DE3832257A1 - Katalysator-festbettreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor zur Durchfüh­ rung einer exothermen Reaktion eines Speisegases in einem Katalysatorfestbett.

Der Katalysator-Festbettreaktor nach der Erfindung wird bei­ spielsweise als Reaktor für die Synthese von Methanol aus einem Speisegas, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Kohlensäuregas enthält, oder als Reaktor für die Synthese von Ammoniak aus einem Speisegas, das Wasserstoff und Stick­ stoff enthält, verwendet.

Bei Katalysator-Festbettreaktoren bzw. Festbettreaktoren für die Gaskatalyse werden allgemein strömende Gase kaum miteinander in axialer Richtung vermischt und bilden beinahe einen Austritts- bzw. Abstrom. Infolgedessen können hohe Reaktionsausbeuten erzielt werden. Weiterhin können die Fest­ bettreaktoren für sehr viele Reaktionen eingesetzt werden im Bereich von hoher Reakionsgeschwindigkeit bis zu gerin­ ger Reaktionsgeschwindigkeit, weil die Berührungszeit zwi­ schen dem strömenden Reaktionsgas und dem Katalysator in einem weiten Bereich variiert werden kann.

Wenn nicht viel Reaktionswärme entsteht oder wenn das Spei­ segas, das in den Reaktor eingeführt wird, eine große Menge Inertgas enthält, wird allgemein ein adiabatisch arbeiten­ der Festbettreaktor verwendet. Bei Reaktionen, bei denen verhältnismäßig viel Reaktionswärme entsteht, wird die Katalysatorschicht in mehrere Betten aus Katalysatorschichten aufgeteilt und ein Speisegas mit niedriger Temperatur zwischen eine Schicht bzw. ein Bett und die/das nächste eingeführt. Oder es wird ein Mehrschichten-adiabatischer Reaktor mit Wärmeaustauscher(n) zwischen einer Schicht bzw. einem Bett und der/dem nächsten verwendet, um die Temperatur der Einspeisung für die Reaktion beim Eintritt in jede Schicht bzw. jedes Bett einzustellen bzw. anzupassen.

In einem Reaktor für Hochdruckgas wird der Wärmeübergangs­ koeffizient aufgrund des hohen Druckes groß. Infolgedessen wird dort ein Reaktor vom Selbst-Wärmeaustausch-Typ verwen­ det, bei dem ein Speisegas in ein Vorwärmerohr innerhalb eines Katalysatorbettes eingespeist wird, um das Speisegas durch die Reaktionswärme vorzuerwärmen und gleichzeitig die Temperatur im Katalysatorbett zu regeln.

In den Fällen, in denen die Reaktionswärme verhältnismäßig groß ist (Reaktionen mit großer Wärmetönung), wird allgemein auch ein Rohrreaktor oder Rohrbündelreaktor verwendet, in dem zahlreichen Reaktionsrohre mit kleinem Rohrdurchmesser vorgesehen sind, die Katalysatoren in die Rohre aufgegeben werden und ein Kühlmedium außerhalb der Rohre umläuft, um die Reaktionswärme abzuführen.

Allgemein können Katalysatoraktivität, Konzentration der Reaktionspartner, Reaktionstemperatur, Reaktionsdruck usw. als die Faktoren genannt werden, die das Fortschreiten einer exothermen Reaktion beeinflussen. Hinsichtlich des Reaktionsdruckes unter den obigen Faktoren besteht die Nei­ gung, einen niederen Arbeitsdruck zu wählen, um die Energie­ einheit für das Produkt zu verringern oder zu vermindern; und natürlich führt eine solche Verringerung des Druckes zu einer Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit. Hinsichtlich der anderen Faktoren werden die Arbeitsbedingungen dafür so ausgewählt, daß die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht wird, um den Prozeß effektiv und hoch effizient zu gestalten.

Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte werden die oben beschriebenen Katalysator-Festbettreaktoren wie folgt bewertet.

In dem Mehrschicht- bzw. Mehrbett-Reaktor mit adiabatischer Reaktionsführung wird ein Speisegas mit niederer Tempera­ tur eingeführt oder ein Wärmeaustauscher installiert, um die durch die exotherme Reaktion verursachte Temperaturzu­ nahme zu kompensieren; infolgedessen wird für die Herstel­ lung einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung in dem Bett bzw. den Betten eine Zunahme in der Anzahl der Katalysator­ betten oder der Umlauf einer großen Mengen Reaktionsgas be­ nötigt, um den durch die Reaktion verursachten Temperatur­ anstieg zu verringern.

Im Reaktor vom Selbst-Wärmeaustausch-Typ (d. h. bei der Tem­ peraturlenkung durch Speisegas selbst) werden, wenn aus den obigen Gründen ein niederer Druck gewählt wird, zahl­ reiche Wärmeübergangsrohre benötigt, weil der Wärmeübergangs­ koeffizient zwischen Speisegas und umgesetztem Gas bzw. Reaktionsgas klein ist. Infolgedessen ist dieser Reaktor kompliziert, und seine Herstellungskosten nehmen zu.

Weiterhin ist beim adiabatisch arbeitenden Mehrbett-Reaktor und beim Reaktor vom Selbst-Wärmeaustausch-Typ Wärmeaustausch zwischen dem Gas (bzw. den Gasen) beim Austritt aus dem Reaktor erforderlich, und es wird ein Medium benötigt, das erhitzt wird, um die Energie der Reaktionswärme aus erzeug­ tem Dampf usw. auszunutzen. Aus diesem Grunde ist es schwie­ rig, in hohem Maße Wärme bzw. Wärmeenergie zurückzugewinnen.

Der Rohrreaktor oder Rohrbündelreaktor ermöglicht wirksam die Zurückgewinnung der im Reaktor erzeugten Reaktionswärme. Nachteilig an ihm ist, daß eine Reaktion im Reaktions­ rohr nur schwierig partiell geregelt oder gesteuert werden kann, weil ein Kühlmedium mit konstanter Temperatur außer­ halb des Reaktionsrohres umläuft.

Um den Nachteil des Rohrreaktors zu beheben, wird in der GB-PS 21 69 218 ein exotherm arbeitender Reaktor vom Doppel­ rohr-Typ beschrieben, bei dem das Reaktionsrohr als Doppel­ rohr - Außenrohr und Innenrohr - ausgebildet ist, der Kata­ lysator in den Ringraum zwischen Außenrohr und Innenrohr aufgegeben wird und das Speisegas im Innenrohr im Gegenstrom zu einem im Katalysatorbett strömenden Reaktionsgas geführt wird. Da bei diesem Doppelrohrreaktor mit exothermem Reak­ tionsverlauf der Wärmeaustausch zwischen umgesetztem Gas bzw. Reaktionsgas und Speisegas von niederer Temperatur an der Austrittsseite im Katalysatorbett erfolgt, nimmt die Temperatur an der Austrittsseite bzw. Auslaßseite im Kata­ lysatorbett ab, und es ist daher möglich, die Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit zu verhindern, die durch zunehmen­ de Konzentration eines Reaktionsproduktes verursacht wird. In dieser Hinsicht ist der exotherm arbeitende Doppelrohr­ reaktor wünschenswert bzw. vorteilhaft. Da jedoch auf der Eintrittsseite in das Katalysatorbett der Wärmeaustausch zwischen dem durch das Katalysatorbett strömenden Reaktions­ gas mit Speisegas von hoher Temperatur erfolgt, kann das Reaktionsgas an der Eintrittsseite in das Katalysatorbett leicht eine Temperaturspitze erreichen, wenn die Reaktion zu stark exotherm verläuft, und diese Temperaturspitze kann sich ungünstig auf den Katalysator auswirken, der bei hoher Temperatur schwach ist.

Es ist notwendig, die bei exothermer Reaktion erzeugte Wärme so weit wie möglich zurückzugewinnen und die zurück­ gewonnene Wärme wirksam ausnutzen, um die Produktions­ kosten zu senken. Aus diesem Grunde wurde der obige exotherm arbeitende Doppelrohrreaktor entwickelt, um den Nachteil der gebräuchlichen Doppelrohrreaktoren zu überwinden. Wenn jedoch die Bedingungen so gewählt werden, daß die Reaktions­ geschwindigkeit zunimmt, um eine hohe Effizienz des Reaktors zu erreichen, tritt in diesem Reaktor eine Temperaturspitze (Temperaturpeak) im Eingangsbereich des Katalysatorbettes auf, da eine plötzliche und scharfe Reaktion dort stattfin­ det. Wenn die Temperaturspitze bzw. Temperaturzunahme dort extrem wird, nimmt die Bildung von Nebenprodukten zu, der Katalysator wird durch die Wärme beeinträchtigt, und die Temperaturregelung bzw. Temperaturführung wird letztendlich schwierig. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die Reaktion durchgeht. Aus diesem Grunde werden bei Auswahl der Bedin­ gungen für hohe Reaktionsgeschwindigkeit die Umlaufge­ schwindigkeit des Gases erhöht, der Durchmesser der Reak­ tionsrohre verringert und die Zahl der Reaktionsrohre er­ höht, so daß die Wärmeübergangsbereiche vermehrt werden. Jedoch führen diese Maßnahmen zu einer Zunahme der Gas-Um­ lauf-Triebkraft und zu erhöhten Herstellungskosten für den Reaktor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator- Festbettreaktor zur Verfügung zu stellen, der eine erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit und hohe Betriebseffizienz ermög­ licht, mit dessen Hilfe es möglich ist, das Entstehen einer Temperaturspitze im Eingangsbereich des Katalysatorbettes zu verhindern, die thermische Beeinträchtigung des Kataly­ sators zu verhindern und damit die Bildung von Reaktions­ nebenprodukten zu verringern. Weiterhin wird angestrebt, die Durchmesser der Reaktionsrohre zu vergrößern und die Anzahl der Reaktionsrohre zu verringern und schließlich eine Verringerung in der Gas-Umlauf-Triebkraft und eine Ver­ ringerung der Herstellungskosten des Reaktors zu erreichen.

Die Aufgabe wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Katalysa­ tor-Festbettreaktors für exotherme Reaktionen gelöst. Der Festbettreaktor umfaßt mehrere innerhalb eines Reaktorman­ tels angeordnete Reaktionsrohre, ein Innenrohr im Mittel­ bereich jedes Reaktionsrohres, Katalysatorbetten, gebildet von dem in den Ringraum zwischen Reaktionsrohre und Innen­ rohre eingefüllten Katalysator, sowie ein Kühlmedium zwi­ schen jedem Reaktionsrohr und dem Reaktormantel; in diesem Festbettreaktor wird ein Speisegas in jedem der Innenrohre im Gleichstrom geführt zu Speisegas, das im Katalysatorfest­ bett strömt.

In der beigefügten Zeichnung Fig. 1, wird ein Querschnitt des Reaktors nach der Erfindung gezeigt.

Ein Speisegas aus dem Innenrohr bzw. den Innenrohren wird in einem oder in mehreren Gassammelrohren gesammelt und zu dem Eintrittsbereich der Katalysatorbetten geführt. Ein Teil des Speisegases kann den Gassammelrohren oder dem U-Raum auf der Gaseintrittsseite des/der Katalysatorbetten zugeführt werden, ohne es durch das/die Innenrohr(e) zu führen, um die Tem­ peratur beim Eintritt in das Katalysatorbett zu regeln.

Der Innendurchmesser eines Reaktionsrohres, das für den Festbettkatalysator nach der Erfindung geeignet ist, beträgt 50 bis 150 mm, und der Außendurchmesser des Innenrohres be­ trägt ¹/₅ bis ½ des Innendurchmessers des Reaktionsrohres. Wenn der Innendurchmesser des Reaktionsrohres weniger als 50 mm beträgt, wird der Abstand bzw. Raum zwischen Reak­ tionsrohr und Innenrohr eng, und die Teilchengröße des Kata­ lysators muß (entsprechend) verringert werden. Infolgedessen nimmt der Druckunterschied beim Strömen des Gases zu. Wenn der genannte Innendurchmesser 150 mm übersteigt, so reicht der Oberflächenbereich für den Wärmeübergang im Vergleich mit den Inhalten nicht mehr aus. Es wird dann schwierig, die Temperatur im Katalysatorbett zu regeln. Wenn der Innen­ durchmesser des Reaktionsrohres in dem oben spezifizierten Bereich liegt, wird, wenn der Außendurchmesser des Innen­ rohres weniger als ¹/₅ des Innendurchmessers des Reaktions­ rohres ausmacht, das Innenrohr zu klein bzw. zu eng im Ver­ gleich mit dem Innendurchmesser des Reaktionsrohres, und infolgedessen wird der Effekt, der durch das Führen des Speisegases im Gleichstrom zu dem durch das Katalysatorbett strömenden Reaktionsgas erzielt werden soll, klein bzw. gering. Daher wird die Temperaturspitze im Eintrittsbereich des Katalysatorbettes nicht verbessert. Macht andererseits der Außendurchmesser des Innenrohres mehr als ½ des Innendurchmessers des Reaktionsrohres aus, so ist die in den Ringraum zwischen Reaktionsrohr und Innenrohr aufgege­ bene Menge Katalysator klein, und infolgedessen muß die An­ zahl der notwendigen Reaktionsrohre erhöht werden. Weiter­ hin muß, da der Raum zwischen Innenwand des Reaktionsrohres und Außenwand des Innenrohres klein wird, der Durch­ messer des Katalysators bzw. der Katalysatorteilchen ver­ ringert werden, um den Katalysator in geeigneter Weise auf­ geben zu können; dies hat den unerwünschten Einfluß bzw. Effekt, daß der Druckabfall im Katalysatorbett zunimmt.

Im Falle der Synthese von Methanol aus Speisegas unter Ver­ wendung des Festbettreaktors nach der Erfindung wird all­ gemein dafür ein Katalysator auf Kupferbasis eingesetzt, der Reaktionsdruck bei 40 bis 200 kg/cm²G und die Reaktions­ temperatur bei 200 bis 300°C gehalten.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefüg­ te Zeichnung näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Festbettreaktors gezeigt.

Als Kühlmedium in dem Festbettreaktor nach der Erfindung kann nicht nur gesättigtes Druckwasser, sondern es können auch Öle, Salzschmelzen usw. eingesetzt werden. Die folgen­ de Erläuterung beruht auf dem Arbeiten mit gesättigtem Druckwasser, das meistens als Kühlmedium verwendet wird.

Ein Speisegas wird durch das Eintrittsrohr 1 für Speisegas eingebracht und über einen Gasverteiler 2 in ein oberes Nebenrohr 3 geführt. Dann wird das Gas in ein Innenrohr 4 geführt, um ein Katalysatorbett 5 zu kühlen, das in dem Ringraum zwischen Reaktionsrohr 6 und der Außenseite des Innenrohres 4 angeordnet ist. Der Katalysator bzw. das Kata­ lysatorbett liegt auf einem Stützgefäß 9 auf, das am unteren Ende des Reaktionsrohres 6 angeordnet ist. Das Reak­ tionsrohr 6 wird durch obere und untere Rohrbleche oder -platten 7 und 8 festgehalten, und die Rohrplatten 7 und 8 sind mit dem Reaktormantel 10 und mit dem oberen und un­ teren U-Hauben 11 und 12 fest verbunden. Das durch das Innenrohr 4 strömende Gas wird über die Rohrwand erwärmt und weist am Austritt des Innenrohres fast die gleiche Tem­ peratur wie das Kühlmedium auf.

Das Gas aus dem Innenrohr 4 wird über ein unteres Nebenrohr 13 in einen Gasfänger oder -sammler 14 geführt und dann zu einem Gassammelrohr 15. Das Gassammelrohr 15 kann außerhalb des Reaktors angeordnet sein. Das aus dem Gassammelrohr 15 austretende Gas wird umgelenkt, gleichmäßig auf mehrere Reaktionsrohre 6 verteilt und in das Katalysatorbett 5 ein­ geführt, um die Reaktion durchzuführen.

Das durch den Katalysator strömende Gas wird durch das im Innenrohr 4 im Gleichstrom dazu strömende Speisegas und durch das außerhalb des Reaktionsrohres 6 vorhandene Kühl­ medium gekühlt, im unteren U-Raum 17 gesammelt und über das Austrittsrohr 18 abgegeben.

Das Kühlmedium (gesättigtes drückendes- bzw. Druckwasser) wird über ein Zuleitungsrohr 19 in den Reaktormantel 10 ein­ geführt. Das gesättigte Druckwasser absorbiert die Reaktions­ wärme, und ein Teil davon wird verdampft und über die Lei­ tung 20 in den Gas-Flüssigabscheider 21 geführt. Der er­ zeugte Dampf wird über die Leitung 22 abgezogen. Ein Teil des gesättigten Druckwassers wird über die Leitung 23 abge­ zogen, um eine Konzentration von Verunreinigungen zu ver­ hindern. Der Hauptteil des gesättigten Druckwassers jedoch wird über das Zuleitungsrohr 19 in Umlauf gehalten. Ge­ sättigtes Druckwasser wird auch über eine Leitung 24 auf­ gefüllt bzw. frisch zugeführt.

Ein Teil des Speisegases kann über eine Leitung 25 in das Gassammelrohr 15 geführt werden, um die Temperatur beim Eintritt in die Katalysatorschicht einzustellen oder anzu­ passen und es so möglich zu machen, die Reaktionsgeschwin­ digkeit zu regeln.

Beispiele

Verschiedene Reaktoren mit unterschiedlichen Abmessungen der Reaktionsrohre und der Innenrohre wurden verwendet, um die Leistungsfähigkeit des Festbettreaktors nach der Erfin­ dung bei der Synthese von Methanol festzustellen bzw. zu bewerten. Weiterhin wurden Reaktionen unter den gleichen Bedingungen in gebräuchlichen Rohrreaktoren mit anderen Durchmessern der Reaktionsrohre zum Vergleich durchgeführt.

Die Reaktion für die Synthese von Methanol wurde ausgeführt unter Verwendung eines kupferartigen Katalysators und unter einem Druck von 70 kg/cm²G bei einer Raumgeschwindigkeit von 8000 l/h. Das Speisegas hatte folgende Zusammensetzung:

CO₂
= 5,3 Vol-%
CH₂	= 9,1 Vol-%
CO	= 10,9 Vol-%
N₂	= 0,4 Vol-%
H₂	= 74,0 Vol-%
CH₃OH	= 0,3 Vol-%

Der verwendete Reaktor wies die in Fig. 1 gezeigte Bauart auf, und die Temperatur des Katalysatorbettes wurde durch Ein­ führen eines Teiles des Speisegases in das Gassammelrohr geregelt. Die Länge der Reaktionsrohre betrug 15 m, und als Kühlmedium wurde gesättigtes Druckwasser verwendet. Die Temperatur des Kühlmediums wurde durch Regelung bzw. Steue­ rung des Druckes des erzeugten Dampfes geregelt bzw. ge­ steuert.

In der Tabelle I sind die Ergebnisse aus den Beispielen, in denen die Festbettreaktoren verwendet wurden, sowie die Ergebnisse von Vergleichsbeispielen, in denen Rohrreaktoren verwendet wurden, zusammengestellt. In Tabelle 1 bedeutet die Gastemperatur beim Eintritt in das Katalysatorbett die Temperatur des Gases, das dabei ist, in das Kataly­ satorbett einzutreten, und die Gastemperatur beim Austritt aus dem Katalysatorbett steht für die Temperatur des Gases, das gerade das Katalysatorbett durchströmt hat.

Tabelle I

Die Ergebnisse zeigen, daß beim Festbettreaktor nach der Erfindung die Temperatur im Katalysatorbet gleichmäßig ver­ teilt wird im Vergleich mit dem gebräuchlichen Rohrreaktor. Beim Vergleich der Reaktoren dieser beiden Bauarten stellt man beispielsweise fest: Wenn der Innendurchmesser der Reaktionsrohre 75 mm beträgt, macht der Unterschied zwi­ schen der maximalen Temperatur und der mittleren Temperatur im Katalysatorbett 8 bis 13°C aus in den Beispielen 1 bis 3 nach der Erfindung, hingegen 35°C im Vergleichsbeispiel 3 mit Rohrreaktor. Das heißt, daß die Temperaturunterschiede in den Reaktoren nach der Erfindung etwa ¼ bis ¹/₃ des Temperaturunterschiedes im gebräuchlichen Rohrreaktor be­ tragen.

Ein Vergleich von Beispiel 1 mit Vergleichsbeispiel 3 mit einer Temperatur des Kühlmediums von 230°C zeigt, daß das Temperaturmaximum im Katalysatorbett im Beispiel 1 um 30°C niedriger liegt (=284-254) als im Vergleichsbeispiel 3. Die Reaktoren nach der Erfindung sind somit vorteilhaft hin­ sichtlich einer Beeinträchtigung des Katalysators und der Verhinderung der Bildung von Nebenprodukten.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reaktors ist es weiterhin möglich, die Temperatur des gesättigten Druckwassers zu er­ höhen, ohne die Temperatur des Katalysatorbettes in gleichem Ausmaße zu erhöhen. Beispielsweise zeigt der Vergleich der Beispiele 1 bis 3 untereinander für Reaktoren mit Reaktions­ rohren mit Innendurchmesser 75 mm, bei denen die Temperatur des Kühlmediums verändert wurde, daß es möglich war, die Temperatur des gesättigten Druckwassers (Kühlmedium) um 10°C von 230 auf 240°C zu erhöhen durch Abnahme der Tem­ peratur des Speisegases, das in das Innenrohr bzw. die In­ nenrohre geführt wurde, und auf diese Weise den Druck des erzeugten Dampfes von 28,5 atm auf 34,1 atm zu erhöhen.

Weiterhin ermöglicht die Erfindung, wenn ein Reaktor mit einem richtigen Verhältnis von Innendurchmesser des Reakt­ ionsrohres zu Außendurchmesser des Innenrohres verwendet und die Temperatur des zugeführten Speisegases gesenkt wird, daß die Anzahl der Reaktionsrohre deutlich verringert werden kann, da die Abmessungen der Reaktionsrohre groß gehalten werden können. Beispielsweise war es im Beispiel 7, bei dem der Innendurchmesser des Reaktionsrohres 150 mm, das Verhältnis von Innendurchmesser des Reaktionsrohres zu Außendurchmesser des Innenrohres 1 : 0,5 und die Temperatur des Speisegases in den Reaktor 50°C betrug, möglich, im Katalysatorbett eine gleiche Gastemperatur zu erzielen wie im Beispiel 1. Im Gegensatz dazu zeigen die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 1 bis 3, daß es hier notwendig war, die Innendurchmesser der Reaktionsrohre auf 40 mm zu verringern, um in der Katalysatorschicht eine gleiche Gastemperatur zu erreichen wie in den Beispielen 1 und 7.

Um die Anzahl der Reaktionsrohre auf der Basis der Quer­ schnittsfläche des Katalysatorbettes zu vergleichen: Das Verhältnis von Anzahl der Reaktionsrohre mit einem Innen­ durchmesser von 75 mm im Beispiel 1 zur Anzahl Reaktionsroh­ re mit Innendurchmesser 40 mm im gebräuchlichen Rohrreaktor beträgt 1 : 3,3, und das Verhältnis von Anzahl Reaktions­ rohre mit Innendurchmesser 150 mm in Beispiel 7 zur Anzahl der obengenannten beträgt 1 : 10,5. Dies zeigt, daß es mit Hilfe des Reaktors nach der Erfindung möglich ist, die An­ zahl der Reaktionsrohre auf weniger als etwa ¹/₃ derjenigen zu verringern, die in dem gebräuchlichen Rohrreaktor verwendet bzw. vorgesehen werden müssen.

Beim Festbettreaktor nach der Erfindung wird Wärme konti­ nuierlich vom Eintrittsbereich in das Katalysatorbett, wo die Reaktion mit schnellen Geschwindigkeiten abläuft, ab­ geführt, indem ein Innenrohr im Mittelbereich eines Kataly­ sator-Reaktionsrohres angeordnet und ein Speisegas im Innen­ rohr im Gleichstrom zu dem durch das Katalysatorbett strö­ menden Gas geführt wird. Infolgedessen wird die Temperatur im Katalysatorbett ausgeglichen, und die (beim Stand der Technik) im Eingangsbereich des Katalysatorbettes plötzlich und scharf auftretende Temperaturzunahme wird gebremst. Auf diese Weise werden folgende Effekte erzeugt oder bewirkt:

• (a) Da die Temperaturspitze weitgehend gebremst wird, werden die Schädigung sowohl des Katalysators als auch des Reaktorinneren durch Hitze verhindert. Außerdem wird die Maximaltemperatur im Katalysator und damit die Bildung von Nebenprodukten verringert. Aus diesen Gründen wird die Lebenszeit des Katalysators verbessert und die Reinigung des Reaktionsproduktes erleichtert.
• (2) Da die Temperaturspitze gebremst wird, ist es möglich, die Temperatur des Kühlmediums zu erhöhen. Wenn das Kühlmedium gesättigtes Druckwasser ist, wird Dampf mit höherem Druck gewonnen. Infolgedessen wird in einer Anlage, in der der oben erzeugte Dampf für eine Dampfturbine ver­ wendet werden kann, die Gesamt-Wärmeausnutzung hoch und die Energie-Einheit verbessert.
• (3) Verglichen mit gebräuchlichen Rohrreaktoren ist es möglich, die Durchmesser der Reaktionsrohre groß auszu­ legen und die Anzahl der Reaktionsrohre auf weniger als et­ wa ¹/₃ zu verringern. Weiterhin kann, da die Temperatur­ spitze gebremst wird, die Konzentration von wirksamen Kom­ ponenten im Speisegas hoch sein. Infolgedessen kann die Menge des umlaufenden Gases verringert werden. Da die Anzahl der Reaktionsrohre verringert wird, wird es leichter, die geeignete Ausrichtung der Reaktionsrohre zu berechnen, und ein weiterer Effekt ist, daß der Kolonnendurchmessser des Reaktors klein gehalten werden kann.

Aus diesen Gründen ermöglicht es der Reaktor nach der Er­ findung, die Herstellungskosten zu verringern und die Aus­ führung in großem Ausmaß bzw. Umfang zu erleichtern.

Claims (9)

1. Katalysator-Festbettreaktor für exotherme Reaktionen, umfassend mehrere Reaktionsrohre (6), angeordnet innerhalb eines Reaktormantels 10, ein Innenrohr (4), angeordnet im Mittelbereich jedes Reaktionsrohres (6), Katalysatorbet­ ten (5) aus dem in die Räume innerhalb der Reaktionsrohre und außerhalb der Innenrohre augegebenen Katalysator und ein Kühlmedium, aufgegeben zwischen die einzelnen Reaktions­ rohre und den Reaktormantel, bei dem ein Speisegas in jedem der Innenrohre in gleicher Richtung strömt wie das Speise­ gas im Katalysatorfestbett.

2. Festbettreaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß beide Enden des Reaktionsrohres (6) zu U-Räumen (16, 17) geöffnet sind, die von U-Hauben (11, 12) und Rohrplatten (7, 8) begrenzt sind.

3. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Ende jedes Innenrohres (4) über ein oberes Nebenrohr (3) mit einem Eintrittsrohr (1) für Speisegas verbunden ist.

4. Festbettreaktor nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Eintrittsrohr (1) für Spei­ segas eine Leitung (25) aufweist, um Speisegas in den U-Raum (16) auf der Gaseintrittsseite in das Katalysatorfestbett (5) innerhalb des Reaktionsrohres (6) zu führen.

5. Festbettreaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß das andere Ende des Innenrohres (4) mit einem Gassammelrohr (15) verbunden ist, in dem das Speisegas gesammelt wird.

6. Festbettreaktor nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß ein Ende des Gassammelrohres sich zum U-Raum (16) auf der Gaseintrittsseite des Reak­ tionsrohres (6 ) öffnet.

7. Festbettreaktor nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Gassammelrohre (15) vorhanden sind.

8. Festbettreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Gassammelrohr (15) außerhalb oder innerhalb des Reaktors angeordnet ist.

9. Festbettreaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß der Innendurchmesser des Reaktionsrohres (6) 50 bis 150 mm beträgt und der Außendurchmesser des Innenrohres (4) ¹/₅ bis ½ des Innendurchmessers des Reaktionsrohres ausmacht.