DE2323678A1 - Reaktor fuer die ammoniaksynthese - Google Patents

Reaktor fuer die ammoniaksynthese

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DE2323678A1
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Zbigniew Dipl Ing Bartosik
Jan Dipl Ing Cyrus-Sobolewski
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INST NAWOZOW SZTUCZNYCH
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INST NAWOZOW SZTUCZNYCH
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Description

Instytut Nawozow Sztucznych PL. 7329
Mai
Pulawy/Polen
EZ/Br
Eeaktor für die Ammoniaksynthese
Die Erfindung betrifft einen Reaktor für die Ammoniaksynthese, der einen Wärmeaustauscher und ßeaktionskammern mit Katalysatorbetten enthält.
Es sind Reaktoren für die Ammoniaksynthese "bekannt, die sich durch vertikale bzw. horizontale Lage des gesamten Reaktors sowie durch verschiedene Anordnung der inneren Reaktorteile voneinander unterscheiden.
Die Reaktorteile sind gewöhnlich in einem gesonderten Niederdruckgefäß eingeschlossen und mit ihnen zusammen lose in einem Hochdruckgefäß untergebracht.
Die inneren Reaktorteile zusammen mit dem Niederdruckgefäß werden üblicherweise als das Reaktorinnere bezeichnet. Diese Bezeichnung wird auch im folgenden verwendet.
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Unter den bekannten Reaktoren sind die horizontal angeordneten den vertikal angeordneten Reaktoren überlegen, was durch die Tendenz,immer größere Anlagen für die Ammoniaksynthese zu bauen, bedingt ist.
Ein vertikal angeordneter Reaktor mit bestimmter geforderter Leistung müßte entweder sehr hoch aßin, was mit Einsatz von kostspieligen Hebeeinrichtungen zum Herausnehmen und Einlegen der inneren Reaktorteile verbunden ist oder einen sehr großen Durchmesser aufweisen, was im Hinblick auf die Fertigungsmöglichkeiten eines Hochdruckgefäßes von Nachteil ist.
Die horizontale Anordnung dss Reaktors erleichtert darüberhinaus das Einbringen des Katalysators in die Katalysatorbetten, die eine große Oberfläche quer zur Strömungsrichtung des Gases aufweisen. Solche Katalysatorbetten bilden einen geringen Widerstand, wodurch ein sehr feinkörniger und somit auch sehr aktiver Katalysator verwendet werden kann.
Horizontal angeordnete Reaktoren bestehen aus einem horizontal angeordneten Hochdruckgefäß, in welchem ein Niederdruckgefäß untergebracht ist, das als Reaktorinneres bezeichnet wird. Das Niederdruckgefäß ist in seinem Endteil mit einem Wärmeaustauscher versehen. Im restlichen Teil des Reaktor inneren befinden sich längs der Reaktorachse nacheinander angeordnete und durch senkrechte Wände voneinander getrennte Reaktionskammern mit
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Rosten, auf denen Katalysatorbetten angeordnet sind.
Das dem Reaktor zugeführte Gas wird durch einen Wärmeaustauscher gleitet und durch die Wärme des vom Reaktor abgeführten Gases vorgewärmt. Danach wird das vorgewärmte Gas durch eine im Reaktorinneren befindliche Rohrleitung in die am gegenüberliegenden Ende des Reaktorinneren gelegene Reaktionskammer geleitet. In der Reaktionskammer strömt das Gas von oben nach unten durch Katalysatorbett und Rost und wird weiter von unten in die nächste Reakt ions kammer über das Katalysatorbett usw. geleitet.
In einem bekannten Reaktor wird beim Durchgang des Gases in die nächste Reaktionskammer eine zusätzliche Menge kalten Gases zur TemperaturSenkung zugeführt.
Die Zuführung des kalten Gases erfolgt durch eine sieh außerhalb des Wärmeaustauschers befindliche Leitung, !fach Durchgang durch die letzte, z.B. dritte Reaktionskammer, strömt das Gas durch den Wärmeaustauscher und verläßt den Reaktor.
Die oben dargelegte konstruktive Lösung eines Reaktors für die Ammoniaksynthese, welche unter den bekannten Lösungen als eine der besten gilt, weist neben den schon oben erwähnten Vorteilen auch beträchtliche Kachteile auf. Um den Katalysator auszuwechseln, muß das Reaktorinnere aus dem Hochdruckgefäß
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herausgebracht "werden. Dies ist auch in dem EaIle notwendig, wenn der Reaktor nur zwei Reaktionskammern besitzt, da nur die an dem dem Wärmeaustauscher gegenüberliegenden Reaktorende befindliche Reaktionskammer durch ein Mannloch von der Stirnseite her zugänglich ist. Wegen des mehrere Tonnen wiegenden Katalysatoreinsatzes ist die Handhabung des Reaktorinneren sehr schwierig und als Hilfsmittel werden an beiden Reaktorenden Wagen vorgesehen, die jedoch nur bei nicht zu langem Reaktor eingesetzt werden können.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Gas innerhalb des
Reaktors mittels einer axial verlaufenden Rohrleitung vom Wärmeentfernt liegende austauscher bis in die am weitestenVReaktionskammer geführt werden muß. Diese Rohrleitung geht durch senkrechte, die einzelnen Reaktionskammern voneinander trennende Wände hindurch, wobei die Wanddurchführungen dicht sein müssen.
Da die Wärme aus dehnung der. Rohrleitungen bei verschiedenen Anfahr- und Betriebsbedingungen und die axiale Wärme aus dehnung der Reaktionskammern nicht gleich ist, kann es zu schädlichen mechanischen Spannungen in den Teilen des Reaktorinneren und damit sogar zum Reaktorausfal 1 kommen.
Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Reaktoren zu vermeiden.
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Dies wurde erfindungsgemäß dadurch, erreicht, daß nur der Reaktorteil mit den Reaktionskammern horizontal und der mit dem Wärmeaustauscher vertikal angeordnet wird.
Der erfindungsgemäße Reaktor bildet einen Körper, dessen Form aus Durchdringung zweier senkrecht zueinander stehender Zylinder gebildet wird und im Längsschnitt dem umgekehrten Buchstaben T ähnelt.
Auf dem größeren - horizontal angeordneten - Zylinder ist der kleinere - vertikal angeordnete - Zylinder befestigt, wobei es nicht unbedingt notwendig ist, daß die Durchdringungsstelle in der Mitte des horizontalen Zylinders liegt. Das Hochdruckgefäß des erfindungsgemaßen Reaktors, das durch Verbindung von zwei zylindrischen Druckgefäßen gebildet wird, umfaßt das Reaktorinnere, das ebenfalls aus zwei zylindrischen Niederdruckgefäßen besteht. Das Niederdruckgefäß weist einen Körper in ähnlicher SOrm wie das Hochdruckgefäß auf, wobei es so bemessen ist, daß ein erforderlicher Abstand zwischen den Wandungen des Hoch- und Niederdruckgefäßes gewährleistet ist. Die Gesamthöhe des erfindungsgemaßen Reaktors, die sich aus dem Durchmesser des horizontal angeordneten Gefäßes und der Länge des vertikal stehenden Gefäßes zusammensetzt, ist verhältnismäßig gering, wodurch zum Ein- und Ausbau der Reaktorteile nur kleine Hebeänrichtungen benötigt werden.
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Im erfindungsgemäßen Reaktor ist Raum für die Ausdehnung sämtlicher Elemente in ihren drei axialen Richtungen von einem !Festpunkt in der Nähe der Zylinderdurchdringungs stelle gegeben. Darüberhinaus ist auch die Ausdehnung in radialen Richtungen ohne weiteres möglich.
Bei Ausführung des erfindungsgemäßen Reaktors mit zwei Reaktionskammern ist jede Kammer direkt mit dem Wärmeaustauscher verbunden, wodurch lange Rohrleitungen,die Spannungen in den Reaktorteilen hervorrufen würden, entfallen. Die beiden Reaktionskammern sind durch Mannlöcher an beiden Enden der horizontalen Kammern zugänglich. Dadurch wird ein Katalysatorwechsel wesentlich erleichtert. Dabei ist nicht nur die Herausnahme des Reaktorinneren aus dem Hochdruckgefäß unnötig, sondern es erübrigt sich, das Hochdruckgefäß auf der ganzen Weite zu öffnen.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Reaktors mit drei bzw. vier Reaktionskammern ist möglich, jedoch nicht so vorteilhaft, wie die Ausführung mit zwei Reaktionskammern.
sie
Auf jeden Fall ist jedoch vorteilhafter als die bekannten liegenden Reaktoren mit mehreren Katalysatorbetten. Auf eine axiale Rohrleitung im Reaktor konnte zwar hier nicht verzichtet werden, jedoch wurde die Temperaturdifferenz zwischen Rohrleitung und dem Reaktor inner en herabgesetzt, wodurch die Gefahr schädlicher Spannungen viel kleiner ist. Die kleinere
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Temperaturdifferenz wird durch Unterteilung der Reaktionskammern in zwei Grupperjbeiderseits des Wärmeaustauschers erreicht.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Durchschnitt durch die Achsen des horizontalen und
vertikalen Reaktorabschnitts,
Fig. 2 einen Schnitt des Reaktors durch die Achse des vertikalen Abschnitts senkrecht zur Achse des horizontalen Abschnitts,
Der erfindungsgemäße Reaktor besteht aus zwei miteiander verbundenen zylindrischen Hochdruckgefäßen, aus einem horizontalen Gefäß 1 und einem vertikalen Gefäß 2. In diesen Gefäßen befindet sich ein Niederdruckgefäß 3· Das Niederdruckgefäß 3 bildet eine Einheit, die aus zwei miteinander verbundenen Niederdruckgefäßen besteht, d.h. einem vertikalen und einem horizontalen Teil. In dem horizontal angeordneten Teil befinden sich Reaktionskammern 4 und 5· In jeder Kammer ist auf Rosten 6,7 ein Katalysator aufgesetzt, welcher Katalysatorbetten 8,9 bildet.
In dem Vertikalteil ist der Wärmeaustauscher 10 untergebracht. Der Wärmeaustauscher 10 ist auf dem senkrecht gestellten Rohr 11 angeordnet. Das untere Rohrende ruht mit einem Fuß 12 auf der inneren Wandfläche des Gefäßes 3« Unter dem Rost 6 ist eine Rohrleitung 13 zur Zuführung von kaltem Gas vorgesehen.
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Das Gefäß 1 ist an beiden Enden mit Mannlöchern 14 versehen, welche den Mannlöchern 15 im Gefäß 3 entsprechen.
Der Gasfluß ist in der Zeichnung mit Pfeilen dargestellt.
Das an beiden Enden des Gefäßes 1 zugeführte Gas strömt durch den zwischen der inneren Fläche der Gefäße 1, 2 und der äußeren Fläche des Gefäßes 3 gebildeten Raum. Von diesem Kaum, dessen Größe dem Abstand zwischen dem Hoch- und Niederdruckgefäß entspricht, wird das Gas in den Wärmeaustauscher 10 geleitet , wo es an der Außenseite der Rohre entlangströmt.
Nach dem Durchströmen des Wärmeaustauschers 10, in dem das Gas vorgewärmt wird, wird es in die Kammer 4 geleitet, wo es zum Katalysatorbett 8 und fum Rost 6 gelangt. Danach wird der Gasstrom von unten her1 in die Kammer 5 nach oben über das auf dem Rost 7 aufgesetzte Katalysatorbett geleitet. Beim Strömen des Gases von einem zum anderen Katalysatorbett wird der Gasstrom zur TemperaturSenkung mit kaltem Gas, das durch die Leitung 13 zugeführt wird, vermischt. Nach dem Durchströmen des Katalysatorbettes 9 und des Rostes 7 "von oben nach unten wird der Gasstrom in die Rohre des Wärmeaustauschers 10 eingeführt, worauf er den Reaktor verläßt. Die beiden Reaktionskammern 4 und 5 mit den Katalysatorbetten 8,9 sind von beiden Enden des Gefäßes 1 leicht zugänglich, was einen Katalysatorwechsel ohne geglichen Ausbau und lediglich nach Öffnen der Mannlöcher 14 und 15 ermöglicht.
309848/0900 ~9~
Aus der Zeichnung geht eindeutig hervor, daß eine vollkommene
Ausdehnungsfreiheit in drei axialen Richtungen des Niederdruckgefäßes 3 von dem durch das Bohrende 11 mit dem Fuß 12 bestimmten Festpunkt möglich ist.
Die inneren Einrichtungen der beiden Kammern sind einfach, was eine lange Lebensdauer dieser Kammern gewährleistet, obwohl sie die heißesten Teile des Reaktors enthalten. Ee ist auch möglich, in der Kammer 4 oder 5 mehrere Roste für Katalysatorbetten einzubauen.
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Claims (3)

  1. L-.
    PL 7329
    10. Mai 1973
    RZ/Br
    Patentanspruch
    Q\\ Reaktor für die Ammoniaksynthese? bestehend aus einem Wärmeaustauscher und Reaktionskaimnern mit Katalysatorbett en, dadurch gekennzeichnet , daß das horizontal angeordnete Hochdruckgefäß (1) mit einem darauf vertikal angeordnetem Hochdruckgefäß (2) verbunden ist, wobei sich im horizontalen Heaktorteil mindestens zwei Seaktionskammern (4,5) und im vertikalen Teil der Wärmeaustauscher (10) befinden,
  2. 2. Reaktor nach Anspruch 1S dadurch gekennzeichnet, daß die den Wärmeaustauscher (10) mit dem unter dem in Strömungsrichtung letzten Rost (7) befindlichen Raum verbindende Rohrleitung (11) direkt oder mittels eines 3?ußes (12) senkrecht auf der inneren Fläche des horizontalen Niederdruckgefäßes (3) angeordnet ist»
  3. 3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher- (10) auf der Rohrlä-tung (11) angeordnet ist.
    309848/0900
DE2323678A 1972-05-10 1973-05-10 Reaktor fuer die ammoniaksynthese Pending DE2323678A1 (de)

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