DE2848014A1

DE2848014A1 - Reactor for exothermic catalytic reactions - having central tube containing cooling coils surrounded by catalyst bed, allowing coils to be easily removed

Info

Publication number: DE2848014A1
Application number: DE19782848014
Authority: DE
Inventors: Erhard Ing Grad Kliem; Reiner Dipl Ing Dr Lohmueller
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1980-05-08

Abstract

Reactor for exothermic catalytic reactions consists of a cylindrical housing inside which is mounted the catalytic bed. Down the axis of the cylinder there is a lentral tube or core which contains one or more cooling coils. The media taking part in the reaction are introduced as branches at various points. The central core pipe and the catalyst support can both be removed from the housing. The lines for the coolant flowing to and from the cooling coil both pass through the reaction space and down into the core. The catalyst support and the core pipe are held by a ring draped support. Used for carrying out exothomic catalytic reactions esp for methanisation reactions of H2 and CO. The reactor is simple to assemble and dismantle for maintenance.

Description

Reaktor zur Durchführung exothermer kataly- Reactor for carrying out exothermic catalytic

tischer Reaktionen Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen, der die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten konstruktiven Merkmale aufweist. table reactions The invention relates to a reactor for carrying out exothermic catalytic reactions, which are mentioned in the preamble of the claim 1 has the structural features mentioned.

Ein derartiger Reaktor ist bereits aus der DE-OS 25 49 398 bekannt. Dieser Reaktor zeichnet sich dadurch aus, daß das Kernrohr über starre Verstrebungen mit einem ringförmigen Sammelrohr verbunden ist, an dem wiederum einerseits der die Katalysatorschüttung umschließende Mantel und andererseits die bführungsleitung für das Kühlmedium befestigt sind. Diese Abführungsleitung ist ebenso wie die Zuführungsleitung für das Kühlmedium durch einen starren Ring hindurchgefuhrt, der zwischen dem die Katalysatorschüttung nebst Mantel und Kernrohr aufnehmenden Hauptteil des Gehäuses sowie der darüber angeordneten Haube eingespannt ist.Such a reactor is already known from DE-OS 25 49 398. This reactor is characterized by the fact that the core tube has rigid struts is connected to an annular manifold, on which in turn on the one hand the the jacket surrounding the catalyst bed and, on the other hand, the transfer line are attached for the cooling medium. This discharge line is just like the supply line for the cooling medium passed through a rigid ring between which the The main part of the housing accommodating the catalyst bed together with the jacket and core tube as well as the hood arranged above it is clamped.

Zwischen dem Gehäusehauptteil und dem Mantel ist ein Ringraum vorgesehen, in dem ebenfalls Kühlrohreangeordnet sind, die ihrerseits über ein innerhalb der Haube vorgesehenes ringförmiges Sammelrohr mit der Zuführungsleitung für das Kühlmedium verbunden und strömungsmäßig mit den an die Ab- führungsleitung angeschlossenen, innerhalb des Katalysatorsystems angeordneten Kühlrohren in Reihe geschaltet sind.An annular space is provided between the main housing part and the jacket, in which cooling tubes are also arranged, which in turn have a within the An annular collecting pipe provided with a hood with the supply line for the cooling medium connected and in terms of flow with the management connected, arranged within the catalyst system cooling tubes in series are switched.

In einer Bodenöffnung des Gehäusehauptteils ist eine Abschlußplatte angeflanscht, an der ein Zuführungsstutzen für in das Katalysatorsystem direkt einzuspeisende, an der Reaktion teilnehmende Medien angebracht ist. Dieser Zuführungsstutzen steht mit innerhalb des Gehäuses vorgesehenen, ringförmigen Sammelrohren in Verbindung, von denen wiederum in axialer Richtung Zuführungsrohre für die Reaktionsmedien ausgehen, die in die Katalysatorschüttung hineinragen. Durch den Scheitel der Haube ist ein Abführungsrohr für die Reaktionsprodukte hindurchgeführt, und für einen Teil der Reaktionsmedien ist ein Zuführungsstutzen vorgesehen, der in den Ringraum zwischen Gehäuse und Mai tel einmündet. Die in die Katalysatorschüttung hineinragenden Zuführungsrohre für einen Teil des Reaktionsmediums haben unterschiedliche Länge und sind an dendiejeweils kürzeren Zuführungsrohre überragenden Abschnitten mit Schlitzen versehen.An end plate is located in a bottom opening of the main housing part flanged, on which a feed pipe for directly fed into the catalyst system, media participating in the reaction is appropriate. This feed nozzle is standing in connection with annular manifolds provided within the housing, from which, in turn, feed pipes for the reaction media extend in the axial direction, which protrude into the catalyst bed. Through the top of the hood is a Discharge pipe for the reaction products passed through, and for part of the Reaction media, a feed port is provided, which is in the annular space between Housing and Mai tel converges. The feed pipes protruding into the catalyst bed for part of the reaction medium have different lengths and are on each of them Shorter supply pipes protruding sections are provided with slits.

Soll der bekannte Reaktor montiert bzw. repariert oder gesäubert werden, so ist zunächst die Haube abzunehmen. An dem zwischen Haube und Gehäusehauptteil eingespannten starren Ring hängt dann nach Lösen der Verbindung zwischen dem Gehäuseboden und der unteren Abschlußplatte die gesamte Innenkonstruktion des Reaktors. Das Kernrohr ist nämlich einerseits mit der unteren Abschlußplatte, andererseits über die starren Verstrebungen und das ringförmige Sammelrohr mit der Abführungsleitung für das Kühlmedium verbunden. Dieses ringförmige Sammelrohr sowie die Äbführungsleitung sind demnach beim Herausnehmen der Innenkonstruktion erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Es würde sich auch nicht empfehlen, die Innenkonstruktion beispielsweise an dem Produktabführungsrohr herauszuheben, da dieses zum Teil aus Gründen der Kompensation thermischer Längenausdehnungen als Wellrohr ausgebildet und damit nur begrenzten Zugbelastungen gewachsen ist. Abge- sehen von diesen, durch die auftretenden Zugspannungen verursachten Problemen ist die Innenkonstruktion des Reaktors nach dem Herausnehmen relativ empfindlich gegenüber Stößen, da nicht nur die Zu- und Abführungsleitungen für das Kühlmedium, sondern auch die im unteren Teil angeordneten Zuführungen für die direkt in die Katalysatorschüttung einzuspeisendenSeaktionsmedien offen zu Tage- liegen.If the known reactor is to be installed, repaired or cleaned, so the hood has to be removed first. On the one between the hood and the main housing part clamped rigid ring then hangs after loosening the connection between the housing base and the lower end plate the entire internal structure of the reactor. The core tube is namely on the one hand with the lower end plate, on the other hand on the rigid Struts and the annular collecting pipe with the discharge line for the cooling medium tied together. This annular collecting pipe and the discharge line are accordingly exposed to considerable mechanical loads when removing the inner structure. It would also not be advisable to use the internal construction, for example, on the To lift out the product discharge pipe, as this is partly for reasons of compensation thermal expansion designed as a corrugated pipe and thus only limited Tensile loads has grown. Submitted see of these, through the occurring tensile stresses caused problems is the internal construction of the Reactor relatively sensitive to shocks after removal, as not only the supply and discharge lines for the cooling medium, but also those in the lower Partly arranged feeds for the reaction media to be fed directly into the catalyst bed open to the day.

Weiterhin bringt auch die für den bekannten Reaktor vorgesehene Strömungsführung unter gewissen Gesichtspunkten nach teile mit sich. So werden die in den Ringraum zwischen Mantel und Gehäuse eingeleiteten Reaktionsmedien beim Durchströmen dieses Ringraumes zwar in vorteilhafter Weise auf die Reaktionstemperatur angewärmt, erleiden jedoch andererseits einen nicht unerheblichen Druckverlust, insbesondere wenn, wie dies in der Beschreibung vorgesehen ist, die im Ringraum angeordneten Kühlrohre einen nahezu der Weite des Ringraumes entsprechenden Durchmesser aufweisen.Furthermore, the flow guidance provided for the known reactor also brings about in certain respects disadvantages with itself. So are those in the annulus reaction media introduced between the jacket and the housing when flowing through it Annular space although warmed in an advantageous manner to the reaction temperature, suffer however, on the other hand, a not inconsiderable pressure loss, especially if, how this is provided in the description, the cooling tubes arranged in the annular space have a diameter that almost corresponds to the width of the annular space.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der bekannte Reaktor, obwohl er seine Funktion insgesamt in durchaus befriedigender Weise erfüllt, in seiner Konstruktion noch verbesserungsfähig ist.From the foregoing it can be seen that the known reactor, though he fulfills his function altogether in a completely satisfactory way, in his own way Construction can still be improved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor der eingangs genannten Art bereitzustellen, der eine möglichst kompakte und stabile Konstruktion aufweist, in seiner Funktionsweise möglichst flexibel ist und es somit erlaubt, die Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen auf möglichst wirtschaftliche Weise zu gewährleisten.The invention is based on the object of providing a reactor of the initially mentioned to provide a construction that is as compact and stable as possible has, is as flexible as possible in its mode of operation and thus allows the implementation of exothermic catalytic reactions in the most economical way possible Way to ensure.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten konstruktiven Merkmale gelöst.This task is carried out in the characterizing part of the claim 1 mentioned structural features solved.

Die erf ndungsge.mäße Konstruktion erfüllt die Forderungen nach Kompaktheit und mechanischer Stabilität in weit besserer Weise als die bekannte Reaktorkonstruktion. Die Katalysatorschüttung bildet zusammen mit dem Kernrohr und dem Mantel, die beide fest mit dem vorzugsweise ringförmigen Halterungselement verbunden sind, eine kompakte Einheit, die leicht aus dem Gehäuse herausgehoben werden kann. Mantel und Kernrohr sind dabei ohne Zwischenschaltung anderer Funkonselemente auf möglichst direkte Weise mit dem Halterungselement verbunden. Die Zu- und AbSührungsleivungen für das Kühlmedium sind weitgehend innerhalb des Kernrohres geführt, wodurch der Innenraum des Kernrohres in zweckmäßiger Weise genutzt wird. Diese Leitungsführung ist insbesondere dann vorzenlnaft, wenn innerhalb der Katalysatorschüttung mehrere gesondert zu versorgende Gruppen von Kühlrohren übereinanaer angeordnet sind. Die Übertragung der Konstruktionsprinzipien des bekannten Reaktors würde in diesem Falle zu einer im Vergleich mit der Erfindung weit aufwendigeren Konstruktion führen.The construction according to the invention fulfills the requirements for compactness and mechanical stability in a far better way than the known reactor design. The catalyst bed, together with the core tube and the jacket, forms both of them are firmly connected to the preferably ring-shaped mounting element, a compact Unit that can be easily lifted out of the housing. Jacket and core tube are as direct as possible without the interposition of other funcons Way connected to the support element. The supply and discharge instructions for the Cooling medium are largely guided inside the core tube, which means that the interior space of the core tube is used in an appropriate manner. This line routing is particular then advantageous if several separately to be supplied within the catalyst bed Groups of cooling tubes are arranged one above the other. The transfer of the design principles of the known reactor would in this case be compared to the invention lead far more complex construction.

Insbesondere ist vorgesehen, daß das Kernrohr über starre radiale verstrebungen mit dem Halterungselement verbunden ist. Zwischen diesen Verstrebungen bleibt Platz für die in die Katalysatorschuttung einströmenden Reaktionsmedien, ohne daß die Stabilität der Anordnung beeinträchtigt würde.In particular, it is provided that the core tube has rigid radial struts is connected to the support element. Between these struts there is still space for the reaction media flowing into the catalyst bed, without the stability of the arrangement would be impaired.

Die Verstrebungen können die Form von Tragarmen haben, deren 3icke in Umfangsrichtung klein im VergleIch zu ihrer axialen Ausdehnung ist. Dies kommt einer möglichst ungehinderten Strömung in besonderer Weise zugute.The struts can have the form of support arms, the 3icke is small in the circumferential direction compared to its axial extension. This is coming A flow that is as unhindered as possible is particularly beneficial.

Gemäß einer besonderen Auseührungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß an der Innenwand des Kernrohres, vorzugsweise ringförmige, Sammelkanäle angebracht sind, die strömungsmäßig einerseits mit den Kühlrohren und andererseits mit den Zu- bzw. Abführungsleitungen für das Kühlmedium In Verbindung stehen. Mehrere Kühlrohre können somit über entsprechende Oeffnungen im Kernrohr mit einem einzigen Sammelkanal und einer einzigen Zu- bzw. Abführungsleitung verbunden sein.According to a particular embodiment of the invention, it is provided that attached to the inner wall of the core tube, preferably annular, collecting channels are, the one hand with the cooling tubes and on the other hand with the flow Inlet and outlet lines for the cooling medium in connection stand. Several cooling tubes can thus be connected to one via corresponding openings in the core tube be connected to a single collecting channel and a single supply or discharge line.

Die Anzahl der im Kernrohr zu führenden Leitungen wird damit in zweckmäßiger Weise reduziert.The number of lines to be routed in the core tube is therefore more expedient Way reduced.

Häufig wird es zweckmäßig sein, die Kühlrohre in worm gewickelter Rohrbündel anzuordnen, da diese eine besonders intensive Wärmeabfuhr ermöglichen. In diesem Fall ist für jedes Rohrbündel eine Zu- und eine Abführungsleitung sowie ein mit der ZuSührungs- und ein mit der Abführungsleitung verbundener Sammelkanal vorgesehen. Die einzelnen Rohre eines Rohrbündels münden somit jeweils am oberen bzw. unteren Ende des Bündels in die Wand des Kernrohres ein, wo sich jeweils ein Sammelkanal befindet, an dem je eine Zu- bzw.Often it will be useful to have the cooling tubes wrapped in worm To arrange tube bundles, as these allow particularly intensive heat dissipation. In this case, there is an inlet and an outlet line as well as for each tube bundle a collecting duct connected to the supply line and a collecting duct connected to the discharge line intended. The individual tubes of a tube bundle thus each open at the top or lower end of the bundle into the wall of the core tube, where there is a Collecting duct is located, at which one inlet or one

Abführungsleitung endet.Drain line ends.

Der Reaktor ist in seiner Funktionsweise besonders gut an einen innerhalb der Katalysatorschüttung gewünschten Temperaturverlauf anpaßbar, wenn mehrere, axial versetzte Rohre bündel vorgesehen sind. Diese sind zweckmäßig strömungsmäßig parallelgeschaltet und/oder unabhängig voneinander beaufschlagbar. Eine Hintereinanderschaltung der Rohrbündel dürfte nur dann in Frage kommen, wenn es nicht auf eine flexible Beeinflussung der Temperaturverhältnisse über die Länge der Katalysatorschüttung hin ankommt. Im allgemeinen wird es zweckmäßiger sein, die Rohrbündel strömungsmäßig parallel zu schalten und zusätzlich unabhängig voneinander beaufschlagbar zu machen. Diese Unabhängigkeit in der Versorgung der einzelnen Rohrbündel kann trotz Parallelschaltung dadurch erreicht werden, daß in den jeweiligen Zu- oder Abführungsleitungen Vorrichtungen zum Regeln des Mengenstromes und/oder in den jeweiligen Zuführungsleitungen Vorrichtungen zur Beeinflussung der Temperatur des Kühlmediums vorgesehen sind. Bei flüssigen Kühlmedien, die innerhalb der Kühlrohre sieden, käme auch eine Regelung des Verdampfungsdrucks in Frage. Die entsprechenden Vorrichtungen sind vorzugsweise außerhalb des Reaktorgehäuses an den Leitungen anzubringen.The reactor works particularly well within one the desired temperature profile adaptable to the catalyst bed, if several, axially staggered tubes are provided bundles. These are expediently connected in parallel in terms of flow and / or can be acted upon independently of one another. A series connection of the Tube bundles should only come into question if there is no flexible influence the temperature conditions over the length of the catalyst bed arrives. In general, it will be more expedient to have the tube bundles flow-wise parallel to switch and also to make it loadable independently of each other. These Independence in the supply of the individual tube bundles can be achieved despite parallel connection can be achieved in that in the respective supply or Discharge lines Devices for regulating the mass flow and / or in the respective supply lines Devices for influencing the temperature of the cooling medium are provided. In the case of liquid cooling media that boil inside the cooling tubes, there would also be regulation the evaporation pressure in question. The corresponding devices are preferred to be attached to the lines outside the reactor housing.

Die Kompaktheit und Stabilität der Konstruktion kann weiterhin dadurch gefördert werden, daß die in die Katalysatorschüttung hineinragenden Zuführungsrohre durch das Halterungselement hindurchgeführt sind. Für diese Zuführungsrohre sind somit keine, etwa wie beim bekannten Reaktor ringformigen Sammelrohre vorgesehen, die hinsichtlich der Stabilität und funktionellen Flexibilität gewisse Nachteile mit sich bringen. Demgegenüber wird hier jedes einzelne Zuführungsrohr gesondert durch das,vorzugsweise ringförmige, starre Halterungselement nach außen hindurchgeführt, wodurch einerseits eine optimale mechanische Stabilität und andererseits eine höchstmögliche funktionelle Anpassungsfähigkeit erzielt wird. Die durch jedes einzelne ZufUhrungsrohr einzuspeisenden Mengen können dann im Bedarfsfall gesondertgeregelt werden. Dies kann von Bedeutung sein, wenn innerhalb der Katalysatorschüttung unerwünschte lokale Temperaturschwankungen, insbesondere Überhitzungen, auftreten.The compactness and stability of the construction can continue to do so be promoted that the protruding into the catalyst bed feed pipes are passed through the mounting element. For these feed pipes are thus no, as in the known reactor, annular manifolds are provided, certain disadvantages in terms of stability and functional flexibility entail. In contrast, each individual feed pipe is here separately passed through the, preferably ring-shaped, rigid mounting element to the outside, whereby, on the one hand, optimal mechanical stability and, on the other hand, the highest possible functional adaptability is achieved. The through every single supply pipe The quantities to be fed in can then be regulated separately if necessary. this can be important if undesired local areas within the catalyst bed Temperature fluctuations, especially overheating, occur.

Letztere können dann durch Einspeisung nicht an der Reaktion beteiligter Medien, z. B. Wasserdampf, beseitigt werden.The latter can then not be involved in the reaction by being fed in Media, e.g. B. water vapor can be eliminated.

Die Zuführungsrohre sollen innerhalb der Katalysatorschüttung Löcher oder Schlitze aufweisen. Durch diese werden die Reaktionsmedien in die Schüttung eingeführt. Da insgesamt dort, wo frische Reaktionsmedien eingeführt werden, durch die sofort einsetzende, katalytisch beschleunigte Reaktion besonders große Wärmemengen anfallen, sind die Löcher und Schlitze je- weils im Bereich der Rohrbündel vorzusehen Somit können die freiwerdenden wärmemengen sofort durch das in den Rohrbündeln strömende Kühlmedium abgeführt werden. Tm Falle mehrerer axial versetzter Rohrbündel sind jedem Rohrbündel ein oder mehrere,regelmäßig am Umfang versetzte Zuführungsrohre zugeordnet, die erst innerhalb dieses jeweiligen Rohrbündels Löcher oder Schlitze aufweisen. Die den am weitesten vom Halterungselement, durch das die Zuführungsrohre hindurchgerührt sind, entfernten Rohrbündeln zugeordneten Zuführungsrohre sind somit durch die diesem Halterungselement näher gelegenen Rohrbündel geschlossen hindurchgeführt. Mindestens ein Teil der Zuführungsrohre können gleichzeitig die Funktion von zwischen den Rohrlagen der Rohrbündel verlaufenden Stegen naben. Stege, die zum Aufwickeln der Rohrlagen dienen, können an den das Kernrohr mit dem vorzugsweise ringformigen Halterungselement verbindenden starren Verstrebungen befestigt sein. Die als Stege fungierenden Zuführungsrohre sind demnach durch sämtliche Rohrbündel hindurchzuführen und weisen nur innerhalb der ihnen funktionsmäßig speziell zugeordneten Rohrbündel Löcher oder Schlitze auf.The feed pipes should have holes within the catalyst bed or have slots. Through this the reaction media are in the bed introduced. As a whole, through where fresh reaction media are introduced the immediately onset, catalytically accelerated reaction, particularly large amounts of heat occur, the holes and slots are each because in the area of Tube bundles to be provided Cooling medium flowing in the tube bundles can be discharged. In the case of several axial offset tube bundles are one or more of each tube bundle, regularly on the circumference offset supply pipes assigned, which are only within this respective tube bundle Have holes or slots. The furthest from the support element, through that the feed tubes are moved through, associated with distant tube bundles Feed pipes are thus through the tube bundle located closer to this holding element passed through closed. At least some of the supply pipes can be used at the same time the function of the webs running between the pipe layers of the pipe bundle. Bars, which are used to wind up the pipe layers, can be attached to the core pipe with the preferably ring-shaped mounting element connecting rigid struts attached be. The feed pipes functioning as webs are accordingly through all the pipe bundles lead through and indicate only within their functionally specifically assigned Tube bundle holes or slots.

Der Reaktor soll insbesondere so ausgeführt sein, daß das Gehäuse aus einem die Katalysatorschüttung nebst Mantel und Kernrohr aufnehmenden Hauptteil mit einem oberen Ringflansch und einer aufgesetzten abnehmbaren Haube mit einem unteren Ringflansch besteht unddas Halterungselement zwischen die beiden Ringflansche eingespannt ist. Nach Abnahme der Haube ist dann das Halterungselement mit der gesamten daran befestigten Innenkonstruktion zugänglich. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Zu- und Abführungsleitungen für das Kühlmedium durch die Haube hindurchgeführt und ein oder mehrere Zuführungsstutzen für einen Teil der an der Reaktion teilnehmenden Medien an der Haube angebracht sind. Die Zu- und Abführungsleitungen für das Kühlmedium verlaufen somit aus dem Inneren des Kernrohres hinaus und durch die Haube nin- durch in den Außenraum. Im Gegensatz zum bekannten Reaktor ist hier nicht vorgesehen, einen Teil der Reaktionsmedien in den Ringraum zwischen Gehäuse und Mantel einzuführen. Dieser Teil der Reaktionsmedien wird vielmehr durch den Zuführungsstutzen in der Haube eingebracht und strömt von dort direkt in die Katalysatorschüttung ein. Eine zumindest teilweise Anwärmung der Reaktis smedienj die beim bekannten Reaktor in dem erwähnten Ringraum stattfindet, ergibt sich auch hier daraus, daß die Abführungsleitungen für das erhitzte Kühlmedium ebenfalls zum Teil innerhalb der Haube verlaufen und somit Gelegenheit zum Wärmeaustausch mit den einströmenden Reaktionsmedien besteht. Falls das Kernrohr oben offen ist, wird sich diesesebenfalls mit Reaktionsmeaien füllen, denen über die Abführungsleitungen für das Kühlmedium sowie die Tnnenwandung des Kernrohres ständig Wärme zugeführt wird. Auch hierdurch wird sich eine Wärmezufuhr an die einströmenden Reaktionsmedien auf dem Wege der Konvektion bzw. Diffusion ergeben.The reactor should in particular be designed so that the housing from a main part receiving the catalyst bed together with the jacket and core tube with an upper ring flange and an attached removable hood with a the lower ring flange and the retaining element between the two ring flanges is clamped. After removing the hood, the mounting element is then with the entire attached inner construction accessible. It is also provided that the Feed and discharge lines for the cooling medium passed through the hood and one or more feed nozzles for some of those participating in the reaction Media are attached to the hood. The supply and discharge lines for the cooling medium thus extend out of the interior of the core tube and through the hood into by in the outside space. In contrast to the known reactor, it is not provided here introduce part of the reaction media into the annular space between the housing and the jacket. This part of the reaction media is rather through the feed port in the The hood is introduced and flows from there directly into the catalyst bed. One at least partial heating of the Reaktis smedienj in the known reactor in takes place in the aforementioned annular space, results here from the fact that the discharge lines for the heated cooling medium also run partially within the hood and thus there is an opportunity for heat exchange with the incoming reaction media. If the core tube is open at the top, it will also be filled with reaction media fill, those via the discharge lines for the cooling medium and the inner wall the core tube is constantly supplied with heat. This also provides a heat supply to the incoming reaction media by means of convection or diffusion result.

Zweckmäßig sind die Zu-und Abführungsleitungen fr das Kühlmedium durch eine gemeinsame, an einer oeffnung in der Haube angeflanschte Verschlußplatte dicht hindurchgeführt. Durch diese Maßnahme wird das Abnehmen der Haube erleichtert.The supply and discharge lines for the cooling medium are expediently through a common sealing plate flanged to an opening in the hood passed through. This measure makes it easier to remove the hood.

Selbstverständlich darf das Kernrohr nicht nach beiden Seiten hin offen sein, da sonst ein nicht durch die Katalysatorschüttung führender Strömungsweg für die Reaktionsmedien vorläge. Aus den oben bereits erwähnten Gründen ist es zweckmä3ig, daß das Kernrohr an seinem der Haube abgewandten Ende verschlossen ist. Dadurch findet ein zusätzlicher Wärmetransport in Richtung auf die einströmenden Reaktionsmedien statt.Of course, the core tube must not point to both sides be open, otherwise a flow path not leading through the catalyst bed for the reaction media. For the reasons already mentioned above, it is advisable to that the core tube is closed at its end facing away from the hood. Through this there is an additional heat transport in the direction of the incoming reaction media instead of.

tjm die aus der Katalysatorschüttung ausströmenden Reaktionsprodukte abzuführen, sind an dem der Haube abgewandten Ende des Haupt teils des Gehäuses ein oder mehrere Abführungsstutzen für die Reaktionsprodukte angebracht.tjm the reaction products flowing out of the catalyst bed are to be discharged at the end facing away from the hood of the main part one or more discharge stubs for the reaction products are attached to the housing.

Exotherme katalytische Reaktionen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reaktors durchgeführt werden können, sind beispielsweise die Methanisierung wasserstoff- und kohlenoxidhaltiger Gase, die Methanol-, Ammoniak- oder Formaldehydsynthese. Die Verwendbarkeit des Reaktors ist jedoch keinesfalls hierauf beschränkt. vielmehr können darin alle exothermen katalytischen Reaktionen durchgeführt werden, insbesondere solche, die nicht zur Bildung zähflüssiger oder polymerer Produkte führen. Prinzipiell ist es auch möglich, mit Hilfe des Reaktors endotherme Reaktionen durchzuführen, da durch das System der Kühlrohre selbstverständlich auch Wärme zuanstatt abgeführt werden kann. Weiterhin muß es durchaus nicht in allen Fällen erforderlich sein, die in die Katalysatorschüttung hineinragenden Zuführungsrohre für einen Teil der Reaktionsmedien auch zu verwenden. Diese ZufUhrungsrohre können vielmehr je nach Bedarf teilweise oder in ihrer Gesamtheit vom Betrieb ausgenommen werden.Exothermic catalytic reactions using the inventive Reactor can be carried out, for example, the methanation hydrogen and gases containing carbon oxides, the methanol, ammonia or formaldehyde synthesis. However, the usability of the reactor is by no means restricted to this. much more all exothermic catalytic reactions can be carried out therein, in particular those that do not lead to the formation of viscous or polymeric products. In principle it is also possible to carry out endothermic reactions with the help of the reactor, because the system of cooling tubes naturally also dissipates heat instead can be. Furthermore, it is by no means necessary in all cases the feed pipes protruding into the catalyst bed for part of the To use reaction media too. Rather, these feed pipes can, depending on Be excluded from operation in part or in their entirety.

Insgesamt ermöglicht es der erfindungsgemäße Reaktor, durch zweckmäßige Aufteilung der Reaktionsmedien auf den Zuführungsstutzen in der Haube und die t die Katalysatorschüttung hineinragenden Zuführungsrohre sowie durch geeignete Wahl von Temperatur und Durchsatzmenge des Kühlmittels, hohe Reaktionsumsätze möglichst dicht am Reaktionsgleichgewicht zu erzielen, die Reaktoraustrittstemperatur in gewünschter Weise zu variieren und große Wärmemengen aus dem Reaktionsraum abzuführen.Overall, it enables the reactor according to the invention, through appropriate Distribution of the reaction media to the feed nozzle in the hood and the t the feed pipes protruding into the catalyst bed and by suitable choice of temperature and throughput of the coolant, high reaction conversions if possible to achieve close to the reaction equilibrium, the reactor outlet temperature in the desired Way to vary and remove large amounts of heat from the reaction space.

Als Beispiel für eine in dem erfindungsgemäßen Reaktor durchführbare Reaktion sei die Methanisierung eines wasserstoff-und kohlenoxidhaltigen Gases genannt. So lassen sich aus 26,4 Kmol/h eines auf 550 C vorgewärmten, auf 28 bar verdichve- ten Rohgases, das ca. 64,7 Vol.-'% Wasserstoff, 11,1 Vol-Methan, 10,3 Vol.- Kohlenmonoxid, 9,1 Vol.-t Kohlendioxid und 4,8 -fol.-, Stickstoff enthält, ca. 9,8 kmol/h eines Produktgases erzeugen, das nun zu ca. 79,9 ol.- aus Methan, zu 13 ol.- aus Stickstoff, zu 4,5 Vol.-Y.a aus Wasserstoff, zu 2,8 Vol.- aus Kohlendioxid und zu nur mehr 0,01 Vol.-aus Kohlenmonoxid besteht. Dieses Produktgas verläßt den Reaktor mit ca. 360°C. Um die entstehenden Wärmemengen abzuführen, wird in den Kühlrohren unter einem Druck von ca.As an example of one that can be carried out in the reactor according to the invention The reaction is the methanation of a gas containing hydrogen and carbon oxides. For example, from 26.4 kmol / h one can be preheated to 550 C and compressed to 28 bar. th Raw gas containing approx. 64.7% by volume of hydrogen, 11.1% by volume of methane, 10.3% by volume of carbon monoxide, Contains 9.1 vol. T of carbon dioxide and 4.8 -fol., Nitrogen, approx. 9.8 kmol / h of one Generate product gas, which is now approx. 79.9 oil from methane, 13 oil from nitrogen, 4.5 vol.-Y.a from hydrogen, 2.8 vol.- from carbon dioxide and only 0.01 Consists of carbon monoxide by volume. This product gas leaves the reactor at approx. 360 ° C. In order to dissipate the resulting amounts of heat, pressure is applied in the cooling pipes from approx.

100 bar stehendes Wasser verdampft. Zu diesem Zwecke werden ca. 4.000 Ltr./h Wasser, das sich auf einer Temperatur von 0 ca. 311°C befindet, in die Zuführungsleitungen für das Kühlmedium eingespeist. Davon verdampfen während des Wärmeaustausches mit den heißen Reaktionsgasen bzw. der Katalysatorschüttung ca. 770 Ltr. Die Temperatur des Kühlmediums bleibt somit während des Wärmeaustausches konstant.100 bar of standing water evaporates. For this purpose, approximately 4,000 Liters / h of water at a temperature of 0 approx. 311 ° C into the supply lines fed in for the cooling medium. This also evaporates during the heat exchange the hot reaction gases or the catalyst bed approx. 770 liters. The temperature the cooling medium thus remains constant during the heat exchange.

Anschließend wird ein spezielles Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Reaktors anhand einer schematischen Abbildung näher beschrieben.Then a special embodiment of the invention Reactor described in more detail using a schematic illustration.

Das Gehäuse des Reaktors besteht aus zwei Teilen, dem Hauptteil 1 des Gehäuses sowie der auf dieses aufgesetzten Haube 2. Der Hauptteil weist einen oberen Flansch 5, die Haube einen unteren Flansch 6 auf. Zwischen beiden Flanschen ist ein starres ringförmiges Halterungselement 3 eingespannt. An diesem, beispielsweise durch Verschweißen, befestigt ist ein eine Katalysatorschüttung 7 umschließender Mantel 4. Die Katalysatorschüttung ruht auf einem siebartigen Boden 8 und ist nach innen durch das Kernrohr 9 des Reaktors begrenzt.The housing of the reactor consists of two parts, the main part 1 of the housing as well as the hood placed on this 2. The main part has a upper flange 5, the hood a lower flange 6. Between the two flanges a rigid annular holding element 3 is clamped. On this one, for example a catalyst bed 7 enclosing a catalyst bed 7 is attached by welding Jacket 4. The catalyst bed rests on a sieve-like base 8 and is after bounded inside by the core tube 9 of the reactor.

Kernrohr 9 und Mantel 4 sind konzentrisch zueinander angeordnet und an beiden Seite durch starre Verstrebungen 10 und 11 fest miteinander verbunden. Das Kernrohr 9 ist nach unten hin durch eine Abschlußplatte 12 verschlossen. In die Katalysatorschüttung 7 eingelagert sind zwei Bündel 13, 14 gewickel- ter Kühlrohre. Diese sind in der Abbildung durch Strichelung lediglich angedeutet. Sie bestehen aus einer Vielzahl konzentrisch um das Kernrohr herumgewickelter Rohre, die zu mehreren Rohrlagen geordnet sind, zwischen denen sich in axialer Richtung erstreckende Stege vorgesehen sind, die an den Verstrebungen 10 befestigt sind. Die Stege sind aus Gründen der Übersichlichkeit nicht eingezeichnet. Sie sind ebenso wie die Verstrebungen 10 um gleichbleibende Winkelabsände versetzt angeordnet. Die einzelnen Rohre der Bündel sind oben und unten zu nicht dargestellten frnungen in der Wand des Kernrohres geführt. Diese Dffnungen führen auf der Innenseite des Kernrohres zu Sammelkanälen 15, 16 bzw. 17, 18. Die aammelkanäle 16 und 18 dienen der Zuführung von Kühlmedium in das obere bzw. untere Rohrbündel. Zu diesem Zwecke sind Zuführungsleitungen 19, 20 in das Kernrohr hineingeführt. Durch diese kann Kühlmedium über die Sammelkanäle in die einzelnen Rohre der Rohrbündel gelangen. Die an den oberen Enden der Rohrbündel vorgesehenen Sammelkanäle 15 und 17 dienen zur Abführung des Kühlmediums über eine Abführungsleitung 21 sowie eine nicht dargestellte weitere Abführungsleitung, die dem Sammelkanal 17 zugeordnet ist und in der Abbildung quasi über der Papierebene verlaufen würde. Die Zu- und Abführungsleitungen sind im Innenraum der Haube 2 mit U-förmigen Verbiegungen versehen, um thermische Längenänderungen besser kompensieren X können. Die Leitungen sind dicht durch eine an eine oeffnung 23 in der Haube angeflanschte Verschlußplatte 22 hindurchgeführt. Zur Einspeisung eines Teils der Reaktionsmedien in das Reaktorinnere ist ein an der Haube 2 angebrachter Zuführungsstutzen 24 vorgesehen. Für den Rest der Reakcionsmedien sind Zuführungsrohre 25, 26 bestimmt, die durch das ringförmIge Halterungselement 3 radial hindurchgeführt sind und in die Katalysatorschüttung 7 hineinragen. Mehrere derartige Rohre können um jeweils gleiche Winkelabstände der setzt im Reaktor angeordnet sein. Das Zuführungsrohr 26 und weitere nicht dargestellte entsprechende Zuführungsrohre die- nen der Einspeisung im Bereich des oberen Rohrbündels 13. Zu diesem Zwecke sind Schlitze 27 vorgesehen. Das Zuführungsrohr 25 und entsprechende nicht dargestellte weitere Zuführungsrohre dienen der Einspeisung im Bereich des unteren Rohrbündels 14, ebenfalls mit Hilfe von Schlitzen 28. Die Zuführungsrohre 25, 26 sind an ihren unteren Enden geschlossen. Anstelle der Schlitze können auch anders geformte oeffnungen vorgesehen sein, deren Querschnitt in jedem Falle so groß sein muß, daß eine ausreichende Zuströmgeschwindigkeit der eingespeisten Reaktionsmedien gewährleistet ist.Core tube 9 and jacket 4 are arranged concentrically to one another and firmly connected to each other on both sides by rigid struts 10 and 11. The core tube 9 is closed at the bottom by an end plate 12. In embedded in the catalyst bed 7 are two bundles 13, 14 wound ter Cooling tubes. These are only indicated in the figure by dashed lines. she consist of a large number of tubes wrapped concentrically around the core tube, which are arranged in several pipe layers, between which there are in the axial direction extending webs are provided which are fastened to the struts 10. The webs are not shown for reasons of clarity. You are the same like the struts 10 arranged offset by constant angular spacings. the individual tubes of the bundle are at the top and bottom to openings (not shown) in the wall of the core tube. These openings lead on the inside of the core tube to collecting channels 15, 16 or 17, 18. The collecting channels 16 and 18 are used for supply of cooling medium in the upper or lower tube bundle. For this purpose there are feed lines 19, 20 guided into the core tube. This allows cooling medium to flow through the collecting channels get into the individual tubes of the tube bundle. The ones at the top of the tube bundle provided collecting channels 15 and 17 are used to discharge the cooling medium via a Discharge line 21 and a further discharge line, not shown, which is assigned to the collecting channel 17 and in the figure quasi above the plane of the paper would run. The supply and discharge lines are in the interior of the hood 2 with U-shaped bends to better compensate for thermal changes in length X can. The lines are tightly flanged to an opening 23 in the hood Closure plate 22 passed through. For feeding part of the reaction media A feed nozzle 24 attached to the hood 2 is provided in the interior of the reactor. For the rest of the reaction media supply pipes 25, 26 are determined through the annular retaining element 3 are passed through radially and into the catalyst bed 7 protrude. Several such tubes can be spaced at the same angle which is set to be arranged in the reactor. The feed pipe 26 and others not shown corresponding supply pipes the infeed in the area of the upper tube bundle 13. For this purpose, slots 27 are provided. The feed pipe 25 and corresponding further supply pipes (not shown) are used for feeding in the area of the lower tube bundle 14, also with the help of slots 28. The Feed pipes 25, 26 are closed at their lower ends. Instead of the slots differently shaped openings can also be provided, the cross-section of which in each Trap must be so large that a sufficient inflow velocity of the fed Reaction media is guaranteed.

Das Katalysatormaterial, das im Falle eines Methanisierungsreaktors aus mit Nickel beschichteten Aluminiumoxidpellets besteht, kann im Bereich 29 zwischen den beiden Rohrbündeln lg, 14 durch Inertmaterial, beispielsweise unbeschichtete Aluminiumoxidpellets oder Tonkügelchen, ersetzt sein. Dann kann es zweckmäßig sein, im Falle von mehr als zwei übereinander angeordneten Rohrbündeln die Zuführungsrohre nicht mit Schlitzen zu versehen, sondern durch die Rohrbündel hindurch bis zu den mit Inertmaterial gefüllten Bereichen zu führen und die entsprechenden Anteile der Reaktionsmedien dort durch die unten offenen Zuführungsrohre einzuspeisen. In den mit Inertmaterial gefüllten Bereichen findet dann eine gute Durchmischung statt, und die eigentliche Reaktion setzt erst im Bereich des in Strömungsrichtung folgenden Rohrbündels ein.The catalyst material that is used in the case of a methanation reactor consists of nickel-coated aluminum oxide pellets, can in the area 29 between the two tube bundles lg, 14 by inert material, for example uncoated Aluminum oxide pellets or clay spheres. Then it can be useful in the case of more than two tube bundles arranged one above the other, the feed tubes not to be provided with slots, but through the tube bundle up to the To lead areas filled with inert material and the corresponding proportions of Feed in the reaction media there through the feed pipes which are open at the bottom. In the Areas filled with inert material are then thoroughly mixed, and the actual reaction only starts in the area of what follows in the direction of flow Tube bundle.

Zur Abführung der Reaktionsprodukte ist ein Abführungsstutzen 30 vorgesehen.A discharge nozzle 30 is provided for discharging the reaction products.

Der Reaktor ist aus hitzebeständigen Materialien gefertigt. The reactor is made of heat-resistant materials.

Hauptsächlich werden legierte Stähle verwendet, beispielsweise 10 CrMo 910 für Gehäuse einschließlich Haube, Mantel und Kernrohr, ringförmiges Halterungselement sowie Zuführungsrohre, 13 CrMo 44 für die Zu- und Abführungsleitungen und X 10 CrNiTi 189 für die Kühlrohre der Rohrbündel sowie den siebartigen Boden der Katalysatorschüttung. Gehäuse sowie Haube tragen eine Wärmeisolierung. Diese kann, insbesondere bei größeren, d.h. relativ materialaufwendigen Reaktoren, an der Gehäuseinnenwand angebracht sein und aus in der Hitze aushärtenden Isolierstoffen oder ausgemauerten Fütterungen bestehen. Tn diesem Felle können Gehäuse und Haube aus einfachen, weniger hitzebeständigen Stählen gefertigt sein. Bei kleinen, weniger materialaufwendigen Reaktoren kann die Wärmeisolierung außen angebracht sein und beispielsweise aus auf verzinktes Drahtgeflecht gesteppten Mineralwollmatten bestehen5 die außen von Aluminiumblech umschlossen sind. Gehäuse und Haube müssen dann allerdings aus hitzebeständigeren, legierten Stählen bestehen. Alloy steels are mainly used, for example 10 CrMo 910 for housing including hood, jacket and core tube, ring-shaped retaining element as well as supply pipes, 13 CrMo 44 for the supply and discharge lines and X 10 CrNiTi 189 for the cooling tubes of the tube bundle and the sieve-like one floor the catalyst bed. The housing as well as the hood have thermal insulation. These can, especially in larger, i.e. relatively material-intensive reactors be attached to the inner wall of the housing and made of heat-curing insulating materials or lined linings. In these skins the housing and hood can be used be made of simple, less heat-resistant steels. With small ones, less material-intensive reactors can be attached to the outside and the thermal insulation consist, for example, of mineral wool mats quilted on galvanized wire mesh5 which are enclosed on the outside by aluminum sheet. The housing and hood must then, however consist of more heat-resistant, alloyed steels.

Claims

Claims 1. Reactor for carrying out exothermic catalytic Reactions, with a housing, in the interior of which one from within a catalyst bed arranged cooling tubes surrounded core tube is provided, one the catalyst bed against the housing enclosing jacket, supply and discharge lines for the Cooling medium flowing in the cooling tubes and protruding into the catalyst bed Supply pipes for media participating in the exothermic catalytic reaction, characterized in that the core tube and the one surrounding the catalyst bed Sheath on a common, preferably ring-shaped, detachably connected to the housing Fixing element attached and the supply and discharge lines for the cooling medium run at least partially within the core tube.

2. Reactor according to claim 1, characterized in that the core tube is connected to the mounting element via rigid radial struts.

3. Reactor according to claim 1 or 2, characterized in that on the inner wall of the core tube, preferably annular, collecting channels attached are, on the one hand with the cooling tubes and on the other hand with the flow the Supply and discharge lines for the cooling medium are in connection.

4. Reactor according to claim 3, characterized in that the cooling tubes are arranged in the form of wound tube bundles and for each tube bundle a feed and a discharge line as well as one with the supply line and one with the discharge line connected collecting channel is provided.

5. Reactor according to claim 4, characterized in that several, axially staggered tube bundles are provided.

6. Reactor according to claim 5, characterized in that the tube bundle In terms of flow, connected in parallel and / or can be acted upon independently of one another are.

7. Reactor according to claim 6, characterized in that in the case of parallel switched and independently actuatable tube bundle, preferably outside of the housing, devices for regulating in the respective supply or discharge lines of the mass flow and / or devices for influencing in the supply lines the temperature of the cooling medium are provided.

8. Reactor according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the feed pipes protruding into the catalyst bed through the holding element are passed through.

9. Reactor according to claim 8, characterized in that the feed pipes have holes or slots within the catalyst bed.

10. Reactor according to claim 9, characterized in that the holes or slots are provided in each case in the region of the tube bundle.

11. Reactor according to claim 10, characterized in that in the case of several axially offset tube bundles each tube bundle one or more, regularly on the circumference offset supply pipes are assigned, which only within this respective Have tube bundle holes or slots.

12. Reactor according to one of claims 8 to 11, characterized in that that at least a part of the supply pipes at the same time the function of between the tube layers of the tube bundle extending webs.

1. Reactor according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the housing consists of a catalyst bed along with jacket and core tube receiving Main part with an upper ring flange and an attached removable hood with a lower annular flange and the support element between the two Ring flange is clamped.

14. Reactor according to claim 13, characterized in that the supply and discharge lines for the cooling medium passed through the hood and a or several feed nozzles for some of those taking part in the reaction Media are attached to the hood.

15. Reactor according to claim 14, characterized in that the supply and discharge pipes for the cooling medium through a common opening at one opening Flanged closure plate in the hood are passed through tightly.

16. Reactor according to one of claims 13 to 15, characterized in that that the core tube is closed at its end facing away from the hood.

17. Reactor according to one of claims 14 to 16, characterized in that that at the end of the main part of the housing facing away from the hood one or more Discharge nozzles for the reaction products are attached.