DE2559661B2 - Reaktionsapparat - Google Patents

Description

Für die Durchführung katalytischer Reaktionen werden vielfach Reaktionsapparate mit zwischen einem oberen und einem unteren Rohrboden angeordneten Kontaktrohren verwendet; dabei befindet sich im allgemeinen der Katalysator in den Kontaktrohren, die von einem Reaktionsgemisch durchströmt werden, während die bei diesem Vorgang freiwerdende oder verbrauchte Wärme von einem die Kontaktrohre außenseitig beaufschlagenden und üblicherweise im Kreislauf umgewälzten Wärmetauschmedium aufgenommen bzw. zugeführt wird. Derartige Reaktionsapparate sind in verschiedenen Bauarten bekannt, z.B. gemäß den DE-PSen 1064922, 1642 996, 2062095, 2230127.

Aus wirtschaftlichen Gründen wird bei derartigen Apparaten eine möglichst große Rohrzahl angestrebt. Dieser Entwicklung sind aber bisher Grenzen gesetzt durch die großen Schwierigkeiten und hohen Kosten des Transportes und der Montage von Reaktionsapparaten mit ungewöhnlich großem Gewicht und großen Abmessungen.

Zur Lösungs dieses Problems besteht der Gegenstand des Hauptpatents in einem Reaktionsapparat mit mindestens zwei selbständigen Kontaktrohrsektoren mit zugeordneten Rohrbodensegmenten, äußeren Mantelabschnitten und inneren Wandabschnitten sowie darin angeordneten Kontaktrohren.

Im Anschluß daran und im Zusammenhang damit soll mit der vorliegenden Zusatzerfindung eine weitere Verbesserung geschaffen werden. Die Kontaktrohre aller Sektoren sind nämlich gemeinsam vielfach als ringförmiges Rohrbündel angeordnet, wobei der von Kontaktrohren freie zentrale Raum als Kanal für das im Kreislauf umgewälzte Wärmetauschmedium und gegebenenfalls auch zur Unterbringung eines besonderen Wärmetauschers oder/und des Ümwälzaggregates ausgenutzt wird. Dabei wird das umgewälzte Wärmetauschmedium im oberen und im unteren Endbereich der Kontaktrohre quer zu diesen, also radial zum ringförmigen Kontaktrohrbündel, geleitet. Dort sind also der Strömungswiderstand für das Wär

metauschmedium und damit der Energieaufwand für dessen Umwälzaggregat von der radialen Breite des Kontaktrohrbündels abhängig.

Diese radiale Breite läßt sich nun vergleichsweise verringern, wenn man einen Teil der Kontaktrohre von der Innenseite des Rohrbündels an die Außenseite verlegt. Wegen des mit zunehmendem Durchmesser ebenfalls zunehmenden Umfanges lassen sich nämlich außen in einer einzigen Reihe ebenso viele Rohre unterbringen wie innen in mehreren Reihen. Der von Kontaktrohren freie zentrale Innenraum wird also in seinem Durchmesser bewußt größer bemessen, als es aus rein konstruktiven Gründen erforderlich wäre.

Bei gleichbleibender Gesamtrohrzahl läßt sich auf diese Weise ein ringförmiges Rohrbündel mit geringerer radialer Breite anordnen, als es bei Beschränkung des Außendurchmesse^rs für eine früher übliche einteilige Bauart des ganzen Reaktionsapparates oft möglich wäre.

Mit Rücksicht auf praktisch zweckmäßige Verhältnisse empfiehlt sich insoweit eine zahlenmäßige Begrenzung. In diesem Sinne besteht die vorliegende Zusatzerfindung darin, daß bei Verteilung der Kontaktrohre auf einen Ringraum zwischen dem Außenumfang und einem zentralen, von Kontaktrohren freien Querschnitt das Durchmesserverhältnis des Außenumfanges zum Innenumfang des die Kontaktrohre enthaltenden Ringraumes =i 5 : 1 ist.

Zur Erläuterung mag folgendes Zahlenbeispiel dienen, dam an Hand von Versuchen errechnete Verhältnisse zugrunde liegen.

Ein Röhren-Reaktor mit 16000 ringförmig angeordneten Kontaktrohren hat

im Fall 1):

einen Außendurchmesser (D)
einen von Kontaktrohren freien
Innendurchmesser (d)
demnach eine radiale Rohrbündelbreite (b)
somit ist das Verhältnis D :il

im Fall 2):

= 5080 mm

= 574 mm

= 2253 mm,

= 8,8 : 1;

= 520(1 mm

einen Außendurchmesser (Dl)
einen von Kontaktrohren freien
Innendurchmesser (dl) = 1220 mm

demnach eine radiale Rohrbündelbreite(bl) = 1990 mm,

somit ist das Verhältnis Dl:rfl = 4,3 : 1.

Der Druckverlust des umgewälzten Wärmetauschmediums verringert sich bei der geringeren radialen Breite des Kontaktrohrbündels gemäß Fall 2) gegenüber Fall 1) um 19%. Damit ist ein entsprechend ge-

5^r> ringerer Energieaufwand für das Umwälzaggregat erreichbar. Gegebenenfalls läßt sich auf diese Weise sogar trotz Verringerung der radialen Breite des Kontaktrohrbündels eine größere Gesamtzahl an Kontaktrohren unterbringen und dadurch sogar auch noch

to eine vergleichsweise größere Leistung des Röhren-Reaktors erreichen.

Die Erfindung ist übrigens unabhängig von der Zahl der einzelnen Sektoren und auch davon, ob der Außenumfang und der Innenumfang des Kontaktrohr-

b5 Ringraumes kreisrund oder polygonal sind.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung an mehreren Ausfülirungsbcispielen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen ganzen Reaktionsapparat in Seitenansicht,

Fig. 2 einen solchen Apparat mit kreisrundem Außenumfang im Querschnitt (Ebene II-II),

Fig. 3 einen solchen Apparat mit polygonalem Außenumfang im Querschnitt, entsprechend Fig. 2.

Bei dem Reaktionsapparat gemäß Fig. 1 ist das Gehäuse 1 in üblicher Weise oberhalb und unterhalb der die Enden der Kontaktrohre 2 aufnehmenden Rohrboden 3, 4 von zwei Hauben 5, 6 begrenzt, die mit Anschlußstutzen 7, 8 zum Zu- bzw. Abführen der Reaktionsgase ausgerüstet sind. In der Nähe der beiden Rohrboden ist das Gehäuse 1 von Ringkanälen 9, 10 umgeben, die zum radialen Zu- bzw. Abführen eines im Kreislauf umgewälzten Wärmetauschmittels dienen, das an den Kontaktrohren außenseitig vorbeigeleitet und anschließend durch einen (nicht dargestellten) außenliegenden Wärmetauscher strömt, zur Rückkühlung (bei exothermen Prozessen) oder zur Wiedererwärmung (bei endothermen Prozessen).

Ein solcher Reaktionsapparat besteht gemäß dem Hauptpatent aus mehreren, beispielsweise sechs Sektoren A-F mit kreisrundem Außenumfang (Fig. 2) bzw. Sektoren A'—F' mit polygonalem Außenumfang (Fig. 3). Demgemäß setzt sich der Außenmantel aus einer entsprechenden Anzahl von Zylinderabschnit-

ten lla bzw. ebenen Wandteiler· 12« zusammen. Die innere Begrenzung der Sektoren, bis zu der die Kontaktrohre 2 reichen, kann ebenso aus Zylinderabschnitten 11/ bzw. aus ebenen Wandteilen 12/ bestehen. In radialer Richtung wird jeder Sektor an beiden Seiten von je einer ebenen Abschlußwand 13 begrenzt.

Dem Außenumfang der Sektoren angepaßt sind die mit den dortigen Zylinderabschnitten bzw. ebenen Wänden verbundenen Abschnitte der Ringleitungen 9, 10.

Den oberen und unteren Stirnseiten der Sektoren sind die einzelnen Abschnitte der Rohrboden 3, 4 im wesentlichen angepaßt. Diese Rohrbodenabschnittc stehen einerseits radial nach außen und innen gegenüber den zugehörigen äußeren bzw. inneren Wandabschnitten sowie in ihren radial verlaufenden Seiten gegenüber den seitlichen Abschlußwänden 13 der Sektoren etwas vor. Diese und weitere bauliche Einzelheiten sind im Hauptpatent genauer beschrieben und dargestellt.

Im vorliegenden Falle kommt es an auf das Verhältnis des äußeren Durchmessers des Rohrbündels (in Fig. 1 und 2 mit X, in Fig. 3 mit X bezeichnet) zum inneren Durchmesser des Rohrbündels (in Fig. 1 und 2 mit x, in Fig. 3 mit x' bezeichnet).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Reaktionsapparat zur Durchführung katalytischer Reaktionen in der Gasphase, enthaltend vertikal zwischen je einem oberen und einem unteren Rohrboden angeordnete Kontaktrohre, die außen von einem Wärmeträger umspült sind, wobei mindestens zwei selbständige Kontaktrohr-Sektoren mit zugeordneten Rohrbodensegmenten, äußeren Mantelabschnitten und inneren Wandabschnitten sowie darin angeordneten Kontaktrohren gebildet sind, nach Patent P 2543758.5-14(DE-AS 2543758), dadurch gekennzeichnet,daß bei Verteilung der Kontaktrohre (2) auf einen Ringraum zwischen dem Außenumfang und einem zentralen, vcn Kontaktrohren freien Querschnitt das Durchmesserverhältnis des Außenumfanges zum Innenumfang des die Kontaktrohre enthaltenden Ringraumes S 5 _:1 ist.