DE529405C - Vorrichtung zur Durchfuehrung katalytischer Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei erhoehter Temperatur in geschlossenem Kreislauf - Google Patents

Vorrichtung zur Durchfuehrung katalytischer Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei erhoehter Temperatur in geschlossenem Kreislauf

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DE529405C
DE529405C DEC42868D DEC0042868D DE529405C DE 529405 C DE529405 C DE 529405C DE C42868 D DEC42868 D DE C42868D DE C0042868 D DEC0042868 D DE C0042868D DE 529405 C DE529405 C DE 529405C
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0005Catalytic processes under superatmospheric pressure

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei erhöhter Temperatur in geschlossenem Kreislauf Es ist bekannt, daß zur Ausführung katalytischer Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei hoher Temperatur verschiedene Apparate angewandt werden, die untereinander vermittels Rohrleitungen verbunden sind, so daß sie bei einigen Verfahren einen offenen, bei anderen einen geschlossenen Apparätd<reislauf bilden.
  • Die einen solchen Kreislauf bildenden Apparate sind dazu bestimmt, die Reaktionsgase zu erwärmen, das katalytische Material aufzunehmen, die Wärme wiederzugewinnen, die in den aus der I Katalysenkammer austretenden Gasen enthalten war, die durch die Reaktion gewonnenen Produkte zu kühlen, abzuscheiden und zu sammeln und, im Falle eines geschlossenen Apparatekreislaufes, das Gasgemisch durch das ganze Katalysensystem umlaufen zu lassen.
  • Es wurde stets versucht, die Anzahl der für alle oben angeführten Operationen erforderlichen Apparate auf ein Minimum zu beschränken. Einen ersten Versuch dieser Art stellt ein zur Erzeugung von synthetischem Ammoniak bestimmter Apparat dar, in dem die reagierende Mischung erhitzt, katalysiert und dann abgekühlt wird, wodurch man das gebildete Ammoniak kondensiert und in einem eigens dazu bestimmten Teil des Apparates selbst sammelt, während die Gase, welche nicht reagiert haben, von neuem iiber den Katalysator streichen. Diesem Apparat fehlt jedoch eine Vorrichtung, die die Wiedergewinnung eines beliebigen Teiles der von den katalysierten Gasen besessenen Wärme gestattet, ferner zu eine - eine Regulierungsmöglichkeit für die Geschwilldigkeit, mit der die Gase über den I Katalysator streichen. Ein diesem Vorschlag entsprechender Apparat ist praktisch nicht angewandt worden. Die zur Durchführung der obenerwähnten Reaktionen gebräuchlichen Katalysenapparate besitzen Einrichtungen für die Katalysierung des Reaktionsgemisches sowie Vorrichtungen, die das Gas auf die gewollte Temperatur bringen und einen Teil des Wärmeinhalts der katalysierten Gase wiederzugewinnen gestatten.
  • Die Kühlung der katalysierten Gase wird in einem anderen Kühler vervollständigt; ein dritter Apparat dient dazu, aus dem nicht katalysierten Gas die im Kühler kondensierten Reaktionsprodukte zu sammeln und abzuschneiden. Im ganzen verwendet man also wenigstens drei einzelne Apparate, denen, falls der Prozeß in geschlossenem Kreislauf ausgeführt wird, noch ein vierter Apparat hinzugefügt wird, der die Gase durch den Kreislauf mit der gewünschten Geschwindigbreit kreisen zu lassen hat.
  • Von den Gesichtspunkten ausgehend, die zur Vereinfachung des obengenannten Hochdruckmaterials führten, haben die Erfinder einen Apparat erfunden, der alle zur Ausführung katalytischer Reaktionen unter Hochdruck nötigen Funktionen iibernimmt, d. h. die Erwärmung, die Katalyse, den Wärmeaustausch, die Abscheidung der gewonnenen Produkte und den Umlauf des Gasgemisches, ohne daß irgendeine Vorrichtung zur Anwenduhg kommt, die nicht einen unmittelbaren Teil des Apparates oder, besser, die nicht ein einziges Ganzes mit dem Apparat bildet.
  • Ein solcher Apparat kann in verschiedenen Arten ausgeführt werden. Als Beispiel führen wir in den beiliegenden Zeichnungen in den Abb. I und 2 die senkrechten Ouerschnitte von zwei der Hauptausführungsformen an.
  • In Abb. I, auf die wir in folgender Beschreibung Bezug nehmen, stellt I ein Stahlrohr dar, das den Druck der Sich im Innern des Rohres selbst befindlichen Gase widerstehen kann und oberhalb vom Deckel 2, unterhalb vom Deckel 3 verschlossen ist.
  • Konzentrisch an I ist Rohr 4 angebracht, an dessen unterem Teil der Kegel 5 befestigt ist, der seinerseits von der flachen, mit Öffnung 7 versehenen Oberfläche 6 abgestumpft ist.
  • Konzentrisch an Rohr I befinden sich außerdem Rohre 8, 9, ro und 11 angeordnet.
  • Rohr 8, vorzugsweise mit einer isolierenden thermischen Verkleiduilg zu versehen, ist an seinem oberen Ende frei, während es unten vom Kegelstumpf I2 und vom Kreisboden I3, auf den der untere Teil von Rohr 11 geschweißt ist, verschlossen ist. Auch 12 und 13, wie auch Rohr 10, von dem nachher die Rede sein wird, sind vorzugxveise mit einer thermischen Isolierung zu versehen. Rohr 9 ist unterhalb vom Diskus 14 geschlossen, der in seiner Mitte eine Öffnung aufweist,durch die Rohr 1I dicht fest hindurchgeht; RohrIo ist unterhalb frei. Rohr 11 besitzt unten die Öffnungen I5, die den von ihm umschlossenen Raum mit dem zwischen I2 und 14 gelegenen verbinden. Im oberen Teil des Apparates befindet sich Block I6, dessen. ringförmiges Ende I7 den freien zwischen den oberen Enden der Rohre 4 und 9 befindlichen Raum abschließt; Block 16 schließt oberhalb auch den zwischen Rohr 10 und II gelegenen Raum und ist mit den beiden Öffnungen 18 und 18' versehen, durch welche die beiden therimoelektrischen I Kuppeln 19 und 19' hindurchgehen. In Block 16 befinden sich außerdem die Öffnungen 20, welche den zwischen den Rohren I und 4 gelegenen Raum mit dem zwischen Rohren 9 und 10 gelegenen verbinden. In dem von Rohr II eingeschlossenen kreisförmigen Raum befindet sich die elektrische Heizvorrichtung 21. Im unteren Teil des Apparates befindet sich, wie in der Abbildung angegeben, der vom besonderen vom Deckel3 getragenen Stück 23 gebildete Diffusionskonus 22. In dem zwischen Rohr I und 4 gelegenen Raum befindet sich ein beliebig ausgebildeter Kühler, der auch einen Teil des inneren Raumes von Rohr 1, der unterhalb der Oberfläche 5 angebracht ist, einnehmen kann. Zu diesem Zweck ist in der Abbildung ein Schlangenrohr 24 dargestellt, von einem beliebigen kalten Fluidum durchlaufen, welches durch 25 eine und durch 26 austritt. Die Konstruktion des Kühlers muß in zwed<mäßiger Weise verhüten, daß die sich in dem zwischen Rohr I und 4 gelegenen Raume befindlichen Gase mit der inneren Oberfläche von Rohr 1 in Berührung kommen. Sowohl Rohr 1 wie Deckel 2 können mit Kühlvorrichtungen versehen sein, die unabhängig oder nicht von der sich in dem zwischen Rohr I und 4 gelegenen Raum befindlichen sind. Das durch den unteren Deckel 3 hindurchgehende Rohr 27 dient dazu, die zu katalysiereuden Gase in den Apparat einzuführen. Dieses Rohr weist an seinem Ende .eine Düse zu auf, die zusammen mit dem besondern Stück 23 einen richtigen Ejektor darstellt, der mit dem Diftusionskonus 22 und der Saugleitung 29 ausgestattet ist. Die zu katalysierenden Gase kommen an der Düse unter einem Drucke komprimiert an, der über dem im Apparat herrschenden liegt, und folglich breiten sie sich bei ihrem Eintreten in den Apparat aus, und ein Teil ihrer potentiellen Energie wird in kinetische Energie umgewandelt, die vom Ejektor zur Erzeugung des Umlaufes der im Apparat selbst befindlichen Gase benutzt wird. Mittels einer in der Abbildung nicht angeführten Vorrichtung ist es möglich, die Düse 28 längs ihrer Achse zu verschieben, derart, daß die Lage der Düse selbst dem Diffusionskonus gegeniiber verändert wird: im Innern der Düse befindet sich eine Reguliernadel, die ebenfalls längs ihrer Achse mittels besonderer in der Abbildung nicht angezeigter Vorrichtung verschoben werden kann. Durch Handhabung dieser beiden Vorrichtungen ist es möglich, innerhalb der weitesten Grenzen sowohl die Geschwindigkeit der Umlaufgase wie auch das Verhältnis zwischen dem kreisen gelassenen Gasvolumen und dem der frisch eingeführten Gase zu verändern.
  • Wie man aus der Abbildung sieht, durchlaufen die aus dem Kompressor kommenden Gase, welche mit einer zweckmäßigen Menge von den schon im Apparat befindlichen Gasen gemischt sind, zuerst den zwischen den Oberflächen 5 und I2 gelegenen Raum und dann die zwischen Rohr 4 und 8, 8 und 9 und zwischen den Oberflächen 12 und I4 gelegenen Räumen. Durch Öffnungen 15 kommen sie dann in den Innenraum von Rohr II, in dem sich die elektrische Heizvorrichtung befindet. Aus diesem Raum treten sie durch die .in dem oberen Teil von Rohr II gelegenen Öffnungen aus und durchlaufen dann den zwischen Rohr 10 und II gelegenen Raum, in dem sich der Katalysator befindet.
  • Die Gase durchlaufen dann den zwischen Rohr g und 10 gelegenen Raum und kommen durch den freien Raum 20 in den zwischen Rohr 1 und 4 gelegenen Raum, wo sie auf eine znveckmäßige Temperatur dank der Kühlvorrichtungen, von denen oben die Rede war, herabgekühlt werden. Während dieser Kühlung scheiden und verdichten sich auf den flüssigen Zustand die sich gebildeten Verbindungen, die sich in dem freien Raum 3I sammeln, von wo aus sie mittels Rohres 32 entnommen werden. Die Gase werden jetzt durch die Leitung 29 von den eintretenden Gasen angesaugt und neuerdings durch den Apparat in der schon beschriebenen Weise zum Umlauf gebracht.
  • Wir bemerken, daß zwischen den Gasen, die den zwischen Rohr 8 und 9 gelegenen Raum durchlaufen, und denen, welche den Raum zwischen Rohr 9 und IO durchlaufen, ein Wärmeaustausch stattfindet, durch dessen Wirkung die letzteren Gase ihre Wärme den crsteren abtreten. Rohr 9 wird daher vorzugsweise mit Klammern, Rillen usw. zu versehen sein, die seine Oberfläche vermehren, so, wie auch vorzugsweise ganz oder zum Teil Rohr 4 damit zu versehen ist, durch das die Gase, welche den zwischen diesem Rohr und Rohr I gelegenen Raum durchlaufen, einen Teil ihrer Wärme den Gasen abtreten, die sich in dem zwischen demselben Rohr 4 und Rohr 8 gelegenen Raum befinden.
  • Abb. 2 stellt, wie schon gesagt, eine andere Ausführungsform desselben Apparates dar, die sich hauptsächlicl von der vorhergehenden durch die beiden Metallblöcke 33 und, 34 unterscheidet, von denen der erste oberhalb, der andere unterhalb angebracht ist, und von denen jeder mit zwei Reihen Öffnungen ausgestattet ist, wie sie die Abbildung zeigt, und die dazu dienen, die hintereinander von den Gasen durchlaufenen Räume untereinander zu verbinden. Die Lage und der Zweck jeder der beiden Reihen Öffnungen ergibt sich klar beim Überprüfen der Abbildung, in der jeder der beiden Teile, in die die Abbildung selbst von ihrer Achse geteilt ist, einen Querschnitt darstellt, der derart gemacht ist, daß er eine Öffnung von jeder der beiden obengenannten Reihen sichtbar macht.
  • Abb. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen eines Kühlertyps, der sich in der Praxis als sehr lohnend zur gleichzeitigen Kühlung von Rohr 1 und der durch den zwischen Rohr I und 4 gelegenen Raum laufenden Gase herausgestellt hat. In der in Abb. 3 erläuterten Ausführungsform ist an Rohr I konzentrisch Rohr 35 angeordnet, welches, obwohl an sich nicht fähig, dem Druck, dem es unterworfen ist, zu widerstehen, diesen doch, elastisch gegen ihn reagierend, Rohr 1 (welches dem Druck zu widerstehen hat) zuleiten und sich diesem letzteren in seinen Formänderungen anpassen kann, so daß zwischen den mit Rohr I und 35 in Berührung befindlichen Oberflächen immer eine vollkommene Dichtung ausgeübt wird.
  • Auf der äußeren Wand von Rohr 35 sind eine Reihe von Kanälen angebracht, durch welche ein kaltes Fluidum hindurchgeleitet wird, das zur Erzielung der Kühlung der Gase und des Rohres I auf eine angemessene Temperatur dient. In Abb. 4 ist Rohr 35 durch die beiden Rohre 36 und 37 ersetzt. In den beiden angegebenen Ausführungsformen ist es zweckmäßig, daß die mit den Gasen in Berührung kommenden Oberflächen mit Klammern oder Rillen ausgestattet sind. Durch diese Kühlertype ist die direkte Berührung zwischen den Gasen und der inneren Oberfläche von Rohr I durchaus vermieden. In den hier erläuterten Beispielen durchlaufen die Gase sechsmal den oberen Teil des Rohrs, in dem sowohl die Reaktion wie auch die Wärmewiedergewinnungen stattfinden: man kann jedoch Apparate bauen, in denen dieser Raum viel mehr Male durchlaufen wird. So können auch die Gase, statt die in Abb. I und 2 angeführten Wege zu durchlaufen und die schematisch in Abb. 5 und 8 wiedergegeben sind, andere Wege durchlaufen wie die von den Abb.G und 7 schematisch wiedergegebenen. Die den Abb. 6 und 7 entsprechenden Ausführungsformen haben wir nicht angcführt, da ihr Aufzeichnen auf Grund dessen, was Abb. I und 2 wiedergeben, ein leichtes ist.
  • In den bis hierhin beschriebenen Ausführungsformen hat man die Art und Weise veranschaulicht, mit der man die vorliegende Erfindung im Falle eines Svntlleserohrs anwendet, das von einer Reihe konzentrischer Räume gebildet wird, von denen der zentrale die elektrische Heizvorrichtung enthält und von einem ringförmigen, den Katalysator enthaltenden Raum umgeben ist, wobei dieser letztere seinerseits von anderen ringförmigen Räumen umgeben ist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ebensogut auf Syntheserohre angewandt werden, die Bauformen aufweisen, welche sich von der hier zur Beschreibung der Erfindung selbst angewandten Ausffihrungsform unterscheiden. Die mit dem Gebrauch des vorliegenden Apparates erzielt ten Vorteile sind die folgenden: Verminderung der Anlagekosten, sowohl weil der Kostenpreis eines Apparates dieser Art sich immer niedriger als die Summe des I Kostenpreises der von ihm ersetzten Apparate stellt, als auch weil der von ihm beanspruchte Raum in der Praxis derselbe ist, den in einer Anlage gleicher Leistung das alleinige Katalysenrohr einnimmt, größere Einfachheit der Anlage, da alle die Leitungen ausgeschaltet sind, die in den' gewöhnlichen Synthesekreisläufen dazu dienen, die verschiedenen Apparate untereinander zu verbinden, größere Leichtigkeit, alle Kontroll- und Kommandovorrichtungen einer Syntheseeinheit untereinander zu vereinigen, wodurch Arbeiter gespart werden, endlich bemerkenswerte Verminderung des zu überwindenden Widerstandes beim Kreisenlassen der Gase mit dadurch bedingter Ersparnis an der zur Erzielung dieses Gasumlaufes notwendigen Kraft.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE, I. Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei erhöhter Temperatur in geschlossenem Kreislauf, gekennzeichnet durch ein drucktragendes Rohr, in dessen Innerem ein mit ihm koaxiales Rohr angebracht ist, das den Katalysenraum, einen Wärmeaustauscher und eine elektrische Heizvorrichtung einschließt, während der ringförmige, zwischen dem drucktragenden Rohr und dem genannten koaxialen Rohr gelegene Raum, durch den die katalysierten Gase hindurchstreichen, nachdem ein Teil ihrer Wärme wiedergewonnen worden ist, mit Kühlungsmitteln versehen ist, welche die Gase auf eine zweckmäßige Temperatur herabkühlen, so daß die gebildeten Produkte in flüssigem Zustand abgetrennt werden und sich in dem zwischen dem unteren Ende des inneren Rohres und dem unteren Deckel gelegenen Raum sammeln, in welchem sich ein Injektor befindet, der die Frischgase in den Apparat einführt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des drucktragenden Rohres vollständig von einem Metallrohr bedeckt ist, dessen Auflenwandung mit einer Reihe von Kanälen versehen ist, durch die ein kaltes Fluidum hindurchgeleitet wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Deckel mit einer Vorrichtung versehen ist, die zu seiner Kühlung dient.
DEC42868D 1929-03-31 1929-03-31 Vorrichtung zur Durchfuehrung katalytischer Reaktionen zwischen Gasen unter Druck und bei erhoehter Temperatur in geschlossenem Kreislauf Expired DE529405C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1096879B (de) * 1959-07-01 1961-01-12 Lentia Gmbh Katalytische Hochdruck-Syntheseeinrichtung, insbesondere fuer die Ammoniaksynthese

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1096879B (de) * 1959-07-01 1961-01-12 Lentia Gmbh Katalytische Hochdruck-Syntheseeinrichtung, insbesondere fuer die Ammoniaksynthese

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