DE3422929A1

DE3422929A1 - Katalysatoranordnung aus lagenweise geordneten katalysator-traegerkoerpern

Info

Publication number: DE3422929A1
Application number: DE19843422929
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 5204 Lohmar Klas; Nikolaus Dipl.-Ing. 5100 Aachen Matentzoglu; Günter 5110 Alsdorf Schumacher; Dieter Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Stausebach; Alfred Dipl.-Ing. 5180 Eschweiler Zentis
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1984-06-20
Filing date: 1984-06-20
Publication date: 1986-01-02

Description

Katalysatoranordnung aus lagenweise geordneten
Katalysator-Trägerkörpern (Zusatz zu P 34 07 866.5) Die vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung aus lagenweise geordneten Katalysator-Trägerkörpern nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs in weiterer Ausgestaltung der Hauptpatentanmeldung P 34 07 866.5 . Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Anwendung bei der Kohlevergasung und der Metanspaltung, welche beispielsweise in sogenannten Röhrenspaltöfen durchgeführt werden. Die Bestückung eines großen, insbesondere sehr lang gestreckten Volumens mit einem Katalysatormaterial, welches zusätzlich für ein Fluid durchlässig sein soll, bereitet verschiedene Schwierigkeiten, wie dies in der Hauptpatentanmeldung bereits ausgeführt ist. Bei einer Bestückung von Röhrenspaltöfen mit Katalysatormaterial nach dem Stand der Technik oder auch entsprechend den in der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagenen Anordnungen kann es zu unerwünschten Randeffekten kommen. Dabei strömt ein nicht zu vernachlässigender Teil des Fluides an den Rohrwänden entlang und kommt somit nicht in genügenden Kontakt mit der Katalysatoroberfläche. Außerdem gibt es wegen der hohen Reaktionstemperaturen Effekte durch unerwünschte thermische Dehnungen, welche nur durch genügend Spiel der einzelnen Bauteile beherrscht werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Weiterbildung der in der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagenen Anordnungen zur Verringerung der Randströmungen und zur problemlosen Beherrschung von Temperaturdehnungen, wobei gleichzeitig eine kostengünstige Herstellung der Katalysatorfüllung sowie eine problemlose Auswechselbarkeit erreicht werden sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem ersten Anspruch vorgeschlagen. Danach werden als Katalysator-Trägerkörper sogenannte Raschig-Ringe verwendet, welche lagenweise auf durchbrochenen Blechen aufrechtstehend angeordnet sind, wobei die durchbrochenen Bleche im Bereich ihrer äußeren und ggf.
inneren Ränder senkrecht abgewinkelte Stege etwa im Abstand der Durchmesser der Raschig-Ringe aufweisen, auf welche jeweils Raschig-Ringe aufgesteckt sind, die somit dle äußere Grenze jeder Lage bilden.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht ein Vorfertigen jeweils einzelner Lagen von Raschig-Ringen und ggf. auch das Zusammensetzen dieser Lagen zu gößeren Kartuscen. Durch die Anordnung der äußeren und ggf.
auch der inneren Reihe von Raschig-Ringen jeder Lage auf abgewinkelten Stegen, kann nunmehr die Rohrwand des Reaktionskanales,und ggf. auch ein im Inneren angeordnetes Zentralrohr, nicht mehr mit dem Material des durchbrochenen Bleches in Berühung kommen, sondern nur noch mit Raschig-Ringen. Dadurch haben auch evtl. Randströmungen direkten Kontakt mit dem Katalysator-Material, wodurch die oben erwähnten Randeffekte verringert werden. Außerdem sitzen die Raschig-Ringe mit etwas Spiel auf den Stegen bzw. liegen ansonsten mit etwas Spiel auf dem durchbrochenen Blech auf, wodurch eine flexiblere Anpassung bei thermischen Schwankungen bzw. fertigungstechnischen Schwankungen des Durchmessers des Reaktionskanales leichter kompensiert werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 2 vorgeschlagen, daß die Ränder der durchbrochenen Bleche etwas über die Fußpunkte der abgewinkelten Stege hinausragen, wodurch die äußeren bzw. inneren Ringe mehr Halt bekommen. Damit jedoch ein Kontakt des Bleches mit der Kanalwand vermieden wird, dürfen die Bleche nicht zu weit über den Fußpunkt hinausragen.
Jedenfalls sollten die Bleche weniger als der Radius der Raschig-Rige überstehen, vorzugsweise jedoch sogar geringfügig weniger als die Wandstärke der Raschig-Ringe, wodurch ein Kontakt der Bleche mit der Kanalwand sicher verhindert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 3 insbesondere im Hinblick auf Kanäle mit ringförmigem Querschnitt, wie sie beim Röhrenspaltofen vorliegen, vorceschlagen, daß die Abmessungen der gelochten Bleche kleiner als der lichte Querschnitt der Kanäle sind und daß die Maße der Stege und der Raschig-Ringe gerade so gewählt sind, daß an allen Wänden Raschig-Ringe mit geringem Spiel anliegen. Auf diese weise werden die Randeffekte am stärksten unterdrückt.
Insgesamt können verschiedene Maße der vorgeschlagenen Katalysatoranordnung im Hinblick auf den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Dabei sind folgende Gesichtspunkte von Bedeutung: Da die Raschig-Ringe aufrecht stehen und im wesentlichen nur in dieser Richtung belastet werden, können sie dünnwandiger als bei unregelmäßigen Schüttungen ausgeführt werden. Dadurch läßt sich die Oberfläche vergrößern. Je nach dem inneren Durchmesser der Raschig-Ringe und ihrer Höhe richtet sich das Spiel und die Gefahr des Verkippens der Raschig-Ringe auf den abgewinkelten Stegen, was wiederum durch die Breite und Länge der Stege beeinflußt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erfindungsgemäßes durchbrochenes Blech mit noch nicht abgewinkelten Stegen, Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Randbereich dieses Bleches und Figur 3 einen Schnitt durch das gelochte Blech entlang der Linie III-III.
Figur 1 zeigt ein gelochtes Blech als Zusatzstruktur für die lagenweise Anordnung von Raschig-Ringen in einem Röhrenspaltofen mit Zentralrohr. Das Blech 21 ist mit in Umfangsrichtung verlaufenden Langlöchern 22 versehen, welche gegeneinander versetzt sind und sinnvollerweise jeweils auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind, welche voneinander den Abstand eines Durchmessers der Raschig-Ringe haben. Auf der Außenseite bzw.
der Innenseite des Bleches stehen Stege 23 bzw. 24 über, welche jeweils untereinander etwa den Abstand des Durch- messers eines Raschig-Ringes haben. Diese Stege werden bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung alle nach einer Seite senkrecht hochgebogen und mit Raschig-Ringen bestückt. Zur besseren Veranschaulichung ist jedoch in Figur 1 und Figur 2 die Grundform des Bleches vor dem Biegen der Stege dargestellt.
Figur 2 zeigt dabei einen Ausschnitt aus Figur 1, der im Detail eine bevorzugte Ausführungsform der Stege zeigt. Dabei haben die Stege 23 einen etwas vom äußeren Rand des Bleches 21 entfernt liegenden Fußpunkt 26, damit die Scheibe 21 nach dem Hochbiegen der Stege 23 etwas über den Fußpunkt 26 versteht. Dies wird durch parallel zu den Stegen 23 radial zur Mitte des Bleches 21 verlaufende kurze Schlitze 25 erreicht.
In Figur 3 ist ein Schnitt durch Figur 1 entlang der Linie III-III gezeigt, bei dem jedoch die Stege 23, 24 bereits in ihre endgültige abgewinkelte Lage gebogen sind.
Die Stege können nun, wie in Figur 3 mit einem Pfeil angedeutet mit Raschig-Ringen 6 bestückt werden, wobei die Stege 23 bzw. 24 von der inneren Bohrung 7 der Raschig-Ringe 6 aufgenommen werden. Der übrige Raum zwischen den auf Stegen sitzenden Raschig-Ringen ist mit aufrecht stehenden Raschig-Ringen dicht ausgefüllt. Anschließend können viele solcher Lagen zu Kartuschen zusammengesetzt oder nacheinander in den Reaktionsraum eingesetzt werden.
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Claims

Katalysatoranordnung aus lagenweise geordneten Katalysator-Trägerkörpern (Zusatz zu P 34 07 866.5) Patentansprüche 1. Katalysatoranordnung mit einem von einem Fluid durchströmbaren Kanal gemäß Anspruch 1 oder 2 der Hauptpatentanmeldung P 34 07 866.5, wobei viele gleichartige Katalysator-Trägerkörper (6) geordnet in dem Kanal untergebracht sind und die Ordnung durch Zusatzstrukturen (21) aus durchbrochenem Blech bestimmt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Katalysator-Trägerkörper Raschig-Ringe (6) sind, welche lagenweise auf durchbrochenen Blechen (21) aufrecht stehend angeordnet sind, wobei die durchbrochenen Bleche (21) im Bereich ihrer äußeren und ggf. inneren Ränder senkrecht abgewinkelte Stege (23, 24) etwa im Abstand des Durchmessers der Raschig-Ringe aufweisen, auf welche jeweils Raschig-Ringe (6) aufgesteckt sind, die somit die äußere Grenze jeder Lage bilden.
2. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ränder der durchbrochenen Bleche etwas über die Fußpunkte (26) der abgewinkelten Stege (23) hinausragen, jedoch weniger als der Radius der Raschig-Ringe, vorzugsweise geringfügig weniger als die Wandstärke der Raschig-Ringe.
3. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für. Kanäle mit ringförmigem Querschnitt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abmessungen der gelochten Bleche kleiner als der lichte Querschnitt der Kanäle sind und die Maße der Stege (23, 24) und der Raschig-Ringe (6) gerade so gewählt sind, daß an allen Wänden Raschig-Ringe mit geringem Spiel anliegen.