DE347696C

DE347696C - Vorrichtung zur Ausfuehrung katalytischer Gasreaktionen, insbesondere der Ammoniaksynthese

Info

Publication number: DE347696C
Application number: DE1919347696D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1918-05-23
Filing date: 1919-11-06
Publication date: 1922-01-23
Also published as: NL6350C; GB229354A

Description

AUSGEGEBEN
AM 23. JANUAR 1922

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausführung katalytischer Reaktionen, welche insbesondere bei der Synthese von Ammoniak unter hohem Druck und hoher Temperatur verwendet werden kann.

Bei solchen Vorgängen, wie die synthetische Hersteilung von Ammoniak unter dem Einflüsse von Katalysatoren, unterliegt nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der Gase der Reaktion während eines einmaligen Durchgangs durch den Katalysator, und da Wärmeverluste während der Reaktion eintreten, ergibt sich oft, daß selbst bei exothermischen Reaktionen die erforderliche Temperatur des Systems nicht aufrechterhalten werden kann, wenn nicht äußere Wärme zugeführt wird. Dies kann durch eine Feuerung erzielt werden, welche zwar verhältnismäßig billig ist, aber beträchtliche Gefahr bringt, da hocbJbe-

zo anspruchte Metalle Temperaturen von 400 bis 700⁰ C auf die Dauer schlecht vertragen. Ferner ist es, wenn die Operation bei Temperaturen über ungefähr 400⁰ ausgeführt wird, notwendig, besondere kohlenstofffreie Stahl-

sorten anzuwenden, um die bei Kohlenstoffstählen eintretende Verringerung der Festigkeit infolge der Wirkung des komprimierten Wasserstoffs zu vermeiden.
Die Nachteile bei der Zuführung von Wärme von außen können dadurch behoben werden, daß elektrische Energie angewandt wird, welche bequem innerhalb der Wandungen des den Katalysator enthaltenden Gefäßes oder in einem anderen Gefäß frei gemacht werden kann, das vom Gasstrom auf dem Wege zu dem Katalysator durchströmt wird. Die dem Druck Widerstand leistenden Wandungen solcher Gefäße werden auf verhältnismäßig niedriger Temperatur erhalten, indem man sie auskleidet und bzw. oder mit einer Wärmeaustauschvorrichtung versieht.

Da die elektrische Beheizung jedoch verhältnismäßig kostspielig ist, so ist es erwünscht, die Wärmeverluste der den Katalysator enthaltenden Kammer oder der anderen Teile des Systems und der Vorrichtung zum Austausch der Wärme soweit wie möglich zu verringern, und die vorliegende Erfindung bezweckt, die elektrische Heizvorrichtung derart unter möglichster Ausschaltung der Wärmeverluste anzuordnen, daß die erforderliche Menge von Elektrizität herabgesetzt wird. Dadurch wird gleichzeitig eine Zusammendrängung des ganzen Apparats auf einen verhältnismäßig kleinen Raum erreicht.

Die Vorrichtung besteht in der bei solchen Einrichtungen bekannten Weise aus einer katalytischen Verbrennungseinrichtung, die einen Kontaktraum und eine diesen Raum umgebende Wärmeaustauschvorrichtung um-

faßt, durch den die ein- und ausströmenden Gase im Gegenstrom zueinander geführt werden. In dem Wärmeaustauschraum sind eine oder mehrere wärmeisolierende Scheidewände angeordnet, zwischen denen in schlangenförmiger Lage sich durchziehende Rohre für die abströmenden Gase befinden, während die Räume zwischen den Scheidewänden in systematischer Reihenfolge von den zuströmenden ίο Gasen durchzogen werden. Zweckmäßig sind die Wandungen der Scheidewände im Querschnitt keilförmig gestaltet. Ebenso sind die Schlangenrohrwindungen durch schraubenförmig verlaufende Scheidewände getrennt. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes zur Verwendung bei der Amimoniaksynthese im senkrechten Schnitt dargestellt.

Ein rohrförmiger oder sonstwie geeignet ao gestalteter Raum α zur Aufnahme des Katalysators ist innerhalb eines äußeren druckfesten Mantels b untergebracht, welch letzterer am oberen und unteren Ende durch Kappen oder Deckel c, d geschlossen ist, die durch Schrauben o. dgl. gehalten werden. Zwischen dem Katalysatorraum und dem äußeren druckfesten Mantel ist die Wärmeaustauschvorrichtung angeordnet, durch welche ein Wärmeaustausch zwischen den eintretenden und austretenden Gasen erreicht wird.

Die Wärmeaustauschvorrichtung besteht aus Rohrschlangen oder Schlangengruppen e -. * von zweckmäßig kreisförmigem Querschnitt, , durch welche die eintretenden oder austreten-.den Gase im Gegenstrom zueinander auf ihrem Wege zum Kontaktraum oder von ihm weg geführt werden. Die Rohrschlangen sind ', in schrägen Reihen angeordnet, so daß sie voneinander und vom Kontaktraum und von dem äußeren druckfesten Mantel durch konische oder keilförmige Scheidewände f aus wärmeisolierendem Material geeigneter Zu- _; sammensetzung getrennt werden können. Die i Anordnung der isolierenden Scheidewände ist j derart, daß die größte Isolierdicke an den ] Punkten des größten Temperaturgefälles an- \ geordnet ist, und da die Scheidewände auf ^: diese Weise entsprechend dem Temperatur- ' gefälle gestaltet sind, wird der verfügbare Raum innerhalb des äußeren Druckmantels auf die vorteilhafteste Weise ausgenutzt.

Die Einzeliwindungen der Austauschschlan- j gen oder Gruppen von Windungen, wenn '·- mehrere Rohre in der gleichen Gruppe parallel zueinander gestaltet sind, können durch -ι schraubenförmig gewundene Wände g ge- \ trennt werden, um einen vollständigen Gegenstrom der Gase zu erzwingen. Diese Scheidewände können ebenfalls aus isolierendem Material bestehe», um die Wärmeverluste von einer Windung öder Gruppe von Windungen ■ zur nächsten Windung oder Windüngsgruppe I nach Möglichkeit zu verringern. ' Die Anordnung eines Wärmeaustauschers ! und von Scheidewänden der beschriebenen Art gewährt erhebliche Vorteile außer den bereits angeführten. Beispielsweise werden alle Materialbeanspruchungen vermieden, die I durch verschiedene Ausdehnung infolge un- ! gleichmäßiger Temperatur in den verschie- ! denen Teilen der Austauschvorrichtung eintreten. Dies geschieht dadurch, daß kein Teil ler Austauschvorrichtung oder des den Katalysator enthaltenden Raums mit beiden Deckeln oder Enden des Hauptgefäßes fest verbunden ist und die Schlangenwindungen genügend elastisch sind, um die kleinen Verschiedenheiten der Expansion aufzunehmen.

Ein weiterer Vorteil der keilförmig angeordneten Scheidewände besteht darin, daß die verschiedenen Teile sehr leicht montiert werden können, da keine Reibung eintritt, bis die : Teile ihre endgültige Lage angenommen haben.

Die verschiedenen Kanäle sind zweckmäßig so proportioniert, daß ein wirtschaftliches ! Gleichgewicht zwischen dem durch die Rei-■ bung hervorgebrachten Druckverlust auf der ! einen Seite und dem günstigen Effekt der hohen Lineargeschwindigkeit auf den Austausch anderseits gesichert wird. Die Schraubenwindungen der Schlangen sind zweckmäßig abwechselnd rechts und links gewunden.

• Bei Verwendung des Apparats zur synthetischen Herstellung von Ammoniak läßt man das Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff bei h in den Apparat eintreten, und nachdem es durch die Zwischenräume, welche die Rohrschlangengruppen e umgeben, hindurchgeströmt ist, tritt das Gemisch bei i in den den Innehraum des Konverters umgebenden Ringraum a¹ ein, in dem es von unten nach oben durch den Raum α und über den Katalysator Z hindurchstreicht, der auf elektrischem Wege in irgendeiner Weise erhitzt wird. Das auf diese Weise durch Kontakt, mit dem erhitzten Katalysator erzeugte Ammoniak strömt von dem oberen Teile des Konverters durch die Auslaßöffnungen m, welche mit den Rohr-Schlangengruppen e verbunden sind, hindurch, so daß das hinzutretende Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff durch das durch die Rohrschlangen hindurchtretende hocherhitzte Ammoniak vorgewärmt wird. Das Ammoniak entweicht schließlich aus dem Konverter durch die Auslaßröhren n.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungseinzelheiten beschränkt, sondern die Form, Größe und Anordnung der Schlangen oder ähnlichen Leitungen oder Behälter, durch welche die Gase hmdurchtreten,

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können entsprechend geändert werden. Auch die Art der Bildung des Kontaktraums und des äußeren druckfesten Gefäßes und die Bildung und Montage der verschiedenen Teile kann je nadi dem besonderen auszuführenden Verfahren verändert wenden.

Claims

Patent-Ans-Prüche :

i. Vorrichtung zur Ausführung katalytischer Gasreaktioneni, insbesondere der Ammoniaksynthese, mit einem den Kontaktraum umgebenden Wärmeaustauschraum, durch den die ausströmenden und einströmenden Gase im Gegenstrom zueinander geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem eine oder mehrere zylindrische, wärmeisolierende Seheidewände (/) angeordnet sind, zwischen denen in schlangenförmiger Lage sich ao durchziehende Rohre (e) für die abströmenden Gase befinden, während die Räume zwischen den Scheidewänden in systematischer Reihenfolge von den zuströmenden Gasen durchzogen werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Scheidewände (/) im Querschnitt keilförmig gestaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlangenrohrwindungen (<?) durch entsprechend schraubenförmig verlaufende Scheidewände (g") getrennt sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.