DE3513912A1

DE3513912A1 - Process and installation for carrying out exothermal catalytic reactions

Info

Publication number: DE3513912A1
Application number: DE19853513912
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. 8023 Pullach Heisel; Peter Dipl.-Phys. Dr. Hesse; Ulrich Dipl.-Ing. 8000 München Lahne; Reiner Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 8000 München Lohmüller
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1984-04-18
Filing date: 1985-04-17
Publication date: 1985-10-24

Abstract

A process and a reactor are proposed for carrying out exothermal catalytic reactions. The invention provides a reactor cooled by indirect heat exchange in which it is essential that two heat exchangers are arranged within a catalyst bed, one heat exchanger being provided for generating steam, and the other heat exchanger being provided for overheating a gaseous or vaporous coolant. The overheating takes place in the inlet region of the reactor.

Description

Verfahren und Anlage . zur Durchführung Procedure and facility. to carry out

exothermer katålytischer Reaktionen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung exothermer, katalytisch beschleunigter Reaktionen in einem Reaktor mit einer Katalysatorschüttung, die durch indirekten Wärmetausch mit einem durch die Katalysatorschüttung geführten Kühlmittel gekühlt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage. exothermic catalytic reactions The invention relates to a method for carrying out exothermic, catalytically accelerated reactions in a reactor with a catalyst bed that through indirect heat exchange with a through the catalyst bed guided coolant is cooled. It also affects the Invention of a system suitable for carrying out the process.

Ein zur'Durchführung eines solchen Verfahrens geeigneter Reaktor ist aus der DE-OS 28 48 014 bekannt. In diesem Reaktor sind in axialer Versetzung zwei Rohrbündelwärmetauscher innerhalb einer Katalysatorschüttung vorgesehen, die unabhängig voneinander mit Kühlmittel beaufschlagt werden können, wodurch eine flexible Beeinflussung der Temperatur über die Länge der Katalysatorschüttung erreicht werden soll. Als zusätzliche Maßnahme ist bei-diesem Reaktor vorgesehen, daß innerhalb der Katalysatorschüttung Zuführungsrohre für Reaktionsgemisch vorgesehen sind. Es handelt sich hierbei um eine sogenannte Kaltgas-Einquenchung, die eine zusätzliche Kühlmaßnahme darstellt und die Ausbildung unzulässig hoher Temperatur- spitzen in der Katalysatorschüttung vermeiden soll. Der bekannte Reaktor weist somit drei mehr oder weniger unabhängig voneinander regelbare Kühlsysteme auf, die zwar einen hohen Grad an Flexibilität gewährleisten, aber in nachteiliger Weise einen sehr hohen Konstruktions- und Regelungs-Aufwand erfordern.A reactor suitable for carrying out such a process is from DE-OS 28 48 014 known. In this reactor there are two axially offset Tube bundle heat exchanger provided within a catalyst bed that is independent coolant can be applied to each other, thereby flexible influencing the temperature should be reached over the length of the catalyst bed. as additional measure is provided in this reactor that within the catalyst bed Feed pipes for reaction mixture are provided. This is a so-called cold gas quenching, which is an additional cooling measure and the formation of impermissibly high temperature peaks in the catalyst bed should avoid. The known reactor thus has three more or less independent mutually controllable cooling systems, which admittedly have a high degree of flexibility ensure, but disadvantageously a very high construction and control effort require.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage so zu entwickeln, daß mit relativ wenig Aufwand eine sicher beherrschbare Verfahrensführung gewährleistet wird.It is therefore an object of the invention to provide a method of the opening paragraph named type as well as a system suitable for carrying out the process develop a process that can be safely controlled with relatively little effort is guaranteed.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Eintrittsbereich der Katalysatorschüttung ein erster indirekter Wärmetausch mit einem gas- oder dampf förmigem Kühlmittel erfolgt und daß in dem auf den Eintrittsbereich folgenden Bereich der Katalysatorschüttung ein zweiter indirekter Wärmetausch mit verdampfendem Kühlmittel erfolgt.This object is achieved in that the catalyst bed in the inlet area a first indirect heat exchange with a gaseous or vaporous coolant takes place and that in the area of the catalyst bed following the inlet area a second indirect heat exchange with evaporating coolant takes place.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Kühlung beim ersten Wärmetausch durch Überhitzung eines-gas- oder dampfformigem>Kühlmittels, also bei gleitender Temperatur, erfolgt, während der nachfolgende Wärmetausch gegen verdampfendes Kühlmittel, also bei konstanter Temperatur des Kühlmittels, erfolgt, so daß in diesem Bereich eine weitgehend isotherme Reaktionsführung eingestellt werden kann. Gegenüber der ausschließlichen Verwendung von verdampfendem Kühlmittel bietet die Verwendung der Kühlmittel-Überhitzungszone den Vorteil, daß sich im Katalysatoreintrittsbereich eine erhöhte Temperatur ausbilden kann, was mit einer erhöhten Reaktionsgeschwindigkeit und somit letztendlich mit einer erhöhten Produktausbeute bzw. verringertem Katalysatorbedarf verbunden ist. Im Einzelfall ist dabei selbstverständlich darauf zu achten, daß die jeweils zulässigen Höchsttemperaturen, die von der Art der durchzuführenden Reaktion, der Zusammensetzung des Reaktionseinsatzes, den Katalysatoreigenschaften und gegebenenfalls weiterer Parameter abhängen können, nicht überschritten werden.An essential feature of the method according to the invention is therein to see that the cooling during the first heat exchange by overheating a gas or Vaporous> coolant, i.e. at a sliding temperature, takes place during the subsequent heat exchange against evaporating coolant, i.e. at constant temperature of the coolant, so that a largely isothermal reaction in this area can be adjusted. Compared to the exclusive use of vaporizing Coolant, the use of the coolant superheating zone offers the advantage that an increased temperature can develop in the catalyst inlet area, which with an increased reaction speed and thus ultimately with an increased Product yield or reduced catalyst requirement is connected. In individual cases is Of course, it is important to ensure that the respective permissible Maximum temperatures depending on the type of reaction to be carried out, the composition the use of the reaction, the catalyst properties and possibly others Parameters can depend, not be exceeded.

Vorteilhaft ist es, den indirekten Wärmetausch in mindestens einer, vorzugsweise in beiden Stufen im Kreuzstrom durchzuführen, da dann besonders hohe Wärmeübergangszahlen erreicht werden. Bei einer solchen Art des Wärmetauschs, die in gewickelten Rohrbündel-Wärmetauschern durchgeführt werden kann, ist zur Erreichung einer bestimmten Kühlwirkung nur eine relativ geringe Wärmetauschfläche nötig. Vorteilhaft ist es weiterhin in vielen Fällen, den Wärmetausch in mindestens einer Stufe im Kreuzgegenstrom durchzuführen.It is advantageous to have the indirect heat exchange in at least one preferably to be carried out in both stages in cross flow, since then particularly high Heat transfer coefficients can be achieved. With such a type of heat exchange, the can be carried out in wound tube bundle heat exchangers is to achieve a certain cooling effect only requires a relatively small heat exchange surface. Advantageous it is still in many cases, the heat exchange in at least one stage in the Carry out cross countercurrent.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, beide Stufen des Wärmetauschs unabhängig voneinander durchzuführen und gegebenenfalls auch verschiedene Kühlmittel einzusetzen. Insbesondere ist es in vielen Fällen-gühstig, beim ersten Wärmetausch den der Reaktion zuzuführenden Einsatz strom als Kühlmittel zu verwenden In einer anderen günstigen Ausgestaltung der-Erfindung ist vorgesehen, in beiden Stufen des Wärmetauschs das gleiche Kühlmittel vorzusehen, wobei der beim zweiten Wärmetausch verdampfte Anteil des Kühlmittels vom flüssigen Anteil abgetrennt und danach im ersten Wärmetausch überhitzt wird. Obwohl verschiedene verdampfbare Flüssigkeiten als Kühlmittel geeignet sind, wird vorzugsweise unter Druck stehendes Wasser eingesetzt. Durch Einstellung des Druckes kann dabei die Temperatur des verdampfenden Wassers in weiten Bereichen eingestellt werden, und der erzeugte überhitzte Wasserdampf kann einem in vielen Fällen ohnehin vorgesehenen Dampf system zugeführt oder gegebenenfalls als Prozeßdampf eingesetzt werden.When carrying out the method according to the invention, it is possible to carry out both stages of the heat exchange independently of one another and, if necessary also use different coolants. In particular, in many cases it is beneficial in the first heat exchange, the feed stream to be fed to the reaction as a coolant to be used In another favorable embodiment of the invention, it is provided to provide the same coolant in both stages of the heat exchange, with the second heat exchange evaporated portion of the coolant separated from the liquid portion and is then overheated in the first heat exchange. Although different vaporizable Liquids suitable as coolants are preferably pressurized Water used. By adjusting the pressure, the temperature of the evaporating Water can be adjusted in wide areas, and the generated overheated Steam can be supplied to a steam system which is already provided in many cases, or if necessary be used as process steam.

Um eine möglichst günstige Temperaturführung der exothermen Reaktion zu erreichen, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Kühlwirkung beim ersten und/oder zweiten Wärmetausch nicht einheitlich ist, sondern über die Länge des Wärmetausches variiert. Hierzu werden die Wärmetauscher zweckmäßigerweise mit nicht einheitlicher Kühlflächendichte innerhalb der Katalysatorschüttung angeordnet. Allerdings sind auch Veränderungen an den wärmetauschenden Flächen, beispielsweise teilweise Isolierungen, Übergang zu anderen Werkstoffen oder andere Manipulationen möglich; alle derartigen Möglichkeiten der Beeinflussung der Kühlwirkung sollen hier gemeinsam unter:dem Begriff variabler Kühlflächendichte verstanden werden.In order to achieve the best possible temperature control for the exothermic reaction to achieve, it is provided in a further embodiment of the invention that the The cooling effect in the first and / or second heat exchange is not uniform, but rather varies over the length of the heat exchange. For this purpose, the heat exchangers are expediently arranged with non-uniform cooling surface density within the catalyst bed. However, there are also changes to the heat-exchanging surfaces, for example partial insulation, transition to other materials or other manipulations possible; all such possibilities of influencing the cooling effect should to be understood here collectively as: the term variable cooling surface density.

In einer ersten Ausführungsform dieser Ausgestaltung der Erfindung ist in der ersten Stufe des Wärmetauschs bei der Überhitzung des Kühlmittels eine in Strömungsrichtung des Reaktionsgemischs zunehmende Kühlflächendichte vorgesehen. Dadurch wird das in die Katalysatorschüttung eintretende Reaktionsgemisch zunächst nur langsam, dann innerhalb der gleichen Wärmetauschstufe immer intensiver gekühlt. Im Reaktionsgemisch bildet sich dadurch sehr schnell eine hohe, aber nicht unzulässig überhöhte Temperatur aus, so daß die Reaktion mit hoher Geschwindigkeit abläuft. Das zu überhitzende Kühlmittel kann dabei sowohl im Gleichstrom bzw. Kreuzgleichstrom als auch im Gegenstrom bzw. Kreuzgegenstrom zum Reaktionsgemisch geführt werden. Die günstigere Kühlung hängt im Einzelfall von den speziellen Verfahrensbedingungen ab. Der Vorteil einer (Kreuz-) Gleichstromführung kann dabei beispielsweise darin liegen, daß bei der Gefahr der Ausbildung unzulässig hoher Temperaturen im Eintrittsbereich des Reaktors zunächst eine Kühlung mit noch nicht überhitztem verdampftem Kühlmittel erfolgt, so daß die Kühlwirkung dort relativ groß ist. Ein Vorteil der Kühlung im (Kreuz-) Gegenstrom kann dagegen darin liegen, daß sich besonders hohe Überhitzungstemperaturen erzielen lassen.In a first embodiment of this embodiment of the invention is one in the first stage of heat exchange when the coolant is overheated increasing cooling surface density provided in the direction of flow of the reaction mixture. As a result, the reaction mixture entering the catalyst bed is initially only slowly, then cooled more and more intensively within the same heat exchange stage. As a result, a high, but not impermissible, value forms very quickly in the reaction mixture excessive temperature, so that the reaction proceeds at high speed. The coolant to be overheated can be used in direct current or cross-direct current as well as in countercurrent or cross-countercurrent to the reaction mixture. The more favorable cooling depends in the individual case on the special process conditions away. The advantage of a (cross) direct current supply can be for example lie in the fact that at the risk of inadmissibly high temperatures in the formation Inlet area of the reactor initially a cooling with not yet superheated evaporated Coolant takes place, so that the cooling effect there is relatively great. An advantage of the Cooling in (cross) countercurrent, on the other hand, can be particularly high Allow overheating temperatures to reach.

In einer weiteren Ausführungsform dieser Ausgestaltung der Erfindung, die gemeinsam mit oder unabhängig von der vorgenannten Ausführungsform durchgeführt werden kann, ist in der zweiten Stufe des Wärmetauschs bei der Verdampfung des Kühlmittels eine variable Kühlflächendichte vorgesehen. Insbesondere ist dabei nach einer Zone gleichmäßiger Kühlflächendichte zum Austrittsende des Reaktors hin eine Veränderung der Kühlflächendichte vorgesehen.In a further embodiment of this embodiment of the invention, carried out jointly with or independently of the aforementioned embodiment is in the second stage of the heat exchange during the evaporation of the coolant a variable cooling surface density is provided. In particular, it is after a zone uniform cooling surface density towards the outlet end of the reactor a change the cooling surface density provided.

Diese Anderung kann sich beispielsweise über 5 bis 40 %, insbesondere über 10 bis 20 % der Zone des zweiten Wärmetauschs erstrecken. Die Anderung kann einerseits in einer Erhöhung der Kühlflächendichte bestehen, was insbesondere bei überwiegend gleichgewichtsbedingten Reaktionen günstig ist, und andererseits in einer Verringerung der Kühlflächendichte bestehen, was insbesondere bei überwiegend durch die Reaktionskinetik bestimmtem Reaktionsablauf günstig ist. Bei gleichgewichtsbestimmten Reaktionen wie beispielsweise der Methanisierungsreaktion, der Wassergasshiftreaktion, der Methanolsynthese oder der AmmoniAksynthese an ihren jeweiligen optimalen Katalysatoren kommt es zur Erzielung einer hohen Ausbeute nämlich auf das Einhalten einer möglichst niedrigen Austrittstemperatur an, da sich dadurch das Gleichgewicht in Richtung der Reaktionsprodukte verschiebt. Andererseits ist es während des kinetisch bestimmten Reaktionsverlaufs -wie beispielsweise bei der Methanisierung von Wasserstoff und Kohlenoxiden enthaltenden Synthesegasen oder bei der Kohlenmonoxid-Konvertierung mit Wasserdampf zu Wasserstoff zu Kohlendioxid für die Erzielung einer hohen Ausbeute wesentlich, daß die Reaktionsgeschwindigkeit nicht zu weit absinkt. Zwar verschiebt sich auch hier das Gleichgewicht mit sinkender Austrittstemperatur zu günstigeren Werten, doch zur Erreichung hoher Umsätze ist dann ein unwirtschaftlich großes Katalysatorvolumen erforderlich. Derartige Verfahren werden deshalb üblicherweise mehrstufig durchgeführt, d.h. für die weitgehende Umsetzung werden weitere gesonderte, unter anderen Verfahrensbedingüngen betriebene Reaktoren benötigt.This change can be, for example, about 5 to 40%, in particular extend over 10 to 20% of the zone of the second heat exchange. The change can exist on the one hand in an increase in the cooling surface density, which is particularly important in predominantly equilibrium-related reactions is favorable, and on the other hand in a reduction in the cooling surface density exist, which is particularly prevalent in the course of the reaction determined by the reaction kinetics is favorable. With equilibrium determined Reactions such as the methanation reaction, the water gas shift reaction, the methanol synthesis or the ammonia synthesis on their respective optimal catalysts it comes to achieving a high yield namely on the observance of a possible low outlet temperature, as this moves the equilibrium in the direction of the reaction products shifts. On the other hand, it is during the kinetically determined Course of the reaction -as for example in the methanation of hydrogen and Synthesis gases containing carbon oxides or in the Carbon monoxide conversion with steam to hydrogen to carbon dioxide to achieve a high yield essential that the reaction rate does not drop too far. Admittedly postponed Here, too, the equilibrium becomes more favorable with falling outlet temperature Values, but to achieve high sales an uneconomically large catalyst volume is then required necessary. Such processes are therefore usually carried out in several stages, i.e. further separate, under different procedural conditions, are required for the extensive implementation operated reactors are required.

In einer weiteren Ausgestaltllng der Erfindung wird der Effekt der verminderten Kühlung im Eintritts- sowie im Austrittsbereich des Reaktors noch dadurch verstärkt, daß den vermindert gekühlten Zonen der Katalysatorschüttung noch eine ungekühlte, adiabatisch betriebene Katalysatorzone vorausgeht (Eintrittsbereich) bzw. nachfolgt (Austrittsbereich).In a further embodiment of the invention, the effect is reduced cooling in the inlet and outlet areas of the reactor reinforced that the less cooled zones of the catalyst bed still one precedes uncooled, adiabatically operated catalyst zone (inlet area) or follows (exit area).

Eine spezielle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft eine Reaktionsführung, die insbesondere bei Reaktionen mit sehr starker Exothermie, beispielsweise bei der Methanisierung eines Synthesegases mit sehr viel Kohlenmonoxid, insbesondere mit mehr als 15 % Kohlenmonoxid, vorteilhaft ist. Da es bei derartigen Reaktionen im Katalysatorkorn trötz der-Kühlung zu extrem hohen, die Katalysatorstruktur schädigenden Temperaturen kommen könnte, ist vorgesehen, lediglich einen Teilstrom des Reaktionsgemisches in den Eintrittsbereich der Katalysatorschüttung einzuführen. Diesem Teilstrom kann gegebenenfalls zur Dämpfung der Reaktion ein inertes Gas, beispielsweise überhitzter Wasserdampf, zugemischt werden. Die. Menge des Teilstroms und gegebenenfalls die Menge der Zumischung werden so eingestellt, daß sich im Bereich des ersten Wärmetauschs keine unzulässig hohe Temperatur in der Katalysatorschüttung ausbildetrund der Reststrom des Reaktionsgemischs wird nach der ersten Wärmetauschstufe in den Reaktor eingespeist und gemeinsam mit dem aus dieser Stufe austretenden Gemisch durch den zweiten Wärmetausch geführt. Durch die Vermischung mit dem schon weitgehend abreagierten Teilstrom und dem inerten Verdünnungsmittel wird die Reaktivität des Gesamtstroms soweit herabgesetzt, daß eine sichere Verfahrensführung auch in der zweiten Wärmetauschstufe möglich ist. Sollte dies im Extremfall einmal nicht möglich sein, kann die Zumischung des Reststroms auch in zwei oder mehreren Schritten erfolgen. Gegebenenfalls ist es auch möglich, den Reststrom ohne Vorwärmung zuzumischen.A special embodiment of the method according to the invention relates to a reaction procedure, which is particularly useful in reactions with very strong exothermicity, For example, when methanating a synthesis gas with a lot of carbon monoxide, especially with more than 15% carbon monoxide, is advantageous. Since there are such Reactions in the catalyst grain defy cooling to extremely high levels, the catalyst structure Damaging temperatures could occur, provision is made for only a partial flow to introduce the reaction mixture into the inlet area of the catalyst bed. To dampen the reaction, an inert gas, for example superheated steam, are added. The. Amount of the partial flow and if necessary, the amount of admixture is adjusted so that in the area of the first heat exchange there is no impermissibly high temperature in the catalyst bed forms and the residual flow of the reaction mixture is fed into the reactor after the first heat exchange stage and together with the The mixture emerging from this stage is passed through the second heat exchange. By the mixing with the already largely reacted substream and the inert Diluent, the reactivity of the overall stream is reduced to such an extent that safe process management is also possible in the second heat exchange stage. If, in extreme cases, this is not possible, the residual flow can be added can also be done in two or more steps. If necessary, it is also possible to mix in the residual flow without preheating.

Neben der beim erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren günstigen Reaktionsführung ist ein besonderer Vorteil noch darin zu sehen, daß bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel bereits im Reaktor selbst überhitzter Dampf erzeugt wird, der als Prozeßdampf, als Arbeitsmittel für eine Turbine oder für andere Zwecke günstig eingesetzt werden kann. Der übliche Einsatz eines Wärmetauschers, in dem nur die Dampferzeugung, jedoch keine Überhitzung erfolgt, führt nur zur Bereitstellung von Sattdampf, der schwer zu handhaben ist, da er ohne nachträgliche separate Uberhitzung leicht zu störenden Kondensatausscheidungen in Leitungen und gegebenenfalls anderen Anlagenteilen führt. Die Überhitzung eines solchen Sattdampfes gegen aus dem Reaktor austretendes Reaktionsprodukt ist in der Regel nicht möglich, weil dessen Temperatur bei einem zumindest im Austrittsbereich weitgehend isotherm betriebenen Reaktor hierfür oft nicht mehr ausreichend hoch ist; für diesen Zweck wurde deshalb bisher Fremdenergie bzw. Abhitzte aus anderen Prozessen benötigt. Erfindungsgemäß wird dagegen schon im Reaktor selbst der überhitzte Dampf erzeugt, der danach unmittelbar seiner Verwertung zugeführt werden kann. Durch die Überhitzung des Dampfes innerhalb der Katalysatorschüttung entfallen außerdem noch Wärmeverluste,insbesondere bei hoher Temperatur, wo sie mit besonders starken Exergieverlusten verbunden sind, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 450 und 600 OC im Fall einer Methanisierungsreaktion.In addition to the favorable ones that can be achieved with the method according to the invention The conduct of the reaction is a particular advantage in the fact that when it is used water as a coolant generates superheated steam in the reactor itself, as process steam, as a working fluid for a turbine or for other purposes can be used. The usual use of a heat exchanger in which only the Steam generation, but not overheating, only leads to the provision of Saturated steam, which is difficult to handle, as it does not require separate overheating afterwards easily disruptive condensate deposits in lines and possibly others Plant parts leads. The overheating of such saturated steam against from the reactor escaping reaction product is usually not possible because of its temperature in the case of a reactor operated largely isothermally at least in the outlet area is often no longer sufficiently high for this; for this purpose became therefore previously required external energy or waste heat from other processes. According to the invention on the other hand, the superheated steam is generated in the reactor itself, and the steam immediately afterwards can be recycled. By overheating the steam inside the catalyst bed also eliminates heat losses, in particular with high temperature, where they are associated with particularly strong exergy losses, for example at temperatures between 450 and 600 OC in the case of a methanation reaction.

Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Anlage besteht im wesentlichen aus einem Reaktor, der innerhalb eines vertikal angeordneten Reaktorgehäuses eine im wesentlichen in axialer Richtung von einem Reaktionsgemisch zu durchströmende Katalysatorschüttung, in die Wärmetauscherrohre zur Abführung von Reaktionswärme eingebettet sind, enthält, wobei zwei axial gegeneinander versetzte Wärmetauscher innerhalb der Katalysatorschüttung vorgesehen sind, mit Zuführungs- und Abzugsleitungen für die beiden Wärmetauscher und für Reaktionseinsatz bzw. Reaktionsprodukt und ist gekennzeichnet durch eine beiden Wärmetauschern zugeordnete Dampftrommel,wobei die Kühlmittel-Zuführungsleitung des der Reaktoreintrittsseite nächst liegenden Wärmetauschers über eine Leitung mit dem Dampfraum der Dampf trommel verbunden ist und die Kühlmittel-Zuführungsleitung des der Reaktoraustrittsseite nächst liegenden Wärmetauschers mit dem Flüssigkeitsraum der Dampftrommel sowie die Kühlmittel-Abzugsleitung dieses Wärmetauschers mit dem Dampfraum der Dampftrommel verbunden ist.There is a particularly suitable system for carrying out the process essentially of a reactor which is located within a vertically arranged reactor housing one through which a reaction mixture has to flow essentially in the axial direction Catalyst bed into the heat exchanger tubes to dissipate the heat of reaction are embedded, contains, two axially offset heat exchangers are provided within the catalyst bed, with supply and discharge lines for the two heat exchangers and for reaction use or reaction product and is characterized by a steam drum assigned to both heat exchangers, where the coolant supply line of the one closest to the reactor inlet side The heat exchanger is connected to the steam chamber of the steam drum via a line and the coolant supply line of the one closest to the reactor outlet side Heat exchanger with the liquid space of the steam drum and the coolant discharge line this heat exchanger is connected to the steam space of the steam drum.

In günstiger Weiterbildung der Anlage ist mindestens einer der Wärmetauscher im Reaktor als gewickelter Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt. Die Kühlflächendichte der Wärmetauscher kann dabei variabel gestaltet werden, wobei insbesondere beim ersten Wärmetauscher zum Eintrittsende hin eine abnehmende Kühlflächendichte und beim zweiten Wärmetauscher zum Austrittsende hin eine zunehmende oder eine abnehmende Kühlflächendichte vorgesehen ist. Die Änderung der Kühlflächendichte erfolgt beispielsweise dadurch, daß bei einem gewickelten Wärmetauscher die Steighöhe der Rohrwicklung nicht konstant gehalten wird.In a favorable development of the system, at least one of the heat exchangers is designed in the reactor as a wound tube bundle heat exchanger. The cooling surface density the heat exchanger can be designed variably, in particular when first heat exchanger towards the inlet end a decreasing cooling surface density and at the second heat exchanger towards the outlet end an increasing or a decreasing one Cooling surface density is provided. The change in the cooling surface density takes place, for example in that in a wound heat exchanger the height of rise of the tube winding is not kept constant.

Spezielle weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sehen im Eintrittsbereich des Reaktors eine dem ersten Wärmetauscher vorgelagerte ungekühlte Katalysatorzone und/oder eine dem zweiten Wärmetauscher austrittsseitig nachfolgende ungekühlte Katalysatorzone vor.See special further embodiments of the system according to the invention in the inlet area of the reactor an uncooled one upstream of the first heat exchanger Catalyst zone and / or one following the second heat exchanger on the outlet side uncooled catalyst zone.

In einer speziellen Ausgestaltung der Anlage, die für die Durchführung sehr stark exothermer Reaktionen geeignet ist, ist zwischen den beiden Wärmetauschern eine zusätzliche Reaktwonsgemisch-Zuführungsleituna-angeordnet.In a special configuration of the plant that is responsible for the implementation very strong exothermic reactions is suitable between the two heat exchangers an additional reaction mixture feed line is arranged.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.Further details of the invention are given below with reference to the in the figures schematically illustrated exemplary embodiments of the invention.

Es zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage, Figuren verschiedene Abwandlungen des Eintrittsbereichs 2 bis 4 eines erfindungsgemäß eingesetzten Reaktors, Figur 5 ein Temperaturprofil im Eintrittsbereich eines Reaktors gemäß Figur 1, Figur 6 ein Temperaturprofil im Eintrittsbereich eines Reaktors gemäß Figur 2, Figuren verschiedene Abwandlungen des Austrittsbereichs 7 bis 9 eines erfindungsgemäß eingesetzten Reaktors, Figur 10 ein Temperaturprofil für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage, Figur 11 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage.., Figur 12 einen für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Reaktor und Figur 13 einen anderen für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Reaktor.They show: FIG. 1 a first embodiment of an inventive Plant, figures, various modifications of the entry area 2 to 4 according to the invention reactor used, FIG. 5 a temperature profile in the inlet region of a reactor according to Figure 1, FIG. 6 a temperature profile in the inlet area of a reactor according to Figure 2, Figures various modifications of the outlet area 7 to 9 of a reactor used according to the invention, FIG. 10 a temperature profile for an embodiment of a system according to the invention, FIG. 11 a further embodiment a plant according to the invention .., Figure 12 one for carrying out the method suitable reactor and FIG. 13 another one for carrying out the process suitable reactor.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Verfahrensschema wird über Leitung 1 ein auf die Reaktor-Eintrittstemperatur vorerhitztes Reaktionsgemisch in die obere Eintrittshaube des Reaktors 2 geführt. Das Gemisch durchströmt eine Katalysatorschüttung 3, in die zwei gewickelte Röhrenwärmetauscher 4 und 5 hintereinander liegend eingebettet sind. Das Reaktionsprodukt wird nach Verlassen der Katalysatorschüttung über Leitung 6 aus dem unteren Bereich des Reaktors 2 abgezogen, in einem Wärmetauscher 7 durch indirekten Wärmetausch abgekühlt und als Produktstrom abgeführt.In the process scheme shown in FIG. 1, line 1 a reaction mixture preheated to the reactor inlet temperature into the upper one Entrance hood of the reactor 2 out. The mixture flows through a bed of catalyst 3, in which two wound tubular heat exchangers 4 and 5 are embedded one behind the other are. The reaction product is after leaving the catalyst bed via line 6 withdrawn from the lower region of the reactor 2, in a heat exchanger 7 through indirect heat exchange cooled and discharged as a product stream.

Über Leitung 8 wird Druckwasser zunächstszum Wärmetauscher 7, in dem es bis nahe an die Siedetemperatur erhitzt wird, und dann über Leitung 9 in eine Dampftrommel 10 geführt. An der Dampftrommel 10 wird Wasser über Leitung 11 und Pumpe 12 in die Kühlrohre des Rohrbündelwärmetauschers 5 gefördert. Es tritt im Austrittsbereich des Reaktionsgemisches aus der Katalysatorschüttung in den Wärmetauscher 5 ein, wird im Gegenstrom zur Strömung des Reaktionsgemisches im Reaktor:geführt, verdampft bei konstanter Temperatur in der Rohrwicklung unter Aufnahme von Reaktionswärme und wird dann als Gemisch von Sattdampf und Wasser über Leitung 13 in den Dampfraum der Dampftrommel 10 zurückgeführt, wo eine Phasentrennung erfolgt. Aus dem Dampfraum der Dampftrommel 10 führt Leitung 14 in das dem Eintrittsende des Reaktors abgewendete Ende des Röhrenwärmetauschers 4. Der Dampf wird im Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Reaktionsgemisches im Reaktor geführt und durch Aufnahme von Reaktionswärme im Eintrittsbereich des Reaktors überhitzt, bis er schließlich über Leitung 15 aus dem Reaktor abgezogen und als überhitzter Dampf einer geeigneten Verwendung zugeführt wird.Via line 8, pressurized water is first fed to the heat exchanger 7, in which it is heated to near the boiling point, and then via line 9 into a Steam drum 10 out. At the steam drum 10 water is via line 11 and Pump 12 is conveyed into the cooling tubes of the tube bundle heat exchanger 5. It occurs in Exit area of the reaction mixture from the catalyst bed into the heat exchanger 5 a, is conducted in countercurrent to the flow of the reaction mixture in the reactor:, evaporates at a constant temperature in the tube winding while absorbing the heat of reaction and is then used as a mixture of saturated steam and water over line 13 fed back into the steam space of the steam drum 10, where a phase separation takes place. Line 14 leads from the steam space of the steam drum 10 into that of the inlet end the end of the tubular heat exchanger facing away from the reactor 4. The steam is in countercurrent guided to the direction of flow of the reaction mixture in the reactor and by uptake of reaction heat in the inlet area of the reactor overheated until it finally withdrawn via line 15 from the reactor and used as superheated steam of a suitable Use is fed.

Das in der Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen der Figur 1 dadurch, daß der im Eintrittsbereich des Reaktors vorgesehene Wärmetauscher 4 im Gleichstrom zur Störmungsrichtung des Reaktionsgemisches im Reaktor geführt wird. Die Leitungen 14 bzw.The embodiment shown in Figure 2 is different differs from that of Figure 1 in that the in the inlet area of the reactor provided heat exchanger 4 in cocurrent to the direction of disturbance of the reaction mixture is performed in the reactor. The lines 14 or

15 werden deshalb gerade an die entgegengesetzten Enden des Wärmetauschers 4 angeschlossen. In der Figur 2 ist weiterhin eine Temperaturregelung dargestellt, die üblicherweise auch bei dem in der Figur 1 dargestellten Verfahren vorgesehen ist, jedoch aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt wurde. Die Leitungen 14 und 15 sind dazu durch eine mit einem Regelventil 16 versehenen Leitung 17 verbunden. Das Ventil 17 kann von einem Temperaturregler 18 einen Teil des über Leitung 14 herangeführten Dampfes unter Umgehung des Wärmetauschers 4 direkt in die Leitung 15 geben. Die Regelgröße ist dabei die Temperatur des überhitzten Dampfes in Leitung 15.15 are therefore straight to the opposite ends of the heat exchanger 4 connected. In the figure 2 a temperature control is also shown, which are usually also provided in the method shown in FIG is, but has not been shown for the sake of simplicity. The lines 14 For this purpose, 15 and 15 are connected by a line 17 provided with a control valve 16. The valve 17 can use a temperature controller 18 to control part of the via line 14 introduced steam bypassing the heat exchanger 4 directly into the line 15 give. The controlled variable is the temperature of the superheated steam in the line 15th

Das in der Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen gemäß Figur 1 im wesentlichen dadurch, daß im Eintrittsbereich des Reaktors 2 vor dem Wärmetauscher 4 noch eine ungekühlte Katalysatorschicht 19 vorgesehen ist. Dadurch bildet sich im Reaktor 2 eintrittsseitig zunächst eine adiabati- sche Reaktionsführung unter Herausbildung einer hohen Temperatur und dadurch bedingter hoher Reaktionsgeschwindigkeit aus. Da außerdem im Wärmetauscher 4 Dampf bis nahezu zur Adiabattemperatur überhitzt wird, ergibt sich ein besonders hoher Überhitzungsgrad und damit eine besonders günstige Nutzungsmöglichkeit für den Hochdruckdampf.The exemplary embodiment shown in FIG. 3 differs differs from that according to FIG. 1 essentially in that in the entry area of the reactor 2 upstream of the heat exchanger 4, there is also an uncooled catalyst layer 19 is provided. As a result, an adiabatic initially forms in the reactor 2 on the inlet side. sch The reaction is carried out with the formation of a high temperature, which is a result of this high reaction speed. Since, in addition, in the heat exchanger 4 steam up to almost is overheated to the adiabat temperature, the result is a particularly high degree of overheating and thus a particularly favorable option for using the high-pressure steam.

Daneben kommt der adiabatisch betriebenen Katalysatorzone im Eintrittsbereich des Reaktors in manchen Fällen, beispielsweise bei der Konvertierung von Kohlenmonoxid enthaltenden Gasströmen mit Wasserdampf zur Bildung von Wasserstoff und Kohlendioxid, noch die zusätzliche Aufgabe zu, Verunreinigungen von der Hauptmasse des Katalysators fernzuhalten. Die in solchen Fällen im Eintrittsbereich des Katalysators erfolgende Verschmutzung läßt sich leicht beheben, da die obere, nicht mit Kühlrohren durchsetzte Katalysatorschicht leicht entfernt und durch frischen Katalysator ersetzt werden kann.In addition, there is the adiabatically operated catalyst zone in the inlet area of the reactor in some cases, for example when converting carbon monoxide containing gas streams with water vapor to form hydrogen and carbon dioxide, nor the additional task of removing impurities from the bulk of the catalyst keep away. That which takes place in such cases in the inlet area of the catalyst Soiling can be easily removed because the upper one is not interspersed with cooling tubes Catalyst layer can be easily removed and replaced with fresh catalyst can.

Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform des Eintrittsbereichs des Reaktors unterscheidet sich von derjenigen gemäß Figur 1 im wesentlichen dadurch, daß ein Wärmetauscher 20 mit variabler Kühlflächendichte vorgesehen ist.The embodiment of the entry area shown in FIG of the reactor differs from that according to FIG. 1 essentially in that that a heat exchanger 20 is provided with a variable cooling surface density.

Die Kühlflächendichte ist dabei im Eintrittsbereich der Katalysatorschüttung 3 zunächst gering und nimmt bis zum Ende des ersten Wärmetauschers 20 laufend zu, beispielsweise durch Anordnung einer Rohrwicklung mit zunehmender Steighöhe der Wicklungen. Der Effekt einer solchen Kühlanordnung ist in etwa ein Mittelweg zwischen der Gegenstrom-Dampfüberhitzung gemäß Figur 1 innerhalb des gesamten Eintrittsbereichs der Katalysatorschüttung und der Gegenstom-Dampfüberhitzung gemäß Figur 3 mit vorgelagerter adiabatischer Reaktionszone.The cooling surface density is in the entry area of the catalyst bed 3 initially low and increases continuously until the end of the first heat exchanger 20, for example, by arranging a pipe winding with increasing height of rise Windings. The effect of such a cooling arrangement is roughly a middle ground between the countercurrent steam overheating according to FIG. 1 within the entire inlet area the catalyst bed and the countercurrent steam overheating according to Figure 3 with upstream adiabatic reaction zone.

In den Figuren 5 und 6 ist das Temperaturprofil in der Eintrittszone des Reaktors für das Reaktionsgemisch und für den zu überhitzenden Dampf aufgetragen. Bei der Gegenstromführung von zu überhitzendem Dampf und Reaktionsgemisch gemäß der in Figur 1 gezeigten Verfahrensführung ergibt sich das in Figur 5 dargestellte Temperaturprofil, wobei die Kurve I die Temperatur des Reaktionsgemisches und die Kurve II die Temperatur des zu überhitzenden Wasserdampfs in qualitativer Form zeigt. Beim Eintritt in den Reaktor hat das Reaktionsgemisch die Temperatur T1.In FIGS. 5 and 6, the temperature profile is in the entry zone of the reactor for the reaction mixture and for the steam to be superheated. In the countercurrent flow of steam to be superheated and the reaction mixture according to the procedure shown in FIG. 1 results in that shown in FIG Temperature profile, the curve I being the temperature of the reaction mixture and the Curve II shows the temperature of the steam to be superheated in qualitative form. When it enters the reactor, the reaction mixture has the temperature T1.

Nach Einsetzen der Reaktion tritt eine Temperaturerhöhung bis auf T2 ein woraufhin bis zum Austritt aus dem Wärmetauscher 4 bei a eine Temperaturäbsenkung bis auf den Wert T3 erfolgt. Der im Gegenstrom geführte Wasserdampf tritt bei der Temperatur T4 bei a in den Wärmetauscher ein und wird entsprechend der Kurve II bis auf die Temperatur T5 am Austrittsende aus dem Wärmetauscher 4 überhitzt.After the onset of the reaction, the temperature rises to up to T2 a, whereupon a temperature decrease up to the exit from the heat exchanger 4 at a except for the value T3. The countercurrent water vapor occurs at the Temperature T4 at a in the heat exchanger and is determined according to curve II overheated except for the temperature T5 at the outlet end from the heat exchanger 4.

Auf dem letzten, eventuell sehr kurzen Stück ist eine Abkühlung auf die Temperatur T51 möglich, da in unmittelbarer Nähe der Eintrittszone die Reaktionstemperatur noch unterhalb der Temperatur T5 liegt.On the last, possibly very short piece, there is a cooling down the temperature T51 is possible because the reaction temperature is in the immediate vicinity of the entry zone is still below the temperature T5.

In analoger Weise ist in Figur 6 das Temperaturprofil für die Reaktionsführung gemäß Figur 2 dargestellt, d.h. für einen im Gleichstrom mit dem Reaktionsgemisch durchgeführten Wärmetausch im Wärmetauscher 4. Da in diesem Eall im Eintrittsbereich der Katalysatorschüttung die Reaktion mit noch nicht überhitztem Wasserdampf gekühlt wird, ergibt sich hier eine intensive Kühlung, und das Reaktionsgemisch wird nur eine geringere Maximaltemperatur T2 erreichen. Bei dieser Verfahrensführung ergibt sich auch eine geringere Überhitzungstemperatur T5 des Wasserdampfs am Austritt aus dem Wärmetauscher 4. Diese Art der Verfahrensführung ist insbesondere geeignet, wenn es darauf ankommt, allzu hohe Temperaturen im Eintrittsbereich des Reaktors zu verhindern. Günstig ist diese Verfahrensweise deshalb beispielsweise für die Kohlenmonoxid-Konvertierung oder für die Methanolsynthese, sie ist aber auch für spezielle Fälle der Methanisierung erforderlich, wenn nämlich die sich bei der Gegenstromführung zwischen Kühlmittel und Reaktionsgemisch einstellende maximale Temperatur T2 aufgrund der Einsatzgaszusammensetzung und/oder der Katalysatoreigenschaften unzulässig hoch ausfallen sollte. Ansonsten ist für die Methanisierungsreaktion im allgemeinen die Gegenstromkühlung im Wärmetauscher 4 günstiger.In an analogous manner, the temperature profile for the conduct of the reaction is shown in FIG shown in Figure 2, i.e. for one in cocurrent with the reaction mixture carried out heat exchange in the heat exchanger 4. As in this Eall in the inlet area the catalyst bed cooled the reaction with not yet superheated steam is, there is an intensive cooling, and the reaction mixture is only reach a lower maximum temperature T2. This procedure results there is also a lower superheating temperature T5 of the water vapor at the outlet from the heat exchanger 4. This type of process management is particularly suitable when it comes down to too high temperatures in the inlet area of the Reactor to prevent. This procedure is therefore favorable, for example, for Carbon monoxide conversion or for methanol synthesis, but it is also for special cases of methanation required, namely when the countercurrent flow between coolant and reaction mixture adjusting maximum temperature T2 due to the feed gas composition and / or the catalyst properties inadmissibly high should fail. Otherwise, the methanation reaction is generally the Countercurrent cooling in the heat exchanger 4 is cheaper.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen verschiedene Ausgestaltungen des Austrittsbereichs aus dem Reaktor 2. Gemäß Figur 7 ist-dem Wärmetauscher 5 am Austrittsende noch eine ungekühlte, adiabatisch betriebene Katalysatorzone 21 nachgeordnet, wodurch sich eine erhöhte Austrittstemperatur aus dem Reaktor ergibt. Dies hat nicht nur zur Folge, daß der Wärmetauscher 7 gemäß Figur 1 infolge eines höheren Temperaturgradienten mit einer kleineren wärmetauschenden Fläche auskommt, sondern führt insbesondere in Fällen, in denen die Rekationsgeschwindigkeit am Reaktoraustrittsende bei relativ niedriger Temperatur gering ist, zu einer Erhöhung der Ausbeute.Figures 7 to 9 show different configurations of the exit area from the reactor 2. According to FIG. 7, the heat exchanger 5 is also one at the outlet end uncooled, adiabatically operated catalyst zone 21 downstream, whereby results in an increased exit temperature from the reactor. This is not just about As a result, the heat exchanger 7 according to FIG. 1 as a result of a higher temperature gradient gets by with a smaller heat-exchanging surface, but leads in particular in cases where the reaction rate at the reactor outlet end is relative lower temperature is low, to increase the yield.

Die in Figur 8 gezeigte Ausführungsform des Austrittsendes des Reaktors enthält als Besonderheit einen Wärmetauscher 22, dessen Kühlflächendichte am Austrittsende zunimmt. Dadurch erfolgt eine besonders intensive Kühlung des Reaktionsgemisches am Austrittsende, wodurch die Reaktion sehr lange auf einem relativ hohen Temperaturniveau, was gleichbedeutend mit einem hohen Reaktionsgeschwindigkeitsniveau ist, gehalten wird. Diese Verfahrensführung bietet sich insbesondere in den Fällen an-, in denen die Produktausbeute mehr durch die Reaktionsgeschwindigkeit als durch die Lage des Gleichgewichts bestimmt wird. Beispiele hierfür sind die mit einem hochtemperaturfesten Katalysator durchgeführte Methanisierungsreaktion, deren Katalysator bei niedriger Temperatur keine dem gewöhnlichen Tieftemperatur-Katalysator vergleichbaren Eigenschaften hat, oder die sogenannte Rohgas-Shift-Katalyse, bei der die Kohlenmonoxid-Shiftkonvertierung an schwefelfesten Katalysatoren durchgeführt wird. In solchen Fällen wird zur Erzielung eines gegen 100 % gehenden Umsatzes noch ein spezielles, meist adiabatisch betriebenes Katalysatorbett nachgeschaltet, das einen Katalysator enthält, der auch bei niedrigen Temperaturen noch mit ausreichender Geschwindigkeit das Gleichgewicht einstellt.The embodiment of the outlet end of the reactor shown in FIG contains as a special feature a heat exchanger 22, the density of the cooling surface at the outlet end increases. This results in particularly intensive cooling of the reaction mixture at the outlet end, whereby the reaction takes a very long time at a relatively high temperature level, which is synonymous with a high level of reaction speed will. This procedure is particularly useful in those cases in which the product yield more by the reaction rate than by the Position of equilibrium is determined. Examples are those with a high temperature resistant Catalyst carried out methanation reaction, the catalyst at lower Temperature no properties comparable to the usual low-temperature catalyst has, or the so-called raw gas shift catalysis, in which the carbon monoxide shift conversion is carried out on sulfur-resistant catalysts. In such cases it is necessary to achieve a conversion approaching 100% still a special, mostly adiabatically operated Downstream of the catalyst bed, which contains a catalyst, also at low Temperatures still with sufficient speed the equilibrium is reached.

Umgekehrt ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 ein Wärmetauscher 23 vorgesehen, der am Austrittsende des Reaktors eine abnehmende Kühlflächendichte aufweist.Conversely, in the exemplary embodiment according to FIG. 9, a heat exchanger is used 23 is provided, which has a decreasing cooling surface density at the outlet end of the reactor having.

Somit erfolgt in diese8*Fall eine verminderte Kühlung des Reaktionsgemisches, so daß sich gegebenenfalls ein^Temperaturanstieg im Reaktionsgemisch und dadurch eine erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit einstellt. Besonders effektiv ist diese Ausführungsform der Erfindung, wenn ihr noch eine in der Figur 9 nicht dargestellte adiabatische Reaktionszone; d.h. eine ungekühlte Katalysatorzone wie in Figur 7 nachfolgt. Diese Reaktionsführung bietet sich insbesondere bei Reaktionen an, deren Ausbeute durch die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt sind, beispielsweise bei einer einstufigen Methanisierung.In this case, there is less cooling of the reaction mixture, so that there may be a ^ rise in temperature in the reaction mixture and thereby sets an increased reaction speed. This embodiment is particularly effective of the invention if you still have an adiabatic (not shown in FIG. 9) Reaction zone; i.e. followed by an uncooled catalyst zone as in Figure 7. These The conduct of the reaction is particularly useful in reactions whose yield is through the reaction rate are determined, for example in the case of a single-stage Methanation.

Figur 10 zeigt in qualitativer Form den Temperaturverlauf des Reaktionsgemischs in einem Methanisierungsreaktor mit einer ungekühlten, adiabatisch betriebenen Katalysatorzone der Länge a im Eintrittsbereich des Reaktors, der sich eine bis b reichende Wasserdampfüberhitzungszone anschließt, bevor der durch Wasserverdampfung gekühlte Bereich folgt. Am Austrittsende des Reaktors schließt sich von c bis d eine Zone verminderter Kühlung, in der die Kühlflächendichte des Verdampfers reduziert ist, und schließlich eine ungekühlte, adiabatisch betriebene Nachreaktionszone an. In der eintrittsseitigen ungekühlten Reaktionszone stellt sich ein adiabatischer Reaktionsverlauf ein, so daß sich das mit der Eintrittstemperatur T1 eintretende Reaktionsgemisch rasch auf die hohe Adiabåttemperatur T2 einstellt. Nach Durchlaufen dieser Zone wird das Reaktionsgemisch zunächst einer relativ geringen Kühlung durch Wasserdampfüberhitzung unterzogen, wobei gemäß Kurve I eine Temperaturabsenkung auf den Wert T3 erfolgt. Anschließend tritt das Reaktionsgemisch in den durch Verdampfung von Wasser gekühlten Bereich und erfährt hier eine weitere Temperaturabsenkung bis auf den Wert T4, der der isothermen Betriebstemperatur des Reak-.FIG. 10 shows in qualitative form the temperature profile of the reaction mixture in a methanation reactor with an uncooled, adiabatically operated catalyst zone of length a in the inlet area of the reactor, which is a steam superheating zone extending to b followed by the area cooled by water evaporation. At the exit end of the reactor closes from c to d a zone of reduced cooling in which the The cooling surface density of the evaporator is reduced, and finally an uncooled, adiabatically operated post-reaction zone. In the uncooled inlet side The reaction zone is an adiabatic course of the reaction, so that the The reaction mixture entering at the inlet temperature T1 rapidly increases to the high adiabatic temperature T2 adjusts. After passing through this zone, the reaction mixture initially becomes one subjected to relatively little cooling by steam superheating, according to curve I a temperature decrease to the value T3 takes place. The reaction mixture then occurs in the area cooled by evaporation of water and experiences another here Temperature drop down to the value T4, which is the isothermal operating temperature of the React.

tors entspricht. Am Ende des durch Verdampfung gekühlten Wärmetauschers nimmt die Kühlflächendichte ab, so daß sich eine leichte Temperaturerhöhung des Reaktionsgemisches in diesem Bereich ergibt. Nach Verlassen des gekühlten Bereichs erfolgt im adiabatisch betriebenen Austrittsende wiederum eine Temperaturerhöhung bis auf den Wert T5, der die Austrittstemperatur des Produktgases aus dem Reaktor ist.tors corresponds. At the end of the heat exchanger cooled by evaporation the density of the cooling surface decreases, so that there is a slight increase in temperature of the Reaction mixture results in this area. After leaving the cooled area there is again a temperature increase in the adiabatically operated outlet end except for the value T5, which is the outlet temperature of the product gas from the reactor is.

In der Figur 10 ist im Vergleich dazu durch die gestrichelte Kurve II der Temperaturverlauf unter der Annahme, daß statt des für die Überhitzung des Wasserdampfs eingesetzten Wärmetauschers dieser Bereich ebenfalls durch den Verdampfungswärmetauscher gekühlt wird, dargestellt. Die Temperatur fällt in diesem Fall relativ schnell vom Wert T2 auf den Wert T4, der der isothermen Reaktionsführung entspricht.In comparison with this, FIG. 10 is indicated by the dashed curve II the temperature profile assuming that instead of that for overheating of the Water vapor used heat exchanger this area also through the Evaporative heat exchanger is cooled, shown. The temperature drops relatively quickly in this case Value T2 to value T4, which corresponds to the isothermal reaction procedure.

Die Reaktionsführung gemäß dem Temperaturprofil der Kurve I erweist sich als besonders günstig, da die im Eintrittsbereich des Reaktors erreichte und nur langsam wieder abgebaute hohe Temperatur eine sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeit zur Folge hat. Da andererseits ein hoher Umsatz bei gleichgewichtsbestimmten Reaktionen, wie beispielsweise der Methanisierung nur erzielt werden kann, wenn die Austrittstemperatur relativ niedrig ist, ist es zur Erreichung dieses Ziels erforderlich, eine relativ geringe Austrittstemperatur anzustreben. Die adiabatische Nachreaktion im Bereich d-e scheint dieser Forderung zunächst entgegenzustehen, doch sie führt bei nicht vollständiger Abreaktion im vorangegangenen Bereich zu einer hohen Produktausbeute,da der relativ kleine nicht abreagierte Anteil bei ansteigender Temperatur bis zum Erreichen des Gleichgewichts günster abreagieren kann als unter isothermen Bedingungen, d.h. unter isothermen Bedingungen bei niedrigerer Temperatur. wäre eine höhere Verweilzeit und somit ein größeres Reaktorvolumen erforderlich.The conduct of the reaction according to the temperature profile of curve I proves proved to be particularly favorable, since the reached in the inlet area of the reactor and The high temperature is only slowly broken down again, resulting in a very high reaction rate has the consequence. On the other hand, since a high conversion in equilibrium-determined reactions, such as methanation can only be achieved when the outlet temperature is relatively low, in order to achieve this goal it is necessary to have a relatively aim for a low outlet temperature. The adiabatic post-reaction in the field d-e initially seems to oppose this requirement, but it does not lead to complete reaction in the previous area leads to a high product yield, since the relatively small unreacted portion with increasing temperature up to Reaching equilibrium can react more favorably than under isothermal conditions, i.e. under isothermal conditions at a lower temperature. would be a longer dwell time and thus a larger reactor volume is required.

Insbesondere bei der Methanisierung ist die Anordnung einer adiabatisch betriebenen Nachreaktionszone von großem Vorteil.Bei der Methanisierung an verschiedenen handelsüblichen Methanisierungskatalysatoren wurde nämlich gefunden,daB die Reaktionsgeschwindigkeit bei Unterschreiten einer Temperatur, die in der GröBenordnung von etwa 300 bis 350 OC und damit oberhalb der üblichen Austrittstemperatur eines isotherm betriebenen Reaktors liegt, stark abfällt. Die normale Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit ist gemäß der Arrhenius-Kurve eine lineare Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Kehrwert der absoluten Temperatur. Demgegenüber zeigen die handelsüblichen Methanisierungskatalysatoren bei Erreichen der oben genannten kritischen Temperatur einen Knick in dieser Kurve und im Bereich tieferer Temperaturen ein sehr starkes Abfallen der Reaktionsgeschwindigkeit. Das bedeutet, daß bei einer konventionellen, gleichmäßigen Abkühlung innerhalb einer Katalysatorzone nur eine geringe Methanausbeute erzielt werden kann. Für das Erreichen einer hohen Methanausbeute ist es deshalb üblicherweise erforderlich, mehrstufig zu arbeiten, d.h. einen zweiten Reaktor zur Erreichung einer hohen Methanausbeute nach.In the case of methanation in particular, the arrangement of one is adiabatic operated post-reaction zone of great advantage. During methanation at different commercial methanation catalysts have been found to reduce the reaction rate when the temperature falls below a level that is in the order of about 300 to 350 OC and thus above the usual outlet temperature of an isothermally operated Reactor lies, drops sharply. The normal temperature dependence of the Reaction speed is a linear decrease in reaction rate according to the Arrhenius curve with the reciprocal of the absolute temperature. In contrast, the commercially available Methanation catalysts when the critical temperature mentioned above is reached a kink in this curve and a very strong one in the area of lower temperatures Drop in reaction rate. This means that with a conventional, uniform cooling within a catalyst zone, only a low methane yield can be achieved. It is therefore necessary to achieve a high methane yield usually required to work in several stages, i.e. a second reactor for Achievement of a high methane yield.

schalten. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dagegen möglich, schon im einstufigen Betrieb sehr hohe Methanausbeuten zu erreichen, die ein Nachschalten eines zweiten Reaktors erübrigen.switch. When the method according to the invention is used, it is against it possible to achieve very high methane yields even in single-stage operation there is no need to connect a second reactor downstream.

In der Figur 11 ist ein Verfahrensschema gezeigt, das auch die Verarbeitung von Reaktionsgemischen, die zu extrem heißen Adiabattemperaturen oder zu unzulässig hohen Temperaturen in der Überhitzungszone der Katalysatorschüttung führen würden. Diese Verfahrensführung bietet sich beispielsweise für die Methanisierung oder Kohlenmonoxid-Konvertierung von Gasgemischen ,die sehr viel Kohlenmonoxid enthalten an.FIG. 11 shows a process scheme that also includes the processing of reaction mixtures that are too hot or too inadmissible high temperatures in the overheating zone of the catalyst bed would lead. This procedure can be used, for example, for methanation or carbon monoxide conversion of gas mixtures that contain a lot of carbon monoxide.

Bei dieser Verfahrensführung wird das über Leitung 1 herangeführte, noch nicht auf die Reaktionseintrittstemperatur vorerhitzte Reaktionsgemisch in zwei Teilströme 24 und 25 aufgeteilt. Der Teilstrom 24 wird im Wärmetauscher 26 vorgewärmt, mit einem über Leitung 27 herangeführten Teilstrom des im Wärmetauscher 4 erzeugten überhitzten Wasserdampfs verdünnt und dann über Leitung 28 in den Eintrittsbereich des Reaktors 2 eingeführt. Der restliche Teil des über Leitung 15 aus dem Wärmetauscher 4 abgezogenen überhitzten Wasserdampfes wird über Leitung 29 als Produktstrom abgeführt. Die Vermischung des Teilstroms 24 mit überhitztem Wasserdampf erfolgt zur Dämpfung der Reaktion im Eintrittsbereich des Reaktors. Hierzu wird Wasserdampf in einer solchen Menge zugegeben, daß sich im Eintrittsbereich keine unzulässig hohe Temperatur, die sich beispielsweise durch Rußbildung, Katalysatordeaktivierung oder auch dadurch, daß Konstruktionsteile unzulässig hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ungünstig bemerkbar machen kann, ausbilden kann. Dieser erste Teilstrom reagiert im eintrittsseitigen Katalysatorbett 29, in dem der Wärmetauscher 4 angeordnet ist.In this procedure, the brought up via line 1, Reaction mixture not yet preheated to the reaction entry temperature in two substreams 24 and 25 divided. The partial flow 24 is in the heat exchanger 26 preheated, with a partial flow of the brought in via line 27 in the heat exchanger 4 generated superheated steam and then diluted via line 28 into the inlet area of the reactor 2 introduced. The rest of the part the over line 15 withdrawn from the heat exchanger 4 superheated steam is via line 29 discharged as a product stream. The mixing of the partial flow 24 with superheated Steam is used to dampen the reaction in the inlet area of the reactor. For this purpose, water vapor is added in such an amount that it is in the inlet area no unacceptably high temperature caused, for example, by soot formation, catalyst deactivation or by the fact that structural parts are exposed to inadmissibly high temperatures become, can make unfavorable noticeable, can train. This first substream reacts in the inlet-side catalyst bed 29 in which the heat exchanger 4 is arranged is.

Das teilweise abreagierte Gemisch tritt dann in den Zwischenraum 30 und wird dort mit dem über Leitung 25 abgezweigten Hauptstrom, dessen Menge über Ventil 31 geregelt werden kann, vermischt. Infolge der Vermischung des Stroms 25 mit dem teilweise abreagierten Teilstrom 24 sowie dem über Leitung 27 zugeführten Wasserdampf wird die Reaktivität des Gesamtstroms deutlich.The partially reacted mixture then enters the space 30 and is there with the main stream branched off via line 25, the amount of which is above Valve 31 can be regulated, mixed. As a result of the mixing of the stream 25 with the partially reacted substream 24 and the feed via line 27 Water vapor clearly shows the reactivity of the overall flow.

herabgesetzt. Um eine zusätzliche Kühlwirkung zu erreichen, kann der Gasstrom 25, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, gegebenenfalls ohne Vorwärmung in den Zwischenraum 30 eingeleitet werden. Der vereinigte Gesamtstrom wird nun durch das Katalysatorbett 32, das durch den Wärmetauscher 5 gekühlt wird, geführt und reagiert unter Wärmeentwicklung im quasi-isothermen Bereich des Reaktors unter Dampferzeugung bis zum Gleichgewicht bei einer Austrittstemperatur im Bereich von beispielsweise 250 bis 320 OC.degraded. To achieve an additional cooling effect, the Gas stream 25, as shown in the exemplary embodiment, optionally without preheating are introduced into the space 30. The combined total stream is now through the catalyst bed 32, which is cooled by the heat exchanger 5, and reacts while generating heat in the quasi-isothermal area of the reactor generating steam to equilibrium at an exit temperature in the range of, for example 250 to 320 OC.

Bei der in Figur 11 gezeigten Reaktionsführung kann statt der getrennten Katalysatorbetten 29 und 32 auch eine durchgehende Katalysatorschüttung vorgesehen sein, in die der über Leitung 25 herangeführte Teilstrom des Reaktionsgemisches durch eine geeignete Verteilereinrichtung eingespeist wird.In the case of the reaction procedure shown in FIG. 11, instead of the separate Catalyst beds 29 and 32 also provide a continuous catalyst bed be, in which the brought up via line 25 partial flow of the Reaction mixture is fed in through a suitable distribution device.

In den Figuren 12 und 13 sind beispielshaft zwei für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Reaktoren dargestellt. Das in Figur 12 gezeigte Beispiel zeigt einen voll geschweißten Reaktor , der aus einem zylindrischen Gehäuse 33 mit oben und unten angeschweißten gewölbten Hauben 34 und 35 besteht. Die obere Haube 34 ist durch einen Deckel 36, der beispielsweise durch eine Flanschverbindung mit der Haube verbunden sein kann, zu öffnen. Die obere Haube 34 enthält ferner einen oder gegebenenfalls mehrere, über den Umfang der Haube gleichmäßig verteilte Rohrstutzen 37 zur Zuführung von Reaktionsgemisch in den Reaktor. Eine Umlenkeinrichtung 38 vermeidet die direkte Beaufschlagung des Katalysatorbettes mit dem eintretenden Gasstrom, so daß eine gleichmäßige Beaufschlagung der Katalysatorschüttung mit Reaktionsgemisch möglich ist. Zu diesem Zweck können gegebenenfalls noch weitere, in der Figur nicht gezeigte Maßnahmen zur Strömungsverteilung ergriffen werden,beispielsweise die Anordnung von perforierten Strömungsverteilungsblechen.In FIGS. 12 and 13, two are exemplary for the implementation of the process according to the invention shown suitable reactors. The one in Figure 12 The example shown shows a fully welded reactor consisting of a cylindrical Housing 33 with arched hoods 34 and 35 welded on at the top and bottom. The upper hood 34 is covered by a cover 36, for example by a flange connection can be connected to the hood to open. The top hood 34 also includes one or, if necessary, several evenly distributed over the circumference of the hood Pipe socket 37 for feeding the reaction mixture into the reactor. A deflector 38 avoids direct exposure of the catalyst bed to the incoming Gas flow, so that a uniform application of the catalyst bed with reaction mixture is possible. For this purpose, additional ones may not be shown in the figure Measures shown for flow distribution are taken, for example the arrangement of perforated flow distribution plates.

Im Bereich der unteren Haube 35 des Reaktors ist zentral ein Austrittsstutzen 39 für Reaktionsprodukt angeordnet.In the area of the lower hood 35 of the reactor there is a central outlet connection 39 arranged for reaction product.

Der Austritt ist durch eine siebartige, gasdurchlässige, jedoch Katalysatorteilchen zurückhaltende Konstruktion 40 vom Katalysatorraum getrennt. Außerdem enthält die Austrittshaube 35 mehrere, über den Umfang gleichmäßig verteilte Rohrstutzen 41, 42, die durch Blindflansche verschließbar sind und für die Entleerung der Katalysator schüttung vorgesehen sind. Um die vollständige Entleerung des Reaktors von Katalysatorteilchen zu erleichtern, ist die Siebkonstruktion 40 innerhalb des Reaktorbodens so angelegt, daß sie die Form eines Kegels, dessen Basis in der Nähe der Rohrstutzen 41, 42 liegt, aufweist.The exit is through a sieve-like, gas-permeable, but catalyst particle restrained construction 40 separated from the catalyst room. In addition, the Outlet hood 35 several pipe sockets 41 evenly distributed over the circumference, 42, which can be closed by blind flanges and for emptying the catalyst are provided. To completely empty the reactor of catalyst particles To facilitate this, the screen construction 40 within the reactor floor is like this laid out, that it has the shape of a cone, the base of which is near the pipe socket 41, 42, having.

Das Reaktorgehäuse kann gegebenenfalls ganz oder teilweise mit einer in der Figur nicht dargestellten Wärmeisolierung versehen sein oder auch als Doppelmantelkonstruktion mit einem katalysatorfreien Ringraum zwischen den beiden Reaktormänteln ausgebildet sein.The reactor housing can optionally wholly or partially with a be provided in the figure not shown thermal insulation or as a double jacket construction formed with a catalyst-free annular space between the two reactor jackets be.

Der Reaktor enthält eine Katalysatorschüttung, die oben durch ein aufgelegtes Gitter 43 oder eine Schüttung schweren Inertmaterials, das die Aufwirbelung von Katalysatorteilchen vermeiden soll, begrenzt ist. Innerhalb der Katalysatorschüttung sind zwei Wärmetauscher vorgesehen, die auf einem gemeinsamen Kernrohr 44 aufgewickelt sind. Das im zylindrischen Reaktorgehäuse 33 zentrisch angeordnete Kernrohr enthält im Eintrittsbereich des Reaktors eine erste Wicklung von Kühlrohren, die den durch die Linien 45 umrissenen Bereich der Katalysatorschüttung kühlen. Die Kühlrohre münden in Rohrböden 46 und 47, die mit Sammlern 48 und 49 verbunden sind. Die Sammler 48 und 49 stehen mit einer Zuführungsleitung sowie einer Abzugsleitung für zu überhitzenden Dampf bzw.The reactor contains a bed of catalyst, which is through a top applied grid 43 or a bed of heavy inert material, which the fluidization to avoid of catalyst particles is limited. Inside the catalyst bed two heat exchangers are provided, which are wound onto a common core tube 44 are. Contains the core tube arranged centrally in the cylindrical reactor housing 33 in the inlet area of the reactor, a first winding of cooling tubes, which through the lines 45 outlined area of the catalyst bed cool. The cooling pipes open into tube sheets 46 and 47, which are connected to collectors 48 and 49. The collectors 48 and 49 stand with a supply line and a discharge line for overheating Steam or

für überhitzten Dampf in Verbindung, was in der Figur 12 nicht dargestellt ist. Ob die Dampfzuführungsleitung an den Sammler 48 oder 49 angeschlossen ist, hängt davon ab, ob die Dampfüberhitzung in diesem Bereich im Gleichstrom oder im Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Reaktionsgemisches erfolgen soll.for superheated steam in connection, which is not shown in FIG is. Whether the steam supply line is connected to the collector 48 or 49, depends on whether the steam overheating in this area is in direct current or in Countercurrent to the direction of flow of the reaction mixture should take place.

Im anschließenden Bereich innerhalb der Katalysatorschüttung ist ein weiterer gewickelter Wärmetauscher vorgesehen, dessen Lage durch die Linien 50 angedeutet ist.In the subsequent area within the catalyst bed there is a Another wound heat exchanger is provided, the position of which is indicated by the lines 50 is.

Es handelt sich hierbei um den für die Verdampfung von Wasser oder gegebenenfalls anderem Kühlmittel vorgesehenen Wärmetauscher. Die Kühlrohre münden in Rohrböden 51 bzw. 52, die mit Sammlern 53 und 54 in Verbindung stehen und ebenso wie die Sammler 48 und 49 in der zylindrischen Reaktorwand angeordnet sind. Der Sammler 54 ist mit einer in der Figur nicht gezeigten Zuführungsleitung von zu verdampfendem Kühlmittel verbunden, während vom Sammler 53 eine Abzugsleitung für ein Gemisch aus flüssigem und dampfförmigem Kühlmittel zu einer Dampftrommel vorgesehen ist.This is the one for the evaporation of water or optionally other coolant provided heat exchanger. The cooling pipes open in tube sheets 51 and 52, respectively, associated with collectors 53 and 54 and, like the collectors 48 and 49, are arranged in the cylindrical reactor wall are. The collector 54 is provided with a supply line not shown in the figure of coolant to be evaporated, while from the collector 53 a discharge line for a mixture of liquid and vaporous coolant to form a steam drum is provided.

Das Gehäuse des in Figur 13 dargestellten Reaktors besteht aus zwei Teilen, einer oberen Haube 55 sowie einem mittels einer Flanschverbindung 56 daran anschließbaren, vertikal angeordneten zylindrischen Mantel 57, der unten.in eine angeschweißte gewölbte Haube 58 übergeht. Die obere Haube 55 weist als oberen Abschluß einen horizontal angeordneten Deckel 59 auf, der über eine Flanschverbindung mit der Haube lösbar verbunden ist. Die obere Haube 55 enthält ferner einen oder gegebenenfalls mehrere, über den Umfang der Haube gleichmäßig verteilte Rohrstutzen 60 zur Durchführung von Reaktionsgemisch in den Reaktor, einen Dampfsammler 61 und Rohrdurchführungen 62, 63 und 64 für Kühlmittelleitungen.The housing of the reactor shown in Figure 13 consists of two Parts, an upper hood 55 and one by means of a flange connection 56 on it connectable, vertically arranged cylindrical jacket 57, the bottom.in a welded domed hood 58 passes. The upper hood 55 has as an upper end a horizontally arranged cover 59, which has a flange connection with the hood is releasably connected. The upper hood 55 also includes one, or optionally several pipe sockets 60 evenly distributed over the circumference of the hood for implementation of reaction mixture into the reactor, a steam collector 61 and pipe penetrations 62, 63 and 64 for coolant lines.

Die mit dem zylindrischen Mantel 57 verbundene untere Haube 58 weist einen Rohrstutzen 65 zum Abzug von Reaktionsprodukt, eine siebartige, gasdurchlässige, den Katalysatorraum des Reaktors vom Rohrstutzen 65 abschirmende Konstruktion 66 und mehrere,über den Umfang gleichmäßig verteilte Rohrstutzen 67, 68 auf. Die durch Blindflansche verschließbaren Rohrstutzen 67 und 68 sind für die Entleerung der Katalysatorschüttung vorgesehen.The lower hood 58 connected to the cylindrical jacket 57 has a pipe socket 65 for withdrawing reaction product, a sieve-like, gas-permeable, Construction 66 shielding the catalyst space of the reactor from the pipe socket 65 and several pipe sockets 67, 68 evenly distributed over the circumference. By Blind flanges closable pipe sockets 67 and 68 are for emptying the Catalyst bed provided.

Um eine vollständige Entleerung zu sichern, ist die für Katalysatorteilchen undurchlässige Siebkonstruktion 66 innerhalb des Reaktors in Form eines Kegels oder Kegelstumpfes, dessen Basis in der Nähe der Rohrstutzen 67 und 68 liegt, ausgeführt.In order to ensure complete emptying, the one for catalyst particles impermeable screen construction 66 within the reactor in the form of a cone or Truncated cone, the base of which is in the vicinity of the pipe socket 67 and 68, executed.

Der Reaktor enthält eine Innenkonstruktion, die über ein Halterungselement 69 und über mit der Haube 1 verschweißte Rohrdurchführungen bzw. dem Rohrsammler 61 an der Haube 55 aufgehängt ist. Die Innenkonstruktion besteht im wesentlichen aus einem im Reaktormantel 57 zentrisch angeordneten Kernrohr 70, auf dem axial gegeneinander versetzt zwei gewickelte Wärmetauscher angeordnet sind. Die Lage des ersten Wärmetauschers, der für die Verdampfung von überhitztem Kühlmittel benötigt wird, ist durch die Linien 71 angedeutet. Das Rohrbündel dieses Wärmetauschers ist einerseits durch den Rohrboden 72 mit dem Sammler 61 und andererseits durch den Rohrboden 73 mit einem Sammler 74 verbunden. Der innerhalb der Katalysatorschüttung vorgesehene Sammler 74 steht über eine Leitung 75, die größtenteils innerhalb des Kernrohrs 70 verläuft, mit dem Rohrstutzen 62 an der Haube 55 in Verbindung. Der für die Verdampfung von Kühlmittel vorgesehene Wärmetauscher ist im unteren Bereich der Katalysatorschüttung vorgesehen. Seine Lage ist durch die Linien 76 angegeben. Für diesen Wärmetauscher ist eine Kühlmittel-Zuführungsleitung 77 vorgesehen, die mit dem Rohrstutzen 64 an der Eintrittshaube 55 verbunden ist. Die Kühlmittel-Zuführungsleitung 77 führt durch einen unterhalb des Kernrohrs 70 angeordneten Rohrboden 78 in einen Sammler 79, von dem das für den Verdampfungs-Wärmetauscher vorgesehene Rohrbündel ausgeht. Das Rohrbündel 76 ist dabei in dem dem Rohrboden 78 benachbarten Bereich so ausgebildet, daß sich eine Zone mit verminderter Kühlflächendichte ergibt.The reactor contains an internal structure that has a support element 69 and via pipe penetrations welded to the hood 1 or the pipe collector 61 is suspended from the hood 55. The inner construction consists essentially from a core tube 70 arranged centrally in the reactor jacket 57, on which axially two wound heat exchangers are arranged offset from one another. The location of the first heat exchanger, which is required for the evaporation of superheated coolant is indicated by the lines 71. The tube bundle of this heat exchanger is on the one hand through the tube sheet 72 with the collector 61 and on the other hand through the Tube sheet 73 is connected to a collector 74. The one within the catalyst bed provided collector 74 is via a line 75, most of which is within the Core tube 70 runs, with the pipe socket 62 on the hood 55 in connection. Of the The heat exchanger provided for the evaporation of coolant is in the lower area the catalyst bed provided. Its location is indicated by lines 76. A coolant supply line 77 is provided for this heat exchanger, which is connected to the pipe socket 64 on the inlet hood 55. The coolant supply line 77 leads through a tube sheet 78 arranged below the core tube 70 into a Collector 79 from which the tube bundle provided for the evaporation heat exchanger goes out. The tube bundle 76 is in the area adjacent to the tube sheet 78 designed so that a zone with reduced cooling surface density results.

Dies wird dadurch erreicht, daß die auf das Kühlrohr 70 gewickelten Rohre in diesem Bereich mit veränderter Steighöhe und in zunehmend axialer Ausrichtung zum Rohrboden 78 geführt werden.This is achieved in that the cooling tube 70 coiled Pipes in this area with a different rise height and in an increasingly axial orientation to the tube sheet 78.

Das andere Ende des Rohrbündels mündet in einem Rohrboden 80, der mit einem Sammler 81 in Verbindung steht. Vom Sammler 81 führt ein wiederum größtenteils im Kernrohr 70 verlaufendes Kühlmittel-Abzugsrohr 82 zum Rohrstutzen 63, der an der Haube 55 angeordnet ist.The other end of the tube bundle opens into a tube sheet 80, the is in communication with a collector 81. From collector 81, in turn, leads largely coolant discharge pipe 82 running in core pipe 70 to pipe socket 63, which is connected to the hood 55 is arranged.

Die Katalysatorschüttung wird in diesem Reaktor wiederum durch eine durchlässige Abdeckung 43 im oberen Bereich abgegrenzt. Im unteren Bereich des Reaktors ist unterhalb des zweiten Wärmetauschers noch eine ungekühlte Katalysatorzone vorgesehen, so daß sich am Austrittsende des Reaktors ein adiabatischer Reaktionsverlauf einstellt.The catalyst bed is in turn in this reactor by a permeable cover 43 delimited in the upper area. In the lower part of the reactor an uncooled catalyst zone is provided below the second heat exchanger, so that an adiabatic course of the reaction is established at the outlet end of the reactor.

Claims

Patent claims 1. Process for carrying out exothermic, catalytic accelerated reactions in a reactor with a catalyst bed, which by indirect heat exchange with a coolant passed through the catalyst bed is cooled, characterized in that in the inlet area of the catalyst bed a first indirect heat exchange with a gaseous or vaporous coolant takes place and that in the area of the catalyst bed following the inlet area a second indirect heat exchange with evaporating coolant takes place.

2. The method according to claim 1, characterized in that the indirect Heat exchange takes place in at least one stage in cross flow.

3. The method according to claim 2, characterized in that the indirect Heat exchange takes place in at least one stage in cross-countercurrent.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the same coolant is used in the first and second heat exchanges.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in, that the cooling surface density for the first and / or the second indirect heat exchange varies.

6. The method according to claim 5, characterized in that the cooling surface density in the second heat exchanger with equilibrium-determined reactions to the Au str itt send the catalyst bed increases.

7. The method according to claim 5, characterized in that the cooling surface density in the second heat exchanger for kinetically determined reactions to the outlet end of the Catalyst bed decreases.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that that the first heat exchanger is preceded by an uncooled catalyst layer.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that that the second heat exchanger is followed by an uncooled catalyst layer.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that that a partial flow of the reaction mixture between the first and the second indirect Heat exchange is introduced into the reactor.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in, that in the first heat exchange a fresh gas flow to be converted during the reaction is used as a coolant is used.

12. Plant for performing the method according to one of the claims 1 to 11 with a reactor that is located within a vertically arranged reactor housing one through which a reaction mixture has to flow essentially in the axial direction Catalyst bed into the heat exchanger tubes to dissipate the heat of reaction are embedded, contains, two axially offset heat exchangers are provided within the catalyst bed, with supply and discharge lines for the two heat exchangers and for the reaction input or reaction product by a steam drum assigned to both heat exchangers, the coolant supply line gdes the reactor inlet side closest to the heat exchanger via a line with is connected to the steam space of the steam drum and the coolant supply line of the heat exchanger with the liquid space closest to the reactor outlet side the steam drum and the coolant discharge line of this heat exchanger with the Steam room is connected to the steam drum.

13. Plant according to claim 12, characterized in that at least one of the heat exchangers is designed as a wound tube bundle heat exchanger.

14. Plant according to claim 12 or 13, characterized in that the two heat exchangers within a common, uniform catalyst bed are arranged.

15. Plant according to one of claims 12 to 14, characterized in that that an additional reaction mixture feed line in the area between leads the first and second heat exchangers.

16. Plant according to one of claims 12 to 15, characterized in that that the heat exchanger closest to the reactor inlet side is in the catalyst bed is embedded that an uncooled catalyst zone precedes it on the inlet side.

17. Plant according to one of claims 12 to 16, characterized in that that the heat exchanger closest to the reactor outlet side enters the catalyst bed is embedded that it follows an uncooled catalyst bed on the outlet side.

18. Plant according to one of claims 13 to 17, characterized in that that in at least one of the heat exchangers the height of rise of the tube winding is not constant is.