DE2507937C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die katalytische Spaltung von Prozeßgasen in senkrechten von außen beheizten Spaltrohren mit zahlreichen waagerechten übereinander angeordneten Katalysatorscheiben, die auf einem Innenrohr im Spaltrohr geführt sind und zahlreiche senkrechte Bohrungen aufweisen. Diese Vorrichtung wird beispielsweise für die katalytische Spaltung von Methan mit Wasserdampf eingesetzt, wobei die senk­ rechten mit einem Katalysatormaterial gefüllten und be­ heizten Spaltrohre von außen, beispielsweise mit Helium von ca. 950°C aus einem Kernreaktor-Kühlkreis, beheizt werden. Diese Vorrichtung besteht aus einem Bündel von zahlreichen, an ihrem unteren Ende geschlos­ senen Spaltrohren, die mit ihrem oberen Ende an einer gemeinsamen Tragplatte befestigt sind. Im Inneren sollen diese Spaltrohre ein gerades oder spiralig gewundenes Rohr enthalten, das zur Rückführung des Prozeßgases dient, wobei der Zwischenraum zwischen diesem inneren Rohr und dem äußeren Rohr mit einem geeigneten, beispielsweise nickelhaltigen Katalysatormaterial gefüllt ist. In loser Schüttung hat dieses Katalysatormaterial einen nicht exakt berechenbaren und mit der Zeit veränderlichen Druck­ verlust, der bei Parallelschaltung zahlreicher Spaltrohre zu unterschiedlichen Durchsatzmengen des Prozeßgases und damit zu unterschiedlichen Temperaturen führt. Bei Tempe­ raturverminderung verdichtet sich das Katalysatormaterial, bei Temperaturerhöhung dehnt es sich wieder aus und be­ lastet dabei die Rohrinnenwand. Wenn dieses Katalysator­ material erschöpft oder zerstört ist, muß es in mühseliger Arbeit, beispielsweise pneumatisch, aus den Spaltrohren entfernt werden.

In der deutschen Offenlegungsschrift 19 46 741 wird ein von außen beheiztes Spaltrohr für die katalytische Spal­ tung von Prozeßgasen mit zahlreichen waagerechten über­ einander geordneten Lochplatten dargestellt, die mit einer zentralen Bohrung auf einem Innenrohr geführt sind und die als Gasdurchtrittskanäle zahlreiche senkrechte Boh­ rungen aufweisen. Bei dieser Anordnung ist keine gute Durchmischung des Prozeßgases von einer Lochplatte zur anderen zu erwarten. Außerdem ist der Wärmeaustausch vom Außenrohr zum Prozeßgas gering, weil die Innenwand des Außenrohres in erheblichem Maße durch die Außenwand der Lochplatten isoliert wird und durch den geringen Spalt zwischen Lochplatten und Außenrohr nur geringe Gasmengen strömen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für die katalytische Spaltung von Prozeßgasen in senk­ rechten, von außen beheizten Spaltrohren, die gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen einen besseren Wärme­ austausch zwischen dem Außenrohr und dem Prozeßgas bzw. dem Katalysatorkörper gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Durch die am Rande ange­ ordneten größeren Durchtrittsöffnungen wird einerseits nach dem Durchtritt durch eine Scheibe das Prozeßgas verwirbelt und damit durchmischt und andererseits wird durch diese Öffnungen am Rande eine höhere Geschwindig­ keit und ein größerer Mengenstrom zwischen Scheibe und Außenrohr er­ reicht, der den Wärmeübergang verbessert. Mit den Naben wird ein gleich­ mäßiger Abstand zwischen Austrittsöffnung einer Scheibe und Eintritts­ öffnung der nächsten Scheibe erreicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung nach Patentanspruch 2 vorgeschlagen, wobei jeweils die Oberseite der einen Scheibe in die Unterseite der nächsten Scheibe paßt. Durch diese Ausgestaltung wird die Scheibe gegen Verdrehen gesichert und damit gewähr­ leistet, daß die Gasdurchtrittskanäle benachbarter Schei­ ben gegeneinander versetzt werden können.

Die Fig. 1-4 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch ein an seinem unteren Ende geschlossenes Spaltrohr.

Fig. 2 zeigt einen waagerechten Schnitt durch ein Spalt­ rohr mit einer Ansicht auf eine Katalysator­ scheibe.

Fig. 3 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch mehrere der in Fig. 2 dargestellten Katalysatorscheiben.

Fig. 4 zeigt in einer Seitenansicht die Nabe der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Katalysatorscheiben.

In Fig. 1 ist das Spaltrohr 1 mit einem Durchmesser von ca. 150 mm und einer Länge von mehreren Metern an seinem unteren Ende mit einer Bodenplatte 2 verschlossen und an seinem oberen Ende mit einem lösbaren Deckel 3, an dem ein Tragrohr 4 befestigt ist, das fast bis an die Boden­ platte 2 heranreicht und zahlreiche Katalysatorscheiben 5 trägt. Am unteren Ende des Tragrohres 4 ist mit Hilfe mehrerer Bolzen 6 ein Tragring 7 befestigt, auf dem die Katalysatorscheiben 5 ruhen. Das mit niedriger Temperatur durch den Stutzen 8 eintretende Prozeßgas fließt zunächst an einem mit Isoliermaterial 9 gefüllten Verdrängungskör­ per 10 entlang und abwärts zwischen dem Tragrohr 4 und dem Spaltrohr 1 durch die Katalysatorscheiben 5, wobei es sich erwärmt und im Aufwärtsstrom durch das Tragrohr 4 zurück, wobei es einen Teil seiner Wärme an die Kata­ lysatorscheiben 5 wieder abgibt. In den Fig. 2, 3 und 4 werden Katalysatorscheiben 11 dargestellt, die zahlreiche senkrechte Bohrungen 12 aufweisen und die an ihrem Rande gegenüber der Innenwand des Spaltrohres 1 mehrere größere Durchtrittsöffnungen für das Prozeßgas bilden, um den Wärmeaustausch durch die Wand des Spalt­ rohres 1 zu verbessern. Die Nabe 13 trägt an ihrer Ober­ seite eine radiale Nut 14 und an ihrer Unterseite, gegen­ über der Nut 14 um einen geringen Winkel versetzt, eine entsprechende radiale Nase 15, wodurch erreicht wird, daß die Bohrungen 12 zweier übereinander liegender Kata­ lysatorscheiben 11 jeweils gegeneinander versetzt sind.

Claims (2)

1. Vorrichtung für die katalytische Spaltung von Prozeß­ gasen in senkrechten, von außen beheizten Spaltrohren mit zahlreichen waagerechten, übereinander angeordneten Kata­ lysatorscheiben, die auf einem Innenrohr im Spaltrohr geführt sind und zahlreiche senkrechte Bohrungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (5) nicht nur zahlreiche senkrechte Bohrungen (12) aufweisen, sondern auch an ihrem Rande gegenüber der Innenwand des Spaltrohres (1) mehrere Durchtrittsöffnungen für das Prozeßgas bilden und daß die Scheiben (5) in der Mitte eine Nabe (13) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (13) an ihrer Oberseite eine radiale Nut (14) und an ihrer Unterseite eine gegenüber der Nut (14) um einen Winkel versetzte radiale Nase (15) trägt.