DE4031514A1 - Reaktor zur durchfuehrung katalytischer prozesse mit in rohren untergebrachtem katalysatormaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Reaktor zur Durchfüh­ rung katalytischer Prozesse mit in Rohren untergebrachtem Katalysatormaterial, das durch chemische Reduktion mit z. B. Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid bei Inbetriebnahme des Reaktors um einen gewissen Volumenanteil schrumpft.

Es gibt eine Vielzahl von Röhrenreaktoren, d. h. Reaktoren, bei denen das Katalysatormaterial in Rohren untergebracht ist. Eine derartige Bauweise wird beispielsweise dann ge­ wählt, wenn die Katalysatorrohre Wärme abgeben oder Wärme aufnehmen sollen, je nach isothermen oder exothermen Vor­ gängen. Hier seien aber insbesondere isotherme Reaktoren angesprochen.

Ein Problem ist in der Literatur seit langem bekannt, wel­ ches darin besteht, daß beispielsweise bei kupferhaltigen Katalysatoren das Katalysatormaterial bis zu 15% schrumpfen kann. Für Quenchreaktoren oder auch Kugelreakto­ ren stellt eine derartige Schrumpfung in der Regel kein be­ sonderes Problem dar, da hier Maßnahmen über Reaktordome vorgenommen werden können, die zur Bevorratung mit notwen­ digem Katalysatormaterial heranziehbar sind. Bei Röhrenre­ aktoren, wie sie hier Gegenstand der Erfindung sind, muß das "Reservevolumen" in den Rohren selhst untergebracht werden, d. h. ist die Schrumpfung einmal abgeschlossen, sind vergleichsweise große Bereiche der Rohre leer.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der verhindert wird, daß Katalysatorrohre während des Be­ triebes bereichsweise vom Katalysatormaterial geleert sind.

Bei einem Reaktor der eingangs bezeichneten Art, wird die­ se Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die obe­ ren freien Enden der Katalysatorrohre mit Katalysator-Vor­ ratsschuten ausgerüstet sind, welche ein Innenvolumen auf­ weisen, das mindestens dem bei der Volumenreduzierung sich ergebenden Katalysatorvolumen entspricht.

Die Erfindung erreicht, daß die Rohre zwischen den Rohrbö­ den um ein erhebliches Maß verkürzt werden können, da sie nicht mehr auf das nicht geschrumpfte Katalysatorvolumen abgestellt werden müssen, sondern lediglich auf das ge­ schrumpfte Katalysatorvolumen. Das Zusatzvolumen befindet sich vor dem Reduzieren des Katalysators in den Vorrats­ schuten in der Regel oberhalb des ersten Rohrbodens im Gas­ dom des Reaktors. Durch die kürzeren Rohre kann der gesam­ te Reaktor entsprechend kleiner gebaut werden.

In Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Vorratsschuten in ihren Hauptbereichen einen größeren wirksamen Querschnitt aufweisen als die Katalysatorrohre und sich an ihren unteren Enden auf den Durchmesser der Ka­ talysatorrohre verjüngen.

Zur einfacheren Montage kann vorgesehen sein, daß die Vor­ ratsschuten mit ihren unteren Enden als Einsteckelemente in vorhandene Katalysatorrohre ausgebildet sind. Damit kön­ nen beispielsweise bei einem Wechsel des Katalysatormate­ rials bestehende Reaktoren nachgerüstet und dann in ihrer Leistung gesteigert werden.

Um das Einfüllen von Katalysatormaterial zu erleichtern, um eine dichte Packungsart der Vorratsschuten zu ermögli­ chen und um möglichst viel an verfügbarem Raum auszu­ nutzen, ist nach der Erfindung vorgesehen, daß wenigstens die freien oberen Ränder benachbarter Vorratsschuten in der Einbaulage so aneinander anstoßen, daß keine Katalysa­ torteile beim Einfüllen zwischen den Schuten auf die obere Rohrplatte fallen können.

Wie eingangs bereits angegeben, kann die Erfindung in un­ terschiedlichen chemischen Reaktionen eingesetzt werden, erfindungsgemäß zeichnet sich ein entsprechend ausgerüste­ ter Reaktor dazu aus, daß vergleichsweise der Reaktor für die Methanolsynthese ausgebildet ist oder in abgewandelter Ausführung als Reaktor für eine Tieftemperatur-CO-Konver­ tierung.

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

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Reaktors,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Schnitts im Be­ reich des oberen Rohrbodens,

Fig. 3 eine Aufsicht gemäß Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 und 5 in verkleinerten Darstellungen die Aufsicht auf den Stirnbereich der Schuten in der Einbaulage in un­ terschiedlichen Ausführungen sowie in

Fig. 6 eine Aufsicht auf einen Rohrboden.

Der in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Reaktor ist dort lediglich andeutungsweise wiedergegeben und ist als Rohr­ bündelreaktor ausgebildet. Das Bündel der Rohre, die das Reaktionsmaterial enthalten, ist allgemein mit 2 bezeich­ net. Das Rohrbündel 2 ist in einem oberen Rohrboden 3 und einem unteren Rohrboden 4 angeordnet; auf die näheren Ein­ zelheiten kommt es dabei hier nicht unbedingt an.

Im oberen Bereich ist ein Gasdom 5 vorgesehen. In dem Gas­ dom 5 hineinragend, weisen alle mit Katalysatormaterial ge­ füllten Rohre 2 eine Vorratsschute 6 auf, die vor dem Redu­ zieren mit ungeschrumpftem Katalysatormaterial gefüllt ist und deren Innenvolumen wenigstens so groß ist, wie das Schrumpfvolumen des Katalysatormaterials von Oberkante Rohrboden gerechnet.

Einzelheiten der Katalysatorschuten ergeben sich aus den Fig. 2 bis 5. Aus Fig. 2 ist erkennbar, daß im darge­ stellten Beispiel die Katalysatorschute 6 sich in ihrem dem Gasdom 5 weisenden Bereich sehr stark erweitert, umge­ kehrt zum Katalysatorrohr 2 weisenden Bereich sich derart verjüngt, daß die Schute 6 mit ihrem unteren Bereich 6a in das Katalysatorrohr 2 eingesteckt werden kann. Der obere Einsteckbereich des Katalysatorrohres 2 ist in Fig. 2 mit 2a bezeichnet.

Fig. 3 zeigt die Aufsicht auf eine Einzelschute 6 während in Fig. 4 Beispiele dargestellt sind, bei denen einmal die Katalysatorschuten 6 rautenartig oder pastillenartig in den oberen Bereich derart zu gestalten sind, daß ihre mit 6b bezeichneten Ränder in der Montagelage dicht an dicht aneinanderstoßen, wobei in Fig. 4 ein kleiner Spalt aus zeichnungstechnischen Gründen dargestellt ist, der aber in der Praxis nicht vorhanden ist. Mit dieser Gestaltung ist erreichbar, im Einfüllbereich des Katalysators eine durch­ gehende Fläche zu gestalten mit nach unten weisenden Kata­ lysatorschuten 6, so daß beim Einfüllen kein Material zwi­ schen die Schuten fallen kann.

Die Katalysatorrohre 2 können aber auch durch Vielfachschu­ ten miteinander verbunden werden, etwa Reihen- oder Zeilen­ weise, wobei eine solche Zeile in Fig. 4 angedeutet ist und mit 6′ bezeichnet wurde.

In Fig. 5 ist ein abgewandeltes Beispiel der Gestaltungs­ möglichkeiten der Schuten 6a′ dargestellt, die hier in ei­ ner Art Bienenwabenmuster gestaltet sind. Auch dort stoßen die Ränder 6b′ dicht aneinander.

Die Fig. 6 zeigt die Möglichkeit, Dichtelemente 8 zwischen den Schuten 6 und dem Rand 7 im Bereich des Rohrbodens vor­ zusehen, derart, daß es insgesamt zu einer geschlossenen Bodengestaltung kommt, um ein Durchfallen von Katalysator­ material zu verhindern.

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Er­ findung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So können insbesondere die Kopfbereiche der Katalysatorschuten anders gestaltet sein.

Claims (7)

1. Reaktor zur Durchführung katalytischer Prozesse mit in Rohren untergebrachtem Katalysatormaterial, das durch che­ mische Reduktion mit z. B. Wasserstoff und/oder Kohlenmono­ xid bei Inbetriebnahme des Reaktors um einen gewissen Volu­ menanteil schrumpft, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen freien Enden (2a) der Katalysatorrohre (2) mit Katalysator-Vorratsschuten (6) ausgerüstet sind, wel­ che ein Innenvolumen aufweisen, das mindestens dem bei der Volumenreduzierung sich ergebenden Katalysatorvolumen ent­ spricht.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorratsschuten (6) in ihren Hauptbereichen einen größe­ ren wirksamen Querschnitt aufweisen als die Katalysatorroh­ re (2) und sich an ihren unteren Enden (6a) auf den Durch­ messer der Katalysatorrohre (2) verjüngen.

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsschuten (6) mit ihren unteren Enden (6a) als Einsteckelemente in vorhandene Katalysatorrohre (2) ausgebildet sind.

4. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die freien oheren Ränder (6b) benachbarter Vorratsschuten (6) in der Einbaulage so aneinander an­ stoßen, daß keine Katalysatorteile beim Einfüllen zwischen den Schuten (6) auf die obere Rohrplatte fallen können.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtelemente (8) zwischen den äußeren Vorratsschuten (6) und der Innenwand (7) des Gasdomes (5) vorgesehen sind.

6. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Schuten ausgebildete Reaktor (1) als Reaktor für die Methanolsynthese ausgebildet ist.

7. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Schuten ausgerüstete Reaktor als Reaktor für eine Tieftemperatur-CO-Konvertierung ausgebildet ist.