DE2705324A1 - Spaltrohrofen - Google Patents

Spaltrohrofen

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DE2705324A1
DE2705324A1 DE19772705324 DE2705324A DE2705324A1 DE 2705324 A1 DE2705324 A1 DE 2705324A1 DE 19772705324 DE19772705324 DE 19772705324 DE 2705324 A DE2705324 A DE 2705324A DE 2705324 A1 DE2705324 A1 DE 2705324A1
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Ght Hochtemperaturreak Tech
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Description

Go/Fe 07.02.1977
C H T
Gesellschaft für Hochtemperaturreaktor-Technik mbH SOüO ßergisch Gladbach 1
Spaltrohrofen
Die vorliegende Lrfindung betrifft einen Spaltrohrofen zur katalytischen Spaltung von Gasen bei hoher Temperatur in langen, von außen beheizbaren RoHren mit einem metallischen Innenrohr. Diese Spaltrohröfen bestehen oft aus einem Bündel von zahlreichen, parallelen, an ihrem unteren tnde 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. 950 C beispielsweise aus einem Kernreaktor-Kühlkreis beheizt werden. Das zu spaltende Prozeßgas tritt oben in das äußere Rohr ein, wird am unteren linde umgelenkt und fließt durch das Innenrohr nach oben ab.
In der Deutschen Offenlegungsschrift 25 07 937.2 wird ein köhrenspaltofen für die katalytische Spaltung von Prozeßgasen in senkrechten, mit Katalysatormaterial·gefüllten, von außen beneizten Spaltrohren vorgeschlagen. Das Katalysatormaterial besteht aus zahlreichen, mit zahlreichen öffnungen oder Zwischenräumen versehenen waagerechten Scheiben, die übereinander gestapelt sind und auch auf einem zentralen Tragrohr geführt werden können. Gegenüber den vorher bekannten Röhrenspaltöfen, bei denen das Katalysatormaterial aus einem lose eingefüllten Schüttgut bestand, hat die Anordnung von Scheiben den Vorteil,
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daß das Katalysatormaterial nicht durch ständige Temperaturbewegung verdichtet und zerstört werden kann und daß es aucli wesentlich einfacher ausgewechselt werden kann. Dennoch erscheint die mechanische Festigkeit dieser keramischen Scheiben nicht immer in jeder Weise befriedigend. Wenn einzelne Scheiben zerbrochen sein sollten, wird die Auswechselung des Katalysatormaterials erschwert. Außerdem haben diese Scheiben ein erhebliches Volumen und Gewicht. Sie begrenzen den freien Querschnitt im Außenrohr und verursachen dementsprechend einen hohen Druckverlust.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Spaltrohrofen zur katalytischen Spaltung von Gasen bei hoher Temperatur in langen, von außen beheizbaren Rohren. Das Katalysatormaterial selbst und sein Träger sollen eine gute mechanische und thermische Beständigkeit aufweisen.-Zwischen dem ein- und austretenden Prozeßgas soll bereits innerhalb des Spaltrohrs ein guter Wärmetausch stattfinden, damit die Ίragplatte nicht durch zu hohe Prozeßgas-Austrittstemperaturen belastet wird. Außerdem soll der Wärmeübergang vom Heizgas auf das Prozeßgas möglichst gut und der Druckverlust im Prozeßgas möglichst gering und konstant sein.
Der im ersten Anspruch vorgeschlagene Katalysatorträger tiat aufgrund feiner dünnwandigen Flächen, die außerdem annähernd in Strömungsrichtung angeordnet sind, einen wesentlich geringeren Druckverlust als die bisher bekannten Katalysatorträger. Da er außerdem auf beiden Seiten vom Prozeßgas angeströmt ist, ist auch seine Kontaktfläche wesentlich größer als wenn er nur von einer Seite angeströmt würde. Durcn diese besondere Anordnung kann man das Innenroiir im Durchmesser wesentlich größer machen als bisher, so daß auch dort der Druckverlust wesentlich geringer wird, bei konstantem Innendurchmesser des
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Außenrohres kann man also aufgrund des im ganzen geringeren Druckverlustes eine im ganzen höhere Strömungsgeschwindigkeit zulassen und damit die Durchsatzleistung des Prozeßgases erheblich erhöhen, oder die Durchsatzleistung konstant halten und stattdessen die Gebläseleistung für das Prozeßgas herabsetzen.
Die im zweiten Anspruch vorgeschlagenen zahlreichen achsparallel engeordneten Rippen auf dem Innenrohr bieten die Möglichkeit, durch Variation von Anzahl und Abmessungen dieser Rippen nahezu jedes gewünschte Verhältnis von Kontaktfläche und Druckverlust zu realisieren. Diese Rippen werden zweckmäßigerweise auf dem Innenrohr angeschweißt. Dabei hat sich sciion herausgestellt, daß diese Schweißnähte nicht über die ganze Länge der Rippen durchlaufen müssen. liin erheblicher Teil der Prozeßwärme wird durcii Strahlung übertragen. Für eine ausreichende Wärmeleitung genügt es, wenn diese Rippen jeweils nur auf der Hälfte ihrer Länge angeschweißt sind. Damit wird auch vermieden, daß in diesen Rippen beim Anschweißen unzulässig hohe Schweißspannungen entstehen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, das Innenrohr mit den Rippen in einem einzigen Arbeitsgang durch Strangpressen herzus teilen.
Die im dritten Anspruch vorgeschlagenen, im Querschnitt gekrümmten Rippen bieten eine weitere Möglichkeit, in einem gegebenen Querschnitt noch mehr Kontaktfläche unterzubringen. Wenn diese gekrümmten Rippen einzeln hergestellt und an das Innenrohr angeschweißt werden sollen, ist es zweckmäßig, in regelmäßigen Abständen achsparallele Schlitze vorzuseiien, durch die ein Schweißbrenner oder der Strahl eines hlektronenstrahlschweißgerates ungehindert das Innenrohr erreichen kann.
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Die im vierten Anspruch vorgeschlagene Anordnung eines dünnwandigen Hohlkörpers, der nach dem fünften Anspruch im Querschnitt zahlreiche sternförmige Wellen oder Falten aufweist, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die besonders leicht montiert werden kann, weil keine Schweißnähte zwischen Innenrohr und Katalysatorträger notwendig sind. Daher können diese Katalysatorträger auch aus einem ganz anderen Material als das Innenrohr, beispielsweise also auch aus Keramik hergestellt werden. Wie bereits in der erwähnten deutschen Offenlegungsschrift 25 07 937.2 dargestellt, trägt das Innenrohr an seinem unteren Ende einen Absatz oder einen Ring, der das Gewicht dieser Katalysatorträger aufnimmt. Die einfachste Ausführung wird dargestellt durch ein kreiszylindrisches Rohr, das durch Abstandshalter gegen Außen- und Innenrohr zentriert ist und nur einen geringen Abstand von wenigen Millimetern gegenüber diesen Rohren aufweist.
Die im sechsten Anspruch vorgeschlagenen Löcher in den dünnwandigen Katalysatorträgern dienen zum Ausgleich von Temperatur- und Druckdifferenzen und zum Stoffaus tausch auf verschiedenen Seiten eines Katalysatorträgers.
Durch die im siebten Anspruch vorgeschlagene axiale Aufteilung in mehrere voneinander unabhängige Rohrabschnitte erhält man Werkstücke von mäßigen Abmessungen, die in großen Stückzahlen leicht herzustellen und zu transportieren sind und deren Montage keinerlei Probleme bietet, Durch die vorgesehene Versetzung der Wellen in Umfangsrichtung dieser Abschnitte werden eventuelle Temperaturdifferenzen außerhalb und innerhalb der Katalysatorkörper ausgeglichen. Außerdem bietet die hier vorgeschlagene sternförmige Innenform dieser Katalysatorträger die Möglichkeit, diese Träger an mehreren über den Umfang
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verteilten und am Innenrohr angeschweißten Bolzen oder Haken aufzuhangen.Da auf diese Weise jeder Katalysatorträger an mehreren Punkten aufgehängt werden kann und er sich notfalls auch noch auf den darunter angeordneten katalysatorträger abstützen kann, ist diese Befestigung zuverlässig genug, auch wenn einzelne Schweißnähte nachgeben sollten.
Die im achten Anspruch vorgeschlagene Anordnung von Längsschlitzen soll unzulässige Wärmespannungen in den Katalysatorträgern vermeiden, die eventuell in Umfangsrichtung auftreten könnten. Wenn mehrere dieser mit Längsschlitzen versehenen Katalysatorträger übereinander gestapelt werden, ist es sicher zweckmäßig, diese Längsschlitze gegeneinander zu versetzen.
Die im neunten Anspruch vorgeschlagene Beschichtung des Außen- und/oder Innenrohres mit Katalysatormaterial stellt eine weitere Möglichkeit dar, die Kontaktfläche zwischen Prozeßgas und Katalysatormaterial ohne zusätzlichen Druckverlust zu vergrößern.
Die im zehnten Anspruch vorgeschlagene Herstellung des Katalysatorträgers aus Katalysatormaterial bezieht sich besonders auf die mit dem Innenrohr verbundenen Rippen. Versuche haben ergeben, daß schon technisch rauhe Bleche beispielsweise aus einem nickelhaltigen Material für die Methanspaltung als Katalysator wirksam sind. Da solche ganz aus Katalysatormaterial hergestellten dünnwandigen Katalysatorkörper mechanisch und auch thermisch sehr robust sind, kann man diese mit geringem Aufwand und ohne die Gefahr der Zerstörung montieren und notfalls auswechseln. Im Gegensatz zu den bekannten keramischen Katalysatorkörpern, die mit einem metallischen Kataly-
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satormaterial beschichtet sind, kann man das wertvolle Katalysatormaterial mit geringem Verlust wieder aufarbeiten.
Auch die im elften Anspruch vorgeschlagene Herstellung der Katalysatorkörper aus einem als Katalysator wirksamen Sintermetall bietet die bereits erwähnten Vorteile, üarüberhinaus hat Sintermetall eine sehr große überfläche und läßt sich nach Angaben der Hersteller mit nahezu beliebiger Korngröße bzw. Porengröße herstellen.
Die im zwölften Anspruch vorgeschlagene Anordnung eines Strömungsgleichrichters am Eintritt des zu spaltenden Frozeßgases ist im Zusammenhang mit den weiter oben beschriebenen Vorschlägen, insbesondere wenn der Strömungskanal zwischen Innen- und Außenrohr durch dünne Katalysatorwände in mehrere parallele Strömungskan.'ile aufgeteilt ist, von besonderer Bedeutung. Es läßt sich nicht vermeiden, daß eine Gassträhne von hoher Temperatur oder auch nur von hoher Geschwindigkeit in einen oder wenige benachbarte parallele Strömungskanäle eintritt und dort unzulässige Wärmespannungen verursacht. Solche Strähnen werden durch einen Gleichrichter vermieden.
Die im dreizehnten Anspruch vorgeschlagene Ausgestaltung dieses Gleichrichters ist bei den hier vorgesehenen sehr hohen Temperaturen besonders zweckmäßig, da diese keramischen Kugeln, insbesondere als Hohlkugeln, gut isolieren, eventuelle Gassträhnen auflösen und vermischen und außerdem sich frei gegeneinander bewegen können, so daß innerhalb dieses aus Kugeln gebildeten Gleichrichters keine unzulässigen Wärmespannungen auftreten können.
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Die figuren 1 - ö zeigen mögliche Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand eines Spaltrohrofens, der aus mehreren, an einer Tragplatte aufgehängten Spaltrohren besteht.
Figur 1 zeigt teilweise einen senkrechten Schnitt und teilweise eine Seitenansicht eines Spaltrohrofens, von dem nur drei Spaltrohre gezeigt sind.
Figur 2 zeigt etwa im Originalmaßstab einen waagerechten Querschnitt durch ein Spaltrohr, dessen Katalysatorträger aus einem Innenrohr mit daran befestigten radialen Rippen besteht.
Figur 3 zeigt im gleichen Maßstab einen waagerechten Querschnitt durch ein Spaltrohr, dessen Katalysatorträger aus einem Innenrohr mit daran befestigten fast halbkreisförmig gekrümmten Rippen besteht.
Figur 4 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch ein einzelnes Spaltrohr, in dem mehrere Katalysatorträger übereinander gestapelt sind.
Figur 5 zeigt etwa im Originalmaßstab einen waagerechten Querschnitt durch Figur 4, in dem der sternförmig gewellte Querschnitt dieser Katalysatorkörper dargestellt ist. Figur t> zeigt im gleichen Maßstab, wie diese Katalysatorkörper am Innenrohr befestigt sind.
In Figur 1 sind die Spaltrohre 1 an ihrem unteren Ende mit einem Boden 2 verschlossen und an ihrem oberen linde mit einem Deckel 3 verschlossen, bbenfalls am oberen Hnde ist ein Zuflußrohr 4 für das zu spaltende Prozeßgas und im Deckel 3 ein Innenrohr 5 befestigt, das bis dicht an den unteren tfoden 2 des Spaltrohres 1 geführt ist und als Ableitung für das gespaltene Prozeßgas dient. Auf diesem Innenronr sind ein oder mehrere hohle Katalysatorträger ö geführt, die in den nächsten Figuren näher dargestellt sind. Am oberen Deckel 3 ist außerdem ein gasdurchlässiger
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Korb 7 befestigt, der eine große Anzahl von keramischen Kugeln 8 enthält, die das bei 4 eintretende Prozeßgas mischen und gleichmäßig auf den Rohrquerschnitt verteilen sollen. Außerdem sollen sie das Innenrohr S, das an dieser Stelle im Betrieb eine sehr hohe Temperatur aufweist, gegen den direkten Kontakt mit dem bei 4 kalt eintretenden Prozeßgas schützen. Die Spaltrohre 1 sind in einer Tragplatte 9 in nicht näher beschriebener Weise dicht befestigt und werden außen von einem Heizgas umströmt.
In Figur Z enthält das Spaltrohr 1 ein Innenrohr 5, an dem zahlreiche achsparallel angeordnete Rippen 10 angeschweißt sind.
Figur 3 zeigt in einem Spaltrohr 1 ein Innenrohr 5 mit zahlreichen daran angeschweißten nahezu halbkreisförmig gekrümmten kippen 11. Diese Kippen 11 haben gegenüber den vorher erwähnten geraden Rippen 10 eine wesentlich größere Kontaktfläche gegenüber dem Prozeßgas. Ihre äußeren Kanten haben genügend Abstand voneinander, so daß der Wärmeübergang durcii Strahlung von dem äußeren Spaltrohr 1 auf das Prozeßgas und auf das Innenrohr 5 nicht behindert wird.
In den Figuren 4 und 5 sind mehrere übereinander gestapelte Katalysatorkörper 12 dargestellt, die im Querschnitt zahlreiche Wellen aufweisen. Dieser wellenförmige Querschnitt kann entweder nach einem Strangpreßverfahr*n oder durch Falten bzw. Schweißen aus Blechstreifen hergestellt werden. In beiden Fallen ist es zweckmäßig, wie in Figur 4 und S dargestellt, wenn diese Katalysatorkörper jeweils um eine Teilung in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, so daß die Gassträhnen abwechselnd außen oder innen an diesen Katalysatorkörpern entlangströmen.
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In ligur ο ward mit den gleichen Bezeichnungen wie in Ilgur 5 dargestellt, wie die gewellten Katalysatorträger 12 auf mehreren, über den Umfang des Innenrohres verteilten Haken 13 lagern. Bei der Montage kann man die gewellten Katalysatorträger 12 sowohl von unten als auch von oben montieren, weil man durch eine Versetzung in Umfangsrichtung diese gewellten Elemente an den Haken vorbeischieben kann.
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Claims (1)

  1. Go/Fe
    07.02.1977
    G Ii T
    Gesellschaft für hochtemperaturreaktor-Technik mbH 5060 Bergisch Gladbach 1
    Spaltrohrofen
    Ansprüche
    1. Spaltrohrofen zur katalytischen Spaltung von Gasen bei holier Temperatur in langen, von außen beheizbaren Rohren mit einem metallischen Innenrohr und folgenden Merkmalen:
    a) Üer Katalysatorträger besteht aus dünnwandigen Flächen (10; 11; 12)
    b) Diese Flächen sind auf beiden Seiten vom Prozeßgas anströmbar.
    cj Diese Flächen sind annähernd in Strömungsrichtung, d. h., parallel zur Rohrachse angeordnet,
    Z. Spaltrohrofen nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:
    a) Das Innenrohr (5) trägt außen zahlreiche achsparallel angeordnete Rippen (10; 11)
    -I-
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    3. Spaltrohrofen nach Anspruch I mit folgenden Merkmalen aj Diese Rippen (11) sind im Querschnitt gekrümmt.
    4. Spaltrohrofen nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:
    a) Der katalysatorträger besteht aus achsparallel angeordneten Rohren.
    5. Spaltrohrofen nach Anspruch 4 mit folgenden Merkmalen:
    a) Diese Rohre haben im Querschnitt zahlreiche sternförmige Wellen (12) oder Falten.
    o. Spaltrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Merkmalen:
    a) Die Katalysatorflachen haben zahlreiche Löcher.
    7. Spaltrohrofen nach Anspruch 4 oder 5 mit folgenden Merkmalen:
    a) Der Katalysatorträger besteht aus mehreren axial getrennten Rohrabschnitten.
    b) Die sternförmigen Wellen (12) oder Falten dieser Ronrabschnitte sind in übereinanderliegenden Rohrabschnitten gegeneinander versetzt.
    8. Spaltrohrofen nach Anspruch 4 mit folgenden Merkmalen: a) Diese Rohre haben einen Längsschlitz.
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    ORIGINAL INSPECTED
    y. Spaltrohrofen nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:
    a) Das Innenrohr (5) ist von außen und/oder das von außen beheizbare Rohr (1) ist von innen mit Katalysatormaterial beschichtet.
    Iu. Spaltrohrofen nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:
    a) Der Katalysatorträger besteht aus Katalysatormaterial.
    11. Spaltrohrofen nach Anspruch 10 mit folgenden Merkmalen:
    a) Der Katalysatorträger besteht aus einem als Katalysator wirksamen Sintermetall.
    12. Spaltrohrofen nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:
    a) Am Eintritt des zu spaltenden Gases in das von außen beheizbare Rohr (9) ist ein Strömungsgleichrichter angeordnet.
    13. Spaltrohrofen nach Anspruch 11 mit folgenden Merkmalen:
    a) Dieser Gleichrichter besteht aus einem Korb (7) mit zahlreichen keramischen Kugeln (8) darin.
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JP1288478A JPS5398908A (en) 1977-02-09 1978-02-07 Tubeelike decomposition furnace
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