DE3601366A1 - Roehrenreaktor und verfahren zum einfuellen von koernigem katalysatormaterial und/oder fluessigkeit in die rohre des roehrenreaktors - Google Patents
Roehrenreaktor und verfahren zum einfuellen von koernigem katalysatormaterial und/oder fluessigkeit in die rohre des roehrenreaktorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Röhrenreaktor mit körniges
Katalysatormaterial enthaltenden Rohren, die mit ihrem
oberen Ende in einem oberen Rohrboden angeordnet und im
Betrieb von flüssigem Kühlmittel umgeben sowie von einem
umzusetzenden Gasgemisch von oben nach unten durchströmt
sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Einfüllen von körnigem Katalysatormaterial sowie zum
Einleiten von Flüssigkeit in die senkrechten Rohre des
Röhrenreaktors.
Röhrenreaktoren sind allgemein bekannt und z.B. in der
deutschen Offenlegungsschrift 30 28 646 sowie dem dazu
korrespondierenden US-Patent 43 69 255 beschrieben. In den
Röhrenreaktoren werden im allgemeinen stark exotherme
Reaktionen durchgeführt, wobei die entstehende Wärme durch
eine Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser oder ein Salzbad,
abgeführt wird. Wenn das Kühlmitttel bei den herrschenden
Temperaturen verdampft, entsteht üblicherweise direkt
unter dem oberen Rohrboden ein Dampfpolster, auch wenn die
heiße Kühlflüssigkeit ständig abgeleitet wird. Mit
erheblichem technischem Aufwand ist es möglich, dieses
Dampfpolster zumindest teilweise zu vermeiden, z.B.
dadurch, daß man die erhitzte Kühlflüssigkeit zusammen mit
dem Dampf durch den oberen Rohrboden hindurch ableitet.
Dies ist jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.
Im Bereich des Dampfpolsters werden die das
Katalysatormaterial enthaltenden Rohre nur ganz
unzureichend gekühlt, so daß Überhitzungen am oberen
Rohrboden und in dem in dessen Nähe befindlichen
Katalysatormaterial auftreten können. Um dies auf einfache
Weise zu vermeiden, kann man die Rohre nicht bis zu ihrem
oberen Ende mit Katalysatormaterial füllen, sondern beläßt
in diesem Bereich ein katalysatorfreies Volumen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rohre auf
einfache Weise gleichmäßig so mit Katalysatormaterial zu
füllen, daß im Bereich des oberen Rohrbodens und
unmittelbar darunter ein von Katalysator freies Volumen
bleibt. Beim eingangs genannten Röhrenreaktor geschieht
dies erfindungsgemäß dadurch, daß über dem oberen
Rohrboden ein senkrecht bewegbarer Verteilerboden
angeordnet ist, der Röhrchen aufweist, welche in den
oberen Bereich der Rohre hineinragen. Das Einfüllen des
körnigen Katalysatormaterials geschieht mit Hilfe dieses
Verteilerbodens dadurch, daß man zunächst den Katalysator
auf den Verteilerboden gibt, die Rohre durch die Röhrchen
mit Katalysatormaterial höchstens etwa bis zum unteren
Ende der Röhrchen füllt, das Katalysatormaterial dann bis
auf die gefüllten Röhrchen vom Verteilerboden entfernt und
darauf die Röhrchen durch Anheben des Verteilerbodens in
die Rohre hinein entleert. Durch das viel geringere
Volumen des Katalysatormaterials in den Röhrchen bleibt im
Bereich des oberen Endes eines jeden Rohres ein
katalysatorfreies Volumen, nachdem die Röhrchen entleert
sind. Dabei ist der Füllstand in den Katalysatorrohren
überall praktisch der gleiche.
Der Verteilerboden des Röhrenreaktors kann
vorteilhafterweise auch zum gleichmäßigen Verteilen von
Flüssigkeit auf die verschiedenen Katalysatorrohre
verwendet werden. Eine solche Zufuhr von Flüssigkeit kann
z.B. bei stark exothermen Prozessen notwendig werden,
wobei man eine Kühlflüssigkeit, z.B. fertiges Produkt der
exothermen Reaktion, den Rohren von oben aufgibt. Bei der
Weiterbildung der Erfindung benutzt man auch hierbei den
Verteilerboden, den man mit nach oben ragenden Röhrchen
ausrüstet, wobei die Röhrchen jeweils auch nach unten zu
den Katalysatorrohren hin gerichtet sind. Bei dieser
Anordnung leitet man die Flüssigkeit auf den
Verteilerboden, die dann durch die Röhrchen in die Rohre
fließt. Die Flüssigkeit tritt dabei bei ansteigendem
Flüssigkeitsspiegel gleichmäßig entweder über das obere
Ende der Röhrchen oder aber durch eine jeweils auf
gleicher Höhe angeordnete Öffnung in die Röhrchen ein.
Mit Hilfe des Verteilerbodens lassen sich auch Reaktoren
mit 10 000 bis 20 000 oder mehr Rohren gleichmäßig mit
Katalysatormaterial füllen und/oder mit Flüssigkeit
beaufschlagen. Dadurch daß der Verteilerboden bewegbar
ist, können die darunter befindlichen Reaktorteile ohne
Schwierigkeiten inspiziert werden, was in regelmäßigen
Abständen notwendig ist.
Ausgestaltungsmöglichkeiten der Vorrichtung und der
Verfahren werden mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Röhrenreaktor in
schematischer Darstellung,
Fig. 2 und 3 das Zusammenwirken von Rohr und Röhrchen beim
Füllen des Rohres mit Katalysatormaterial und
Fig. 4 bis 6 Varianten der Röhrchen, die sowohl zum
Einfüllen von Katalysatormaterial als auch zum Einleiten
von Flüssigkeit dienen.
Der Röhrenreaktor der Fig. 1 weist in einem druckfesten
Gehäuse 1 eine Zuleitung 2 für das umzusetzende Material,
z.B. ein Gasgemisch, sowie eine Ableitung 3 für erzeugtes
Produkt auf. Ferner ist am Gehäuse mindestens ein
abnehmbarer Deckel 4 vorhanden, dazu eine Leitung 5 für
die Zufuhr von Flüssigkeit. Im Gehäuse 1 befindet sich ein
oberer Rohrboden 6, ein unterer Rohrboden 7 und zwischen
den Rohrböden zahlreiche Rohre 8, die mit körnigem
Katalysatormaterial weitgehend gefüllt sind. Der
Katalysator stützt sich in jedem Rohr 8 auf einem Rost 9
ab. Der Bereich zwischen den Rohrböden 6 und 7 und um die
Rohre 8 herum wird von einem flüssigen Kühlmittel
durchströmt, das in der Leitung 10 herangeführt und in der
Leitung 11 abgeführt wird. Während des Betriebs, wenn im
Katalysator exotherme Reaktionen ablaufen und die
überschüssige Wärme durch das flüssige Kühlmittel
abgeführt wird, bildet sich unmittelbar unterhalb des
oberen Rohrbodens 6 üblicherweise ein Dampfpolster aus,
wodurch die Kühlung in diesem Bereich erheblich behindert
ist. Aus diesem Grund wird mit Hilfe eines
Verteilerbodens 15 dafür gesorgt, daß die Rohre 8 beim
Einfüllen des Katalysatormaterials nicht ganz bis zu ihrem
oberen Ende gefüllt werden.
Der Verteilerboden 15 hat etwa die Form einer flachen
Schüssel mit ebenem Boden und aufgebogenem Rand 15 a und er
weist zu jedem Rohr 8 gehörende kurze Röhrchen 18 auf. Zum
senkrechten Verstellen ist der Verteilerboden 15 mit
mehreren Gewindestützen 19 und 20 versehen, die durch den
Boden hindurchgeschraubt sind und auf der Oberseite des
Rohrbodens 6 aufsitzen. Durch Schrauben der
Stützen 19 und 20 kann der Verteilerboden 15 angehoben
oder abgesenkt werden. Der Boden 15 kann auch durch einen
anderen Hubmechanismus bewegt werden.
Mit Hilfe der Fig. 2 und 3 sei erläutert, wie das
körnige Katalysatormaterial in jedes der Rohre 8 vor
Beginn des eigentlichen Betriebes eingefüllt wird. Man
gibt hierzu das körnige Katalysatormaterial durch den
geöffneten Deckel 4 auf den Verteilerboden 15 und läßt den
Katalysator durch die Röhrchen 18 so lange in die
jeweiligen Rohre 8 rieseln, bis der Füllstand im Rohr 8
das untere Ende des zugehörigen Röhrchens 18 erreicht hat,
vgl. Fig. 2. Bei diesem Füllungszustand stoppt der
Katalysatorfluß von selbst. Dann entfernt man jegliches
überschüssige Katalysatormaterial auf dem
Verteilerboden 15, wobei nur noch die Röhrchen 18 bis zu
ihrem oberen Ende mit Katalysatormaterial gefüllt bleiben.
Das Entfernen des Katalysatormaterials vom Boden 15 kann
z.B. durch Absaugen oder aber mechanisch durch eine
Bedienungsperson geschehen. Nunmehr hebt man den
Verteilerboden 15 nach oben an, wie es Fig. 3 zeigt, so daß
der Katalysator in den Röhrchen vollständig abfließen
kann. Dabei steigt der Füllstand im Rohr 8 gegenüber dem
Füllstand der Fig. 2 etwas an, doch bleibt im oberen Ende
des Rohres 8 ein katalysatorfreier Bereich 22 (Fig. 3). Die
Höhe dieses Bereichs 22 kann bei vorgegebener apparativer
Anordnung durch die Eintauchtiefe des Röhrchens 18 während
des Füllens des Rohres 8 bis zum unteren Ende des
Röhrchens 18, vergl. Fig. 2, in gewissen Grenzen reguliert
werden. In der Praxis ist dieses Regulieren für den
Fachmann leicht möglich, da er das im Röhrchen 18
befindliche Katalysatorvolumen kennt und weiß, welcher
Höhe im Rohr 8 dieses relativ kleine Volumen entspricht.
Für die Praxis empfehlen sich Außendurchmesser der
Röhrchen von 5 bis 30 mm und Innendurchmesser der
Katalysatorrohre von etwa 20 bis 60 mm.
In den Fig. 4 bis 6 sind Röhrchen dargestellt, die zu dem
Verteilerboden 15 der Fig. 1 gehören und dazu vorgesehen
sind, sowohl körniges Katalysatormaterial in das jeweilige
Rohr 8 einzufüllen als auch auf dem Verteilerboden 15
befindliche Flüssigkeit, die aus der Leitung 5 kommt,
gleichmäßig durch alle Röhrchen in das jeweilige Rohr zu
leiten. Das Röhrchen 18 a der Fig. 4 ist zu diesem Zweck mit
einem über den Verteilerboden 15 hinaus nach oben ragenden
Röhrchenstück 28 versehen. Dieses Röhrchenstück 28 dient
vor allem dem gleichmäßigen Einleiten der Flüssigkeit in
das Rohr 8, wobei die Flüssigkeit aus der Leitung 5
zunächst auf den Verteilerboden 15 fließt und ihr
Flüssigkeitsspiegel immer mehr ansteigt, bis er über den
oberen Rand 28 a des Röhrchenstücks 28 in das Röhrchen 18 a
eintritt. Da man leicht dafür sorgen kann, daß der
Flüssigkeitsspiegel auf dem Verteilerboden 15 gleichmäßig
ansteigt, fließt auch die Flüssigkeit gleichmäßig oder
zumindest annähernd gleichmäßig durch alle gleichhohen
Rohrstücke 28 nach unten. Die Ausbildung des Röhrchens 18 a
gemäß Fig. 4 ist auch ohne weiteres zum Einfüllen von
Katalysatormaterial zu verwenden, da man nunmehr den
Katalysator bis über den oberen Rand 28 a eines jeden
Röhrchenstücks 28 auf den Verteilerboden 15 füllt und
zunächst den in Fig. 2
dargestellten Füllstand im Rohr 8 erreicht. Dann wird das
überflüssige Katalysatormaterial vom Verteilerboden 15
völlig entfernt, so daß jedes Röhrchen 18 a bis zum oberen
Rand 28 a mit Katalysator gefüllt bleibt. Durch Anheben des
Verteilerbodens 15, so wie es in Fig. 3 dargestellt ist,
wird nunmehr der endgültige Füllungszustand im Rohr 8
erreicht, wobei auch hier ein katalysatorfreier Bereich im
obersten Ende des Rohrs 8 bleibt.
Das Röhrchen 18 b der Fig. 5 weist im oberen
Röhrchenstück 28 eine Bohrung 30 auf, deren Durchmesser
kleiner als der Durchmesser des Röhrchens 18 b ist. Der
Durchmesser der Bohrung 30 kann etwa 1 bis 10 mm betragen.
Die Bohrung 30 dient dazu, um Flüssigkeit vom
Verteilerboden 15 durch die Bohrung 30 hindurch in das
Röhrchen 18 b und von dort in das zugehörige, nicht
dargestellte Rohr 8 einzuleiten. Da sich die Bohrung 30
ungefähr auf halber Höhe des Rohrstücks 28 befindet, kann
der Flüssigkeitsspiegel höher als die Bohrung aber noch
unterhalb des Randes 28 a gehalten werden. Dadurch wird ein
noch gleichmäßigeres Einleiten von Flüssigkeit durch alle
Röhrchen 18 b erreicht, als dies bei der Ausführungsform
der Fig. 4 üblicherweise der Fall ist. Das Röhrchen 28 b der
Fig. 5 weist noch eine Schutzhülle 31 auf, die benutzt
wird, wenn man den Verteilerboden 15 zum Einfüllen von
Katalysatormaterial verwendet. Die Hülle 31 sorgt in diesem
Fall dafür, daß die Bohrung 30 nicht durch das
Katalysatormaterial verstopft wird. Verwendet man den
Verteilerboden 15 zum Einleiten von Flüssigkeit, wird die
Hülle 31 zuvor entfernt.
Bei der Variante der Fig. 6 ist auf das Röhrchen 18 c ein
abschraubbares Röhrchenstück 28 c mit Bohrung 30
aufgesetzt. Das Röhrchen 18 c ist durch eine
Gewindemuffe 32 mit dem Verteilerboden 15 verbunden. Das
Röhrchenstück 28 c wird in der in Fig. 6 dargestellten Weise
angeordnet, wenn der Verteilerboden 15 zum Verteilen von
Flüssigkeit benutzt wird. Wird vor dem Betrieb des
Reaktors zunächst Katalysator in der bereits beschriebenen
Weise über den Verteilerboden 15 in die Rohre 8 gefüllt,
entfernt man das Röhrchenstück 28 c vorher. Während des
Betriebs des Reaktors, wenn ständig oder gelegentlich
Flüssigkeit über den Verteilerboden 15 in die Rohre 8
geleitet wird, ist das Röhrchenstück 28 c in die Muffe 32
eingeschraubt.
Claims (6)
1. Röhrenreaktor mit körniges Katalysatormaterial
enthaltenden Rohren, die mit ihrem oberen Ende in einem
oberen Rohrboden angeordnet und im Betrieb von
flüssigem Kühlmittel umgeben sowie von einem
umzusetzenden Gasgemisch von oben nach unten
durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß über dem
oberen Rohrboden ein senkrecht bewegbarer
Verteilerboden angeordnet ist, der Röhrchen aufweist,
welche in den oberen Bereich der Rohre hineinragen.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Röhrchen im Verteilerboden nach oben ragende
Röhrchenstücke aufweisen.
3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die nach oben ragenden Röhrchenstücke auf gleicher Höhe
Bohrungen aufweisen.
4. Reaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die nach oben ragenden Röhrchenstücke lösbar
ausgebildet sind.
5. Verfahren zum Einfüllen von körnigem
Katalysatormaterial in die senkrechten Rohre eines
Röhrenreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß man über
den oberen Enden der Rohre einen senkrecht bewegbaren
Verteilerboden mit in die oberen Enden der Rohre
hineinragenden Röhrchen anordnet, das
Katalysatormaterial auf den Verteilerboden gibt, die
Rohre durch die Röhrchen mit Katalysatormaterial
höchstens etwa bis zum unteren Ende der Röhrchen füllt,
das Katalysatormaterial bis auf die gefüllten Röhrchen
vom Verteilerboden entfernt, die Röhrchen durch Anheben
des Verteilerbodens entleert und dabei die Rohre unter
Belassen eines oberen, katalysatorfreien Volumens
weitgehend füllt.
6. Verfahren zum Einleiten von Flüssigkeit in die
senkrechten Rohre eines Röhrenreaktors, dadurch
gekennzeichnet, daß man über den oberen Enden der Rohre
einen Verteilerboden mit in die Rohre gerichteten, vom
Verteilerboden nach oben ragenden Röhrchen anordnet und
die Flüssigkeit auf den Verteilerboden leitet, wobei
die Flüssigkeit durch die Röhrchen in die Rohre fließt.
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