DE3804390A1 - Vorrichtung insbesondere zur methanolsynthese - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung, insbeson­ dere zur Methanolsynthese, mit einem vom heißen Synthese­ gas beheizten, das kalte Synthesegas vorwärmenden Wärmetau­ scher und mit einem gekühlten Katalysator.

Es sind eine Reihe von Prozessen, insbesondere exothermer Art, bekannt, bei denen zum einen das zu behandelnde Me­ dium vorab vorgewärmt wird und zum anderen die exotherme Reaktion gekühlt wird, sei es, um die Reaktion selbst zu steuern oder sei es, um die entstehende Energie anderwei­ tig zu nutzen, etwa zur Dampferzeugung (DE-A 21 53 437). Bei der Methanolsynthese ist es bekannt, einen Vorwärmer innerhalb eines Verfahrensstranges vorzusehen, dem ein wassergekühlter Katalysator nachgeschaltet ist, über den durch die exotherme katalytische Reaktion Dampf erzeugt wird. Dabei wird der Vorwärmer in einem eigenen Gehäuse untergebracht und auch der Katalysator, der im wesentli­ chen in einer Mehrzahl von mit Katalysator gefüllten Roh­ ren angeordnet ist, die zwischen Rohrböden eingeschweißt einen entsprechenden Wärmetausch ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Verbesserung dieser Anlageteile, insbesondere die Vereinfachung des Vor­ richtungsaufbaues und die bessere Ausnutzung der exother­ men Reaktion.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Vorrich­ tung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß der Gas/Gaswärmetauscher und der Katalysator in einem gemeinsa­ men Gehäuse untergebracht sind, wobei die vom kalten Syn­ thesegas beaufschlagten Wärmetauscherrohre den Katalysator voll durchsetzen.

Mit dieser Konstruktion werden eine Reihe von Vorteilen er­ reicht. So beheizen nicht nur die den Katalysator verlas­ senden heißen Gase die Wärmetauscherrohre zur Vorwärmung des eintretenden kalten Gases, sondern es kann bereits ein Wärmetausch im Katalysatorraum stattfinden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmetauscherrohre mit einem unteren Rohrboden fest verbunden sind und die die Katalysatorrohre zwischen sich aufnehmenden Rohrböden in Längsrichtung frei verschiebbar durchsetzen.

Gerade diese Konstruktion hat den Vorteil, daß Längendeh­ nungen der Wärmetauscherrohre durch unterschiedliche Beauf­ schlagung in einfacher Weise in der Vorrichtung aufgefan­ gen werden können. Die Katalysatorrohre sind fest nur mit einem Bohrboden an der kältesten Seite verbunden, was be­ reits konstruktive Vorteile hat. Dadurch, daß sie die Kata­ lysatorrohre aufnehmenden Rohrböden frei durchsetzen, kön­ nen hier Längenänderungen in einfacher Weise aufgefangen werden.

Die Erfindung sieht auch vor, daß die Wärmetauscherrohre die Katalysatorrohre zentrisch durchsetzen. Diese Gestal­ tung optimiert die Wärmeübergänge im Bereich der Katalysa­ toren. So sind die Katalysatorrohre durch die Wärmetau­ scherrohre innengekühlt und durch das sie umspülende Kühl­ wasser außengekühlt. Die Wärmedurchgangsstrecken im Kataly­ sator werden daher erheblich verringert, da Wärmemengen aus der Katalysatorschicht entweder nach innen zu den Wär­ metauscherrohren fließen oder nach außen an das Kühlmedium abgegeben werden können. Die Katalysatorrohre können daher mit größerem Durchmesser gebaut werden, wodurch sich eine größere Querschnittsfläche für das Synthesegas ergibt, was wiederum zur Optimierung des Gesamtverfahrens führt.

Zweckmäßig ist es, wenn der Katalysator von perforierten Haltescheiben getragen ist, die beispielsweise im Bereich des unteren Rohrbodens und/oder an den Wärmetauscherrohren befestigt sein können.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung der Vorrichtung im Schnitt, in

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des Überganges am unteren Rohrboden bezogen auf den Katalysator­ raum sowie in

Fig. 3 eine verkleinerte Darstellung einer Unteransicht gemäß Pfeil II in Fig. 2 auf ein Katalysatorrohr.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung wird von einem Gehäuse 2 gebildet mit von unten nach oben angeordneter er­ sten Verteilerkammer 3 für das zu behandelnde Gas, einem Rohrboden 4, einem nachfolgenden Wärmetauscherraum 5, ei­ nem weiteren Rohrboden 6, einem daran anschließenden Kata­ lysatorraum 7, einem oberen Bohrboden 8 und schließlich ei­ nem oberen Gasdom 9.

Am unteren Bohrboden 4 sind eine Mehrzahl von Wärmetau­ scherrohren 10 verschweißt, von denen in Fig. 1 lediglich eines dargestellt ist. Die weiteren Rohre sind strichpunk­ tiert angeordnet. Dieses Wärmetauscherrohr 10 durchsetzt den zweiten Rohrboden 6 ebenso wie das Katalysatorrohr 11 mit der Katalysatorschüttung 12, wie dies in Fig. 2 näher bezeichnet ist, und endet im Bereich des oberen Rohrbodens 8.

Das Synthesegas tritt unten in die Vorrichtung 1 ein, was durch einen Rohrstutzen 13 angedeutet ist, verteilt sich in der Kammer 3 und durchsetzt von dort die Wärmetauscher­ rohre 10 bis es schließlich im oberen Gasdom 9 ankommt. Dort wird es in die Katalysatorschüttung 12 umgeleitet, was durch einen Pfeil 14 angedeutet ist. Hier durchsetzt das Synthesegas den Katalysator, es erfolgt die exotherme katalytische Reaktion. Unten verläßt das Synthesegas den Katalysator im Bereich des zweiten Rohrbodens und umströmt die Wärmetauscherrohre 10, was durch die Pfeile 15 angedeu­ tet ist, und verläßt schließlich über den Bohrstutzen 16 die Vorrichtung 1.

Zur Kühlung der Katalysatorrohre 11 tritt in den Katalysa­ torraum 7, im dargestellten Beispiel rechts, über einen Rohrstutzen 17 Kühlwasser ein, umspült die Katalysatorroh­ re 12 und verläßt als Dampf den Katalysatorraum 7, was mit dem Rohrstutzen 18 angedeutet ist.

In den Fig. 2 und Fig. 3 ist noch dargestellt, daß die Ka­ talysatorschüttung von einem unteren perforierten Blech od. dgl. gestützt ist. Das Blech ist in den Fig. 2 und 3 mit 19 bezeichnet, ohne daß die Erfindung auf die speziell dort wiedergegebene Gestaltung beschränkt wäre. Eine ähnli­ che, eine Längsbewegung ermöglichende Befestigung des zen­ trischen Wärmetauscherrohres 10 innerhalb der Katalysator­ schüttung kann noch am oberen Bohrboden vorgesehen sein, dies ist in den Figuren nicht näher dargestellt.

Claims (4)

1. Vorrichtung, insbesondere zur Methanolsynthese, mit einem vom heißen Synthesegas beheizten, das kalte Synthesegas vorwärmenden Wärmetauscher und mit einem gekühlten Kataly­ sator, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas/Gaswärmetauscher (5) und der Katalysator (7) in einem gemeinsamen Gehäuse (2) untergebracht sind, wobei die vom kalten Synthesegas beaufschlagten Wärmetauscherroh­ re (10) den Katalysator (7, 12) voll durchsetzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (10) mit einem unteren Rohrbo­ den (4) fest verbunden sind und die die Katalysatorrohre (11) zwischen sich aufnehmenden Rohrböden (6 und 8) in Längsrichtung frei verschiebbar durchsetzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (10) die Katalysatorrohre (11) zentrisch durchsetzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (12) in den Katalysatorrohren (11) von perforierten Haltescheiben (19) getragen ist.