DE2803138A1

DE2803138A1 - Tubular reactor element for catalytic hydrocarbon conversion - has two chambers leading to collector and distributor

Info

Publication number: DE2803138A1
Application number: DE19782803138
Authority: DE
Inventors: Heinrich Nolting; Wilhelm Sage
Original assignee: Dr C Otto and Co GmbH
Current assignee: Dr C Otto and Co GmbH
Priority date: 1978-01-25
Filing date: 1978-01-25
Publication date: 1979-07-26

Abstract

A tubular element for the catalytic reaction of hydrocarbons with steam has at the top two separate chambers. One is joined to the open ends of the inner tubes, and the other communicates with the space contg. the indirectly heated catalytic substance. The first chamber joins the collector, and the second the distributor, in each case through a tubular spiral. This reduces the space requires for a tubular element to a minimum. The tubes can be easily exchanged in case of damage and thermal elongations are readily absorbed.

Description

Röhrenelement zum Umsetzen von Kohlenwasserstoffen mitTubular element for converting hydrocarbons with

Wasserdampf an einem indirekt beheizten Katalysator Die Erfindung bezieht sich auf ein Röhrenelement zum Umsetzen von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf an einem indirekt beheizten Katalysator, das aus einem am unteren Ende geschlossenen Außenrohr und einem oder mehreren Innenrohren besteht, die in der Nähe des geschlossenen Endes des Außenrohres offen sind, wobei der mit dem Verteiler in Verbindung stehende Raum zwischen den Innenrohren, die mit dem Sammler verbunden sind, und dem Außenrohr mit Katalysatormasse gefüllt ist.Steam on an indirectly heated catalyst The invention refers to a tubular element for reacting hydrocarbons with water vapor on an indirectly heated catalyst, which consists of a closed at the lower end Outer tube and one or more inner tubes are made close to the closed End of the outer tube are open, with the one connected to the manifold Space between the inner pipes connected to the collector and the outer pipe is filled with catalyst mass.

Derartige Röhrenelemente gehören zum Stande der Technik.Such tubular elements are state of the art.

Bei einem Röhrenelement gemäß dem deutschen Patent 1 901 758 ist vorgesehen, daß das Innenrohr praktisch über seine ganze Länge wendel- oder wellenförmig gebogen ist und in der Nähe des geschlossenen Endes des Außenrohres durch einen Katalysatorstützrost in einen katalysatorfreien Raum ragt. Die DAS 2 405 606 beschreibt ein Röhrenelement mit zwei sich gegenseitig umschlingenden Innenrohren, die von einem gemeinsamen Ieitungsstutzen ausgehen.In the case of a tubular element according to German Patent 1 901 758, it is provided that the inner tube is bent in a spiral or wave shape practically over its entire length and near the closed end of the outer tube by a catalyst support grate protrudes into a catalyst-free space. DAS 2 405 606 describes a tubular element with two mutually entwined inner tubes, which are shared by one Pipe socket go out.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, den Platzbedarf der bekannten Röhrenelemente zu verringern und ihren Aufbau sowie die Auswechselbarkeit einzelner Teile und deren ftberprüfung zu vereinfachen.The object on which the invention is based is to reduce the space requirement to reduce the known tubular elements and their structure and interchangeability to simplify individual parts and their checking.

Bei einem Röhrenelement der eingangs beschriebenen Art besteht die Erfindung darin, daß der Kopf des Röhrenelementes zwei voneinander getrennte Kammern enthält, wobei die eine Kammer mit den oben offenen Enden der Innenrohre verbunden ist, während die andere Kammer mit dem Raum in Verbindung steht, in dem die Katalysator- masse angeordnet ist und daß die erstgenannte Kammer an den Sammler und die andere Kammer an den Verteiler über äe eine Rohrwendel angeschlossen ist.In a tubular element of the type described above, there is Invention is that the head of the tubular element has two separate chambers contains, the one chamber connected to the open-topped ends of the inner tubes while the other chamber communicates with the room in which the catalyst Dimensions is arranged and that the former chamber to the collector and the other chamber is connected to the distributor via a coiled tubing.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Außenmantel in ein erweitertes Kopfteil übergeht, in das ein zylindrisches Anschlußstück mit einem mittleren, oben verschlossenen Rohr eingesetzt ist und daß im unteren Abschnitt des Anschlußstückes durch zwei im Abstand voneinander angeordnete, das mittlere Rohr umgebende Platten und radial verlaufende Trennwände zwei Kammern unterschiedlicher Größe gebildet sind, wobei in die Bodenplatte der größeren Kammer die Innenrohre münden, während die kleinere Kammer über eine in ihrem Bereich ausgesparte Öffnung in der Bodenplatte mit dem Katalysatorraum in Verbindung steht und in der die Kammern nach oben verschließenden Platte im Bereich der größeren Kammer die zum Sammler und im Bereich der kleineren Kammer die zum Verteiler führende Rohrwendel endet.A first embodiment of the invention provides that the outer jacket merges into an expanded head part, in which a cylindrical connector with a middle tube closed at the top is inserted and that in the lower section of the connection piece by two spaced apart, the middle Plates surrounding the tube and radially extending partitions have two different chambers Size are formed, with the inner tubes in the bottom plate of the larger chamber open out, while the smaller chamber has an opening recessed in its area in the base plate with the catalyst space in connection and in which the chambers upwardly closing plate in the area of the larger chamber leading to the collector and the coiled tubing leading to the distributor ends in the area of the smaller chamber.

Bei einer zweiten Ausführungsform besteht die Erfindung darin, daß in den Außenmantel am Kopf des Elementes eine Bodenplatte eingesetzt ist, in der mittig ein sich nach oben erstreckendes Rohr kleineren Durchmessers mündet, das an seinem oberen Ende verschlossen ist und dessen untere Öffnung mit dem Katalysatorraum in Verbindung steht, während in seinem mittleren Abschnitt die zum Verteiler führende Rohrwendel mündet, und daß der Außenmantel des Elementes sich von der Bodenplatte ab nach oben zu verjüngt und mit dem Mantel des Rohres verbunden ist, wobei eine Kammer gebildet wird, in der die Rohrwendel mündet, die zum Sammler führt, während die Innenrohre durch in der Bodenplatte befindliche Öffnungen in die Kammer münden.In a second embodiment, the invention consists in that A base plate is inserted into the outer jacket at the head of the element, in which in the middle of an upwardly extending tube of smaller diameter opens which is closed at its upper end and its lower opening with the catalyst chamber is in connection, while in its middle section the leading to the distributor Coiled tubing opens, and that the outer jacket of the element extends from the base plate from tapered upwards and connected to the jacket of the pipe, with a Chamber is formed in which the coiled tubing opens, which leads to the collector, while the inner tubes open into the chamber through openings in the base plate.

Die Vorteile derartig ausgebildeter Röhrenelemente sind insbesondere darin zu sehen, daß die Innenrohre zusammen mit dem Kopf des Elementes durch einfaches Lösen von Schweißnähten aus dem Außenrohr herausgezogen werden können. Es besteht ferner die flöglichkeit, durch Entfernen der Verschlußkappe der Rohre mit dem kleineren Durchmesser die Katalysatormasse zu entfernen, so daß es für einen Katalysatorwechsel nicht notwendig ist, Anschlußleitungen abzutrennen. Ferner besteht die Möglichkeit, Druck- und Dichtigkeitsprüfungen in einfacher Weise vorzunehmen und die einzelnen Röhrenelemente auszuwechseln.The advantages of tubular elements designed in this way are particular to see that the inner tubes together with the head of the element by simple Loosening weld seams can be pulled out of the outer tube. It exists also the possibility of removing the cap from the tubes with the smaller one Diameter to remove the catalyst mass, making it suitable for a catalyst change it is not necessary to disconnect connecting cables. There is also the possibility Carry out pressure and leak tests in a simple manner and the individual Replace tube elements.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Röhrenelement, Figur 1a einen Querschnitt nach der Linie A-B der Figur 1 und Figur 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Röhrenelementes.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. They show: FIG. 1 a longitudinal section through a tubular element, FIG. 1a a cross section according to the line A-B of FIG. 1 and FIG. 2, a longitudinal section through a second Embodiment of a tubular element.

Das auf Figur 1 dargestellte öhrenelment ist neben anderen, in gleicher Weise ausgebildeten Elementen in einer Rohrplatte 14 angeordnet. Es besteht aus einem Außenrohr 1, das am oberen Ende in einen erweiterten Abschnitt übergeht, in den ein zylindrisches Anschlußteil 5 eingesetzt ist, das nach unten zu mit einer Bodenplatte 3 verschlossen ist. In die Bodenplatte ist zentral ein oben mit einer Kappe 11 verschlossenes, äedoch nach unten offenes Rohr 10 eingesetzt. Durch eine weitere, im Abstand von der Bodenplatte angeordnete Platte 4 wird im unteren Abschnitt des zylindrischen Anschlußstückes ein abgeschlossener Hohlraum gebildet, der durch radial verlaufende Trennwände 6 (Figur 1a) in eine größere Kammer 7a und eine kleinere Kammer 7b unterteilt ist. Die Bodenplatte 3 ist im Bereich der kleineren Kammer 7b ausgespart, so daß diese mit dem mit der Katalysatormasse gefüllten Raum 15 des Röhrenelementes in Verbindung steht.The ear element shown in Figure 1 is, among others, in the same way Way formed elements arranged in a tube plate 14. It consists of an outer tube 1, which merges into an enlarged section at the upper end, in a cylindrical connector 5 is used, which is down to with a Base plate 3 is closed. In the base plate is a top with a central Cap 11 closed but downwardly open tube 10 inserted. By a another plate 4, arranged at a distance from the base plate, is in the lower section of the cylindrical Connecting piece formed a closed cavity, which by radially extending partition walls 6 (Figure 1a) into a larger chamber 7a and a smaller chamber 7b is divided. The bottom plate 3 is in the area of the smaller one Chamber 7b is cut out so that it is filled with the space filled with the catalyst mass 15 of the tubular element is in communication.

Die Innenrohre 2 sind im Bereich der Kammer 7a dicht in die Bodenplatte 3 eingesetzt und erstrecken sich bis in die Nähe des unteren Endes des Außenmantels. Sie sind durch einen Katalysatorstützrost 17 geführt, auf dem die Katalysatormasse ruht, wobei unter dem Rost ein Umkehrraum freibleibt. Oberhalb der Platte 4 sind zwei gewendelte Rohre 8 und 9 innerhalb des zylindrischen Anschlußstückes angeordnet. Das Rohr 9 kommt von dem nicht dargestellten Verteiler und mündet in die Kammer 7b, während das andere Rohr 8 in die Kammer 7a geführt ist und diese mit dem ebenfalls nicht dargestellten Sammler verbindet.The inner tubes 2 are tightly integrated into the base plate in the region of the chamber 7a 3 used and extend to the vicinity of the lower end of the outer jacket. They are passed through a catalyst support grate 17 on which the catalyst mass at rest, with a reversal space remaining under the grate. Above the plate 4 are two coiled tubes 8 and 9 arranged within the cylindrical connector. The pipe 9 comes from the distributor, not shown, and opens into the chamber 7b, while the other tube 8 is guided into the chamber 7a and this with the also connects collectors not shown.

Die Aufhängung des Röhrenelementes in der Rohrplatte 14 erfolgt mittels eines ringförmigen Tragelementes 12, das einerseits an das Röhrenelement angeschweißt ist und andererseits ebenfalls durch Schweißen mit einem ringförmigen Gegenstück 13 verbunden ist, das an der Rohrplatte 14 befestigt ist. Als Abstandshalter werden um die Innenrohre Distanzringe 16 gelegt, die an jedes zweite Innenrohr angeschweißt werden, um das Dehnverhalten nicht negativ zu beeinflussen. Die Innenrohre können sich, da sie nur durch den Katalysatorstützrost gesteckt sind, ungehindert dehnen. Das Einfädeln der Innenrohre in den Stützrost kann dadurch erleichtert werden, daß die darin vorgesehenen Löcher konisch ausgebildet sind. Es besteht auch die Möglichkeit, den Stützrost an die Innenrohre anzuhängen; zu diesem Zweck sind die Rohre an ihren Enden mit Verdickungen, z.B Scheiben, versehen, auf denen der Stützrost aufliegt.The suspension of the tubular element in the tube plate 14 takes place by means of an annular support element 12 which is welded on one side to the tubular element is and on the other hand also by welding with an annular counterpart 13, which is attached to the tube plate 14. Be used as a spacer placed around the inner tubes spacer rings 16, which are welded to every second inner tube so as not to negatively affect the stretching behavior. The inner tubes can because they are only inserted through the catalyst support grille, expand unhindered. The threading of the inner tubes into the support grid can be facilitated by the fact that the holes provided therein are conical. There is also the possibility the To hang the support grid on the inner tubes; for this purpose are the ends of the tubes are provided with thickenings, e.g. discs, on which the Support grid rests on.

Bei einer Inspektion wird der Stützrost zusammen mit den Innenrohren aus dem Außenrohr herausgezogen und das Einfädeln der Innenrohre in den Stützrost außerhalb des Außenrohres vorgenommen.During an inspection, the support grate will be used together with the inner pipes pulled out of the outer tube and threading the inner tubes into the support grate made outside the outer tube.

Das auf Figur 2 dargestellte Röhrenelement unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform lediglich durch die Ausbildung des Kopfes. Oberhalb des Austrittes aus der Rohrplatte 14 ist in das Röhrenelement eine Bodenplatte 20 mit einer mittleren Öffnung eingesetzt. In dieser Öffnung endet ein dem Rohr 10 entsprechendes Rohr 18, das nach oben zu mit einer Kappe 19 verschlossen ist. Etwa auf der Hälfte der Länge des Rohres 18 mündet die vom Verteiler kommende Rohrwendel 9.The tubular element shown in Figure 2 differs from the embodiment described above only by the formation of the Head. Above the exit from the tube plate 14 is a in the tube element Base plate 20 used with a central opening. One ends in this opening the tube 18 corresponding to the tube 10, which is closed at the top with a cap 19 is. The pipe coming from the distributor opens approximately halfway along the length of the pipe 18 Coiled tubing 9.

Der Außenmantel des Röhrenelementes ist oberhalb der Bodenplatte 20 konisch verjüngt und unter Bildung einer Kammer bis an das Rohr 18 herangeführt und mit diesem dicht verbunden. In die Kammer mündet die zum Sammler führende Rohrwendel 8. Andererseits erstrecken sich die Innenrohre 2 durch die Bodenplatte in diese Kammer.The outer jacket of the tubular element is above the base plate 20 conically tapered and brought up to the tube 18 to form a chamber and closely connected to it. The coiled tubing leading to the collector opens into the chamber 8. On the other hand, the inner tubes 2 extend through the base plate into this Chamber.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das Einsatzgasgemisch wird über die Rohrwendel 9 in den Katalysatorraum geleitet, in dem die chemische Umsetzung stattfindet. Die Rückführung des umgewandelten Gasgemisches erfolgt über die Innenrohre 2, in die die Gase am unteren Ende des Röhrenelementes eintreten, sowie über die Rohrwendel 8 zum Sammler.The device works as follows: The feed gas mixture is over the coiled tubing 9 is passed into the catalyst chamber, in which the chemical reaction takes place. The converted gas mixture is returned via the inner pipes 2, in which the gases enter at the lower end of the tubular element, as well as via the Coiled tubing 8 to the collector.

Bei der auf Figur 1 dargestellten Ausführungsform tritt das Einsatzgasgemisch zunächst in die kleinere Kammer 7b ein und gelangt beim Austritt aus den Innenrohren 2 in die Kammer 7a und von dort in die Rohrwendel 8.In the embodiment shown in FIG. 1, the feed gas mixture occurs first in the smaller chamber 7b and arrives at the exit from the inner tubes 2 into the chamber 7a and from there into the coiled tubing 8.

Bei der auf Figur 2 dargestellten Ausführungsform tritt das Einsatzgasgemisch aus der Rohrwendel 9 in das praktisch eine Kammer bildende Rohr 18 ein, während es beim Austritt aus den Innenrohren 2 die Kammer durchläuft, die zwischen dem Rohr 18 und dem sich konusförmig veråüngenden Außenmantel des örenelementes gebildet wird und an die die Rohrwendel 8 angeschlossen ist.In the embodiment shown in FIG. 2, the feed gas mixture occurs from the coiled tubing 9 into the practically a chamber forming tube 18, while it passes through the chamber when exiting the inner tubes 2, which is between the tube 18 and the conically tapering outer surface of the örenelementes and to which the coiled tubing 8 is connected.

Anhand der Zeichnung werden nochmals die Vorteile des Anmeldungsgegenstandes erläutert. Durch Lösen der Schweißnaht b zwischen dem ringförmigen Tragelement 12 und dem Gegenstück 13 besteht die Möglichkeit, jedes beliebige Röhrenelement zu ziehen. Das Entfernen des Katalysators kann in der Weise vorgenommen werden, daß zunächst die Schweißnaht a zwischen der Kappe 11 bzw. 19 und dem Rohr 10 bzw. 18 mit kleinerem Durchmesser entfernt wird. Mittels einer Absaugvorrichtung kann der Katalysator entnommen und später wieder eingefüllt werden, ohne daß es notwendig ist, irgendwelche Anschlußleitungen zum Verteiler oder Sammler zu trennen.The advantages of the subject of the application are shown again on the basis of the drawing explained. By loosening the weld seam b between the annular support element 12 and the counterpart 13 there is the possibility of any tube element draw. The catalyst can be removed in such a way that first the weld seam a between the cap 11 or 19 and the tube 10 or 18 with a smaller diameter is removed. Using a suction device, the Catalyst can be removed and later refilled without it being necessary is to disconnect any connection lines to the distributor or collector.

Um Innenprüfungen vorzunehmen, wird im Falle der Ausführungsform gemäß Figur 1 die Schweißnaht c gelöst, so daß das zylindrische Anschlußstück 5 zusammen mit den Innenrohren entfernt werden kann. Der gesamte Innenquerschnitt des Röhrenelementes liegt somit frei, so daß Druck- und Dichtigkeitsprüfungen vorgenommen werden können. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 wird zu diesem Zweck nach dem Absaugen des Katalysators die Schweißnaht x getrennt. Auch in diesem Fall kann der Elementenkopf zusammen mit den Innenrohren aus dem Außenrohr herausgezogen werden, um die notwendigen Prü- fungen vorzunehmen. Bei dieser Gelegenheit kann dann auch eine Innenbesichtigung der Rohre erfolgen.In order to carry out internal tests, in the case of the embodiment according to Figure 1, the weld c loosened so that the cylindrical connector 5 together can be removed with the inner tubes. The entire internal cross-section of the tubular element is thus exposed so that pressure and leak tests can be carried out. In the embodiment according to FIG. 2, for this purpose, after suctioning off the Catalyst the weld x separated. In this case, too, the element head can be pulled out of the outer tube together with the inner tubes to make the necessary Test to make adjustments. On this occasion you can also an inside inspection of the pipes can be carried out.

Um Außenprüfungen vorzunehmen oder ein Röhrenelement auszuwechseln, werden zunächst die vorstehend beschriebenen Trennungen vorgenommen. Zusätzlich wird bei der auf Figur 1 dargestellten Ausführungsform die Schweißnaht x, und zwar vom Rohrinneren her getrennt und der Kopf des Röhrenelementes entfernt. Bei beiden Ausführungsformen liegt nunmehr, da der Elementenkopf fehlt, die Schweißnaht b frei, nach deren Lösen das gesamte Röhrenelement entfernt bzw. gezogen werden kann, um es außerhalb des Reaktors zu prüfen. Auf diese Weise kann auch ein beschädigtes Röhrenelement durch ein neues ersetzt werden.To carry out external audits or to replace a tubular element, the separations described above are carried out first. Additionally is in the embodiment shown in Figure 1, the weld x, namely separated from the inside of the tube and the head of the tube element removed. By both Embodiments are now, since the element head is missing, the weld seam b is exposed, after the loosening of which the entire tubular element can be removed or pulled to to test it outside the reactor. This way, even a damaged Replace the tubular element with a new one.

Ein weiterer Vorteil des Röhrenelementes gemäß vorliegender Erfindung ist darin zu sehen, daß infolge der um das Rohr mit kleinerem Durchmesser verlaufenden Rohrwendeln keine Rücksicht auf das Dehnungsverhalten der Sammelleitungen genommen werden muß. Die Wendeln nehmen die Dehnungen in radialer und axialer Richtung ohne weiteres auf. Die an die Rohrwendeln angeschlossenen Leitungen bzw. Vorrichtungen können daher starr verlegt werden.Another advantage of the tubular element of the present invention can be seen in the fact that as a result of running around the pipe with a smaller diameter Coiled tubing did not take into account the expansion behavior of the collecting pipes must become. The coils take the expansion in the radial and axial direction without further on. The lines or devices connected to the coiled tubing can therefore be laid rigidly.

Dehnschleifen und dergleichen entfallen, so daß sich eine geringe Bauhöhe des Oberteils des Reaktors ergibt.Elongation loops and the like are omitted, so that a small Overall height of the upper part of the reactor results.

Die gewünschte Wärmeaustauschfläche läßt sich durch eine entsprechende Auswahl der Austauscherrohre sowie deren Anzahl und Größe variieren. Das in den Innenrohren zurückströmende, umgewandelte, aufgeheizte Gas wird durch das wesentlich kältere Einsatzgas zurückgekühlt. Durch diese Art des Durchflusses wird einerseits für eine geringe Dehnung der Anschlußleitungen gesorgt; andererseits können hierfür Materialien mit geringerer Qualität verwendet werden.The desired heat exchange surface can be determined by a corresponding The choice of exchanger tubes as well as their number and size vary. That in the The converted, heated gas flowing back inside the pipes is made essential by this colder feed gas is cooled back. This type of flow is on the one hand provided for a low expansion of the connection lines; on the other hand you can do this Lower quality materials are used.

Claims

Claims 1. Tubular element for reacting with hydrocarbons Water vapor on an indirectly heated catalytic converter, which emanates from one at the lower end closed outer tube and one or more inner tubes that are in the Near the closed end of the outer tube are open, the one with the manifold communicating space between the inner tubes that are connected to the collector are, and the outer tube is filled with catalyst mass, d u r c h g e k e It is noted that the head of the tubular element is two separate from each other Contains chambers, one chamber with the open-topped ends of the inner tubes is connected, while the other chamber communicates with the room in which the catalyst mass is arranged and that the first-mentioned chamber to the collector and the other chamber is connected to the manifold via a coiled tubing.

2. Tubular element according to claim 1, characterized in that the Outer jacket merges into an enlarged head part into which a cylindrical connector piece (5) is inserted with a middle, top closed tube (10) and that in the lower section of the connection piece by two spaced apart, the middle tube surrounding plates (3, 4) and radial partition walls (6) two chambers of different sizes are formed, with the bottom plate (3) the inner tubes (2) open into the larger chamber (7a), while the smaller chamber (7b) have one in their field recessed opening in the base plate (3) with the catalyst space (15) is in connection and in which the chambers after plate (4) closing at the top in the area of the larger chamber (7a) leading to the collector and the coiled tubing leading to the distributor ends in the area of the smaller chamber (7b).

3. Tubular element according to claim 1, characterized in that in the Outer jacket at the head of the element a base plate (20) is inserted, in the middle an upwardly extending tube (18) of smaller diameter opens into its upper end is closed and its lower opening with the catalyst chamber (15) communicates, while in its middle section that to the distributor leading coiled tubing (9) opens, and that the outer jacket (1) of the element extends from the base plate (20) tapers upwards and with the jacket of the tube (18) is connected, forming a chamber in which the coiled tubing (8) opens, which leads to the collector, while the inner tubes (2) through in the base plate (20) Openings located in the chamber open.