DE3034208C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spaltrohr mit Katalysatorformkörpern zur katalytischen Spaltung von Prozeßgasen nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs.

Diese Spaltrohre werden zur Bestückung eines Röhrenspaltofens verwendet; sie sind oft mit ihrem oberen Ende an einer gemeinsamen Tragplatte befestigt, an ihrem unteren Ende geschlossen und werden von außen mit heißen Gasen, beispielsweise mit Helium von ca. 950°C aus einem Kernreaktor- Kühlkreis beheizt. In der chemischen Industrie werden Spaltrohre mit Innenrohr verwendet, bei denen der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr mit zahlreichen kleinen Katalysatorformkörpern in loser Schüttung gefüllt ist. Diese Schüttungen haben aber einen nicht exakt berechenbaren und oft unterschiedlichen Druckverlust, daher hat die Anmelderin in ihren deutschen Offenlegungsschriften 26 34 600 und 26 34 534 rotationssymmetrische Formkörper vorgeschlagen, die auf das Innenrohr aufgereiht sind und zum Spaltrohr hin Öffnungen für den Durchtritt der Prozeßgase aufweisen. In der deutschen Offenlegungsschrift 26 34 534 wurde bereits vorgeschlagen, daß jeweils die Oberseite des einen Formkörpers in die Unterseite des nächsten Formkörpers paßt, so daß diese Formkörper gegeneinander zentriert sind. In der gleichen Schrift werden auch Längsrippen vorgeschlagen, um die Oberfläche der Formkörper zu vergrößern.

In beiden Fällen ist aber der wünschenswerte und notwen­ dige Wärmeübergang vom Innenrohr zum Prozeßgas gestört, weil dieses fast auf seiner ganzen Länge von dem zentra­ len Teil des Formkörpers umgeben ist, der an diesen Stel­ len isolierend wirkt. Außerdem entsteht in beiden Fällen ein über den Rohrquerschnitt ungleichmäßiges Temperatur- und Geschwindigkeitsprofil, weil das Prozeßgas zwangsläu­ fig am heißen Außenrohr schneller strömt. Erwünscht ist aber im Prozeßgas eine weitgehend gleichmäßig hohe Tempe­ ratur, damit das Gas vollständig gespalten wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Spaltrohr nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Dieses Spalt­ rohr mit den darin enthaltenen Katalysatorformkörpern soll den Wärmeaustausch zwischen Innenrohr und Prozeßgas bzw. Formkörper verbessern, es soll ein weitgehend ho­ mogenes Temperaturprofil im Katalysatorquerschnitt haben und soll einen wirtschaftlichen Kompromiß darstellen zwischen einem geringen Druckverlust für das Prozeßgas, einer großen Wärmeaustauschfläche und einem hohen Wärme­ übergang. Außerdem ist wünschenswert, daß das im Innen­ rohr aufwärtsströmende heiße Prozeßgas sich an dem zwischen Außenrohr und Innenrohr abwärtsströmenden käl­ teren Prozeßgas im Gegenstrom abkühlt, so daß die Tempe­ raturbelastung der Tragplatte geringer wird und ein Re­ generativwärmetauscher außerhalb des Spaltrohres kleiner werden oder sogar entfallen kann.

Das Spaltrohr nach dem ersten Anspruch enthält Formkörper mit zwei unterschiedlichen Formen, die abwechselnd über­ einander auf dem Innenrohr aufgereiht sind. Der eine Formkörper ist mit einem geringen Spalt am Innenrohr zen­ triert und bildet gegenüber dem Außenrohr einen freien Ringquerschnitt zum Durchtritt des Prozeßgases. Der ande­ re Formkörper ist ebenfalls mit einem geringen Spalt aber am Außenrohr zentriert und bildet gegenüber dem Innenrohr einen freien Ringquerschnitt für das Prozeßgas. Der Spalt zwischen Formkörper und Außen- bzw. Innenrohr ist notwen­ dig, damit sich bei allen Betriebszuständen Formkörper und Rohre frei ausdehnen können. Außerdem soll das Prozeßgas auch durch den Spalt strömen, damit die Spaltflächen am Wärmetausch teilnehmen. Zwischen den beiden unterschied­ lichen Formkörpern sind mehrere radiale Rippen zur axialen Distanzierung der Formkörper vorgesehen, die in radialer Richtung einen freien Querschnitt für das Prozeßgas bil­ den. Durch diese Formgebung wird ein großer Teil des Pro­ zeßgases mäanderförmig durch die Formkörper hindurchgelei­ tet, es umspült die gesamte Fläche der Formkörper und kommt immer abwechselnd mit dem Außen- und mit dem Innen­ rohr in Berührung, so daß eventuelle Temperaturunterschie­ de im Querschnitt sehr schnell ausgeglichen werden. Die erwähnten Rippen zur axialen Distanzierung der Formkörper können entsprechend Anspruch 2 entweder nur an einer Sei­ te angeordnet werden; dann sollte dieser Formkörper an der anderen Seite eine ebene Ringfläche aufweisen. Ent­ sprechend Anspruch 3 und 4 kann aber auch ein Formkörper an beiden Seiten Rippen oder Nocken aufweisen; in dem Falle sollte der andere Formkörper an beiden Seiten je eine ebene Ringfläche aufweisen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch ein Spaltrohr mit mehreren Katalysatorformkörpern.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 sind zwischen dem Außenrohr 1 und dem Innenrohr 2 zwei verschiedene Katalysatorformkörper 3 und 4 angeord­ net, die aufeinanderliegen und zu mehreren jeweils von einer am Innenrohr 2 befestigten metallischen und mit Löchern versehenen Halteplatte 5 getragen werden. Außen­ rohr 1 und Innenrohr 2 bestehen aus an sich bekannten hochtemperaturfesten metallischen Werkstoffen, beispiels­ weise Inconel 617, Hastelloy X oder Incaloy 800 H.

Die beiden unterschiedlichen Katalysatorformkörper 3 und 4 bestehen aus einem porösen keramischen Material und werden in einer speziellen Form gepreßt, anschließend ge­ trocknet und gebrannt. Diese Katalysatorformkörper können mit einer an sich bekannten wässerigen Nickelsalzlösung getränkt werden, wobei das in dieser Lösung enthaltene Nickel katalytisch wirksam wird. Außerdem können diese Katalysatorformkörper auch aus einem homogenen Kataly­ satormaterial, also einem Trägermaterial mit darin fein verteiltem Nickel hergestellt werden. Die metallische Halteplatte 5 ist am Innenrohr 2 befestigt und soll eine größere Anzahl von Katalysatorformkörpern tragen. Indem diese Halteplatten 5 in regelmäßigen Abständen auf dem Innenrohr 2 befestigt werden, wird vermieden, daß sich das gesamte Gewicht aller in einem Rohr angeordneten Ka­ talysatorformkörper auf einer einzigen unteren Halterung abstützt. Die beiden unterschiedlichen Katalysatorform­ körper 3 und 4 haben jeweils an ihrer Unterseite mehrere, über den Umfang gleichmäßig verteilte radiale Rippen mit radialen Strömungskanälen dazwischen. Da diese Formkörper abwechselnd am Außenrohr 1 und am Innenrohr 2 einen frei­ en Ringquerschnitt in axialer Richtung bilden, wird das von oben nach unten strömende Prozeßgas mäanderförmig vom Außen- zum Innenrohr geleitet. Sowohl die radialen Strömungskanäle als auch die beiden unterschiedlichen Ringräume sind so bemessen, daß der freie Strömungsquer­ schnitt, in Strömungsrichtung betrachtet, annähernd gleich bleibt. Daher hat der Katalysatorformkörper 3, von oben betrachtet, Rippen mit einem annähernd drei­ eckigen Querschnitt, während der Katalysatorformkörper 4, ebenfalls von oben betrachtet, Rippen von etwa trapezför­ migem Querschnitt jeweils mit abgerundeten Ecken aufweist.

Claims (4)

1. Spaltrohr mit Katalysatorformkörpern zur katalytischen Spaltung von Prozeßgasen in langen, von außen beheizbaren und an einem Ende geschlossenen Spaltrohren mit einem zentralen Innenrohr zur Rückführung der Prozeßgase, wobei Fremdkörper unterschiedlicher Form abwechselnd auf dem Innenrohr aufgereiht sind, ferner mindestens ein Formkörper mit einem geringen Spalt am Innenrohr zentriert und gegenüber dem Spaltrohr einen freien Ringquerschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem der zu diesem abwechselnd angeordnete Formkörper (4) konzentrisch und mit geringem Abstand zum Spaltrohr (1) angeordnet ist und gegenüber dem Innenrohr (2) einen freien Ringquerschnitt hat, ferner mindestens einer der beiden Formkörper (3 bzw. 4) mehrere radial orientierte Rippen mit freien Querschnitten zwischen den Rippen zur axialen Distanzierung der Formkörper aufweist.

2. Spaltrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (3 bzw. 4) an ihrer Ober- oder Unterseite eine ebene Ringfläche haben, während dieselben Formkörper (3 bzw. 4) an den zugehörigen anderen Seiten mehrere radiale Rippen aufweisen.

3. Spaltrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (3 bzw. 4) an ihren Ober- und Unterseiten mehrere radiale Rippen haben.

4. Spaltrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die damit abwechselnden Formkörper (3 bzw. 4) an ihren Ober- und Unterseiten ebene Ringflächen aufweisen.