DE2062095B2 - Reaktionsapparat zur durchfuehrung exothermer chemischer reaktionen - Google Patents

Description

Bei Reaktionsapparaten, mit denen endo- oder die Verwendung eines zusätzlichen Wärmeträgers,

exotherme chemische Reaktionen durchgeführt wer- der durch den Reaktionsraum gefuhrt wird, an sich

den. wird zur Aufrechterhaltung einer Im wesentli- möglich. Jedoch steht Dampf mit genügend hoher

chen gleichbleibenden Betriebstemperatur, im allge- Temperatur selten zur Verfugung, wahrend Heiß.u.t

meinen zwischen 350 und 450" C, üblicherweise ein »5 und Rauchgase einen erheblichen Aufwand an Heiz-

Wärmeträger mittels einer Pumpe umgewälzt, wobei aggregaten und Zubehör erfordern bzw. betnebsma-

er die beim Reaktionsvorgang zwischen einem Reak- ßige Mangel mit sich bringen.

tionsgas und einem Katalysator verbrauchte bzw. frei Demgegenüber besteht die Erfindung dann, daß m

werdende Wärme ersetzt'bzw. aufnimmt. Zum Aus- Parallelschaltung zu dem vorhandenen Umlaufsy-

gleich der dadurch verursachten Temperatun, erände- 30 stern des Wärmeträgers zusätzlich eine Heizeinnch-

rung des Wärmeträgers ist in seinen Kreislauf ein tung außerhalb des Reaktionsbehälters angeordnet

Wärmetauscher eingeschaltet, d. h. bei endothermen und mit diesem über ein kombiniertes Absperr- und

Reaktionen eine Heizeinrichtung und bei exothermen Regclorgan an zwei Stellen unterschiedlichen Druk-

Reaktionen eine Kühleinrichtung. kes verbunden ist.

Es gibt Wärmetauscher, die in den Reaktionsappa- 35 Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichrat eingebaut sind und dort auf den Wärmeträger nung in zwei Ausführungsformen beispielsweise dareinwirken. Solche Einrichtungen sind jedoch unter gestellt. Es zeigt schematisch

Berücksichtigung der zulässigen Abmessungen des F i g. 1 einen Reaktionsbehälter mit außenlicgen-

ganzen Reaktionsapparates in ihrer Größe und damit den Einrichtungen zum Kühlen bzw. Heizen des um-

auch Leistung beschränkt. Ferner muß für jede Kon- 40 gewälzten Wärmeträgers im Längsschnitt,

trolle oder Reparatur des eingebauten Wärmetau- F i g. 2 die gleiche Ausführung im Querschnitt in

schers die ganze Anlage abgeschaltet werden. der Ebene II-11,

Man hat in diesem Zusammenhang den betreffen- F i g. 3 eine andere Ausführung, bei der nur die den Wärmetauscher auch schon außerhalb des Reak- Heizeinrichtung außerhalb, die Kühleinrichtung dationsbehälters angeordnet. Bei einem bekannten der- 45 gegen innerhalb des Reaktionsbehälters liegt, in entartigen Verfahren wird das zum Reaktionsvorgang sprechender Darstellung wie Fig. 1,
dienende Gasgemisch selbst mittels einer Pumpe im F i g. 4 eine besondere Ausbildung nur der Heiz-Kreislauf geführt, und zwar sowohl durch Rohre, die einrichtung.

durch den mit Katalysator gefüllten Reaktionsraum Bei der Ausführung gemäß den F i g. 1 und 2 ist

verlaufen, als auch durch eine getrennt davon in die 5» ein Reaktionsbehälter 1, in dessen mittleren, zwi-

Ringleitung eingeschaltete Heiz- bzw. Kühleinrich- sehen einer oberen und einer unteren Haube 2 bzw. 3

tung. Dabei wird laufend eine regelbare, beliebige liegenden, durch zwei Rohrboden 4,5 begrenzten

Teilmenge des Gasgemisches aus dem Kreislauf ab- Teil sich in an sich bekannter Weise ein Rohrbün-

gezweigt und in den Reaktionsraum geleitet, während del 6 befindet, mit dem die Rohre dieses Rohrbün-

eine entsprechende Menge von frischem Gemisch an 55 dels umgebenden Raum dicht unterhalb des oberen

anderer Stelle dem Kreislauf wieder zugeführt wird Rohrbodens 4 und dicht oberhalb des unteren Rohr-

(schweizerische Patentschrift 145 140). bodens5 an je einen den Reaktionsbehälter 1 kon-

Bei einem anderen bekannten Reaktionsapparat zentrisch umgebenden Ringkanals 7 bzw. 8 ange-

wird die Hauptmenge eines Wärmeträgers mittels schlossen.

einer innerhalb des Reaktionsbehälters angeordneten ^6o Mit den beiden Ringkanälen 7,8 ist auf gegen-Pumpe dort umgewälzt, während eine kleinere regel- überliegenden Seiten des Reaktionsbehälters 1 je ein bare Teilmenge aus dem Hauptrohr abgezweigt und Gehäuse 9, 10 verbunden, in dem eine Kühleinrichdurch einen parallelgeschalteten, außenliegcnden tung 11 bzw. eine Heizeinrichtung 12 untergebracht Wärmetauscher geleitet wird (österreichische Patent- ist. In dem Gehäuse 9 der Kühleinrichtung befindet schrift 271 388). 65 sich außerdem ein als Pumpe wirkendes Flügelrad Ferner hat man auch schon die ganze Menge des 13, das durch einen außerhalb des Gehäuses liegenumgewälzten Wärmeträgers durch einen außerhalb den, nicht dargestellten Motor angetrieben wird. An des Reaktionsbehälters angeordneten Wärmetauscher der unteren Verbindungsstelle des anderen Gehäuses

10, in dem die Heizeinrichtung 12 untergebracht hi, befindet sich ein kombiniertes Absperr- und Regelorgan 14.

Wenn die Anlage in Betrieb ist, erfolgt der durch das Flügelrad 13 bewirkte Kreislauf des Wärmeträgers nur zwischen dem Reaktionsbehälter 1 und dem Gehäuse 9 der Kühleinrichtung 11. Dabei tritt der von der letzteren rückgekühlte Wärmeträger, wie die Pfeile in F i g. 1 bzw. 2 erkennen lassen, über den unteren Ringkanal 8 von allen Seiten verteilt in den die Rohse des Rohrbündel 6 umgebenden Innenraum des Reaktionsbehälters 1 ein. Nachdem er dort im wesentlichen aufwärts, d.h. im Gegenstrom zu dem von oben nach unten durch die Rohre geleiteten Reaktionsstoff, geströmt ist und dabei die beim Reaktionsvorgang frei werdende Wärme aufgenommen hat, tritt er nach allen Seiten verteilt in den oberen Ringkanal 7 ein und gelangt von dort wieder in das Gehäuse 9 zur Rückkühlung.

Wenn die Anlage angefahren wird oder aus einem sonstigen Grund die zur Durchführung des Reaktionsvorganges erforderliche Temperatur in dem Reaktionsbehälter 1 zeitweilig nicht vorhanden ist, wird das Absperr- und Regelorgan 14 geöffnet und die Heizeinrichtung 12 eingeschaltet. Dann strömt in Abhängigkeit von dem freigegebenen Durchtrittsquerschnitt eine Teilmenge des Wärmeträgers aus dem unteren Ringkanal 8 in das Gehäuse 10, und nach Erwärmung durch die Heizeinrichtung 12 weiter in den oberen Ringkanal 7, in dem ..-ie sich mit der anderen Teilmenge, die das Rohrbündel 6 umströmt, wieder vermischt. Die Aufwärtsströmung der an der Heizeinrichtung 12 vorbeigeleiteten Teilmenge des Wärmeträgers wird, abgesehen von dem Einfluß der zunehmenden Erwärmung, durch das zwischen dem unteren und dem oberen Ringkanal 8 bzw. 7, d. h. im wesentlichen zwischen der Druckseite und der Saugseite des Flügelrades 13 herrschende Druckgefälle bewirkt.

Bei der zweiten Ausführung gemäß F i g. 3 sind in ebenfalls an sich bekannter Weise das Flügelrad 13 und die Kühleinrichtung 16 zentral innerhalb des Reaktionsbehälters 17 angeordnet, wobei das Rohrbündel 18 ringförmig ausgebildet ist. Ein den freien zentralen Raum des Rohrbündels 18 in seinem mittleren Bereich begrenzendes Leitrohr 19 und drei dasselbe in gleichmäßigen axialen Abständen umgebende ringförmige Platten 20 bis 22 mit abwechselnd an ihrem äußeren und inneren Rand auf verschiedenen Durchmessern liegenden Durchtrittsquerschnitten dienen, wie die Pfeile erkennen lassen, zur Lenkung des im Kreislauf durch den Reaktionsbehälter 17 seführten Wärmeträgers.

Die Heizeinrichtung 23 ist auch in diesem Fall in einem besonderen Gehäuse 24 untergebracht das außerhalb des Reaktionsbehälters 17 liegt und mit diesem an zwei Stellen, nämlich etwa am unteren und oberen Ende des Rohrbündels 18, durch Rohrstutzen ■»5 bzw 26 verbunden ist. In den oberen Rohrstutzen 26 ist ein kombiniertes Absperr- und Regelorgan 27 eingeschaltet, durch das grundsätzlich ebenso wie bei derⁿersten Ausführung gemäß den Fig. 1 und 2, zum Unterschied davon jedoch im Rückstrombereich, die oeoebenenfalls durch die Heizeinrichtung 23 zu erwärmende Teilmenge des im Kreislauf geführten Wärmeträsers bemessen werden kann.

Ferner "zeigt F i g. 4 noch die besondere Ausbildung einer im Sinne der Erfindung zu verwendenden elektrischen Heizeinrichtung. Bei dieser ragen in das Gehäuse 28, das wieder an zwei Stellen in verschiedener Höhe durch Stutzen 29, 30 mit dem — liier nicht dargestellten — Reaktionsbehälter verbunden ist von oben her Schutzrohre 31 hinein, die an ihrer. unteren Enden geschlossen sind und mit ihren of;·: ■ nen oberen Enden gegen eine Rohrplatte 32 abdichten. In diese Schutzrohre sind elektrische Heizstab,-33 eingesetzt, deren Anschlußklemmen 34 in einer abnehmbaren und belüfteten oberen Haube 35 des Gehäuses 28 gegen Explosionsgefahr geschützt untergebracht sind. Ein auf- und abwärts bewegbarer Schieber 36 dient zum Absperren der Eintrittsstut/en 29 oder gegebenenfalls zum regelbaren Einstellen eines beliebigen Durchtrittsquerschnittes desselben.

Die Heizeinrichtung kann auch mit jeder anderen jeweils geeigneten Wärmeenergie betrieben werden.

Die besonderen Vorteile des Erfindungsgegenstandes bestehen vor allem darin, daß die Heizeinrichtung sich nicht nur außerhalb des Reaktionsbehälteis befindet, sondern dazu auch so angeordnet ist, daß vollkommen unabhängig von ihr die übrige Anlage einschließlich der Umwälz- und der Kühleinrichtung des Wärmeträgers betrieben werden kann. Die Heizeinrichtung kann also jederzeit ohne Beeinträchtigung der Betriebsfähigkeit der Anlage repariert oder ganz ausgebaut werden. Außerdem entsteht kein zusätzlicher Druckverlust im Kreislaufsystem des Wärmeträcers, weil dieser bei abgeschalteter Heizeinrichtung mit seiner ganzen Menge am Rohrbündel des Reaktionsbehälters vorbeiströmt und bei eingeschalteter Heizeinrichtung die an dieser vorbeiströmende Teilmenge nicht an dem anderen Rohrbündel vorbeizuströmen braucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. geleitet, wobei die Pumpe im Bereich des letzteren

   Patentanspruch: ingeordnet ist und die Zuführung Und Abführung

   des Wärmeträgers zum bzw. aus dem Reaktionsbe-

   Reaktionsapparat zur Durchführung exothermer halter über zwei diesen umgebende Ringleitungen erchemischer Reaktionen mit einem Rohrbündel, 5 folgt (deutsche Offenlegungsschnft 1 601 162).
   bei dem ein das Rohrbündel außenseitig beauf- Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktionsapschlaeender Wärmeträger mittels einer Pumpe im - parat zur Durchführung exothermer chemischer Re-Kreislauf umgewälzt und dabei zur Wiedergabe aktionen mit einem Rohrbündel, bei dem ein das der an den Wänden des Rohrbündels aufgenom- Rohrbündel außenseitig beaufschlagender Wärmeträmenen Wärme durch eine Kühleinrichtung se- io aer mittels einer Pumpe im Kreislauf umgewalzt und führt wird, dadurch gekennzeichnet, dabei zur Wiederabgabe der an den Wanden des daß in Parallelschaltung zu diesem Umlaufsystem Rohrbündels aufgenommenen Warme durch eine des Wärmeträgers zusätzlich eine Heizeinrichtung Kühleinrichtung geführt wird.

   (12; 23) außerhalb des Reaktionsbehälters (1; Ein solches System muß gelegentlich abgestellt

   17) anaeordnet und mit diesem über ein kombi- 15 und anschließend wieder angefahren werden, z.B.

   niertes~Absperr- und Reaelorgan (14: 27) an zwei beim Wechseln des Katalysators. Beim Anfahren

   Stellen unterschiedl:chen~Druckes verbunden ist. setzt der Reaktionsvorgang erst nach Erreichen einer

   höheren Temperatur ein, als sie zunächst vorhanden

   ist. Infolgedessen ist eine entsprechende Vorwär-

   20 muna des Reaktionsbehälters erforderlich; dazu ist