DE1817630C3 - Verfahren zur Reduktion von metalloxidischen Katalysatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren /.ur Reduktion von metalloxidischen Katalysatoren, die nach der Durchführung der Reduktion die exothermen Reaktionen eines Wasserstoff enthaltenden Gases, insbesondere der Ammoniaksynthese, in einem Reaktor mit mindestens zwei Schiebten des erwähnten Katalysators katalysieren.

Bei bestimmten exothermen katalytischcn Prozessen ist es notwendig, die Katalysatoren durch Reduktion aus der ursprünglichen oxydierten auf die resultierende metallische Form herzustellen. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist der Katalysator für die Ammoniaksynthese, der in Form von Eisenoxyden vorbereitet wird und nach seinem Einfüllen in den Reaktor mittels Wasserstoff in metallisches Eisen überführt wird. Bei dieser Reduktion ist bei der Temperatur von vorzugsweise etwa 35CT C am Anfang der Reduktion bis 500 ' C gegen Ende der Reduktion ein großer Gasdurchlauf einzuhalten, um die Konzentration des bei der Reduktion entstehenden Wassers möglichst niedrig zu halten; außerdem ist eine hohe Raumgeschwindigkeit bei relativ niedriger Reduktionstemperatur bekanntlich für die Gewinnung eines hochaktiven Katalysators vorteilhaft.

Bei einem großen Gasdurchsatz bestehen hohe Ansprüche an die zum Vorwärmen dieses Gases dienende Einrichtung, vornehmlich an das Wärmeaustauschsystem des Reaktors, mit dem das eintretende Gas durch das austretende Gas erwärmt wird, sowie an eine besondere Vorwärmeinrichtung, in der das Gas mittels Energie aus einer äußeren Quelle erwärmt wird. Zur Verbesserung der angeführten Bedingungen für eine erfolgreiche Durchführung der Reduktion des Ammoniaksynthesekatalysators wird schon in einigen Fallen die Ammoniaksynthesereak tion im Eintrittsteil des Reaktionsraumes, in dem der Katalysator schon reduziert ist, ausgenutzt, um infolge der bei der Ammoniaksynthese frei werdenden Reaktionswärme ein steiles Temperaturgefälle in dem Warraeaustauschsystem des Reaktors zwischen dem in den Reaktor eintretenden und sich vorwär-

menden Gas und dem aus dem Reaktor austretenden und sich kühlenden Gas zu bilden, was prinzipiell ermöglicht, daß eine erhebliche Menge Gas durch den Reaktor geführt werden kann. Die Temperatur, bei cVr die Ammomaksynthese z.B. unter dem Druck

von 300 aiii aus einem Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff durchläuft, ist höher als die Temperatur, bei welcher die Reduktion des Katalysators durchzuführen ist. Diese Tatsache macht die vnXU. Ausnutzung der schon früher angeführten Wirkung der Bi!-

dung von Reaktionswärme auf eine Verbesserung der Reduktionsbedingunger. schwierig, da es nötig ist. zwischen dem Tei! des Reaktionsraumes, den die Ammoniaksynthese durchläuft und dem, in dem die Reduktion des Katalysators durchgeführt wird, das

Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch zu kühlen, womit das Temperaturgefälle Vn dem Wärmeaustausch?} stern insofern ungünstig beeinflußt wird, daß meistens die erforderliche Menge vom Wasserstoffgemisch nicht durchsetzbar ist.

Die Aufgabe nach der Erfindung beruht darauf, die angeführten Mangel und Nachteile des bisher bekannten Verfahrens zu beseitigen bzw. zu verringern Die Lösung dieser Aufgabe beim Anfärben eines Reaktors beruht nacn der Erfindung darauf, daß ein abgezweigter Teil des aus der ersten einen schon reduzierten Katalysator enthaltenden KataK^morschkhi austretenden heißen R<*akt'onsgases vom \orgewärmten aber kälteren Frischgas mittels eines Injckiorwstcms abgesaugt und das Gemisch sodann

der ersten Schicht aufgegeben wird. Der andere Teil des aus der ersten Katalysatorschicht austretenden heißen Reaktionsgases wird durch die nachfolgenden Katalysatorschichten geleitet, deren oxidisthen Katalysators es reduziert, wobei dieses Reaktionsgas in an sich bekannter WeKe am Eingang der jeweiligen Katalysatorschicht durch indirekte Wärmeabfuhr oder durch Zufuhr von kühlerem Gasgemisch au! eine Temperatur, die niedriger ais die Tcnipeiaiui des Reaktionsgases am Austritt aus der ersten Katalysalorschicht ist, eingeregelt wird.

Es isi bereits ein Verfahren zur katalytischen Herstellung von Ammoniak aus Sliekstoif-Wasserstoff-Gemischen unter Vorwärmung des dem Katalysator zugeführten Gemisches an den Wandungen des Katalysatorbehälters bekannt, bei dem ein Teil des erhitzten Gasgemisches abgezweigt wird, nachdem es den Katalysator bereits luilws ise durchstiömi hat: die zur Temperaturregelung abgeleiteten Gase können dazu benutzt werden, einen Vorkatalysator auf seiner erforderlichen Temperatur zu halten.

In der Zeichnung ist ein Reaktor beispielsweise schematisch veranschaulicht, in dem die Animoniaksynthese aus dem Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch unter Druck von 300 atü an einem Eisen-Katalysator durchgeführt wird.

Der Reaktor hat vier Katalysator-Schichten S, 6,7,8, die bei der Ammoniaksynthesc adiabatisch arbeiten, weiter einen Wärmeaustauscher!, einen

3 4

1 ElektrovorwBrraer3, einen Injektor 4 und eine Rohr- wird am Eintritt in die einzelnen Katalysatorschich-

i leitung 1, 9, 10, U, 12, 13 und 14 für die Zu- und ten 6.7 und 8 die geeignete Temperatur gehalten,

j Abfuhr des Gases. und zwar durch Einspritzen von kühlerem Gemisch

J Im folgenden wird ein Verfahren für die Reduk- «on Wasserstoff und Stickstoff durch die zweite, I tkyi des Katalysators in diesem Reaktor beschrieben. S dritte und vierte Zuführungsleitung H, 12 und 13. I Der Katalysator in der ersten Schicht S ist schon Diebe Temperatur am Eintritt in die Katalysator- J reduziert worden und auf die Temperatur der Am- schichten am Beginn der Reduktion bewegt sich zwi-

1 moniaksynthese vorgewärmt. Das Wasserstof-Stick- sehen 350 bis 380^c C, d. b. sie ist niedriger als die

I stoff-Gemisch unter dem Druck von 300 atü strömt Temperatur des Reaktionsgases am Austnt» au* der I durch die Eintrittsrohrleitung I in den Wärmeaustau- io ersten Katalysatorschicht und sogar niedriger als die

1 scher 2, wo es durch das aus der vierten Katalysator- Temperatur des Gases am Eintritt in die erste Kata-

I schichte ausströmende Gas teilweise vorgewärmt lysatorschichtS, wo sie den Wert von etwa 420_ C

f wird. Es durchströmt dann den Elektrovorwärmer 3, erreicht, wie schon oben angeführt, die aber hoher

j hi dem gegebenenfalls noch weiter vorgewärmt wird als die Temperatur des Gases vor dem Emtntt in die

I und tritt in die Düse des Injektors 4 mit einer Tem- 15 Düse des Injektors 4 ist, wo die Temperatur etwa I peratur von z. B. 320° C ein. In den Injektor 4 wird 320° C erreicht, wie auch schon oben angeführt. Das

i ein Teil des Gases, das schon die erste Katalysator- Gemisch von Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak

i schicht 5 durchströmte, auf dem Rückweg 9 züge- und Wasser aus der Reduktion des Katalysators tritt

% sawgu dieser Gasanteil war durch die Reaktions- nach Durchströmen der vierten Katalysatorschichte

wärme der Ammoniaksynthese auf eine Temperatur 20 in den Wärmeaustauscher2 mit einer Temperatur,

von z. B. 520° C vorgewärmt worden. Das Massen- die am Beginn der Reduktion etwa 3M) bi> 380 C

verhältnis beider Gasanteile ist annähernd eins zu erreicht und im Verlauf r, r Reduktion ansteigt,

eins, so daß das resultierende Gemi-ch, das aus dem Diese Temperatur genügt für das Vorwärmendes

Injektor 4 in die erste Katalysatoi schicht 5 eintritt, kühlen Gemisches von Wasserstoff und Stickstoff im

eine Temperatur von annähernd 420 C hat, wobei 25 Wärmeaustauscher! bis auf die im vorhergehenden

diese Temperatur schon genügend hoch ist, damit auf scher, angeführte Temperatur von z. B. 320 C.

der ersten Schicht S die Ammoniaksynthese durch- Das Gemisch des Reduktionsgases verlaßt den

laufen werden kann. Wärmeaustau5cher2 nach seiner teilweisen Abkuh-

Die Temperatur des aus dem Elektrovorwärmer 3 lung durch die Austrittsrohrleitung zur weiteren Ver-

ausströmenden und in die Düse des Injektors 4 ein- 3° arbeitung.

tretenden Gases wird durch Zuführen des kühlen Die Arbeitsweise nach der Erfindung ist aucn

Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches geregelt, das durch durchführbar, wenn zwischen den Katalysatorstrncn-

j die erste Zufuhrleitung 10 zugeführt wird. Der an- ten Wärmeaustauscher untergebracht werden. Uer

« dere Teil des Gemisches von Wasserstoff, Stickstoff Elektrovorwärmer oder auch ein Vorwarmer einer

« und Ammoniak, das mit einer Temperatur von etwa 35 anderen Ausgestaltung kann an einer anderen geeig-

52O⁰C aus der ersten Katalysatorschicht 5 austritt, neten Stelle des Systems vorgesehen werden als in

strömt in die zweite, dritte und vierte Katalysator- der Zeichnung veranschaulicht,

schicht 6,7 und 8 der Reihe nach, wo es den in der Beispiele für weitere Anwenciungsrnoglichkeiten

Form von Eisenoxyden anwesenden Katalysator auf des Verfahrens der Erfindung sind ^atalysatorreduk-

metallisches Eisen 'reduziert. Laut Vorschrift für die 40 tionen für die Methanolsynthese und die Konvertie-

Tempcraturführung bei der Katalysatorreduktion rung von Wassergas.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. i 817 630

   Patentanspruch:

   Verfahren zur Reduktion von metaüoxidischen Katalysatoren mittels eines Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches im Zuge des Anfahrens eines mit mindestens zwei Katalysatorschichten versehenen Reaktors zwecks Erzeugung eines Katalysators für exotherme Gasreaktionen, insbesondere die Ammoniaksynihese, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgezweigter Teil des aus der ersten einen schon reduzierten Katalysator enthaltenden Katalysatorschicht (S) austretenden heißen Reaktionsgases vom vorgewärmten aber kälteren Frischgas mittels eines Injektorsystems (4) abgesaugt und das Gemisch sodann der ersten Schicht (5) aufgegeben wird, während der andere Teil des aus der ersten Kafalysatorschicht Hustretenden heißen Reaktionsgases durch die nachfolgende Katalysatorschicht oder -schichten (6,7,8) geleitet wird und den oxidischen Katalysator in ihnen reduziert, wobei dieses Reaktionsgas am Eintritt in die jeweiligen Katalysatorschichten in an :;ich bekannter Weise durch indirekte Wärmeabfuhr und oder durch Zufuhr von kühlerem Gasgemisch (Leitungen 1, 10 bis 13) auf eine Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur des Reaktionsgases am Austritt aus der csten Katalysatorschicht (5). eingeregelt wird.