DE2656726A1

DE2656726A1 - Roehrenreaktor zur durchfuehrung endothermer gasreaktionen

Info

Publication number: DE2656726A1
Application number: DE19762656726
Authority: DE
Inventors: Egon Haese
Original assignee: Dr C Otto and Co GmbH
Current assignee: Dr C Otto and Co GmbH
Priority date: 1976-12-15
Filing date: 1976-12-15
Publication date: 1978-06-22
Also published as: GB1539306A; FR2374076B1; US4229419A; JPS5375172A; FR2374076A1

Description

Radt, Finkener, Emesti

Patentanwälte ^ 6 5 6 7 2 6

Heinrich-König-Straße 12 ^

Bochum O Dr. C. Otto & Comp.

Fernsprecher (0*34! 477Ϊ7/ 28 fi-popii cohaft" TiTiI" hp c,f>h^änlrt PT

Telegrammadresse: Radlpalent Bochum ντβΞΘllSCüail/ JJlXT; De BOSXTSJlS-T. QT

Haftung

4630 Bo chum

37/76

EEF/US

Röhrenreaktor zur Durchführung endothermer Gasreaktionen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrenreaktor zur Durchführung endothermer G-asreaktionen, hei dem zur Deckung der Endothermie ein heißes und unter Druck stehendes Gas, insbesondere ein Edelgas, benutzt wird, das in einem Kernreaktor auf die notwendige Temperatur erhitzt wird.

Bei einem bekannten Reaktor dieser Art, der aus einem Druckmantel mit einer innen liegenden Isolierung besteht, in den senkrecht angeordnete Doppelrohre eingesetzt sind, die aus einem gegebenenfalls mit einem Katalysator gefültten Reaktionsrohr und einem Umhüllungsrohr bestehen, das das Reaktionsrohr unter Bildung eines Ringspaltes umgibt, den das wärmeabgebende Gas von unten nach oben durchströmt, ist vorgesehen, daß die Umhüllungsrohre sich im oberen Abschnitt gegenseitig berühren und die gedachte Verbindungslinie der Mittelpunkte von drei sich berührenden Rohren ein gleichseitiges Dreieck bilden. Die Umhüllungsrohre sind mit sechs gleichmäßig über den Umfang verteilten Schlitzen versehen, in die Verbindungselemente eingeschoben sind, die mit den Rohren durch Schweißung fest verbunden sind. Auf diese Weise entsteht eine aus Rohrabschnitten gebildete Tragplatte, die eine minimale Rohrteilung und damit kleinste Apparatedurchmesser erlaubt. Beim Betrieb der bekannten Vorrichtung durchströmt das wärmeabgebende Edelgas den Ringraum, der von den Umhüllungsrohren und den Reaktionsrohren gebildet wird und damit auch die Tragplatte. Es ist damit zu rechnen, daß die

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Tragplatte die volle Temperatur des die Reaktionszone verlassenden Edelgases annimmt; aus Festigkeitsgründen soll diese Temperatur nicht höher als 650 bis 700° liegen.

Neuerdings werden durch veränderte Prozeßführungen höhere Temperaturen des Edelgases am Ende der Reaktionszone verlangt, die bei 800 bis 850° C liegen können. Es ist dann erforderlich, das die Reaktionszone verlassende Edelgas unterhalb der Tragplatte aus dem Reaktor abzuziehen und die Reaktionsrohre auf der Oberseite gasdicht mit der Tragplatte zu verschließen.

Bei einem bekannten Vorschlag ist vorgesehen, massive, gebohrte Rohrplatten zu verwenden, die an der unteren, zum heißen Edelgas zugewandten Seite isoliert sind. Bei einem anderen Vorschlag wird eine Doppelplatte benutzt und durch den zwischen den Platten gebildeten Hohlraum ein kaltes Gas geleitet. Das Anbringen einer Isolierung an der Unterseite der Platte hat sich als äußerst schwierig erwiesen. Es besteht außerdem die Gefahr, daß die Isolierung bei der Durchführung von Reparaturen leicht beschädigt wird. Die Verwendung von Doppelplatten hat den Nachteil, daß unerwünschte Wärme spannungen in den Platten entstehen können.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, die Tragplatte auf einer ausreichend niedrigen Temperatur zu halten, ohne daß die den bekannten Vorschlägen anhaftenden Nachteile auftreten.

Bei einem Röhrenreaktor zur Durchführung endothemer Gasreaktionen, bei dem zur Deckung der Endothermie ein etwa 600 bis 1000° C heißes, unter Druck stehendes Gas, insbesondere ein Edelgas, benutzt wird, das in einem Kernreaktor auf die notwendige Temperatur erhitzt wird und der aus einem Druckmantel mit einer innen liegenden Isolie-

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rung besteht, in den senkrecht angeordnete, gegebenenfalls mit einem Katalysator gefüllte Reaktionsrohre eingesetzt sind, die an ihrem oberen Ende fest in einer Tragplatte sitzen, wobei das wärmeabgebende Gas von unten in den Druckmantel eingeführt und über einen Austrittsstutzen abgezogen wird, der ein Stück unterhalb der Tragplatte angeordnet ist, besteht die Erfindung darin, daß der obere Abschnitt der Reaktionsrohre von Umhüllungsrohren umgeben ist, die ausgehend vom oberen Ende der Tragplatte in den Innenraum des Druckmantels ragen und kurz oberhalb des Gasaustrittsstutzens enden, daß an den unteren Enden der Umhüllungsrohre Zwickel und Formstücke angebracht sind, die den freien Raum zwischen den Umhüllungsrohren und den Umhüllungsrohren und der inneren Wandung des Druckmantels abdecken und daß die obere Seite der Tragplatte gegenüber den Reaktionsrohren durch Verschlußtöpfe und Endstücke abgedichtet ist.

Eine derartige Anordnung stellt sicher, daß die Tragplatte beim Betrieb des Reaktors auf einer Temperatur gehalten wird, die 600 bis 650° C nicht übersteigt, auch wenn das Gas den Reaktor mit einer Temperatur von 800 bis 850° C verläßt.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Tragplatte in an sich bekannter Weise aus einer massiven, mit Bohrungen für die Reaktionsrohre versehenen Rohrplatte besteht. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Tragplatte, wie es an sich ebenfalls bekannt ist, aus zu einem Bündel zusammengefaßten Umhüllungsrohren, die sich wenigstens im oberen Abschnitt gegenseitig berühren, an ihren oberen Enden an sechs gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen mit Längsschlitzen versehen sind, in die Verbindungselemente eingeschoben sind, die in etwa die gleiche Länge haben

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wie die Schlitze und mit den Umhüllungsrohren durch Schweißen fest verbunden sind.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die an den freien Enden der Umhüllungsrohre angebrachten Zwickel und Formstücke, die der Begrenzung der Strömung innerhalb des Druckmantels dienen, nur jeweils mit einem Umhüllungsrohr durch Schweißen verbunden sind, so daß eine unterschiedliche Längendehnung der Umhüllungsrohre gewährleistet ist.

Die wabenförmigen Verschlußtopfe und die Endstücke sind erfindungsgemäß an der Stirnseite Hinlaufender Stegbleche miteinander verschweißt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß beim Auswechseln von Reaktionsrohren die Schweißnaht leicht von oben durch Schleifen entfernt werden kann. Das Reaktionsrohr wird dann zusammen mit dem Verschlußtopf aus der Vorrichtung gezogen und durch ein neues ersetzt. Die Dichtschweißung kann leicht und ohne Behinderung von oben in dem Apparat selbst durchgeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch einen

Reaktor, dessen Tragplatte aus Rohrabschnitten besteht,

Figur 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Figur 1, Figur 3 einen Schnitt nach der Linie C-C der Figur 2, Figur 4 einen Schnitt nach der Linie B-B der Figur 1, Figur 5 einen schematischen Querschnitt durch einen 809825/01 1 8

Reaktor, dessen Tragplatte aus einer massiven Rührscheibe besteht und

Figur 6 einen Schnitt nach der Linie A-A der Figur 5·

Figur 1 zeigt den Reaktionsbehälter, in den die Tragplatte eingebaut ist. Er besteht aus dem Druckmantel 1 und der angeflanschten Haube 2. Das Unterteil des Reaktors enthält die Isolierung 3 und den Tragring 4 für die Tragplatte. Das wärmeabgebende Edelgas, z.B. Helium, strömt mit einer Temperatur von 900 bis 1000° C durch den Stutzen ein, umströmt die wärmeaufnehmenden Reaktionsrohre 6 und verläßt den Reaktor durch den Stutzen 7 mit einer Temperatur von 800 bis 850° C.

Durch den Stutzen 8 wird das Reaktionsgemisch über die Leitung 9 den Reaktionsrohren 6 zugeführt. Das Reaktionsgemisch verläßt den Reaktor über die Leitung 10 und den Stutzen 11. Über den Stutzen 12, der sich in der Haube befindet, wird der Raum, der sich oberhalb der Tragplatte ergibt, mit frischem Helium gefüllt. Der Druck in diesem Raum ist ein wenig höher als der Druck in dem Raum, der sich unterhalb der Tragplatte befindet. Auf diese Weise wird vermieden, daß über Undichtigkeiten kontaminiertes Helium aus dem unteren Raum in den Raum, der sich über der Tragplatte befindet, fließt. Dies ist wichtig bei eventuell durchzuführenden Reparaturarbeiten.

Die Tragplatte besteht aus dem Tragring 13» der mit seinem waagerechten Flansch auf dem Tragring 4 aufliegt. Der Tragring umschließt die zu einem Bündel zusammengefaßten Rohrabschnitte 14. Die Umhüllungsrohre 15» die den gleichen Innendurchmesser, aber einen kleineren Außendurchmesser haben wie die Rohrabschnitte, sind unten an die Rohrabschnitte angeschweißt und enden kurz oberhalb des Edel-

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gasaustrittsStutzens 7·

Der Innendurchmesser von Rohrabsennitt 14 und Umhüllungsrohr 15 ist so bemessen, daß die im Durchmesser kleineren Reaktionsrohre gut ein- und ausgebaut werden können. Ein Spiel von 2 bis 5 mm ist ausreichend.

Der Freiraum, der von dem Außendurchmesser der Umhüllungsrohre 15 im Apparat gebildet wird, ist durch eingeschweißte Zwickel und Formstücke 16, die sich am unteren Ende der Umhüllungsrohre befinden, verschlossen. Diese Zwickel und Formstücke sind, um einer eventuell unterschiedlichen Dehnung der Rohre Rechnung tragen zu können, jeweils nur an einem der Umhüllungsrohre angeschweißt. Dieser Verschluß nach unten dient der Strömungsbegrenzung des 800 bis 850° C heißen Heliums.

Die Rohrabschnitte 14 sind auf dem Umfang mit sechs gleichmäßig verteilten Schlitzen versehen, in die die Verbindungselemente 17 eingeschoben werden, die durch Schweißen befestigt werden. Die außen liegenden Rohrabschnitte sind mit dem Tragring 13 durch ebensolche Elemente verbunden.

Den gasdichten Abschluß nach oben bilden die an die Reaktionsrohre 6 angeschweißten Verschlußtöpfe 18, die an der Stirnseite miteinander verschweißt sind. Die außen liegenden Verschlußtöpfe sind mit den der Form angepaßten Endstücken 19 ebenfalls durch Schweißung der Stirnnaht zu einer gesamten Dichtungsplatte verbunden, die zur äußeren Abdichtung mit dem Tragring 13 verschweißt ist.

Figur 2 zeigt die Anordnung der Verschlußtöpfe 18 und die Lage der Endstücke 19; Figur 3 ist ein Schnitt durch den Verschlußtopf, der die Lage der Schweißnaht an der

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Stirnseite und das Reaktionsrohr zeigt. Figur 4 ist ein Schnitt durch die Tragplatte.

Figur 5 zeigt das Oberteil des Eeaktionsbehälters mit der Tragplatte 20, die als gebohrte Rohrplatte dargestellt ist. Die Umhüllungsrohre 15 sind von unten in die Bohrungen eingeschoben und am oberen Rand mit der Platte verschweißt. Die Zwickel und Formstücke 16 und die Verschlußtöpfe 18 sowie die Endstücke 19 sind wie in den Figuren 1, 2 und 3 angeordnet.

Pat ent ansprüche

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L e e r s e ϊ ί e

Claims

- f8 -

Patentansprüche

(■Ώ Röhrenreaktor zur Durchführung endothermer Gasreaktionen, bei dem zur Deckung der Endothermie ein etwa 600 bis 1000° C heißes, unter Druck stehendes Gas, insbesondere ein Edelgas, benutzt wird, das in einem Kernreaktor auf die notwendige Temperatur erhitzt wird und der aus einem Druckmantel mit einer innen liegenden Isolierung besteht, in den senkrecht angeordnete, gegebenenfalls mit einem Katalysator gefüllte Reaktionsrohre eingesetzt sind, die an ihrem oberen Ende fest in einer Tragplatte sitzen, wobei das wärme ab gebende Gas von unten in den Druckmantel eingeführt und über einen Austrittsstutzen abgezogen wird, der ein Stück unterhalb der Tragplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt der Reaktionsrohre von Umhüllungsrohren (15) umgeben ist, die ausgehend vom oberen Ende der Tragplatte in den Innenraum des Druckmantels ragen und kurz oberhalb des Gasaustrittsstutzens (7) enden, daß an den unteren Enden der Umhüllungsrohre Zwickel und Formstücke (16) angebracht sind, die den freien Raum zwischen den Umhüllungsrohren und den Umhüllungsrohren und der inneren Wandung des Druckmantels abdecken und daß die obere Seite der Tragplatte gegenüber den Reaktionsrohren durch Verschlußtöpfe (18) und Endstücke (19) abgedichtet ist.
2. Röhrenreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte in an sich bekannter Weise aus einer massiven, mit Bohrungen für die Reaktionsrohre versehenen Rohrplatte (20) besteht.
3. Röhrenreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte in an sich bekannter Weise aus zu einem Bündel zusammengefaßten Umhüllungsrohren (14) besteht, die

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sich wenigstens im oberen Abschnitt gegenseitig berühren, an ihren oberen Enden an sechs gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen mit Längsschlitzen versehen sind, in die Verbindungselemente (17) eingeschoben sind, die in etwa die gleiche Länge haben wie die Schlitze und mit den Umhüllungsrohren durch Schweißen fest verbunden sind.
4·. Röhrenreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die an den freien Enden der Umhüllungsrohre angebrachten Zwickel und Formstücke (16) nur jeweils mit einem Umhüllungs rohr durch Schweißen verbunden sind.
5. Röhrenreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die wabenformigen Verschlußtöpfe (18) und die Endstücke (19) an der Stirnseite umlaufender Stegbleche miteinander verschweißt sind.

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