gas in die erste Katalysatorschicht 7. wo
;-.. B. bei der Ammoniaksynihese aus der Mischung bei Wärmeentwicklung und Temperaturanstieg Am-
\on Wasserstoff und Stickstoff im Falle einer Er- moniak entsteht.
Luliung des Gehalts an sauerstoffhaltigen Stoffen über 20 Die Temperatur des Reaktionsgemisches vor dem
J ie übliche Grenze, die eine vorgeschaltete Reinigung; Eintritt in die erste Katalysatorschicht 7 wird durch
der Reaktionsmischung erfordert. In diesem Falle Einspritzen des kalten Reaktionsgemisches geregelt,
erniedrigen sauerstoffhaltige Stoffe die Geschwindig- Das Einspritzen kann an drei verschiedenen Stellen
kcit der Ammoniaksynthese relativ mehr bei niedri- erfolgen: vor dem ersten Injektorsystem 5 durch die
Lv.-1-en Werten der Reaktionstemperaturen als bei höhe- 25 Leitung 8. in das angesaugte Reaktionsgemisch durch
ich Werten. Durch die Zirkulation der Reaktions- die Leitung1), oder in das komprimierte Reaktions-
inischung ist es in dem genannten Falle möglich, dem gemisch durch die Leitung 10. An den genannten
IJereich der niedrigen Temperaturen auszuweichen, drei Stellen kann die Temperatur des Reaktions-
bci denen, wie angeführt, die Reaktion durch sauer- gemisches durch indirekte Wärmeabfuhr geregelt
stoffhaltige Stoffe sehr verlangsamt wird. 30 werden. Die indirekte Wärmeabfuhr ist in der Figur
Bei der Zirkulation des Reaktionsgemisches kommt durch den Wärmeaustauscher 4 veranschaulicht, und
es natürlich zur Rückführung des Endproduktes der zwar für den Fall, daß die Wärme indirekt vor dem
Reaktion aus dem Austritt in den Eintritt in den zweiten Injektorsystemil, das ist an einer der drei
Reaktionsteilraum, was die Reaktionsgeschwindigkeit vorerwähnten Stellen, abgeführt wird.
von verschiedenen Reaktionen in verschiedenem 35 Beim Austritt aus der ersten Katalysatorschicht 7.
von verschiedenen Reaktionen in verschiedenem 35 Beim Austritt aus der ersten Katalysatorschicht 7.
Maße verlangsamt. Diese Tatsache bedeutet in eini- wo mittels der vorerwähnten Wärmeregelung die
»en Fällen einen gewissen Nachteil, der aber im Ver- Temperatur z. B. bei 520 bis 530° C gehalten wird.
gleich mit den Vorzügen der erfindungsgemäßen die für die Aktivität des Katalysators nicht gefährlich
Lösung relativ klein ist. In einigen Fällen wird dieser ist, wird das teilweise umgesetzte Reaktionsgemisch
Nachteil zum Vorteil und zur Bedingung der Auf- 40 (Ammoniakgehalt 11 bis 13 Molprozent) in zwei
rechterhaltung von Temperaturen im Reaktionsraum Teile geteilt, von denen einer durch die erste Rück-
in dem benötigten Bereich bei Reaktionen, die außer- führleitung 6 zum ersten Injektorsystem 5 auf die
ordentlich schnell verlaufen. oben beschriebene Weise rückgeführt wird. Der an-
In der Fig. ist das erfindungsgemäße Verfahren dere Teil dieses Reaktionsgemisches wird in den
für die Ammoniaksynthese schematisch dargestellt. 45 Rohren des oberen Wärmeaustauschers 4 z. B. auf
Das Synthesegas aus Wasserstoff, Stickstoff und einer die Temperatur von 460° C gekühlt und tritt dann
kleinen Menge Ammoniak, z. B. 3 Molprozent, auf in die Düse bzw. Düsen des zweiten Injektorsystems
z. B. 300 Atm komprimiert, kommt durch den Ein- 11 und in die zweite Katalysatorschicht 12 ein, wo
Ia3 1 in den Außenteil des Rohrbündel-wärmeaus- ähnliche Vorgänge wie im ersten Injektorsystem 5
tauschers 2, wo es teilweise von dem austretenden 50 und an der ersten Katalysatorschicht 7 vor sich gehen.
Reaktionsgemisch erwärmt wird und gelangt von hier Auch hier wird ein Teil des Reaktionsgemisches durch
weiter in die Wärmeaustauschrohre 3 in der dritten eine zweite Rückführleitung 16 im Kreislauf zum
Katalysatorschicht 18, wo eine weitere indirekte Er- zweiten Injektorsystem 11 zurückgeleitet, wobei die
wärmung stattfindet. Schließlich durchströmt das Temperaturregelung vor dem Eintritt in die zweite
Reaktionsgemisch unter weiterer indirekter Erwär- 55 Katalysatorschicht 12 wiederum durch Einspritzen
mung den Außenteil des oberen Rohrbündel-Wärme- von kaltem Reaklionsgemisch oder durch indirekte
austauschers 4 und gelangt durch einen elektrischen Wärmeabfuhr erfolgt. Auch in diesem Fall ergeben
Vorwärmer 25, der zur Erwärmung des Reaktors vor sich drei Möglichkeiten für den Ort der Einspritzung,
Beginn der Ammoniaksynthese benutzt wird, mit und zwar durch eine der Leitungen 13, 14 und 15.
einer Temperatur von etwa 400° C in die Düse bzw. 60 Die Temperaturrcgelung durch das kalte Reaktions-Düsen
des ersten Injektorsyslems 5, in das durch die gemisch kommt hauptsächlich am Anfang des Proeiste
Rückführleitiing 6 auch das teilweise umgesetzte duktionszyklus in Frage, wenn man mit einem frischwärmere
Reaktionsgemisch aus der ersten Kataly- gefüllten Katalysator arbeitet. Die Gründe sind
satorschicht 7 angesaugt wird. Am Anfang des Pro- dieselben, wie bereits bei der Katalysatorschicht 7
duktionszyklus eines frischgefüllten Katalysators wird 65 erläutert.
eine eher höhere Temperatur, z. B. 420 bis 440° C Das Reaktionsgemisch aus der zweiten Katalysaerzielt,
und in diesem Fall ist es notwendig, wie weiter torschicht 12 mit einem Gehalt von 17 bis 18 Molangeführt,
das Reaktionsgemisch vor dem Eintritt in prozenl Ammoniak tritt dann in den ersten Hilfs-
wärmeaustauscher 17 ein, wo es z. B. auf 500° C gekühlt wird. Es gelangt dann in die dritte Katalysatorschicht
18, wo die Ammoniaksynthese bei einer Temperatur von etwa 500° C und indirektem Wärmeaustausch
mit Synthesegas in den Rohren 3 zu Ende geführt wird. Am Austritt dieser Katalysatorschicht
wird ein Ammoniakgehalt von ca. 20 Molprozent erreicht. Eine ähnliche Wärmeabgabe kann auch in
den früher erwähnten Katalysatorschichten 7 und 12 erfolgen. In den ersten und den zweiten Hilfs-Wärmeautauscher
17 und 19 strömt durch die erste und die zweite Zufuhrleitung 20 und 22 Wasser, das
hier erwärmt und gegebenenfalls verdampft wird und auf diese Weise das Abkühlen des Reaktionsgemisches bewirkt. Durch die erste und zweite Ableitung
21 und 23 wird das erwärmte Wasser oder Wasserdampf oder ein Gemisch aus Wasser und
Wasserdampf entfernt. Das Reaktionsgemisch gelangt schließlich durch den zweiten Hilfs-Wärmeaustauscher
19 in den Wärmeaustauscher 2, wo es unter indirekter Wärmeabgabe an das Frischgas dieses vorwärmt.
Von hier tritt es schließlich durch den Auslaß 24 aus dem System aus, um in bekannter Weise
weiterverarbeitet zu werden.
Durch die erste und die zweite Katalysatorschicht 7 und 12 strömt das Reaktionsgemisch in Radialrichtung.
In der dritten Katalysatorschicht 18 strömt das Reaktionsgemisch in Radial- oder Axialrichtung.
Die zweite Katalysatorschicht 12 ist auch ohne Kreislauf des Reaktionsgemisches funktionsfähig.
Die Menge des benutzten kalten Reaktionsgemisches ist von den Reaktionsbedingungen abhängig
und ändert sich je nach dem Abnutzungsgrad des Katalysators.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Durchführung exothermer fuhr durch eine Trennwand auf ein kälteres Gas, das
katalytischer Gasreaktionen mit Vorwärmung des 5 meist das Reaktionsgas selbst ist, vorgenommen wird.
Reaktionsgemisches in einem Reaktor mit meh- Dabei soll die Umsetzung bei etwa 700 at erfolgen,
reren Katalysatorschichten, zwischen denen direkt Die Temperatur wird bei dieser Anordnung nur durch
oder indirekt gekühlt wird und ein Teilstrom des Zuleiten von kaltem Synthesegas geregelt, und in der
teilweise ausreagierten heißen Gasgemisches ab- letzten Schicht wird die Temperatur des Reaktionsgezweigt
wird, dessen Wärmeinhalt mindestens io gemisches nur durch Kühlung mittels des teilweise
teilweise auf das in den Katalysator eintretende vorgewärmten Eintrittsgases, das durch in der letzten
Gas übertragen wird, dadurch gekenn- Schicht angeordnete Fieldrohre geleitet wird, aufzeichnet,
daß der von dem aus einer Kata- rechterhalten. Eine Überhitzung des Katalysators ist
lysatorschicht austretenden Gasstrom abgezweigte mit einer solchen Vorrichtung nicht zu vermeiden.
Teilstrom des teilweise ausreagierter. heißen Gas- 15 Es ist ebenfalls eine Vorrichtung bekannt, bei der gemisches mittels eines Injektorsystems, das mit Heißgas abgezweigt wird, nachdem dieses einen Teil vorgewärmtem Frischgas oder mit aus einer vor- des Katalysatorbetts durchströmt hat (deutsche Patenthergehenden Stufe austretendem Gasgemisch als schrift 888 996). Auch mit einer solchen Einrichtung Treibmittel betrieben wird, angesaugt und im ist ein optimaler Reaktionsverlauf vom Gesichtspunkt Kreislauf in dieselbe Katalysatorschicht zurück- 20 des gesamten Renktorbetriebes nicht zu erzielen,
geführt wird, wobei im erforderlichen Ausmaß Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vor oder hinter dem Injektorsystem und/oder in Verbesserung der bekannten Verfahren zur Durchdem im Kreislauf geführten abgezweigten Gas- führung exothermer katalytischer Gasreaktionen zu strom durch Zumischen von Frischgas und/oder schaffen.
Teilstrom des teilweise ausreagierter. heißen Gas- 15 Es ist ebenfalls eine Vorrichtung bekannt, bei der gemisches mittels eines Injektorsystems, das mit Heißgas abgezweigt wird, nachdem dieses einen Teil vorgewärmtem Frischgas oder mit aus einer vor- des Katalysatorbetts durchströmt hat (deutsche Patenthergehenden Stufe austretendem Gasgemisch als schrift 888 996). Auch mit einer solchen Einrichtung Treibmittel betrieben wird, angesaugt und im ist ein optimaler Reaktionsverlauf vom Gesichtspunkt Kreislauf in dieselbe Katalysatorschicht zurück- 20 des gesamten Renktorbetriebes nicht zu erzielen,
geführt wird, wobei im erforderlichen Ausmaß Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vor oder hinter dem Injektorsystem und/oder in Verbesserung der bekannten Verfahren zur Durchdem im Kreislauf geführten abgezweigten Gas- führung exothermer katalytischer Gasreaktionen zu strom durch Zumischen von Frischgas und/oder schaffen.
auf indirektem Wege gekühlt wird. 25 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- löst, daß der von dem aus einer Katalysatorschicht
kennzeichnet, daß die Kreislaufführung des ab- austretenden Gasstrom abgezweigte Teilstrom des
gezeigten Teilstromes des Gasgemisches nur in teilweise ausreagierten heißen Gasgemisches mittels
einer oder einigen Katalysatorschichten durchge- eines Injektorsystems, das mit vorgewärmtem Frischführt
wird. 30 gas oder mit aus einer vorhergehenden Stufe austre-
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- tendem Gasgemisch als Treibmittel betrieben wird,
kennzeichnet, daß mindestens in einer Katalysa- angesaugt und im Kreislauf in dieselbe Katalysatortorschichi
(18), in der der Injektor-Kreislauf nicht schicht zurückgeführt wird. Dabei wird im erforderdurchgefi'hrt
wird, die Temperatur durch indi- lichen Ausmaß vor oder hinter dem Injektorsystem
rekte Wärmeabfuhr (3) aus der erwäs'inten Kata- 35 und/oder in dem im Kreislauf geführten abgezweigten
lysatorschicht geregelt wird. Gasstrom durch Zumischen von Frischgas und/oder
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, auf indirektem Wege gekühlt.
dadurch gekennzeichnet, daß in den Katalysator- Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung
schichten, in denen der Injektor-Kreislauf des kann die Kreislaufführung des abgezweigten Teil-Reaktionsgemisches
vorgenommen wird, das 40 stromes des Gasgemisches nur innerhalb einer oder
Reaktionsgemisch durch die Katalysatorschicht einiger Katalysatorschichten durchgeführt werden,
in Radialrichtung geführt wird. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß min
in Radialrichtung geführt wird. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß min
destens in einer Katalysatorschicht, in der der Injektorkreislauf nicht durchgeführt wird, die Temperatur
45 durch indirekte Wärmeabfuhr aus der erwähnten
Katalysatorschicht geregelt wird.
Es ist vorteilhaft, daß in den Katalysatorschichten,
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durch- in denen der Injektorkreislauf des Reaktionsgemisches
führung exothermer katalytischer Gasreaktionen in vorgenommen wird, das Reaktionsgemisch durch die
einem Reaktor mit mehreren Katalysatorschichten, 50 Katalysatorschicht in Radialrichtung geführt wird,
zwischen denen direkt oder indirekt gekühlt wird und Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
zwischen denen direkt oder indirekt gekühlt wird und Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
ein Teilstrom des teilweise ausreagierten heißen Gas- zur Durchführung katalytischer Reaktionen im Vergemisches
abgezweigt wird, dessen Wärmeinhalt min- gleich mit den bisher bekannten Verfahren bestehen
destens teilweise auf das in den Katalysator eintre- darin, daß die erfindungsgemäße Lösung in einem
tende Gas übertragen wird. 55 breiten Bereich technologischer Bedingungen einen
Bei chemischen Reaktionen, die unter erhöhter intensiven und stabilen Verlauf der Reaktion ohne
Temperatur verlaufen, ist einerseits eine Vorwärmung Überhitzung des Katalysators ermöglicht. Durch die
der Reaktionsmischung, bevor sie mit dem Kataly- Abzweigung des Heißgases hinter der Katalysatorsator
in Berührung kommt, nötig, andererseits müssen schicht und durch Ansaugen in den Injektor-Saugteil
Temperatur und Konzentration im Katalysatorbett 60 wird das Heißgas in Zirkulation versetzt, wobei es in
geregelt werden. Diese Regelung hat so zu erfolgen, der Mischkammer des Injektors in das vorgewärmte
daß zwar der Verlauf der chemischen Reaktion be- Gas eingeführt wird. Diese Zirkulation kann sowohl
schleunigt wird, jedoch eine Überhitzung des Kata- nur in einer Katalysatorschicht als auch in einigen
lysators über die maximal zulässige Temperatur Katalysatorschichten durchgeführt werden, so daß
hinaus vermieden wird. 65 immer ein optimaler Reaktionsverlauf vom Gesichts-
Durch die meisten der bisher bekannten Verfahren punkt des gesamten Reaktorbetriebes erzielt werden
werden nicht alle Forderungen gleichzeitig erfüllt. kann. Dadurch entsteht der Vorteil, daß durch den
Es ist bereits bekannt, zur Erzielung von hohen Reaktionsraum die gesamte Gasmasse geführt wird
Applications Claiming Priority (1)
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CS320967 | 1967-05-04 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=5371505
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1767355A Expired DE1767355C3 (de) | 1967-05-04 | 1968-05-02 | Verfahren zur Durchfuhrung exo thermer katalytischer Gasreaktionen |
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DE (1) | DE1767355C3 (de) |
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FR (1) | FR1561782A (de) |
GB (1) | GB1227984A (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2504343A1 (de) * | 1975-02-03 | 1976-08-19 | Linde Ag | Verfahren und reaktor zur durchfuehrung exothermer katalytischer reaktionen |
DE3725564A1 (de) * | 1987-08-01 | 1989-02-09 | Uhde Gmbh | Verfahren und anlage zur durchfuehrung einer synthese, insbesondere zur synthese von ammoniak |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3998932A (en) * | 1972-05-15 | 1974-12-21 | Montedison Fibre S.P.A. | Process for the catalytic synthesis of ammonia |
EP3438326A1 (de) | 2017-08-01 | 2019-02-06 | General Electric Company | Systeme und verfahren für vanadiumkorrosionshemmer |
-
1968
- 1968-04-30 DK DK197768AA patent/DK130950B/da unknown
- 1968-05-02 DE DE1767355A patent/DE1767355C3/de not_active Expired
- 1968-05-03 FR FR1561782D patent/FR1561782A/fr not_active Expired
- 1968-05-03 AT AT427268A patent/AT302256B/de not_active IP Right Cessation
- 1968-05-06 GB GB1227984D patent/GB1227984A/en not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2504343A1 (de) * | 1975-02-03 | 1976-08-19 | Linde Ag | Verfahren und reaktor zur durchfuehrung exothermer katalytischer reaktionen |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1767355A1 (de) | 1972-02-03 |
DK130950B (da) | 1975-05-12 |
FR1561782A (de) | 1969-03-28 |
AT302256B (de) | 1972-10-10 |
DE1767355C3 (de) | 1973-09-20 |
GB1227984A (de) | 1971-04-15 |
DK130950C (de) | 1975-10-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |