DE1955489C3 - Druckkammer oder -gefäß mit Innenisolierung und mit die Isolierung schützendem Innenfutter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Druckkammer nach dem Oberbegriff von Patentanspruch t.

Es ist bereits ein derartiger Druck- und Isolierbehäl ter bekannt (US-PS 2 548 519), bei welchem in den Spalt zwischen der Isolierauskleidung und dem metallisehen Innenfutter ein ständiger Inertgasstrom geleitet wird, um das Ansammeln von Stoffen aus dem Reaktionsteilnehmerstrom darin und damit ein eventuelles Verbrennen dieser Stoffe, örtliches Überhitzen und Beschädigen des Isoliermaterials, zu vermeiden. Diese Lö- sung ist jedoch aufwendig und zumindest in bezug auf die Betriebskosten teuer.

Es ist auch ein Druckbehälter bekannt (DL-PS 570), bei welchem in einem Trägergefäß ein Schutzf efäß in Form einer durchgehenden, dichten Innenaus- kleidung angeordnet ist. In drucklosem Zustand des Behälters befindet sich zwischen der Innenauskleidung und der Wandung des Trägergefäßes ein Luftspalt; bei Beaufschlagung des Behälterinneren mit Druck entweicht jedoch die Luft durch Bohrungen in der Wan- dung des Trägergefäßes, und die Innenauskleidung legt sich an die Innenseite der Wandung des Trägergefäßes an. Bei dieser bekannten Auskleidung ist zwar nur eine einzige Verbindungsstelle der Innenauskleidung mit dem Trägergefäß im Bereich der Flansche erforderlich, eine Isolierwirkung ist jedoch nicht möglich. Da der isolierende Luftspalt zwischen Innenauskleidung und Trägergefäß bei Druckbeaufschlagung des Behälters verschwindet und sich die Innenauskleidung eng an die Innenseite der Trägergefäßwandung anlegt, findet eine sehr gute Wärmeleitung von der Innenseite der Innenauskleidung zur Außenseite der Trägergefäßwandung

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Druckkammer bzw. ein Druckgefäß der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem sich zwischen dem Innenfutter und dem Isoliermaterial keine Stoffe aus dem Reaktionsteilnehmerstrom ansammeln können, bei welchem aber gleichzeitig das Problem der verschiedenen Wärmeausdehnung des Innenfutters und des Isoliermaterials gelöst ist Dabei soll das Innenfutter in einfacher und kostensparender Weise anbringbar sein, so daß die Herstellungskosten des Behälters dementsprechend gering sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Druckkammer gemäß den Patentansprüchen. Diese Ausbildung der Druckkammer hat insbesondere den Vorteil, daß jegliche Flüssigkeitsanteile, herrührend aus einer Kondensation oder aus einem Reaktionsteilnehmerstrom, ohne weiteres aus dem Gebiet hinter dem unteren Teil des Futters abfließen können und somit nicht in dem Isoliermaterial hinter dem Futter eingeschlossen und festgehalten werden. Dieser Effekt wird dabei durch eine außerordentlich einfache Konstruktion erreicht, bei welcher jede dauernde Verschweißung, Bolzenbefestigung oder andere feste Verbindung zwischen dem unteren Rand des ringförmigen Futterstücks und der Kammer selbst entfällt, und die es gestattet, daß der untere Rand des ringförmigen Futterstücks nur auf den Vorsprüngen oder fingerähnlichen Stützen ruht Hierdurch wird der Einbau des Futters durch weitmöglichste Ausschaltung von Verschraubungen, Verschweißungen oder anderen festen Anbringungsarten vereinfacht; als einzige feste Verbindung verbleibt die Verschweißung oder andere feste Vereinigung zwischen dem oberen Rand des oberen Futterstücks und dem oberen Endabschnitt der Kammerwandung.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Druckkammer erhält die Gesamtbehälterwandung zum einen die Fähigkeit durch das Innenfutter den hohen Temperaturen und/oder korrosiven Bedingungen zu widerstehen, wobei das Futter nur eine so große Festigkeit aufweisen muß, um die Druckdifferenz auszuhalten, die infolge des Druckabfalls durch das gepackte Bett sowie den allseitigen, »hydrostatischen« Druck der in der Kammer im Einzelfall vorgesehenen Füllkörperpak· kung auftreten kann. Das Futter ist ferner in der Lage, Ausdehnungsunterschiede, wie sie zwischen Anfahrbedingungen und Betriebsbedingungen auftreten können, aufzunehmen. Das Isoliermaterial braucht somit lediglich die Aufgabe der Wärmeisolierung zu übernehmen, während die äußere Behälterwandung allein die erforderliche Festigkeit für den Innendruck haben muß. Bei alledem ist der neue Druckbehälter einfach und billig herzustellen.

Die Stützen können auf zahlreiche Weise, beispielsweise in Form von Fingern, Vorsprüngen, Stiften, Zinken od. dgl. ausgebildet sein; bevorzugt bestehen sie aus kleinen fingerartigen Auflagen, die von der Innenoberfläche der Kammerwatidung radial einwärts vorstehen.

Allgemein hat das untere Futterstück eine solche Größe, daß es innen in das untere Ende des oberen aufgehängten Futterstücks hineinpaßt, so daß das kleinere untere Futterstück durch das untere Ende des oberen Futterstücks in richtiger Lage und Ausrichtung

gehalten wird und keine festen Verbindungen zwischen den fingerartigen Stützen und dem unteren Futterstück erforderlich sind.

Die Anwendung einer Innenisolierung und eines Innenfutters bei einer Druckkammer, z. B. einem Druckbehälter oder einem Druckreaktor, der bei hoher Innentemperatur von beispielsweise 480⁰C oder mehr arbeiten muß, führt naturgemäß zu einer beträchtlichen Vereinfachung und Verringerung der Herstellungskosten der Kammer. Bei Verwendung einer »Heißwand«- Kammer ohne innere Isolierung kann es beispielsweise erforderlich sein, eine Behälterwand mit einer Stärke in der Gegend von 10 bis 15 cm vorzusehen, zusätzlich wird gewöhnlich eine Legierungsauflage oder -Überzugsschicht erforderlich sein, um genügend Wider-Standsfähigkeit gegen saure Stoffe oder korrosive Reaktionen, wie sie bei verschiedenen Verarbeitungsvorgängen häufig angetroffen werden, herbeizuführen. Bei der katalytischen Umsetzung eines mischphasigen Kohlenwasserstoffstroms bei einer Temperatur in der Gegend von z. B. 480⁰C und einem Druck in der Gegend von z. B. 130 bis 140 atü ist beispielsweise für eine »Heißwand«-Reaktionskammer ein Legierungsstahl mit einer Wandstärke in der Gegend 15 cm oder mehr, je nach dem Durchmesser der Kammer, erforderlich. Wenn andererseits ein inneres Isoliermaterial vorgesehen wird, das im allgemeinen fest an der inneren Oberfläche der Kammerwandung angebracht wird, so daß in etwa eine »Kaltwand«-Kammer vorliegt, kann die Wandung aus den weniger kostspieligen Stählen vom Typ der Kaltwalzstähle gefertigt werden und bei gleicher oder gleichartiger Kohlenwasserstoffumwandlung merklich dünner sein.

Bei dem inneren Isoliermaterial kann es sich um einen Leichtbeton od. dgl. handeln, z. B. um ein Material, wie es aus Calcium-Aluminat-Zementen in Verbindung mit temperaturbeständigen Zusätzen, z. B. zerkleinerten feuerbeständigen Steinen, Schamotte, Ver miculit, »Perlit« od. dgl., erhalten wird. In anderen Fällen kann die Innenisolierung aus Formsteinen oder aus vorgegossenen oder vorgeformten Leichtisolierblök ken bestehen, die entsprechend geschnitten oder geformt und dann eingepaßt werden, so daß sie die Innenwandung der betreffenden Druckkammer vollständig bedecken, wobei geeignete Bolzen, Stifte oder andersartig ausgebildete Befestigungskörper zur festen Verklammerung mit der Innenwandung der Kammer vorgesehen werden.

Das Metallfutter zur Anbringung auf der Innenseite der Druckkammer wird im allgemeinen aus Legierungsmateriaüen gefertigt sein, die in der Lage sind, den hohen Temperaturen und/oder korrosiven Bedingungen zu widerstehen, und eine genügende Festigkeit aufweisen, um die Druckdifferenz auszuhalten, die infolge des »Druckabfalls« durch das gepackte Bett sowie den hydrostatischen Druck der in der Kammer im Einzelfall vorgesehenen Füllkörperpackung od. dgl. auftreten kann. Das Futter sollte eine Dicke haben, die geeignet ist, die innere Wandoberfläche des zwischenliegenden Isoliermaterials hinreichend zu schützen, und es soll in der Lage sein, Ausdehnungsunterschiede, wie sie zwischen Anfahrbedingungen und Betriebsbedingungen bei dem in Betracht kommenden Verfahren auftreten, aufzunehmen.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung weiter erläutert; die Zeichnung zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines nach den Regeln der Erfindung ausgebildeten Druckgefäßes mit Innenisolierung und Innenfutter.

F i g. 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine Druckkammer mit Futterstücken und einer Sitzanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; ■

F i g. 2 veranschaulicht in etwas größerem Maßstab den Bereich des inneren Metallfutters, wo das obere Futterstüpk und das untere Futterstück zusammentreffen und einander überlappen;

F i g. 3 und 4 veranschaulichen an Hand vergrößerter Teilansichtcn die Anwendung von Schlitzen im unteren Abschnitt des unteren Futterstücks zur Aufnahme von in Abständen angeordneten Stützen, die sich von der Innenwandung der Kammer radial einwärts erstrecken.

Gemäß F i g. 1 umfaßt die Druckkammer eine Außenwandung 1 mit einem oberen Endabschnitt 2 und einem unteren Endabschnitt 3. Auf der Innenseite der Kammerwandung 1 befindet sich eine Schicht aus einem Isoliermaterial 4, z. B. aus einem Isolierbeton, die durch in Abständen angeordnete Verankerungsklammern 5 und in Abständen angeordnete Stäbe 6, welche auf Abstandshaltern oder Stützbügeln 7 angebracht sind, fest an der Wandung gehalten wird. Der obere Endabschnitt 2 ist in ähnlicher Weise mit einer Isolierbetonschicht 8 versehen, und der untere Endabschnitt 3 weist ebenfalls eine innere Isolierbetonschicht 9 auf, so daß sich eine vollständige Auskleidung ergibt, die eine Übertragung hoher Temperaturen auf die Außenwandung der Kammer verhindert.

Im Abstand rund um die Innenfläche der Kammerwandung befindet sich über der inneren Oberfläche des Isoliermaterials 4 ein Metallfutter, das ein oberes Futterstück 10 und ein unteres Futterstück It umfaßt. Das obere Futterstück 10 bildet den überwiegenden Teil des gesamten Innenfutters und ist bei 12 an der Innenwandung des oberen Endabschnittes 2 angeschweißt oder in anderer Weise fest angebracht. Das untere freie Ende des Futterstücks 10 kann sich demgemäß in Abwärtsrichtung bewegen, wenn höhere Temperaturen zur Einwirkung kommen. Die Ausdehnung bzw. Verschiebung des unteren Endes des Futterstücks 10 ist durch die gestrichelten Linien 10' angedeutet.

Das un tere Futterstück 11 wird bei der dargestellten Ausführungsform von einer Mehrzahl stift- oder zinkenartiger Stützen 13 getragen, die in Abständen voneinander rund um den Innenumfang der Druckkammer angeordnet sind. Jede Stütze 13 kann an die Innenoberfläche der Kammerwandung angeschweißt oder in anderer Weise angebracht sein. Die Stützen 13 befinden sich alle in ein und derselben waagerechten Ebene und halten in dieser Weise das Futterstück 11 so in einer gleichmäßigen Höhe oder Ebene, daß es in das untere Ende des oberen Futterstücks 10 ohne feste Verbindung hineinragt. Die Stützen 13 können sich direkt unterhalb des unteren Randes des ringförmigen Futterstücks 11 befinden, so daß letzteres nur auf diesen Stützen ruht; bei der dargestellten Ausführungsform sind jedoch eine entsprechende Anzahl von Schlitzen im unteren Teiä des Futterstücks 11 vorgesehen, zur Aufnahme der inneren Enden der Stützen 13. Hier kommen also die oberen Ränder der Stützen 13 mit den oberen Rändern der Schlitze 14 in Berührung und «ragen in dieser Weise das ringförmige Futterstück 11 (Fig.3). Bei einer abgewandelten Ausführungsform, wie sie in der F i g. 4 dargestellt ist, sind als Mittel zur genauen Höhenausrichtung des gesamten Futterstücks 11 Ausrichtplatten 15 vorgesehen, die an die innere Oberfläche des Futterstücks 11 angeschweißt oder in anderer Weise angebracht werden können, um hierdurch die

Mögliclikeit zu schaffen, für jeden Fall die obere Begrenzung des Schlitzes 14 anzupassen und in einer genau einstellbaren Höhenlage einen Auflagerand für den Oburrand der eingreifenden Stütze 13 zu bilden.

Ein weiterer Vorteil der Abstützung des unteren Futterstücks durch in Abständen angeordnete stift- oder zinkenartige Stützen besteht in der Vermeidung einer Abwärtserstreckung eines Teils des unteren Futterstücks in oder durch das starre Isoliermaterial 9, das auf der unteren Innenwandung der Kammer angebracht ist Wenn das Metallfutter an der verhältnismäßig kalten Innenwandung der Kammer, die im Vergleich zum inneren Bereich des Futters nur eine sehr geringe Ausdehnung bei Temperaturdifferenzen erfährt, befestigt würde, würden sich starke Unterschiede der Ausdehnung ergeben. Eine solche Ausdehnung würde in dem Teil des Futters eintreten, der sich innerhalb des Isoliermaterials befände, wodurch Druckkräfte gegen die Isolierung ausgeübt würden und ein Wegbrechen des Isoliermaterials von der Innenwandung der Druckkammer eintreten könnte, was natürlich zum Auftreten gefährlicher Heißstellen an der Kammerwand führen würde.

Im oberen Bereich der Druckkammer, wo das Futterstück 10 an dem oberen Endabschnitt 2 befestigt ist, erstreckt sich die innere Auskleidungsschicht 8 im Gebiet 8' abwärts über der oberen inneren Wandoberfläche des Futterstücks 10, so daß eine geringstmögliche Ausdehnung dieses oberen Stücks gewährleistet ist Weiterhin ist in dem Bereich hinter dem äußersten oberen Endabschnitt des Futterstücks 10 die starre Innenisolierung fortgelassen und durch ein zusammendrückbares Isoliermaterial, z. B. Mineralwolle 17, ersetzt, um zu verhindern, daß auf unterschiedlichen Ausdehnungen beruhende Kräfte gegen eine aus Blöcken zusammengesetzte oder andere starre betonartige Auskleidung ausgeübt werden.

Die F i g. 2 zeigt ein Beispiel für die Anordnung eines gepackten Bettes aus hochtemperaturbeständigen Keramikkugeln im unteren Gebiet einer erfindungsgemäß ausgebildeten Druckkammer, wobei die Keramikkugeln sowohl gegen das untere Futterstück U als auch gegen den unteren Teil des oberen Futterstücks 10 anliegen. Die Keramikkugeln 18 im unteren Bereich der Kammer sind vorzugsweise verhältnismäßig groß, z. B.

mit einem Durchmesser in der Gegend von 1,9 bis 2,5 cm, um einen Eintritt in den Überlappungsbereich 19 auszuschließen. Auf den größeren Kugeln 18 können kleinere Keramikkugeln 20 angeordnet werden, so daß sich eine Übergangszone ergibt, die Katalysatorperlen oder -teilchen 21 von noch kleinerem Durchmesser trägt; letztere füllen den Hauptanteil des Innenraums der Kammer. Um eine noch gleichmäßigere Ausrichtung zwischen den Futterstücken 10 und 11 zu gewährleisten und ein Verklemmen oder Ankleben von Keramikkugeln oder Katalysatorteilchen am Ende des Futterstücks 10 oder ein Abwärtstragen in den Überlappungsbereich 19 noch sicherer auszuschließen, kann eir schmaler Ring 22 auf dem Oberrand des unteren Fut terstücks 11 nach Art eines schmalen Flansches ange bracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckkammer oder -gefäß mit Innenisolierung und mit die Isolierung schützendem Innenfutter, das S aus einem langgestreckten rohrförmigen oberen Futterstück gebildet wird, das am oberen Endabschnitt der Kammerwandung so angebracht ist und von diesem getragen wird, daß sich das untere freie Ende des oberen Futterstückes unter Einfluß von Temperaturschwankungen in Auf- und Abwärtsrichtung bewegen kann, dadurch gekenn- z e i c h η et, daß das innere Metallfutter im unteren Teil des Gefäßes bzw. der Kammer durch ein gesondertes ringförmiges Futterstück (11) gebildet wird, das so ausgebildet und angebracht ist, daß es das untere Ende des oberen Futterstückes (10) gleitbar überlappt, und eine Mehrzahl von. Stützen (13) vom unteren Wandabschnitt der Druckkammer zum Eingriff mit und Abstützen des unteren Futter-Stückes (11) an in Abständen befindlichen Stellen rund um den Umfang der Kammer durch das Isoliermaterial (4) hindurch vorstehen.

2. Druckkammer oder -gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abständen voneinander angebrachten Stützen (13) aus kleinen fingerartigen Auflagen bestehen, die von der Innenoberfläche der Kammerwandung (1) radial einwärts vorstehen.

3. Druckkammer oder -gefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Futterstück (11) eine Mehrzahl von in Abständen voneinander befindlichen Schlitzen (14) von solcher Größe und Anordnung, daß die einwärts vorstehenden Endabschnitte der Stützen (13) in die Schlitze hineinreichen, aufweist