DE2803945C2 - Vorrichtung zur Erhöhung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese - Google Patents

Vorrichtung zur Erhöhung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese

Info

Publication number
DE2803945C2
DE2803945C2 DE2803945A DE2803945A DE2803945C2 DE 2803945 C2 DE2803945 C2 DE 2803945C2 DE 2803945 A DE2803945 A DE 2803945A DE 2803945 A DE2803945 A DE 2803945A DE 2803945 C2 DE2803945 C2 DE 2803945C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas
heat exchanger
catalyst
ammonia
container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2803945A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2803945A1 (de
Inventor
Robert Dipl.-Ing. Dr.techn. Linz Schober
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE2803945A1 publication Critical patent/DE2803945A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2803945C2 publication Critical patent/DE2803945C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0496—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0005—Catalytic processes under superatmospheric pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0449—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
    • B01J8/0453—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0476—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more otherwise shaped beds
    • B01J8/048—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more otherwise shaped beds the beds being superimposed one above the other
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132—Tubes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Description

Bei der katalytischen Ammoniaksynthese muß der Temperaturverlauf entlang des Gasweges am Katalysator mögiichst so eingestellt und kontrolliert werden, daß optimale Ausbeuten erzielt werden können.
Die Einhaltung der gewünschten Temperaturen erfolgt durch Abführung der überschüssigen Reaktionswärme entweder durch direkte Kühlung mit kaltem, frischem Synthesegas oder durch indirekten Wärmetausch mit fremden Kühlmedien wie Luft, Wasserdampf oder
flüssigen Medien verschiedener Art. Bevorzugt wird jedoch eine indirekte Kühlung mit dem zuströmenden Synthesegas, dem ein Teil der überschüssigen Wurme aufgeladen wird, um dieses an die Reaktionstemperatur heranzuführen.
Der Wärmetausch kann sich innerhalb der Katalysatorschicht wie auch außerhalb dieser in eigenen Wärmetauschersäuen vollziehen. Die höchstmögliche Ammoniakkonzentration bei gegebenen Bedingungen ist hierbei durch die Gleichgi .vichtstemperatur festgelegt. Es hat sich aber gezeigt, daß bei bisher bekannten Katalysatoren die theoretisch höchstmögliche Armnoniakkonzentration nicht erreicht werden kann, wenn man noch einen wirtsehaf'lich vertretbaren Durchsatz im Reaktor erreichen will.
Es war nun Aufgabe des Erfinders, eine Vorrichtung zu finden, die eine weitere Steigerung der Ammoniakausbeuie zu erzielen erlaubt, d. h., daß in der gleichen Zeiteinheit bei gleichem Volumen des Reaktors und bei gleichem Katalysatorvolumen mehr Ammoniak erzeugt werden kann.
• Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw, 7.
_; Aus der DE-AS 15 42 531 ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 5 bekannt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht folgendes bzw. weist folgende Vorteile auf:
a) In der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Kühlung indirekt durch Wärmetausch des reagierenden Gases mit frischem Synthesegas, das damit auf die nötige Reaktionstemperatur gebracht wird.
b) Als besonders günstig hat sich die Verwendung von Katalysatoren üblicher Zusammensetzung mit einer Korngröße von 3—6 mm erwiesen. Zur Verhinderung eines Ansteigens des Druckveriustes, wurde die Ofeneinsatzkonstruktion zweigeteilt ausgeführt. Bei Verwendung kleinerer Korngrößen muß üblicherweise mit einem mehr oder weniger nachteiligen Druckverlust gerechnet werden.
c) Bei großen Einheiten ist die Entfernung des soger nannten Hauptwärmetauscher aus dem Reaktor sehr vorteilhaft, wodurch weiterer Raum für Kontakt gewonnen wird.
d) Gemäß DE-AS siehe »Zeichnungen Blatt 1«, F i g. 1. Pos. 25 und Seite 3 erster Absatz, 5. Zeile, ist deutlich erkennbar, daß das reagierte Synthesegas — siehe auch Seite 6 letzter Absatz — die Kühlgaszuführungsleitungen (25) dazu dienen, das stark erhitzte Reaktionsgas direkt mit Frisc'.gas zu kühlen. Diese Maßnahme bewirkt eine Senkung bzw. die Verdünnung der bereits gebildeten NH 3-Konzentration. Dieser Konverter kann unter Voraussetzung gleicher Größe keinesfalls die Leistung von 21 —22 Vol.-°/o erbringen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird -*urch intensivste Kühlung im Röhrenwärmetauschersystem bereits im ersten und den nachfolgenden Wärmetauschern (510), die außerhalb der Kontaktschüttung angeordnet sind, und nach jedem Kontaktabschnitt die Temperatur des reagierten Gases auf 370° —4300C herabgesetzt und, z. B. bei einem Druck von 310 at. auf diese Weise bei praktisch gleichbleibendem Kontaktvolumen von z. B. 25 m3 eine gleichhohc Endkonzentration von 22 Vol.-% NHj bis 450" C erreich ι. siehe F i g. 1A.
Dieser Vorteil ergibt sich dadurch, daß von der Kontaktschüttung her keine Druckbelastung besteht und somit die Rohre der Wärmetauscherbündel enger aneinandergereiht und mit geringeren Wandstärken versehen werden können, wodurch die Wärmetauschfläche pro Einheit erhöht wird, wobei der Wärmeübergang Jer Gase durch das Kreuzstromprinzip noch verstärkend wirkt und so die gewünschte Erhöhung des Kontaktvolumens erreicht werden kann. Daraus folgt eine wesentlich vereinfachte und ausgereifte Konstruktion, mit der sich die NH3-Synthese wirtschaftlicher durchführen läßt.
Weiteres konnte im Hinblick einer Verminderung des Druckverlustes bei Verwendung eines kleinstückigen Katalysators von z. B. 3—6 mm 0 sowohl eine einfache, als auch strömungstechnisch vorteilhaftere Teilung des Gasweges gefunden werden, ohne dabei einen endständigen Hauptwärmetauscher, wie dies bei anderen Verfahren erforderlich ist, verwenden zu müssen.
Eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1 besteht .aus einem Druckbehälter 1 mit Synthesegaszuführung 5
; pind Reaktionsgasabführung, einem den Katalysator 8 vom Frischgasstrom trennenden Einsatzmantel, einem 'äußerhalb des Reaktors befindlichen Vorwärmer für das ■Synthesefrischgas sowie aus eingebauten Rohrwärmetauschern, wobei in verschiedenen Höhen des Reaktors Zuleitungen zur Einspeisung von Kaltgas in die Rohre münden, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine innerhalb des Ofenemsatzmantels 3 liegende, einzige, durchgehende Katalysatorschicht 8, die vom Deckel des Katalysatorbehälters bis zum Boden desselben reicht, in die der aus einer Vielzahl von Rohren 10 bestehende Wärmetauscher eingebaut ist, dessen oberes Ende sich nach dem vom Gaseingang in die Katalysatorschicht aus gerechneten ersten Zehntel bis ersten Achtel der Katalysatorschicht 8 befindet, dessen Rohre 10 gleichmäßig in den daran anschließenden Teil der katalysatorschicht verteilt sind und mittels Rohren 7 untereinander verbunden sind, wobei der Wärmetauscher so ausgelegt worden ist, daß die Austauschfläche desselben pro Raumeinheit des Katalysatorbehälters mit zunehmender Ammoniakkonzentration vom Gaseingang der Katalysatorschicht stetig abnimmt.
Um die Temperatur unterhalb der jeweiligen Gleichgewichtstemperatur halten zu können, wobei das ständige Absinken der freiwerdenden Wärme in Richtung Gasstrom zu berücksichtigen ist, müssen die Wärmetauschflächen pro Raumeinheit zum Gasausgang hin stets abnehmen.
Um eine genaue Regelung stets zu gewährleisten, sind in verschiedenen Höhen des Reaktors Kaltgaszuleitungen zu den Wärmetauscherrohren vorgesehen. Durch die Zugabe von Kaltgas in die Rohre kann insbesondere eine Feinregulierung besser erreicht werden. Innerhalb des Spielraumes von 85—65° bzw. 55—35°C unterhalb der Gleichgewichtstemperatur ist es oft günstiger, jeweils tiefere Temperaturen einzuhalten.
Um die Abführung der überschüssigen Wärme gleich am Ort ihrer Entstehung zu ermöglichen, ist der Wärmetauscher in der Katalysatorschüttung eingebettet.
Dadurch benötigt eine so ausgeführte Vorrichtung wesentlich weniger Raum als andere Anlagen mit eigenen Kühlabschnitten. Wird der so gewonnene Raum zusätzlich mit Katalysator gefüllt, so ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit die Ammoniakausbeute zu erhöhen.
Bei großen Einheiten erscheint die Entfernung des sogenannten Hauptwärmetauschers aus dem Reaktor sehr vorteilhaft, wodurch weiterer Raum gewonnen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, zwei paral-
IeI geschaltete Katalysatorschüttungen in einem Hochdruckbehälter unterzubringen. Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn Katalysatoren einer Korngröße von 3—6 mm, ggf. auch darunter, verwendet werden. In solchen Fällen ist wegen der besseren Wirksamkeit solcher Katalysatoren ein kleineres Schüttungsvolumen ausreichend. Außerdem bietet ein Katalysator kleinerer Körnung einen höheren Widerstand, so daß aus diesem Grunde eine Aufteilung des Gasstromes auf zwei Schüttungen vorteilhafter ist. Das die Katalysatorschicht verlassende reagierende Synthesegas kann direkt zur Dampferzeugung herangezogen werden und erst das den Dampferzeuger verlassende Gas zum Wärmetausch mit dem Frischgas unterworfen werden. Auf diese Weise ist es möglich, wertvollen Hochdruckdampf zu is erzeugen.
Eine Vorrichtung mit parallel angeordneten Katalysatorschüttungen gemäß der Erfindung ist in den F i g. 1 bis 8 schematisch und beispielsweise wiedergegeben.
In allen Figuren wurden für die gleichartigen Bauelemente dieselben Bezugszahlen gewählt. Jedoch ist für die Bezugsblätter jeweils die dafür notwendige Zahl vorgestellt.
Mit 1 ist der Mantel des Hochdruckbehälters bezeichnet, der mit dem Deckel 2 abgeschlossen ist und in dessen Innenraum der Ofeneinsatz 3 eingebaut ist. Zwischen dem Einsatzmantel 3 und dem Druckmantel 1 befindet sich ein Ringraum 4, in dem das durch die Gaszuführung (5) eintretende frische Synthesegas zu den Eintrittstellen 6 der Wärmetauscherverbindungsrohre 7 strömt. Von da aus gelangt es in die Sammelschächte 11 des Wärmetauschers. Die Sammelschächte können entweder nur peripher im Einsatzmantel 3 angeordnet sein, wie in den F i g. 1,2, 5,6, Bezugsziffer 11 oder peripher und zentral, wie in den F i g. 3,4, Bezugsziffer 11 und 12 oder auch durch konzentrisch angeordneten Rohrringen 17, F ι g. 7,8. Die Sammelschächte sind mit den Wärmetauscherrohren 10 verbunden, die zu Bündeln zusammengefaßt sind, wobei das Gas die einzelnen Bündel entweder parallel oder hintereinander durchströmt. Die Bündel können in Untergruppen zusammengefaßt sein, so daß in einer Wärmetauscheruntergruppe die Rohre parallel durchströmt werden. Die einzelnen Untergruppen sind durch Trennwände 16 in den Schächten 11 oder 12 so geschaltet, daß das Gas der einzelnen Rohrbündel in einem Sammelschacht vereint wird und in die nächste Untergruppe eintritt. Um eine Auswechselung schadhafter Wärmetauscherteile leichter vornehmen zu können, ist der Wärmetauscher in mehrere Gruppen ausgebildet, die miteinander durch die Verbindungsrohre 7 verbunden sind, die an den Stellen 18 lösbare Verbindungen haben. Nach Durchgang durch die Wärmetauscher, in denen das frische Gas die überschüssige Wärme der Katalysatorschüttung 8 und dem Reaktionsgas entzieht und selbst auf die Reaktionstemperatur gebracht wird, tritt es in den Sammelraum 13, von wo es in die beiden Katalysatorschüttungen 8 eintritt, diese axial durchströmt und durch den Gasausgang 14 den Reaktor verläßt.
Um den Katalysator aus dem Reaktor entfernen zu können, sind zwischen den beiden Katalysatorschüttungen und im Boden des Reaktors die Ablaßstellen 15 angebracht. Aus Vereinfachungsgründen wurde auf die Einzeichnung der Zuleitungen für das Kaltgas in die Wärmetauscherrohre verzichtet.
In den F i g. 1 und 2 ist ein Reaktor mit zwei Katalysatorschüttungen 8 dargestellt, die auf Rosten (9) aufliegen. In diese sind die Wärmetauscher eingebettet, deren peripher gelegene Sammelschächte 11 durch senkrecht zur Behälterachse angeordnete Rohre 10 verbunden sind. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind die Wärmetauscher in Gruppen eingeteilt, die wiederum Untergruppen bilden, in denen die Rohrbündel parallel durchströmt werden. Zur Umlenkung des Gasstromes von einer Untergruppe zur anderen dienen die Trennwände 16 Die unterschiedliche Verteilung der Wärmetauschflächen im Katalysator 8 ist aus Vereinfachungsgründen nur angedeutet
In den F i g. 3 und 4 ist ein Reaktor mit einem Wärmetauscher dargestellt, der neben zwei peripher gelegenen Sammelschächten 211 einen zusätzlichen, die Katalysatorschichten 28 in zv/ei symmetrische Hälften trennenden Sammelschacht 212 aufweist. Bei dieser Anordnung strömt das frische Synthesegas durch die Rohre 27 in die peripheren Sammelschächte 211 und verläßt die jeweilige Wärmetauschergruppe durch den mittleren Sammelksnal 212.
Eine weitere Unterteilung der Wärmelauschergruppen in Untergruppen kann auch hier durch den Einbau von Trennwänden erreicht werden.
Die F i g. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform des Wärmetauschers, in dem die, die Sammelschächte 311 verbindenden Rohre 310 erst in einer Schlange geführt werden, bevor sie den gegenüberliegenden Schacht erreichen.
Eine weitere mögliche Ausführungsform eines Wärmetauschers ist in den F i g. 7 und 8 dargestellt. Der in die Katalysatorschicht 48 eingebettete Wärmetauscher hat die dem Wärmetausch dienenden Rohre 410 in Strömungsrichtung des Gases angeordnet Diese Rohre 410 münden in ringförmigen, in der Katalysatorschicht 48 zueinander parallel angeordneten Sammelschächten 417, die untereinander auf gleicher Ebene verbunden sind.
Im Zentrum der Anordnung befindet sich ein Sammelrohr 422 in dem das frische Synthesegas im Gegenstrom zum Reaktionsgas zur nächsten Wärmetauschergruppe strömt. In den Wärmetauscherrohren 410 strömt das Gas entweder im Gleichstrom mit dem Reaktionsgas, wie in F i g. 7 unten angedeutet, oder im Gegenstrom zu diesem, F i g. 7 oben. In der F i g. 8 sind nur zwei Ringschächte 417 dargestellt. In einer konkreten Vorrichtung wird sich die Anzahl der ringförmig angeordneten Schächte 417 nach dem Durchmesser der Katalysatorschüttung richten. An Stellen, die näher dem Gaseingang sind, werden die Rohre näher aneinander liegen als in der Nähe des Gasausganges.
Um Spannungen in den Rohren 410 besser ausgleichen zu können, sind diese mit Dehnungsbögen versehen. Eine andere Alternative der Erfindung ist in der Vorrichtung gemäß F i g. 1A und 2A gegeben. Diese Vorrichtung besteht aus einem Druckbehälter mit Synthesegaszuführung und Reaktionsgasabführung, einem den Katalysator vom Frischgasstrom trennenden Einsatzmantel, einem außerhalb des Reaktors befindlichen Vorwärmer für das Synthesefrischgas sowie aus eingebauten Rohrwärmetauschern, wobei in verschiedenen Höhen des Reaktors Zuleitungen zur Einspeisung von Kaltgas in Rohre münden, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine innerhalb des Ofeneinsatzmantels 53 liegende, jeweils durch Rohrschlangenbündel 510 unterteilte Katalysatorschicht 58; 58a, 586 wobei die Rohrschlangenbündel 510 in zwei diametral einander gegenüberliegenden, peripher angeordneten, segmcnlförmigcn Schächten 511 münden, die untereinander durch Rohre 57 flexibel verbunden sind und wobei
die Wärmetauscher so ausgelegt sind, daß die Austauschfläche derselben pro Raumeinheit des Katalysatorbehälters mit zunehmender Ammoniakkonzentration stetig abnimmt, wobei nach dem ersten Kontaktabschnitt 58 und dem Wärmetauscher 510 die nachfolgenden Kontaktschüttungen geteilt sind, wobei die eine Kontakthälfte 58a am trennenden Einsatzmantel 53 anliegt, die andere Kontakthälfte unter einem zentralen Gaszuführungsrohr 512 angeordnet ist, welches sich glockenförmig erweitert und als Kontaktbehälter 512a die Kontaktschüttung 586 umschließt und der entstehende Ringraum 513, der bis zum trennenden Einsatzmantel 53 reicht, das gleiche Volumen hat, wie das zentrale Gaszuführungsrohr 512 und jede Kontaktschütrtung auf einem Gitterrost 515 aufliegt,
Außer dem in Fig. IA und 2A geschilderten Rohrschlangen bündelwärmetauscher 510 sind zwei weitere Wärmetauscher nach dem gleichen Prinzip, jedoch mit einer etwa abgeänderten Rohrbündelführung im Quer- und Längsschnitt jeweils in den F i g. 3A und 4A und den ;F i g. 5A und 6A zu ersehen; die Konstruktion selbst ist ■bereits in der vorstehenden beschriebenen Ausführungsform der Ansprüche 3 und 4 wohl durch Rohre, die im Kontaktbett liegen, beschrieben worden, die aber ansonsten auf dem gleichen Prinzip wie hier ersichtlich, aufgebaut und außerhalb der Kontaktschüttung angeordnet sind.
Damit das Synthesegas gezwungen wird, zwischen den beiden segmentartigen Schächten 511 seine Reaktionswärme an die Kühlrohre abgeben zu können, sind außerhalb dieser Kühlbündelsysteme sogenannte Blenden 516, siehe F i g. 2A, eingebaut.
Auch bei Anordnung weiterer Kontaktabschnitte wird in gleicher Weise vorgegangen wie bereits geschildert wurde.
Beispielsweise kann aber auch das zentrale Gaszuführungsrohr 512 durch mehrere über der Decke des Kontaktbehälters 512a radial angeordnete Zuführungsrohre ersetzt werden, wobei auch hier die Summe der Querschnitte bzw. Volumen der Einzelrohre den Querschnitt bzw. das Volumen des Zuführungsrohres 512 ergeben muß (F ig. 7Aund8A).
Um die Abführung der überschüssigen Wärme gleich 'am Ort ihrer Entstehung zu ermöglichen, ist der Wärmetauscher bzw. die Kühlrohre in der Kataiysatorschüttung eingebettet. Durch Variation der Rohrabstände, Rohrdurchmesser und Anzahl der Rohre ist eine weitgehende Angleichung an die Optimumslinie möglich. Dadurch benötigt eine so ausgeführte Vorrichtung wesentlich weniger Raum als andere Anlagen mit eigenen Kühlabschnitten. Wird der so gewonnene Raum zusätzlich mit Katalysator gefüllt, so ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit, die Ammoniakausbeute zu erhöhen.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
A '

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Erhöhung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese, bestehend aus einem Druckbehälter mit Synthesegaszuführung und Reaktionsgasabführung, einem den Katalysator vom Frischgasstrom trennenden Einsatzmantel, einem außerhalb des Reaktors befindlichen Vorwärmer für das Synthesefrischgas sowie aus eingebauten Rohrwärmetauschern, wobei in verschiedenen Höhen des Reaktors Zuleitungen zur Einspeisung von Kaltgas in die Rohre münden, g e kennzeichnet durch eine innerhalb des Ofeneinsatzmaterials (3) liegende, einzige, durchgehende Katalysatorschicht (8), die vom Deckel des Katalysatorbehälters bis zum Boden desselben reicht, in die der aus einer Vielzahl von Rohren (10) bestehenden Wärmetauscher eingebaut ist, dessen oberes Ende sich nach dem vom Gaseingang in die Katalysatorschicht aus gerechneten ersten Zehntel bis ersten 'Achtel der Kataiysatorschicht (8) befinden, dessen " Rohre (10) gleichmäßig in den daran anschließenden Teil der Katalysatorschicht verteilt sind und mittels Rohren (7) untereinander verbunden sind, wobei der Wärmetauscher so ausgelegt worden ist, daß die Austauschfläche desselben pro Raumeinheit des Katalysatorbehälters mit zunehmender Ammoniakkon-, zentration vom Gaseingang der Katalysatorschicht stetig abnimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher, der aus jeweils in einer Ebene angeordneten, aus mehreren, annähernd parallel verlaufenden und untereinander parallel geschalteten Rohren (iO) bestehenden Rohrbündeln besteht, die in zwei diametral einander gegenüberliegenden, peripher angeordneten, segmentförmigen, entlang der Katalysatorschicht angebrachten, Schächten (11) münden, wobei diese Rohrbündel untereinander in Rohrbündelgruppen zusammengefaßt sind, die mit der nächsten Rohrbündelgruppe durch ein Verbindungsrohr (7) verbunden sind und die segmentförmigen Schächte (11) mindestens an der Stelle des Überganges von einer Rohrbündelgruppe zur nächsten durch senkrecht zur Achse des Behälters (1) angeordnete gasdichte Trennwände '(16) unterteilt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel einer Rohrbündelgruppe untereinander parallel geschaltet sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher durch einen parallel zu den die segmentförmigen Schächte (211) abschließenden Wänden liegenden, den Innenraum des Ofeneinsatzmantels in zwei symmetrische Hälften teilenden Gasführungsschacht (212) durchzogen wird, in den eines der Enden der dadurch entstehenden beiden Rohrbündelhälften des Wärmetauschers münden, wobei der Gasführungsschacht (212) mindestens an der Stelle des Überganges von einer Rohrbündelgruppe zur nächsten durch eine Trennwand gasdicht unterteilt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus mehreren, in zwei peripher angeordneten, segmentförmigen Sammelschächten (311) mündenden, übereinander angeordneten Rohrschlangenbündeln (310) besteht, die untereinander durch lösbare Rohrleitungen (37) verbunden sind, wobei die Rohrschlangen (310) in den einzelnen Rohrschlangenbündeln parallel angeordnet sind, die gesamte Quersehniusfläche des Katalysatorbett (38) senkrecht zur Behälterachse gleichmäßig durchziehen und die segmentförmigen Schächte (311) an der Stelle der Verbindung von eineii/ Rohrschlangenbündel zum nächsten durch Trennwände senkrecht zur Behälterachse gasdichi unterteilt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus Rohrbündel gruppen besteht, deren mit Dehnungsbögen versehene Ein/elrohre (410) parallel zur Behälterlängsachse verlaufen und in ringförmigen, untereinander parallel angeordneten Ringschächten (417) münden, die untereinander verbunden, in einen zylindrischen, in der Mitte des Reaktors angeordneten Sammelschacht (422) münden, der durch Rohre (47) mit der nächsten Wärmetauschergruppe verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen (438) der Wärmetau-/schergruppen lösbar ausgeführt wird.
'
7. Vorrichtung zur Erhöhung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese, bestehend aus einem Druckbehälter mit Synthesegaszuführung und Reaktionsgasabführung, einem den Katalysator vom Frischgasstrom trennenden Einsatzmantel, einem außerhalb des Reaktors befindlichen Vorwärmer für das Synthesefrischgas sowie aus eingebauten Rohrwärmetauschern, wobei in verschiedenen Höhen des Reaktors Zuleitungen zur Einspeisung von Kaltgas in die Rohre münden, gekennzeichnet durch eine innerhalb des Ofeneinsatzmantels (53) liegende, jeweils durch Rohrschlangenbündel (510) unterteilte Katalysatorschicht (58; 58a. 5Sb) wobei die Rohrschlangenbündel (510) in zwei diametral einander gegenüberliegenden, peripher angeordneten, segmentförmigen Schächten (511) münden, die untereinander durch Rohre (57) flexibel verbunden sind und wobei die Wärmetauscher so ausgelegt sind, daß die Austauschfläche derselben pro Raumeinheit des Katalysatorbehälters mit zunehmender Ammoniakkonzentration stetig abnimmt, wobei nach dem ersten Kontaktabschnitt (58) und eiern Wärmetauscher (510) die nachfolgenden Kontaktschüttungen geteilt sind, wobei die eine Kontakthälfte (5Sa) am trennenden Einsatzmantel (53) anliegt, die andere Kontakthälfte unter einem zentralen Gaszuführungsrohr (512) angeordnet ist. welches sich glockenförmig erweitert und als Kontaktbehälter (5\2a) die Kontaktschüttung (58b) umschließt und der entstehende Ringraum (513), der bis zum trennenden Einsatzmantel (53) reicht, das gleiche Volumen hat, wie dar zentrale Gaszuführungsrohr (512) und jede Kontaktschüttung auf einem Gitterrost (515) aufliegt.
DE2803945A 1977-01-31 1978-01-30 Vorrichtung zur Erhöhung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese Expired DE2803945C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0056077A AT367722B (de) 1977-01-31 1977-01-31 Vorrichtung zur durchfuehrung eines verfahrens zur erhoehung des ammoniakaufbaues bei der katalytischen ammoniaksynthese

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2803945A1 DE2803945A1 (de) 1978-08-03
DE2803945C2 true DE2803945C2 (de) 1985-02-07

Family

ID=3493832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2803945A Expired DE2803945C2 (de) 1977-01-31 1978-01-30 Vorrichtung zur Erhöhung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT367722B (de)
DE (1) DE2803945C2 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3522308A1 (de) * 1985-06-21 1987-01-02 Linde Ag Verfahren zur synthese von ammoniak
EP1442786A1 (de) * 2003-01-29 2004-08-04 Methanol Casale S.A. Pseudo-isothermischer radialer Reaktor
EP1477220A1 (de) * 2003-05-16 2004-11-17 Methanol Casale S.A. Chemischer Reaktor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1909378A (en) * 1927-12-06 1933-05-16 Chemical Engineering Corp Synthetic production of ammonia from a gaseous mixture of nitrogen and hydrogen in their combining proportions

Also Published As

Publication number Publication date
ATA56077A (de) 1981-12-15
AT367722B (de) 1982-07-26
DE2803945A1 (de) 1978-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3334775C2 (de)
EP1485195B1 (de) Verfahren zur herstellung von phosgen
DE69000483T2 (de) Vorrichtung und verfahren fuer exothermische reaktionen.
DE60205645T2 (de) Wärmetauscher für isothermische chemische reaktor
EP3497058B1 (de) Synthesevorrichtung und verfahren zur herstellung eines produkts
DE3414717A1 (de) Verfahren und reaktor zur durchfuehrung exothermer katalytischer reaktionen
EP1681091B1 (de) Rohrbündelreaktor zur Durchführung exothermer oder endothermer Gasphasenreaktionen
DE102018113735A1 (de) Verfahren, Rohrbündelreaktor und Reaktorsystem zur Durchführung katalytischer Gasphasenreaktionen
DD262420A1 (de) Reaktor fuer die ammoniaksynthese
DE69203939T2 (de) Verfahren zur Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen in einem, von strahlenden Heizungsmitteln mit variabeler thermischer Leistung geheizten Gefäss.
DE1667187C3 (de) Hochdruckreaktor mit Katalysatorschich ten fur exotherme katalytische Reaktionen
DE69010716T2 (de) Verfahren und Reaktor für die exotherme heterogene Synthese mit Hilfe verschiedener katalytischer Betten und mit Wärmeaustausch.
EP2872443A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung von phosgen
DE2631884A1 (de) Dampf-kohlenwasserstoff-reformiereinrichtung
DE2803945C2 (de) Vorrichtung zur Erhöhung des Ammoniakaufbaues bei der katalytischen Ammoniaksynthese
DE3590168C2 (de)
EP0271639B1 (de) Vorrichtung zum Kühlen von Gasen aus der Ammoniaksynthese
EP3341113B1 (de) Reaktor und verfahren zur katalytischen umsetzung eines gasgemisches
DE102018113737A1 (de) Verfahren und Reaktorsystem zur Durchführung katalytischer Gasphasenreaktionen
EP3860750B1 (de) Festbettanordnung
AT362397B (de) Vorrichtung zur erhoehung des ammoniakaufbaues bei der katalytischen ammoniaksynthese
EP1031373B1 (de) Reaktor zur katalytischen Umsetzung von Gasgemischen und Verfahren zur Benutzung des Reaktors
EP1027922A2 (de) Reaktor zur Durchführung einer katalytischen, exothermen Reaktion an Substanzen, die in einer Gasströmung enthalten sind
DE2249811A1 (de) Waermeaustauscher
DD269792A5 (de) Katalytischer reaktor

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee