DE2631898A1 - Radialstrom-reaktionsvorrichtung fuer die ammoniaksynthese - Google Patents

Description

SNAMPROGETTI S.p.A. Mailand / Italien

Radialstrom-Reaktionsvorrichtung für die Ämmoniaksynthese.

Die Erfindung betrifft eine Radialstrom-Reaktionsvorrichtung für die Ämmoniaksynthese unter gleichzeitiger Erzeugung von Dampf mit einem hohen Wärmeniveau.

Radialstrom-Reaktionsvorrichtungen für die Ammoniaksynthese sind bekannt. Sie bestehen aus -einem senkrecht angeordneten zylindrischen Gefäss, in dem zwei Katalysatorbetten innerhalb ringförmiger Behälter mit durchlöcherten Wänden angeordnet sind. Diese bekannten Reaktionsvorrichtungen arbeiten wie folgt: Ein Teil des Synthesegases tritt nach seiner Vorerwärmung im Inneren der Reaktionsvorrichtung mittels Reaktionswärme in das erste Katalysatorbett ein und durchströmt es in radialer Richtung von innen nach aussen. Die Reaktionserzeugnisse und die nicht in Reaktions getretenen Gase, die aus dem ersten Katalysatorbett austreten, werden mit dem verbleibenden Teil des Synthesegases in der Zone zwischen dem äusseren zylindrischen Gefässmantel und den gelochten ringförmigen Behältern gemischt, worauf das Gemisch in das zweite Katalysatorbett eintritt und dieses radial von aussen nach innen durchströmt. Die in Reaktions getretenen Gase werden dann durch einen Wärmeaustauscher geführt, der dazu dient, den in das erste Katalysatorbett eintretenden Gasstrom teilweise vorzuv/ärmen.

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Die bekannten Radialstrom-ReaktiDiisvj3rj2xeh±rmgen führen zu .einer ausreichenden Ausbeute an Ammoniak, haben jedoch den Nachteil, dass das Wärmeniveau dei* rückgewinnbaren Reaktionswärme abgesenkt wird, wobei die Rüekgewiiinnng auf jeden Fall ausserhalb der Reaktionsvorrichtung erfolgen muss.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die bekannte Radialstromreaktionsvorrichtung so auszubilden, dass eine Absenkung des Wärmeniveaus der Reaktionswärme vermieden und in wirtschaftlicher Sfeise eine Rückgewinnung der Reaktionswärme innerhalb der Reaktionsvorrichtung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass unter Beibehaltung des Prinzips der radialen Durchströmung der Reaktionsvorrichtung in dieser ein Verdampfer zur Erzeugung von Dampf mit hohem Wärnieniveau angeordnet wird. Dadurch wird auf einfache und billige Weise eine Rückgewinnung der Reaktionswärme mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in einem Axialschnitt die wesentlichen Teile der Reaktionsvorrichtung und

Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 in vergrösserter Darstellung.

Die Reaktionsvorrichtung umfasst gemäss Fig. 1 einen äusseren Mantel 1 aus legiertem Stahl mit einem Deckel 2 an seinem oberen Ende, der eine zentrale Bohrung 3 aufweist, durch die. ein Verdampfer 4 in die Reaktionsvorrichtung eingeführt ist. Der Verdampfer 4 besteht aus einem Rohrbündel in U-Form oder Bajonett-Bauart, das direkt am Deckel 2 mit Hilfe eines

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Flansches 5 angeflanscht ist und daher leicht entnommen werden kann. Das Speisewasser für die Verdampferrohre tritt über einen Einlass 6 ein, und der Dampf verlässt den Verdampfer 4 über einen Auslass 7. Der Verdampfer 4 ist von einem Zylinderrohr 3 umhüllt, das eine Wärmedehnungen.ermöglichende Verbindungsstelle 9 aufweist.

Die Länge des an seinem unteren Ende in der Reaktionsvorrichtung abgestützten Zylinderrohrs 8 ist so bemessen, dass beim Befestigen des Flansches 5 am Deckel 2 die obere Kante des Zylinderrohrs 8 gemäss Fig. 2 in eine an der Unterseite des Flansches 5 vorgesehene Ringnut 10 eindringt, die einen Dichtungsring 11 aufnimmt. Dadurch wird eine innere Abdichtung zwischen dem kalten Gas auf der Aussenseite des Zylinderrohrs 8 und dem heissen Gas auf der Innenseite des Zylinderrohrs 8 im Verdampfer 4 hergestellt. Für die äussere Abdichtung zwischen dem Deckel 2 und dem Flansch 5 ist gemäss Fig. 2 ein linsenförmiger Dichtungsring 12 vorgesehen.

Der äussere Mantel 1 ist an seinem oberen Ende mit einer Abschlussplatte 13 versehen, die im Abstand unterhalb des Deckels 2 angeordnet ist und mit dieser eine obere Kammer 14 begrenzt, die den oberen Teil des Zylinderrohrs 8 mit der Verbindungsstelle 9 umschliesst. Innerhalb des äusseren Mantels 1 ist ein zylindrischer innerer Mantel 15 aufgenommen, der mit dem äusseren Mantel 1 einen äusseren Ringkanal 16 einschliesst. Der innere Mantel 15 nimmt von oben nach unten ein erste Katalysatorbett 17 auf einer oberen Stützplatte 18, mit der auch das untere Ende des Zylinderrohrs 8 verschweisst ist, ein zweites Katalysatorbett 19 auf einer unteren Stützplatte 20 und einen Wärmeaustauscher 21 mit einem Bündel von Rohren 22 zwischen einem oberen Rohrboden 23 und einem unteren Rohrboden 24 auf.

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Zwischen der unteren Stützplatte 20 und der oberen ,Stützplatte 18 erstreckt sich im Abstand zum zweiten Katalysatorbett 19 eine Hüllwand 25, die mit dem inneren Mantel 15 einen inneren Ringkanal 26 bildet. Das zweite Katalysatorbett 19» das wie das erste Katalysatorbett 17 im wes entliehen hohlzylinderförmig angeordnet ist, ist an seiner Oberseite durch eine Deckplatte 27 abgeschlossen, die mit der oberen Stützplatte 18 einen Querkanal 28 bildet, der einerseits mit dem Aussenumfang des zweiten Katalysatorbetts 19 und andererseits über eine zentrale Öffnung in der oberen Stützplatte 18, das Zylinderrohr 8 und in dessen unterem Bereich vorgesehene Öffnungen 29 mit dem Innenumfang des ersten Katalysatorbetts 17 in Verbindung steht. Die untere Stützplatte 20 weist gleichfalls eine zentrale Öffnung mit nach unten gerichtetem Durchtritt auf. Auch die beiden Rohrboden 23 und 24 sind mit einer zentralen Öffnung versehen, durch die sich eine Zuführungsleitung 30 für die Zuführung von erhitztem Reaktionsgas während der Anlaufphase bis in den Querraum 31 zwischen dem oberen Rohrboden 23 und der unteren Stützplatte 20 erstreckt. Zwischen der Zuführungsleitung und den Rohrboden 23 und 24 verbleiben.ringförmige Durchlässe, wobei sich an den unteren Durchlass eine die Zuführungsleitung 30 umschliessende ringförmige Ableitung 32 für das durch die Reaktion in den Katalysatorbetten 17 und 19 erhaltene Reaktionsgas anschliesst.

Vom oberen Ende des ersten Katalysatorbetts 17 führt durch die Abschlussplatte 13 hindurch eine von der oberen Kammer 14 -aufgenommene Leitung 33 in das Zylinderrohr 8. Die Leitung 33 ist mit einer Verbindungsstelle zur Ermöglichung von Wärmedehnungen versehen und v/eist ein Regelventil mit einer Betätigungseinrichtung 34 auf. Ferner mündet eine Zuführung 35 für kaltes Gas in die obere Kammer 14. Diese Zuführung 35 kommt nach der Anlaufphase anstelle der Zuführungsleitung 30 zur Anwendung.

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Nach der Anlaufphase der Reaktionsvorrichtung wird das kalte Gas, das der Reaktion zugeführt werden soll, über die Zuführung 35 in die Kammer 14 eingeleitet. Von dort strömt das Gas durch in der Abschlussplatte 13 vorgesehene nicht dargestellte Öffnungen in den äusseren Ringkanal 16 und gelangt wie durch Pfeile angedeutet von der Unterseite des unteren Rohrbodens 24 her in die Rohre 22 des Wärmeaustauschers, in denen das Gas vorgewärmt wird. Durch den Querraum 31 und den inneren Ringkanal 26 strömt das vorgewärmte Gas wie durch Pfeile angedeutet zum ersten Katalysatorbett 17, das von den Gasen im wesentlichen in radialer Richtung von aussen nach innen durchströmt wird. Innerhalb des ersten Katalysatorbetts 17 findet eine Reaktion statt, bei der Ammoniakgas entsteht. Innerhalb des ersten Katalysatorbetts 17 sammelt sich auf der Aussenseite des Zylinderrohrs 8 ein Gemisch aus Ammoniakgas und aus noch nicht in Reaktion getretenen Gasen. Dieses Heissgasgemisch strömt zum einen Teil über die Öffnungen 29 am unteren Ende des Zylinderrohrs 8 ab und wird zum anderen Teil über die Leitung 33 entnommen und am oberen Ende des Zylinderrohrs 8 eingeführt und dadurch dem Verdampfer 4 zugeführt. Die Aufteilung dieser beiden Ströme wird über das Regelventil 34 bestimmt. Dabei wird über den Einlass 6 zugeführtes Speisewasser im Verdampfer 4 verdampft, wobei der Dampf über den Auslass 7 entweicht.

Im unteren Ende des Zylinderrohrs 8 mischen sich die beiden Teilströme und gelangen durch den Querkanal 28 zum Aussenumfang des zweiten Katalysatorbetts 19» das dann radial von aussen nach innen durchströmt wird. Im zweiten Katalysatorbett 19 erfolgt die restliche Umwandlung der noch nicht in Reaktion, getretenen Gase in Ammoniakgas. Das heisse Ammoniakgas strömt dann durch den Kernraum des zweiten Katalysatorbetts 19 und durch die zentralen Öffnungen in der unteren Stützplatte 20 und in dem oberen Rohrboden 23 in den Wärmeaustauscher 21 und in diesem entlang der Aussenseite der Rohre 22, um die durch die Rohre 22 aufsteigenden und durch Umfangs-

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Öffnungen in der Stützplatte 20 sowie durch den inneren Ringkanal 26 zum ersten Katalysatorbett 17 strömenden Gase vorzuwärmen. Aus dem Wärmeaustauscher 21 wird das Ammoniakgas dann über die ringförmige Ableitung 32 abgezogen.

/Ansprüche

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Claims (3)

1. An s prü c h e

   ή\ Radialstrom-Reaktionsvorrichtung für die Aramoniaksynthese, bestehend aus einem äusseren Mantel aus legiertem Stahl mit einem Deckel, in dem ein erstes Katalysatorbett und ein zweites Katalysatorbett angeordnet sind, die jeweils in radialer Richtung nacheinander von den Reaktionsgasen durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet , dass der Deckel (2) mit einer zentralen Bohrung (3) versehen ist, durch den sich ein Verdampfer (4) in die Reaktionsvorrichtung erstreckt, der ein Rohrbündel in U-Form oder Bajonett-Bauart umfasst und mit Hilfe eines Flansches (5) direkt an den Deckel" (2) angeflanscht ist, einen Einlass (6) für Speisewasser und einen Auslass (7) für den mit hohem Wärmeniveau erzeugten Dampf aufweist und von einem Zylinderrohr (8) umgeben ist, das mit seiner Unterseite an eine ringförmige obere Stützplatte (18) des ersten Katalysatorbetts (17) verschweisst ist und mit seiner Oberkante in eine Ringnut (10) an der Unterseite des Flansches (5) eingreift, dass ein Regelventil (34) zum Regeln des Gasdurchsatzes durch den Verdampfer (4) vorgesehen ist, dass das Zylinderrohr (8) an seinem unteren Ende Öffnungen (29) aufweist, dass eine Zuführung für kaltes, der Reaktion zuzuführendes Gas in eine oberhalb einer Abschlussplatte (13) des äusseren Mantels (1) angeordnete obere Kammer (14) mündet, die mit einem äusseren Ringkanal (16) zwischen dem äusseren Mantel (1) und einem koaxialen inneren Mantel (15) in Verbindung steht, dass das erste Katalysatorbett (17) hohlzylinderförmig zwischen zwei zylindrischen Lochwänden ausgebildet ist, an seinem oberen Ende durch eine ringförmige Platte abgedeckt ist und einen Abstand vom inneren Mantel (15), dem Zylinderrohr und der Abschlussplatte (13) aufweist, durch die eine Leitung (33) geführt ist, die das erste Katalysatorbett (17) mit dem Verdampfer (4) verbindet, wobei die ringförmige Abschlussplatte (13) sich zwischen dem äusseren Mantel (1) und dem Zylinderrohr (8) erstreckt und Abstand vom Deckel (2)

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   zur Bildung einer oberen Kammer (14) aufweist, Vielehe die Leitung (33) zum Verdampfer (4) und das Regelventil (34) aufnimmt und mit der Zuführung (35) für kaltes der Reaktion zuzuführendes Gas versehen ist, dass die ringförmige obere Stützplatte (18) des ersten Katalysatorbetts (17) sich zwischen dem Zylinderrohr (8) und einer das koaxial unter, dem ersten Katalysatorbett (17) angeordnete zweite Katalysatorbett (19) umhüllenden Hüllwand (25) von kleinerem Durchmesser als der innere Mantel (15) erstreckt, dass das zweite Katalysatorbett (19) in entsprechender Weise wie das erste Katalysatorbett (17) geformt und von zylindrischen Lochwänden eingeschlossen ist und auf einer ringförmigen unteren Stützplatte (20) abgestützt ist, die mit ihrem Aussenumfang am inneren Mantel (15) befestigt ist und ihrem Umfangsbereich Durchtrittsöffnungen aufweist, wobei das zweite Katalysatorbett (19) Abstand zur oberen Stützplatte (18) des ersten Katalysatorbetts und zur Hlillwand (25) aufweist, dass im Abstand unter dem zweiten Katalysatorbett (19) mit der unteren Stützplatte (20) ein Wärmeaustauscher (21) mit einem Bündel von Rohren-(22) zwischen zwei Rohrboden (23) und ". (24) angeordnet ist, die mit dem inneren Mantel (15) verbunden sind, dass an der Unterseite der Vorrichtung eine Zuführungsleitung (30) für die Zuführung von erwärmtem Gas während der Anlaufphase vorgesehen ist und dass eine die Zuführungsleitung (30) umgebende ringförmige Ableitung (32) für die Abführung der Reaktionserzeugnisse aus dem Wärmeaustauscher (21) vorgesehen ist.
2. 2. Reaktionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Zylinderrohr (8) mit einer Wärmedehnungen ermöglichenden Verbindungsstelle (9) versehen ist.
3. 3. Reaktionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die.Leitung (33), die das erste Katalysatorbett (17) mit dem Verdampfer (4) verbindet, mit einer Wärmedehnungen ermöglichenden Verbindungsstelle versehen ist.

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