DE2301644B1

DE2301644B1 - Vorrichtung zur herstellung eines homogenen gasgemisches

Info

Publication number: DE2301644B1
Application number: DE19732301644
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Barth Erich Dr Ing Keller Heinz Jochen Dipl Ing 4600 Dortmund BO Ij 11 00 Forster
Original assignee: Friedrich Uhde GmbH, 4600 Dort mund
Priority date: 1973-01-13
Filing date: 1973-01-13
Publication date: 1973-12-20
Also published as: IT1001317B; FR2324353B1; US3895919A; GB1394813A; FR2324353A1; DE2301644C2; NL7316799A

Description

Damit ergibt sich ein gleichhoher Vordruck vor den durchströmende Gas eine abermalige Geschwindig-

Bohrungen in den Mischrohren. Iu den Bohrungen keitserhöhung. Kurz vor der Blende wird über eine

der Mischrohre findet die zweite Druckabsenkung oder mehrere Bohrungen 10 der Quenchgasstrom

statt, wobei das Quenchgas eine starke Geschwindig- radial zugegeben,

keitszunahme erfährt. Nun folgt eine gleichmäßige 5 Die innige Durchmischung der beiden Gasströme

Durchraischung von Quenchgas und Reaktionsgas erfolgt mittels der Wirbelbildung vor und hinter der

durch die in den Mischrohren angeordneten Blenden. Blende, d. h., im An- und Abströmteil der Misch-

Die weiter unterhalb der Mischkammer liegende rohre. Der Quenchgasstrom, der im vorliegenden

Katalysatorschicht wird gleichmäßig beaufschlagt, da Fall ein Kaltgasstrom ist, wird über das Zuführungs-

keine Einschnürung des Gesamtquerschnittes vorge- io rohr U in den äußeren Ringkanal 12 gegeben, der

legen hat, sondern nur eine Einschnürung von vielen die äußere Begrenzung der Mischkammer darstellt.

Teilströmen. Die Mischvorrichtung weist nur eine Der Ringkanal ist nach innen zu durch ein Blech 13

geringe Höhe gegenüber bekannten Vorrichtungen mit einzelnen Bohrungen 14 begrenzt. Aus diesem

und Mischräumen auf. Durch entsprechende kon- äußeren Ringraum strömt das Kaltgas über die Boh-

struktive Gestaltung und Einhaltung enger Ferti- 15 rungen 14 radial in den inneren Mantelraum und von

gungstoleranzen an den entscheidenden Drossel- und hier gleichmäßig durch die Bohrungen 10 in die

Zugabestellen wird eine gute Funktionsfähigkeit bei Mischrohre. Die zweimalige Blendeuwirkung der

Teillast gewährleistet. Bohrungen 14 und 10 bewirkt einen entsprechenden

F i g. 1 ist ein Schnittbild einer erfindungsgemäßen Druckabfall für das Querchgas und gewährleistet da-

Vorrichtung, beispielsweise für einen Ammoniak- ao durch eine gleichmäßige Y^rteiluag des Quenchgases

synthesereaktor; auf die einzelnen Mischrohr·. Die Blendenwirkung

' F i g. 2 ist ein Grundriß nach F i g. 1 der Bohrungen 14 und 10 ist so auf die Wirkung der

Der Hauptgasstrom in Fig. 1 durchströmt die Mischstrecke mit den eingebauten Blenden abge-Katalysatorschicht 1. Je nach Körnung und Schüt- stimmt, daß auch bei Teillast- bzw. Überlastbetrieb tung des Katalysators ist die Strömungsgeschwindig- *5 der Mischeffekt voll erhalten bleibt. Die homogene keit mehr oder weniger gleichmäßig innerhalb der Gasmischung verläßt axial die Mischvorrichtung und Schicht selbst. Im Ausgleichsraum 2, der ein freier tritt in die folgende Katalysatorschicht ein, wo inRaum ist, gleichen sich eventuell Druck- und Ge- i°!ge gleicher Analyse und Temperatur des Gases schwindigkeitsunterschiede aus. Aus dem Ausgleichs- über dem Katalysatorquerschnitt ein gleichmäßiger raum tritt der Reaktionsgasstrom in die Misch- 30 Reaktionsablauf erzielt wird.

strecke 3 ein, in welcher er wegen des geringeren ^In anschließendem Beispiel sind die Daten einer

Durchströmquerschnittes gegenüber dem Ausgleichs- Mischkammer einschließlich Geschwmdigkeitsver-

raum eine Geschwindigkeitserhöhung erfährt. Die hältnisse niedergelegt.

Mischstrecke 3 hat etwa in ihrer Mitte eine Blende 4, Beispiel

wo es nochmals zu einer Geschwindigkeitserhöhung 35

kommt. Vor der Blende 4, in der Einströmhälfte der In einem NH₃-Quenchgaskonverter mit einem Misctitrecke, wird dem Reaktionsgasstrom der Manteldurchmesser D, = 2000 mm für eine Tages-Quenchgasstrom zugemischt. Die Blende und die leistung von 1000 t NH₃ werden der ersten Misch-Ausströmhälfte der Mischstrecke bewirken eine gute kammer etwa 350 000 Nm³/h Reaktionsgas aus der Durchmischung der beiden Gasströme. Nach Austritt 40 ersten Katalysatorschicht bei 300 ata und 530° C zuaus der Mischstrecke gelangt das Gasgemisch in den geführt. Durch Zumischung voc etwa 69 000 Nm³/h Verteilerraum 5, von wo aus es gleichmäßig verteilt Quenchgas von 50 bis 100° C bei 302 ata soll eine in di?. folgende Katalysatorschicht 6 eindringt. Die homogene Mischung von etwa 452° C am Austritt Mischkammer ist konstruktiv derart aufgebaut, daß der Mischkammer erreicht werden. Die Mischkammer sie im wesentlichen aus der gelochten Tragplatte 7, 45 ist mit 174 Mischrohren von 63 mm Durchmesser den beiden Rohrplatten 8 und den Mischrohren 9 ausgestattet. Die Gasgeschwindigkeit beträgt am Einbesteht. Die Mischkammer wird in einem Reaktions- tritt in die Mischrohre 2,1 m/s, am Austritt 2,25 m/s. gefäß so eingebaut, daß sie die über ihr liegende Der Durchmesser der in den Mischrohren ange-Katalysatorschicht 1 trägt. Entweder ist die äußere ordneten Blenden beträgt 20 mm. Die Gasgeschwin-Mischkammerwand Teil des Reaktionsgefäßes, cdet 50 digkeit in der Blende liegt bei 22 m/s.
sie liegt auf einer Konsole der Behälterwand auf. Der Der äußere Ringkanal innerhalb der Mischkam-Reaktionsgasstrom aus der Katalysatorschicht strömt mer, durch den das Quenchgas zugeführt wird, ist durch die Tragplatte in den Ausgleichsraum 2. Falls 180 mm hoch und 90 mm brei;. Aus diesem Ringinfolge einer ungleichmäßigen Dichte der geschütte- kanal tritt das Quenchgas durch Bohrungen von ten Katalysatorschicht eine ungleichmäßige Strömung 55 6 mm Durchmesser radial mit etwa 10 m/s in den in dieser auftritt und demzufolge auch der Reaktions- Raum zwischen den Mischrohren ein.
gasstrom mit ungleichmäßiger Temperatur aus der Jedes Mischrohr enthält in seiner Einströmhälfte 3 Katalysatorschicht austreten sollte, findet im Aus- um 120° gegeneinander versetzt angeordnete Bohgleichsraum, dessen spezifisches freies Volumen rungen von 3,8 mm Durchmesser durch die das größer ist als dasjenige der Katalysatorschicht, ein 60 Quenchgas radial mit etwa 15 m/s in das Mischrohr gewisser Strömungsausgleich und Temperaturaus- eintritt und sich dort mit dem heißen Reaktionsgas gleich statt, zumal dieser Raum wegen der folgenden vermischt.

Querschnittsvere?igung als Stauraum betrachtet wer- Das aus der Mischkammer austretende und der den kann. Aus dem Ausgleichsraum strömt das Gas nächsten Katalysatorschicht zuströmende Gasgemisch ohne wesentliche Richtungsänderung in die einzelnen 65 ist über den ganzen Querschnitt der Katalysator-Mischrohre 9. Die Mischrohre sind in der Einström- schicht vollständig homogen in Analyse und Temhälfte mit einer Blende 4 versehen. Hier erfährt das peratur.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2

zuführungsrohr in einem Rohrring oder mLhrarmigen

Patentanspruch: Robrstern mit einer Vielzahl von kleinen seitlichen

Bohrungen, über die das Quenchgas in den Zwi-

Vorrichtung zur Herstellung eines homogenen schenraum austritt. Bei der Vorrichtung nach USA.-Gasgemisches aus zwei Gasströmen mit verschie- 5 Patentschrift 3 475 136 wird der Durchmesser des denen Parametern, wie Temperatur, Druck, Zusam- Zwischenraumes an der Stelle der Quenchgaszugabe mensetzung, Gasgeschwindigkeit usw., für mehr- auf den Durchmesser des Ringes eingezogen. Gemäß stufig verlaufende exotherme oder endotherme britischer Patentschrift 1 105 614 wird -,ine Vorrich-Reaktionen,gekennzeichnet durch einen tung mit rhombenförmigemQuerschnitt in die durchfreien Ausgleichsraum (2) im Anschluß an eine io gehende Katalysatorfüllung eingelegt. Diese Vorrichobere Katalysatorschicht (1), eine Mischeinheit tung besteht im wesentlichen aus einem stabilen mit oberen und unteren Rohrplatten (8), Misch- Drahtgewebe, ist innen weitgehend hohl und enthält rohren (9) mit Blenden (4) und oberhalb dieser in der Mitte ein ringförmiges Quenchgasverteilerrohr. Blenden angeordneten seitlichen Bohrungen (10), Aus dem katalysatorgefüllten Raum strömt die einem Zuführungsrohr (11) für Quenchgas mit 15 Hauptmenge des Reaktionsstromes in diesen freien Einmündung in einen äußeren Ringkanal (12), Raum, erfährt hier einen gewissen Ausgleich in den dessen inneres Begrenzungsblech im Abstand mit Druckunterschieden und eine Durclvmischung mit Bohrungen (14) versehen ist, die unterhalb der dem zugeführten Quenchgas.

zentralen Blenden (4) angeordnet sind. Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß

ao in bekannten Vorrichtungen das Reaktionsgas aus

der Reaktionsschicht (Katalysatorschicht) in einen

sogenannten freien Raum, auch Ausgleichsraum genannt, strömt. Hier wird dem Reaktionsgas über

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Her- Vorrichtungen, z. B. Rohre oder Rohrstern, das zustellung eines homogenen Gasgemisches aus zwei as zumischende Gas zugegeben. Vorrichtungen der be-Gasströmen mit verschiedenen Parametern, wie kannten Art zeigen jedoch den gewünschten Erfolg Temperatur, Druck, Zusammensetzung, Gasgeschwin- nur unvollkommen. So muß immer wieder festgestellt digkeit usw., für mehrstufig verlaufende exotherme werden, daß sich Gasströmungen bilden, die nicht oder endotherme Reaktionen. gleichmäßig sind. d. h. nicht von gleichmäßiger Tem-Vorrichtungen dieser Art "erden vorzugsweise in 30 peratur und Aanalyse. Die Folge ist, daß der eingeder Ammoniak- und Methanolsynthese unter Einsatz füllte Katalysator verschieden stark belastet und von Katalysatoren angewandt. damit nicht gleichmäßig ausgenutzt wird bzw. stel-Bei derartigen katalytischen Reaktionen ist es er- lenweise Uberhitzungen auftreten, die zu vorzeitiger forderlich, daß jeder Reaktionszone ein homogenes Beschädigung des Katalysators führen.
Gasgemisch zugeführt wird. Gleichmäßige Gastem- 35 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese peratur am Eintritt in die Katalysatorschicht ist Vor- Mängel der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden aussetzung für gleichmäßige Reaktion in der Kataly- und mit wenigen Einbauten bei geringstmöglicher satorschicht und damit für eine gleichmäßige Aus- Umlenkung des Reaktionsstromes ein völlig homonutzung und Belastung des Katalysators. Andernfalls genes Gasgemisch am Eintritt in die folgende Reakergibt sich entweder eine Minderauslastung des ein- 40 tionsschicht über den vollen Querschnitt zu ergebauten Katalysatorvolumens oder eine Überlastung, reichen.

welche zur vorzeitigen Beschädigung des Katalysa- Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß tors und somit zum Unwirksamwerden des Kataly- gekennzeichnet durch einen freien Ausgleichsraum sators führt. im Anschluß an eine obere Katalysatorschicht, eine Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse 45 Mischeinheit mit oberen und unteren Rohrplatten, das aus einer vorhergehenden Reaktionsschicht korn- Mischrohren mit Blenden und oberhalb dieser Blenmende Gasgemisch, hier als Reaktionsstrom A be- den angeordneten seitlichen Bohrungen, einem Zuzeichnet, durch Zumischen von kälterem oder heiße- führungsrohr für Quenchgas mit Einmündung in rem, noch nicht reagiertem Gas, hier als Quench- einen äußeren Ringkanal, dessen inneres Begrengas B bezeichnet, neu einzustellen, d. h. abzukühlen 50 zungsblech im Abstand mit Bohrungen versehen ist, oder aufzuheizen, bevor das Mischgas aus Reak- die unterhalb der zentralen Blenden angeordnet ticnsstrom A und Quenchgas B in die nächste Reak- sind.

tionsschicht eindringt. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen In der Regel wird dem Reaktionsstrom A nach insbesondere darin, c'aß sich ein geringer Druckvereiner Einschnürung des Gasweges im Reaktionsgefäß 55 lust in der Gasströmung und damit ein geringer das Quenchgas B zugegeben. Diese Einschnürung Energieverlust ergibt, weil das Reaktionsgas zur und eine darauf folgende Erweiterung soll eine gute Durchströmung der gleichmäßig über dem Quer-Durchmischung und damit gleichmäßige Temperatur schnitt des Reaktionsgefäßes angeordneten Mischdes Gasstromes über den ganzen Querschnitt der rohre nur geringfügig aus seiner Hauptströmungs-Katalysatorfüllung bewirken. 60 richtung abgelenkt wird. Dies bedeutet gleichzeitig, Der Quenchgasstrom B stellt in der Regel nur daß keine Rückwirkungen auf die Durchströmung einen Bruchteil des Reaktionsstromes A dar und wird der oberhalb der Mischkammer liegenden Katalysamittels eines Zuführungsrohres in den Raum zwi- torschicht eintreten. Die gleichmäßige Quenchgasschen zwei Reaktionsschichten eingeführt. zugabe wird erreicht durch zweifache Druckabsen-Zur Verteilung des Quenchgases endet bei be- 65 kung, wobei das Quenchgas zunächst aus einem kannten Verfahrensvorrichtungen, z. B. den in der Ringkanal über viele Bohrungen in den Mantelraum USA.-Patentschrift 3 475136 und österreichischen entspannt wird, in dem die Gasgeschwindigkeiten Patentschrift 289 847 beschriebenen, das Quenchgas- weitgehend reduziert und vergleichmäßigt werden.