DE2634600A1 - Roehrenspaltofen - Google Patents

Description

• Röhrenspaltofen
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Röhrenspaltofen und geeignete Formkörper zur katalytischen Spaltung von Prozeßgasen bei hohen Temperaturen in langen, beheizbaren Spaltrohren, die Katalysatormaterial enthalten. Diese Röhrenspaltöfen bestehen oft aus einem Bündel von zahlreichen, parallelen, an ihrem unteren Ende geschlossenen Spaltrohren, die mit ihrem oberen Ende an einer gemeinsamen Tragplatte befestigt sind, und die von außen mit Rauchgas oder auch mit Helium von ca. 9500 C beispielsweise aus einem Reaktor-Kühlkreis beheizt werden. In der deutschen Patentschrift 12 59 850 wird ein u.å. auch katalytisch wirkender Reaktionsapparat mit Füllkörpern beschrieben, bei dem zahlreiche zylindrische Füllkörper, die eine zentrale Bohrung aufweisen, auf waagerechte oder leicht geneigte metallische Haltestifte gesteckt sind, die an einem zentralen, senkrechten Rohr oder einer senkrechten Stange angeschweißt sind. Bei hohen Temperaturen sind diese angeschweißten Haltestifte problematisch. Wenn nur einer dieser zahlreichen Haltestifte sich löst, kann der entsprechende Füllkörper zwischen den anderen Füllkörpern und der Innenwand des Spaltrohres verklemmt werden und damit ein Auswechseln des Katalysatorträgers sehr erschweren. Das in diesen Füllkörpern enthaltene Katalysatormaterial ist aber nach bestimmter Betriebszeit erschöpft, sodaß die Füllkörper in regelmäßigen Abständen ausgewechselt werden müssen. Das Auswechseln dieser zahlreichen Füllkörper ist mühsam, langwierig und vor allem mit viel manueller Arbeit verbunden. In dieser Patentschrift wird bereits eingehend beschrieben, welche Nachteile zu erwarten sind, wenn man fiir hohe Temperaturen vorgeseheneSpaltrohre in freier Schüttung mit Katalysatormaterial füllt. In freier Schüttung hat Katalysatormaterial einen nicht exakt berechenbaren und auch mit der Zeit veränderlichen Druckverlust, der bei Parallelschaltung zahlreicher Spaltrohre zu unterschiedlichen Durchsatzmengen des Prozeßgases in den einzelnen Spaltrohren flihrt, und damit zu unterschiedlichen Austrittstemperaturen. Bei Temperaturverminderungen verdichtet sich das Katalysatormaterial, bei Temperaturerhöhungen dehnt es sich wieder aus und belastet dabei Rohrinnenwand und eventuelle Einbauten im Rohr. Wenn dieses frei geschüttete Katalysatormaterial erschöpft oder zerstört ist, muß es in mühseliger Arbeit, beispielsweise durch pneumatische Absaugung, aus den Spaltrohren entfernt werden. Diese Schwierigkeiten sind naturgemäß umso größer, je größer die Schütthöhen, je enger die Rohre und je stärker und häufiger die vorkommenden Temperaturschwankungen sind.
• Trotz dieser bekannten Schwierigkeiten werden aber in den neueren deutschen Offenlegungsschriften 19 ol 758.4, 24 12 840.3 und 24 12 841.4 erneut Röhrenspaltöfen auch für nukleare Beheizung vorgeschlagen, bei denen das Katalysatormaterial als lose Schüttung in Spaltrohre eingefüllt ist. Insbesondere hei nuklearer Beheizung ist aber das Auswechseln von Katalysatormaterial in Spaltrohren besonders schwierig, weil man den nuklearen Heizkreis mit Rücksicht auf evtl. radioaktive Verunreinigungen nicht öffen möchte und andererseits ist jede Betriebsunterbrechung, insbesondere bei großen nuklearen Anlagen unerwünscht und führt zu erheblichen Ausfallkosten.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Röhrenspaltofen sowie geeignete Formkörper zur katalytischen Spaltung von Prozeßgasen bei hohen Temperaturen in langen, beheizbaren Spaltrohren, die Katalysatormaterial enthalten. Diese Formkörper sollen leicht und schnell auswechselbar sein und sie sollen einen geringen, insbesondere über die Betriebszeit konstanten Druckverlust aufweisen. Untersuchungen und Berechnungen haben nämlich gezeigt, daß bei größeren Spaltrohröfen nicht nur eine möglichst große Kontaktfläche, sondern auch ein möglichst geringer Druckverlust von Bedeutung ist, weil mit diesem Druckverlust auch die Betriebs- und Anlagekosten, z.B. beim Gebläse, erheblich gesenkt werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß diese Formkörper eine annähernd kugelförmige oder halbkugelförmige Gestalt aufweisen und auf einem zur Spaltrohr achse parallelen Tragrohr aufgefädelt sind. Durch diese Anordnung kann man alle Formkörper mit dem Tragrohr in einem Arbeitsgang aus dem Spaltrohr herausheben und damit auswechseln. Das Tragrohr selbst dient zweckmäßigerweise zur Rückführung des Prozeßgases. Wenn man also das Prozeßgas am oberen Ende des Spaltrohres außerhalb der Formkörper erabströmen läßt, kann es am unteren Ende des Spaltrohres seine Strömungsrichtung umkehren und dabei durch das Tragrohr hindurch nach oben aus dem Spaltrohr abgeleitet werden. Dieses Tragrohr ist am Deckel des Spaltrohres dicht befestigt und kann sich nach unten hin frei ausdehnen, sodaß keinerlei durch unterschiedliche Temperaturen von Spaltrohr und Tragrohr verursachte Wärmespannungen auftreten können. Die vorgesehene kugelige oder halbkugelige Form der Formkörper bildet einen günstigen Kompromiß zwischen einem möglichst geringen Druckverlust und einer ausreichend großen Kontaktfläche zwischen Prozeßgas und Katalysatormaterial, In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, ser daß die/Formkörper eine annähernd tonnenförmige Gestalt mit abgerundeten Ecken aufweist. Diese Form hat gegenüber der reinen Kugelform die Vorteile, daß der Druckverlust außen geringer wird, daß die Festigkeit im Bereich der Berührungsflächen zu benachbarten Formkörpern größer ist und die Herstellung leichter wird.
• Die vorgeschlagenen Formkörper können alternativ aus einem hochtemperaturbeständigen Sintermetall oder aus- keramischem Material auf der Basis von Aluminiumoxyd hergestellt werden.
• Die Formkörper aus Sintermetall können zumindestens in ihrem äußeren Bereich aus einem porösen, katalytisch wirksamen Nickelmaterial bestehen. Die keramischen Formkörper werden in sn sich -eicannter Weise im ällPeren Tei c mit nickelhaltigen Salzlösungen getränkt und anschließend getrocknet.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Formkörper außen in Längsrichtung verlaufende Rippen aufweisen. Durch diese Anordnung kann die Kontaktfläche vergrößert werden, ohne daß der Druckverlust in unzulässiger Weise vergrößert wird. Diese Längsrippen sind besonders wirksam, wenn man sie von einem zum anderen Formkörper versetzt anordnet. Durch geeignete Ausgestaltung der Grenzflächen zwischen benachbarten Formkörpern, beispielsweise eine Nase am oberen Ende eines Formkörpers und eine entsprechende Nut am darüberliegenden unteren Ende des nächsten Formkörpers kann man die Formkörper gegenenander gegen Verdrehung sichern.
• Die Figuren 1 bis 3 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Figur 1 ist in dem senkrechten Spaltrohr 1 ein Tragrohr 2 angeordnet, auf dem zahlreiche Formkörper 3 aus einem hochtemperaturfesten Sintermetall oder einem keramischen Material aufgefädelt sind, die, geometrisch betrachtet, eine annähernd halbkugelige Form mit abgerundeten Ecken und einem abgerundeten Obergang zu einem kleinen zylindrischen Teil aufweisen. Diese Form hat bei außen bei Ausströmung von oben einen geringen Druckverlust.
• Das zu spaltende Prozeßgas tritt am oberen Ende in nicht näher beschriebener Weise in das Spaltrohr 1 ein und strömt außen an den Formkörpern 3 entlang, ändert am unteren Ende des Spaltrohres seine Richtung und fließt durch das Tragrohr 2 nach oben, wo es in ebenfalls nicht näher beschriebener Weise aus dem Deckel des Spaltrohres aus tritt.
• Diese vorgeschlagene Form bildet einen günstigen Kompromiß zwischen der Forderung nach geringem Druckverlust und nach ausreichender Kontaktfläche.
• Die Figuren 2 und 3 zeigen zwei weitere tonnenförmige Formkörper 4 und 5, wobei diese in der linken Hälfte der Figur 3 als Vollkörper 4 und in der rechten hälfte als ein durch Längsrippen 6 unterbrochener Vollkörper 5 dargestellt ist. Diese Längsrippen 6 dienen in erwünschter Weise zur Vergrößerung der Kontakt fläche.

Claims (3)

1. Ansprüche 1. Röhrenspaltofen zur katalytischen Spaltung von Prozeßgasen bei hohen Temperaturen in langen, beheizbaren Spaltrohren, die mit Katalysatormaterial versehene Formkörper enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß diese Formkörper (3 oder 4) eine annähernd kugelförmige oder halbkugelförmige Gestalt aufweisen und auf einem zur Spaltrohrachse parallelen Tragrohr (1) aufgefädelt sind.
2. 2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Formkörper (4) eine annähernd tonnenförmige Gestalt mit abgerundeten Ecken aufweist.
3. 3. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Forl,lkörper in Längsrichtung verlaufende Rippen (6) aufweist.