DE2230127A1 - Reaktionsapparat zur durchfuehrung endothermer chemischer prozesse - Google Patents

Reaktionsapparat zur durchfuehrung endothermer chemischer prozesse

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Description

■Γ00:1?Κ;> ν."-]Π?Τ UEj) 8%Ο Dec^euaarf, der .16. Juni 1072
IiVu, GEo .M.B.H.
PA.LIZ Stichwort: "Koiripaktreaktor"
C a/Pa
Reaktionsapparat zur Durchführung endothermer chemischer Prozesse
Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktionsapparat zur Durchführung endothermer chemischer Prozesse mit einem ringförmigen Bündel vertikaler Kontaktrohre. In solchen Apparaten wird ein R-iaktionsgas durch die eine Katalysatormasse enthaltenden Kontaktrohre geleitet, wobei die für den Reaktionsvorgang benötigte Wärme von einem die Kontaktrohre aussenseitig beaufschlagenden Wärmeträger geliefert wird. Dieser Wärmeträger wird mittels einer Pumpe im Kreislauf umgewälzt, wobei ihm an einer anderen Stelle die an die Kontaktrohre abgegebene Wärme wieder zugeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Reaktionsapparat im Sinne einer kompakten, d.h. möglichst geschlossenen Bauart ohne aussenliegende Bauteile mit einer Symmetrieachse und einer sowohl für den Reaktionsvorgang als auch für den WärijBtausch zwischen den verschiedenen Medien möglichst günstigen Ströinungsverlauf auszubilden. Zu diesem Zweck besteht die Erfindung darin, dass die G-esamtform des Reaktionsapparates im wesentlichen von einem längeren zylindrischen Innenrohr und ei-
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— 2 —
nem dieses auf einem Teil seiner Länge konzentrisch umgebenden kürzeren zylindrischen Aussenrohr gebildet wird, wobei sich ■die Kontaktrohre in dem Raum zwischen dem Innenrohr und dem Aussenrohr befinden, während das in den Endbereichen
(ringsum teilweise) der Kontaktrohre zum Durchtritt des Wärmetragers/uhterbrochene und zwischen diesen beiderseitigen Durchtrittsstellen als doppelwandiger zylindrischer Hohlkörper ausgebildete Innenrohr aksrafaüs ein vom Wärmeträger im Gegenzug aussenseitig beaufschlagtes Rohrbündel und eine zugehörige Heizeinrichtung enthält.
Der Gegenstand der Erfindung kann zweckmässig so ausgebildet sein, dass als Heizeinrichtung eine Brennkammer dient, deren Rauchgase durch das vom Wärmeträger zum Wiedererwärmen beaufschlagte Rohrbündel geführt werden, dessen oberer Rohrboden durch einen Teil einer kegelförmigen Haube der Brennkammer gebildet wird und an dessen unteren Rohrboden sich ein Austrittssammelraum für die Rauchgase anschliesst.
Dabei liegt den Schrägflächen der kegelförmigen Haube der Brennkammer ein zweiter ringförmiger Hohlkörper gegenüber, der die Umwälzpumpe umgibt und ausserdem zur Begrenzung von zwei Ringkanälen für den aufwärts bzw. nach der Umlenkung in einem obenliegenden Expansionsraum wieder abwärts geführten Y/ärmeträger dient.
Im Sinne eines der besonderen Bauart des Reaktionsapparates angepassten Strömungsverlaufes des Wärmeträgers empfiehlt es sich ferner, dass an das obere und das untere Ende des
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doppc.lwandigen "zylindrischen Hohlkörpers sich ebenfalls ringförmige Trennwände zwischen den zu beiden Umlenkungsbereichen des .Wärmeträgers gehörenden Kanälenanschliessen, wobei die obere Trennwand auch mit dem darüberliegenden Hohlkörper verbunden ist.
Bei einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes dienen als Heizeinrichtung elektrische Heizstäbe, die in an einem Ende geschlossenen und am anderen Ende in einen Schaltkasten für die Heizstäbe mündenden Rohren angeordnet sind.
Dabei können die zur Aufnahme der elektrischen Heizstäbe dienenden Rohre in dem durch die Innenwand des zylindrischen Hohlkörpers und die anschliessenden Trennwände radial nach aussen begrenzten zentralen Raum angeordnet sein und mit ihren oberen, geschlossenen Enden im Abstand dem Pumpenra^d und dem dieses umgebenden Hohlkörper^ gegenüberliegen, während ihre unteren, offenen Enden in einen unterhalb des Innenrohres angeordneten Kabelanschlusskasten für die Heizstäbe münden.
Bei einer'anderen Variation der letztgenannten Ausgestaltung sind die zur Aufnahme der elektrischen Heizstäbe dienenden Rohre ringförmig angeordnet und münden mit ihren oberen, offenen Enden in einen oberhalb des Innenrohres angeordneten Kabelanschlusskasten für die Heizstäbe, wobei sich in dem von den Rohren freien zentralen Raum unterhalb des Umwälzaggregates ein Verdrängerkörper befindet.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung "beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Pig. 1 einen derartigen Reaktionsapparat mit einer zentralen Brennkammer,
Fig. 2 einen Teillängsschnitt der Pig. I mit einer Variation im Bereich der Kontaktrohre,
Pig. 3 eine weitere konstruktive Einzelheit dazu an den mit "X" "bezeichneten Stellen,
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Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des Reaktionsapparates mit einer elektrischen Heizeinrichtung,
Fig. 5 einen Teillängsschnitt entsprechend der Fig. 2,
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform des. Reaktionsapparates.
Die charakteristische G-esamtform. eines gemäss der Erfindung ausgebildeten Reaktionsapparates besteht in einem längeren zylindrischen Innenrohr 1 und einem dieses auf einem Teil seiner Länge konzentrisch umgebenden kürzeren zylindrischen Aussenrohr 2.· In dem vom Aussenrohr umgebenen mittleren Bereich des Innenrohres ist dieses als doppelwandiger Hohlkörper 3 ausgebildet, dessen äussere Wand den gleichen Durchmesser hat wie das Innenrohr 1»
In dem zwischen dem Aussenrohr 2 und dem Hohlkörper 3 liegenden Ringraum sind Kontaktrohre 4 angeordnet, die am oberen und am unteren Ende, wie an sich üblich, in je einem Rohrboden 5 bzw. 6 abdichtend befestigt sind. Oberhalb bzw. unterhalb dieser beiden sich vom Innenrohr 1 bis zum Aussenrohr 2 erstreckenden und damit den Raum um die Kontaktrohre nach oben bzw. unten begrenzenden Rohrboden 5, 6 befinden sich je eine Haube 7 bzw. 8 mit je einem Anschlußstutzen 9 bzw. 10 für den Eintritt bzw. Austritt des Reaktionsgases.
Der doppelwandige zylindrische Hohlkörper 3 ist nicht ganz so lang wie die Kontaktrohre 4; in seinen beiden Stirnebenen,
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also in einem massigen Abstand von den Rohrboden 5, 6, sind quer zu den Kontaktnohren verlaufende Lochplatten 11, 12 angeordnet, die, wie z.B. aus der DT-PS 1.064-922 bekannt, in radialer Richtung verschieden grosse, und zwar entsprechend dem abnehmenden Druck zunehmende Durchtrittsquerschnitte für den die Kontaktrohre aussenseitig beaufschlagenden Wärmeträger aufweisen, der in den Endbereichen der Kontaktrohre in Querrichtung und im mittleren Bereich in Längsrichtung derselben geführt wird.
Das Innenrohr 1 ist in den mit "X" bezeichneten Längsabschnitten zwischen den Rohrboden 5, 6 einerseits und dem Hohlkörper 3 andererseits ringsum teilweise unterbrochen, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Diese Abschnitte sind durch zylindrische Trennwände 13» 14 überbrückt, die einen etwas kleineren Durchmesser haben und sich von den Enden des Hohlkörpers 3 bis etwas über die Querebenen der Rohrboden 5, 6 hinaus erstrecken. Die obere Trennwand 13 reicht bis zu einem zweiten ringförmigen Hohlkörper 15, der innen das Pumpenrad 16 eines Umwälzaggregates 17 für den im Kreislauf durch den Reaktionsapparat geführten Wärmeträger umgibt und aussen zusammen mit dem Rohr 1 einen Kanal 18 begrenzt. Dieser Kanal steht nach unten mit dem Raum um die Kontaktrohre 4 in Verbindung; nach oben führt er in einen vom obersten Bereich dea Innenrohres 1 gebildeten Expansionsraum 19.
Die Ausführungen nach den Fig. 1,4 und 6 weisen alle die bisher beschriebenen baulichen Merkmale auf, ihre Unter-
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schiede bestehen in folgendem:
Bei der ersten Ausführung nach Pig. 1 ist zentral in dem Reaktionsapparat eine Brennkammer 20 angeordnet, zu der am unteren Ende ein von aussen zugänglicher Brenner 21 und am oberen Ende eine kegelförmige Haube 22 gehören. Diese Haube liegt in geringem Abstand unterhalb des Pumpenrades 16, ihre Schrägflächen bilden zusammen mit" den parallel dazu verlaufenden Flächen des zweiten Hohlkörpers 15 einen Kanal 23 für den umgewälzten Wärmeträger.
In dem Ringraum zwischen der Brennkammer 20 und dem zylindrischen Hohlkörper 3 sind Heizrohre 24 angeordnet, deren oberer Rohrboden 25 durch den ringförmig überstehenden Rand der Brennkammerhaube 22 gebildet wird und an deren
AL AL
**zugleich den unteren Rohrboden '26 sich ein Sammelraum 27 mit einem Abschluss für
das Innenrohr 1 Austrittsstutzen 28 für die Rauchgase arischliesst. Der bildenden
ebenfalls ringförmige Rohrboden 26 ist am Innenrand mit"
der Brennkammer 20 und am Aussenrand mit dem unteren Ende des Innenrohres 1 verbunden.
Beim Betrieb dieses Reaktionsapparates wird die durch den endothermen Reaktionsvorgang in den mit einem Katalysator gefüllten und von einem Reaktionsgas durchströmten .Kontaktrohren 4 verbrauchte Wärme durch den Wärmeträger ersetzt, dei/mittels der Umwälzpumpe 16,17 z.B. im Sinne der in Fig. 1 eingezeichneten Pfeile vom
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CÖPY
Pumpenrad 16 druckseitig durch den Kanal 23 und anschliessend durch den die Heizrohre 24 umgehenden Raum abwärts geführt wird. Nachdem der Wärmeträger dort durch die die Heizrohre 24 durchströmenden Verbrennungsgase der Brennkammer 20 und auch durch die von der Brennkammerwand abgegebene Wärme auf die erforderliche Temperatur gebracht worden ist, wird er am unteren Ende der Trennwand 14 in den die Kontaktrohre 4 umgebenden Raum umgelenkt, wobei er mit Hilfe der Lochplatten 12, 11 in an sich bekannter V/eise gleichmässig über die ganze radiale Breite dieses Raumes verteilt wird. Dieser Raum wird von dem Wärmeträger nach oben, also im Gegenzug zum Reaktionsgas, durchströmt, wodurch eine besonders wirkungsvolle Wärmeübertragung möglich ist..
Anschliessend wird der Wärmeträger durch den Ringkanal in den Expansionsraum 19 geleitet, aus dem es dann saugseitig wieder zum Pumpenrad 16 gelangt.
Als Wärmeträger kann eine Salzschmelze verwendet werden, deren Verdampfungspunkt oberhalb der hier vorkommenden Betriebstemperaturen von etwa 500° 0 liegt.
Wie aus dem Teillängsschnitt gemäss Fig. 2 ersichtlich, kann der Wärmeträger auch mit Hilfe von ringförmigen Umlenkscheiben 29 > 30, die abwechselnd am Innenrand mit dem Hohlkörper 3 bzw. am Aussenrand mit dem Aussenrohr verbunden sind und an ihrem jeweils anderen Rand einen Durchtrittsquerschnitt freilassen, in ebenfalls an sich
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bekannter Weise schlangenartig, also im wesentlichen quer zu den Kontaktrohren 4 durch den diese umgebenden Raum geführt werden. Dabei entfallen dann die Lochiglatten 11,
Bei der zweiten Ausführung nach Fig. 4 wird der umgewälzte Wärmeträger durch elektrische Heizstäbe 31 beheizt, die in am unteren Ende offenen Rohren 32 angeordnet sind. Diese Rohre sind abdichtend durch den unteren Abschlussboden 26 des Innenrohres 1 hindurchgeführt bis zu einem im Abstand davon angeordneten, für alle Heizstäbe 31 gemeinsamen Kabelanschlusskasten 33 mit einem abnehmbaren Deckel 34. '
Die oberen, geschlossenen Enden der Rohre 32 liegen etwa in der unteren Begrenzungsebene des das Pumpenrad 16 umgebenden ringförmigen Hohlkörpers 15, dessen innere Schrägflächen so geneigt sind, dass der vom Pumpenrad umgewälzte Wärmeträger sich über den ganzen Querschnitt des die Rohre 32 umgebenden Raumes verteilen kann, der radial nach aussen durch die Innenwand des zylindrischen Hohlkörpers 3 und die sich an diesen oben und unten anschliessenden Trennwände 13 bzw. 14 begrenzt wird. Somit ist auch bei dieser Ausführung eine sehr gute und gleichmässige Beheizung des in diesem Bereich wieder nach unten zurückgeführten Wärmeträgers gewährleistet, der dann, ebenso wie bei der ersten Ausführung, erneut in den die Kontaktrohre 4 umgebenden Raum umgelenkt wird
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und diese Rohre im Aufwärtszug aussenseitig beaufschlagt. In diesem Bereich können,wie aus Fig. 5 ersichtlich, ebenfalls wieder Umlenkscheiben 29, 30 abwechselnd so angeordnet sein, dass sich eine an Hand der Fig. 2 bereits erläuterte Führung des Wärmeträgers ergibt.
Die dritte Ausführung nach Fig. 6 weist schliesslich eine Variation gegenüber der zweiten Ausführung auf, und zwar insofern, als die elektrischen Heizstäbe 31' und die sie einzeln umgebenden Rohre 32' nach oben durch den ringförmigen Hohlkörper 15 hindurchgeführt und bis. zum oberen Abschlussbod en 35 des Innenrohres 1 verlängert sind. Mit diesem Abschlussboden sind die hier offenen Enden der Rohre 32 verbunden, aus denen die Enden der Heizstäbe 31' bis in den darüber angeordneten gemeinsamen Kabelanschlusskasten 33' hineinragen, der in diesem Falle abnehmbar angeflanscht ist und das Umwälzaggregat 17 ringförmig umgibt.
Da hierbei die Heizstäbe 31' mit ihren Rohren 32' ringförmig angeordnet sein müssen, ist in dem freien zentralen Bereich unterhalb des Umwälzaggregates 17 und des Pumpenrad es 16 ein zylindrischer Verdränger 36 mit etwa gleichem Durchmesser angeordnet. Dieser Verdränger ist am oberen Ende kegelstumpfförmig verjüngt, so dass er hier zusammen mit den Schrägflächen des ringförmigen Hohlkörpers 15 einen Führungskanal 'für den vom Pumpenrad 16 aus in den Ringraum um die Heizrohre 32· zurückströmenden Wärmeträger bildet.
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Die Heizstäbe 31' sind so eingerichtet, dass sie vom Bereich des Hohlkörpers 15 an nach oben nicht beheizt werden, weil sich hier kein bzw. nur noch teilweise flüssiger Wärmeträger, z.B. Salzschmelze, befindet, so dass nicht überall ein Wärmeübergang von den Heizrohren 32f an den Wärmeträger erfolgen könnte und infolgedessen die Gefahr einer Überhitzung der Rohre 32' gegeben wäre.
Grundsätzlich kann bei allen Ausführungen das Umwälzen des Wärmeträgers auch umgekehrt erfolgen, d.h. imBereich der Kontaktrohre 4 abwärts und im Bereich der Heizrohre bzw. 32 bzw. 32' aufwärts. ·
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Claims (6)

  1. Patentansprüche:
    ilJ Reaktionsapparat zur Durchführung endothermer chemischer Prozesse mit einem ringförmigen Bündel vertikaler Kontaktrohre, die zur Wiederzuführung der bein Reaktionsvorgang in ihnen verbrauchten Wärme aussenseitig von einem im Kreislauf geführten und dabei · jeweils wiedererwärmten Wärmeträger beaufschlagt wer den, dadurch gekennzeichnet, dass die G-esamtforra des Reaktionsapparates im wesentlichen von einem längeren zylindrischen Innenrohr (1) und einem dieses auf einem Teil seiner ^änge konzentrisch umgebenden kürzeren zylindrischen Aussenrohr (2) gebildet wird, wobei sich die Kontaktrohre (4) in dem Raum zwisehen dem Innenrohr und dem Aussenrohr befinden, während das in den Endbereichen der Kontaktrohre zum Durchtritt des Wärmeträgers unterbrochene und zwischen diesen beiderseitigen Durchtrittsstellen (X) als doppelwandiger zylindrischer Hohlkörper (3) ausgebildete Innenrohr ebenfalls ein vom Wärmeträger im Gegenzug aussenseitig beaufschlagtes Rohrbündel (24; 32; 32') und eine zugehörige Heizeinrichtung enthält.
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  2. 2. Reaktionsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizeinrichtung eine Brennkammer (20) dient, deren Rauchgase durch das vom Wärmeträger zum Wi ed er er war.men "beaufschlagte Rohrbündel (24) geführt werden, dessen oberer Rohrboden (25) durch einen Teil einer legeiförmigen Haube (22) der Brennkammer gebildet wird und an dessen unteren Rohrboden (26) sich ein Austrittssammelraum (27) für die Rauchgase anschliesst.
  3. 3. Reaktionsapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Schrägflächen der kegelförmigen Haube (22) der Brennkammer (20) ein zweiter ringförmiger Hohlkörper (15) gegenüberliegt, der die Umwälzpumpe (16) für den Wärmeträger umgibt und ausserdem zur Begrenzung von zwei Ringkanälen (18, 23) für den aufwärts bzw. nach der Umlenkung in einem obenliegenden Expansionsraum (19) wieder' abwärts geführten Wärmeträger dient..
  4. 4. Reaktionsapparat nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, dass an das obere und das untere Ende des doppelwandigen zylindrischen Hohlkörpers (3) sich ebenfalls ringförmige Trennwände (13, 14)
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    zwischen den zu beiden Umlenkungsbereichen des Wärmeträgers gehörenden Kanälen anschliessen, wobei diejbbere Trennwand (13) auch mit dem darüberliegenden Hohlkörper (15) verbunden ist.
  5. 5. Reaktionsapparat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Heizeinrichtung elektrische Heizstäbe (31; 31') dienen, die in an einem Ende geschlossenen und am anderen Ende in einen Schaltkasten (33; 33') mündenden Rohren (32; 32') angeordnet sind.
  6. 6. Reaktionsapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme der elektrischen Heizstäbe (31) dienenden Rohre (32) in dem durch die Innenwand des zylindrischen Hohlkörpers (3) und die anschliessenden Trennwände (13, 14) radial nach aussen begrenzten zentralen Raum angeordnet sind und mit ihren oberen, geschlossenen Enden im Abstand dem Pumpenrad (16) und dem dieses umgebenden Hohlkörper (15) gegenüberliegen, während ihre unteren, offenen Enden in einen unterhalb des Innenrohres (1) angeordneten Kabelanschlusskasten (33) für die Heizstäbe (31) münden.
    - 14 4093 1 2/1022
    7· Reaktionsapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zurilufnahme der elektrischen Heizstäbe (31f) dienenden Rohre (321) ringförmig angeordnet sind und mit ihren oberen,. offenen Enden in einen oberhalb des Innenrohres (1) angeordneten Kabelanschlusskasten (33f) für die Heizstäbe münden, wobei sich in dem von den Rohren'(32') freien zentralen Raum unterhalb des Umwälzaggregates (16, 17) ein Verdrängerkörper (36) befindet.
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