DE3817303A1 - Modulare rohrverzweigungseinrichtung zur verteilung eines gasflusses in einem reaktor - Google Patents
Modulare rohrverzweigungseinrichtung zur verteilung eines gasflusses in einem reaktorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine modulare Rohr
verzweigungseinrichtung zur Verteilung eines Gasflusses
in einem Reaktor, vorzugsweise in einem katalytischen
Reaktor, insbesondere der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art, sowie einen Reaktor, in welchem mehrere
derartige Einrichtungen verwendet werden.
In bekannten Reaktoren ist das Granulatbett oder jedes
Granulatbett, durch welches ein Gas fließen soll, zumindest
auf einer Seite von Lochplatten oder Gittern umschlossen,
durch welche das Gas fließen kann. Das Gitter kann sowohl
an der Einlaß- als auch Auslaßseite des Bettes angeordnet
sein oder an der Unterseite des Bettes, wobei die obere
Seite offen gelassen wird. Im ersten Fall tritt typischer
weise ein horizontaler Fluß auf, wogegen im zweiten Fall
ein vertikaler Fluß stattfindet. In sämtlichen Fällen
muß das Gitter dem durch das Gewicht des Granulats ausge
übten Druck standhalten können.
Bei bekannten Reaktoren ist der Gaseinlaß so angeordnet,
daß das Gas mit einem gleichmäßigen Druckpegel um die
Einlaßseite herum verteilt wird, und es ist angestrebt
sicherzustellen, daß der Strömungswiderstand unabhängig
vom Strömungspfad derselbe ist. Ein häufig benützter
Weg, um gleichförmige Flußpfade zu erhalten, besteht
in einer rotationssymetrischen Anordnung des Betts bezüglich
einer Achse, verbunden mit einem radialen Fluß durch
das ringförmige Bett für das Granulat, welches in dem
Zwischenraum zwischen den Gittern angeordnet ist, die
als zwei zylindrische Schalen ausgebildet sind, von denen
die äußere den Einlaß und die innere den Auslaß des Bettes
bildet. Um die Vergleichmäßigung des Flusses weiter zu
verbessern, kann eine Schale mit mehreren Düsen auf der
Außenseite des Gitters an der Einlaßseite vorgesehen
sein, so daß das Gas durch die Düsen treten muß, bevor
es durch das Gitter in das Granulat gelangt.
In bestimmten Fällen ist der Zugang zum Bett so innerhalb
der Behälterwand beschränkt, daß die Konstruktion konzen
trischer Schalen innerhalb des Behälters unpraktisch
ist. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Durchmesser
der Öffnung, durch welche die Gitter und die Schale mit
den Düsen gelangen müssen, um als Granulatbett zusammenge
baut zu werden, kleiner ist als der Durchmesser insbesondere
des äußeren Gitters und der Schale mit den Düsen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine modulare
Rohrverzweigungseinrichtung zur Verfügung zu stellen,
die getrennt durch eine verhältnismäßig enge Öffnung
gebracht werden kann, und durch welche es ermöglicht
wird, Gaseinlaßkanäle zu Verfügung zu stellen, durch
die ein gleichförmiger Gasfluß durch das Granulat sowohl
bei einem parallelen oder radialen Flußmuster in dem
Behälter sichergestellt wird.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene
modulare Rohrverzweigungseinrichtung gelöst. In Folge
der Tatsache, daß die Module als längliche Röhren ausge
bildet sind, können diese durch verhältnismäßig enge
Öffnungen gelangen. Nach Einführung in den Behälter können
sie mit der gasundurchlässigen rückseitigen Stirnfläche
entlang der Behälterwand angebracht werden, und mit dem
gasdurchlässigen Gitter der Innensseite des Behälters
gegenüberliegend, der daraufhin mit Granulat gefüllt
wird. Die Tafel oder Platte mit Düsen innerhalb des Gitters
stellt sicher, daß sich ein Druckabfall einstellt, kurz
bevor das Gas durch das Gitter in das Granulat eintritt,
um sicherzustellen, daß sich ein gleichförmiger Fluß
durch das Gitter auf der vorderen Stirnfläche des Ver
teilungselements einstellt. Vorzugsweise ist der Quer
schnitt der Module so gewählt, daß mehrere in regelmäßiger
Anordnung Seite an Seite angeordnete Elemente eine gas
undurchlässige rückseitige Stirnfläche ausbilden und
eine vordere Stirnfläche, die im wesentlichen durch Gitter
und Düsenplatte abgedeckt ist. Mit einer derartigen regel
mäßigen Anordnung von Elementen können dieselben Fluß
pfade erhalten werden wie bei Betten, die aus zusammen
hängenden zylindrischen Schalen gebildet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist die Düsenplatte an den beiden Längskanten des Gitters
befestigt. Da die Platte, in der die Düsen angeordnet
sind, aus einem dünnen Metallblech hergestellt ist, welches
mit Löchern versehen ist, deren Durchmesser vorzugsweise
größer als das 0,7-fache der Blechstärke beträgt, ist
es vorteilhaft, die Platte auf dem Gitter abzustützen,
wodurch die Platte nicht so steif sein muß, um dem Druck
infolge des Druckabfalls über den Düsen ohne Biegung
zu widerstehen.
In anderen Fällen kann die Platte mit den Düsen die Form
eines Rohrs aufweisen, welches sich durch die Gesamtlänge
des Moduls erstreckt, wobei das Rohr auf gasdichte Weise
an dem übrigen Modul am offenen Ende des Moduls angebracht
ist. Das Rohr mit den Düsen kann denselben Querschnitt
wie das Element aufweisen und ist vorzugsweise mit Düsen
nur an der Seite versehen, die dem Gitter gegenüberliegt.
Die erfindungsgemäße Rohrverzweigungseinrichtung kann
vorzugsweise in einem katalytischen Reaktor für die Ammoniak
synthese verwendet werden. Ein derartiger Reaktor umfaßt
eine Druckschale, die mit einem Mannloch und Verbindungs
teilen für den Einlaß und Auslaß eines Ammoniaksynthese
gases versehen ist, und zumindest ein Katalysatorbett,
das als ringförmiges Bett ausgebildet ist, welches zwischen
konzentrischen durchlöcherten Wänden angeordnet ist,
die koaxial innerhalb der Druckschale angeordnet und
in Axialrichtung durch im wesentlichen gasdichte Wände
begrenzt sind. Gemäß der Erfindung ist die Außenwand
aus einer modularen Rohrverzweigungseinrichtung gemäß
Patentanspruch 1 hergestellt, welche eng an der undurch
lässigen rückwärtigen Stirnfläche angeordnet ist, die
vom Katalysatorbett weggewandt ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Reaktors, bei welcher
die thermische Belastung der Druckschale verringert ist,
zeichnet sich dadurch aus, daß innerhalb der Druckschale
eine konzentrische gasdichte innere Schale angeordnet
ist, um einen engen ringförmigen Zwischenraum zwischen
der Druckschale und der inneren Schale bereitzustellen,
durch welchen ein Teil des Synthesegases gerichtet
wird, um die Druckschale zu kühlen, bevor es in das Ka
talysatorbett gerichtet wird, und dadurch, daß die modulare
Rohrverzweigungseinrichtung so angeordnet ist, daß die
rückwärtige Stirnfläche entlang der inneren Schale verläuft.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus
welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen und
welches einen katalytischen oder chemischen Reaktor mit
radialem Fluß durch ein Bett zeigt, das einen granulat
förmigen Katalysator enthält, und bei welchem der Gaseinlaß
zu dem Bett durch die erfindungsgemäße modulare Rohrver
zweigungseinrichtung bewerkstelligt wird.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Reaktor;
Fig. 2 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Element; und
Fig. 3 einen Querschnitt durch den in Fig. 1 darge
stellten Reaktor.
Der in einem Längschnitt in Fig. 1 dargestellte Reaktor
umfaßt einen Behälter 1 oder Tank in Form einer Druckschale,
der an einem Ende mit einem Mannloch 2 versehen ist,
um einen Zugang zur Überprüfung und zum Ersetzen des
Katalysators innerhalb des Behälters zu ermöglichen.
An dem anderen Ende des Behälters ist ein Verbindungsteil 3
am Einlaß zu einem zentralen Gaskanal 4 angebracht. Der
granulatförmige Katalysator wird zwischen Rohrverzweigungs
einrichtung 5 und ein inneres Auslaßgitter 6 gebracht.
Vom Einlaß 3 fließt das Gas entlang der der durch Pfeile
angedeuteten Pfade und verläßt den Behälter durch den
Verbindungsteil am Auslaß 8. In Fig. 1 ist die modulare
Rohrverzweigungseinrichtung 5 in einem Längsschnitt darge
stellt. Die modulare Rohrverzweigungseinrichtung ist
an ihrem oberen Ende in der Figur offen, wogegen das
untere Ende geschlossen ist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Rohrverzweigungs
modul 5. Das Modul weist eine vordere Stirnfläche mit
einem Gitter 9 auf, mit Öffnungen, durch die das Gas
fließen kann, allerdings sind die Öffnungen kleiner als
die Korngröße des Granulats 6. An den Längskanten des
Gitters 9 ist es mit einer Rückwand 10 verbunden, deren
Form im allgemeinen der Innenwand des Behälters 1 ent
spricht. Innerhalb des Rohrverzweigungsmoduls ist ein
dünnes Metallblech 11 angeordnet, das mit einer großen
Anzahl im wesentlichen gleichmäßig verteilter Löcher
versehen ist. Die Lochgröße übersteigt das 0,7-fache der
Blechstärke. Dieser Wert entspricht der Grenze, an der
die Form der Kanten des Loches keinen wesentlichen Einfluß
auf den Strömungswiderstand durch die Düse ausübt, die
durch das Loch gebildet wird. Um eine große Anzahl nahe
aneinander angeordneter Löcher zu verwenden, kann das
Blech 11 dünn sein, allerdings kann es in diesem Fall
nicht der durch die Druckdifferenz in Folge des Strö
mungswiderstands durch die Löcher ausgeübten Drucks ohne
Verbiegung widerstehen. Es kann in einigen Fällen vor
teilhaft sein, das Blech 11 eng bei dem Gitter 9 anzuordnen
und hierdurch abzustützen.
Fig. 3 zeigt einen teilweisen Schnitt durch den in Fig.
1 dargestellten Reaktor. Die Rohrverzweigungsmodule 5
sind so angeordnet, daß ihre rückwärtigen Stirnflächen
der Behälterwand 1 gegenüberliegen. Die Module 5 können,
wie dargestellt, in beabstandeter regelmäßiger Anordung
angeordnet werden, oder möglicherweise eng beieinander,
wodurch eine Wand ausgebildet wird, die auf ihrer Rückseite
gasdicht ist, und deren vordere Stirnfläche im wesentlichen
aus einem Gitter besteht. In der Figur sind ebenfalls
der Gaskanal 4 und das innere Gitter 7 angedeutet.
Die modulare Rohrverzweigungseinrichtung 5 und die anderen
Teile in dem Reaktor werden in dem Behälter 1 durch das
Mannloch 2 angebracht. Nachdem der Deckel des Mannlochs
2 geschlossen ist, kann der Reaktor in Betrieb gesetzt
werden. Das Gas fließt durch den Einlaß 3 durch den Kanal
4 zu dem oberhalb des Katalysatorbetts 6 befindlichen
Raum, von welchem es nach unten durch die Rohrverzweigungs
einrichtungen 5 fließt. Infolge des Druckabfalls des
Gasflusses durch die Düsen oder Löcher in den Tafeln oder
Platten 11 wird eine gleichmäßige Flußverteilung zwischen
sämtlichen Modulen erhalten, die in einem Kreis entlang
der Wand des Behälters 1 angeordnet sind, wie in Fig.
3 dargestellt ist. Der Druckabfall führt ebenfalls dazu,
daß das Gas mit demselben Massenfluß durch sämtliche
Löcher in den Tafeln oder Platten 11 fließt. Daher wird
ein im wesentlichen gleichförmiger Fluß radial durch
das Granulat 6 in Richtung auf das Gitter 7 erhalten,
der sich durch den engen Zwischenraum zwischen dem Gitter
7 und dem Kanal 4 zum Auslaß 8 fortsetzt, durch welchen
das Gas den Reaktor verläßt.
Claims (9)
1. Modulare Rohrverzweigungseinrichtung zur Verteilung
eines Gasflusses in einem Reaktor, der einen Tank oder
Behälter aufweist, innerhalb dessen Wänden ein Bett für
einen granulatförmigen Katalysator oder eine Substanz,
mit welcher das Gas reagieren soll, angeordnet ist, wobei
das Bett zumindest teilweise von gasdurchlässigen Gittern
umgeben ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
jedes Verzweigungsmodul ein längliches Rohr aufweist,
welches an einem Ende geschlossen und am anderen Ende
für den Einlaß von Gas offen ist und welches eine gas
undurchlässige hintere Seitenwand aufweist, deren Form
der der Wände des Behälters entspricht, und eine Vorder
seite, die ein gasdurchlässiges Gitter aufweist, und
daß innerhalb des Gitters ein Blech oder eine Platte
angeordnet ist, die mit mehreren Düsen versehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt der Module so gewählt ist, daß die
Elemente, wenn sie Seite an Seite eng einander benachbart
angeordnet sind, eine im wesentlichen gasundurchlässige
hintere Seitenwand ausbilden und eine Vorderseite, die
im wesentlichen durch die Düsenplatte und das Gitter
abgedeckt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen in den Düsen einen größeren Durchmesser
als das 0,7-fache der Dicke der Platte oder des Blechs
aufweisen.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Platte mit den Düsen an den Längs
kanten des Gitters befestigt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Platte mit den Düsen ein inneres
Rohr ist, welches sich durch die Gesamtlänge des Elements
erstreckt und mit einer gasdichten Verbindung mit dem
Element an seinem offenen Ende versehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnit des inneren Rohres im wesentlichen
derselbe ist, wie der Querschnitt des Elements, jedoch
geringer, und daß das innere Rohr in enger Nachbarschaft
zur Innenwand des Elements angeordnet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsen in dem Rohr in dem Teil des Rohrs angeordnet
sind, welches dem Gitter gegenüberliegt.
8. Reaktor für die Ammoniaksynthese, welcher eine Druck
schale aufweist, die mit einem Mannloch und Verbindungs
teilen zum Einlaß und Auslaß eines Ammoniaksynthesegases
versehen ist, und zumindest ein Katalysatorbett aufweist,
welches als ringförmiges Bett ausgebildet und zwischen
konzentrischen durchlöcherten Wänden angeordnet ist,
die koaxial innerhalb der Druckschale angeordnet sind,
und in axialer Richtung durch im wesentlichen gasdichte
Wände begrenzt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Außenwand aus modularen Verzweigungseinrichtungen
gemäß Anspruch 1 hergestellt ist, die in enger regelmäßiger
Anordnung so angeordnet sind, daß die undurchlässige
rückwärtige Stirnfläche von dem Katalysatorbett weg weist.
9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb der Druckschale eine konzentrische gasdichte
innere Schale angeordnet ist, um einen engen ringförmigen
Zwischenraum zwischen der Druckschale und der inneren
Schale bereitzustellen, durch welchen ein Teil des Syn
thesegases gerichtet wird, um die Druckschale zu kühlen,
bevor es auf das Katalysatorbett gerichtet wird, und
daß die modulare Verzweigungseinrichtung so angeordnet
ist, daß die rückwärtige Stirnfläche entlang der inneren
Schale verläuft.
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