DE541608C - Vorrichtung zur synthetischen Herstellung von Ammoniak - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur synthetischen Herstellung von Ammoniak Die Synthese des Ammoniaks aus seinen Elementen, Wasserstoff und Stickstoff, wird in der Regel bei Drucken von ioo bis iooo Atmosphären und bei Temperaturen von 400 bis 6oo° in Gegenwart von Reaktionsbeschleunigern, d. h. Katalysatoren, vorgenominen. Die Industrie verfügt noch nicht über Katalvsatoren, die bei tieferen Temperaturen genügend wirksam sind, und man hat infolgedessen die Schwierigkeiten, die durch die zerstörende Wirkung der Reaktionsgase auf die drucksicheren Wände bei den hohen Reaktionstemperaturen entstehen, auf verschiedene Weise zu vermeiden gesucht. Bei den Niederdruckverfahren, die niedrigere -Ausbeuten geben, ist die Reaktionswärme nicht ausreichend, um die entstehenden Wärmeverluste völlig auszugleichen und die Reaktionstemperatur aufrechtzuerhalten, so daß man bei dem Bau des zur Synthese benutzten Ofens und der Wärmeaustauschvorrichtungen besondere Vorsichtsmaßnahmen anwenden muß, um die Arbeitstemperatur mit einem Minimum an zusätzlicher Wärme aufrechterhalten zu können.
• Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ofen, der den Anforderungen, die bei der Ausführung der Synthese namentlich bei niedrigeren Drucken gestellt werden, in besonders hohem Grade entspricht, und der beim Auseinandernehmen, z. B. bei der periodischen Erneuerung des Katalysators oder für andere Zwecke eine größtmögliche Einfachheit zeigt.
• DieVorrichtung besteht aus zwei genügend druckfesten Rohren A und B, die übereinander angeordnet mit einer Reihe von Bolzen C verbunden und voneinander durch eine Stahlscheibe D getrennt sind. Diese hat eine Anzahl Löcher E, die dem Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch den freien Übertritt von dem unteren Zylinder A in den oberen, B, gestatten. Die beiden freien Enden der Rohre sind durch mit Flanschen F und G versehene Deckel verschlossen, die mit Hilfe von Bolzen C befestigt sind. Von den beiden Zylindern dient der obere zur Ausführung der Synthese, während der untere als Wärmeaustauschvorrichtung benutzt wird. Der ganze Apparat befindet sich in den beiden Zylindern A und B und wird von der Scheibe D gestützt und getragen.
• Die Reaktionsgase werden auf den nötigen Druck comprimiert und dann in den Zylinder A durch das Rohr i eingeführt. Die in A eintretenden Gase berühren bzw. umgeben die Rohrleitungen a, in denen die aus dem Reaktionsraum kommenden heißen Gase nach dem Gegenstromprinzip den eintretenden Gasen entgegengeführt werden. Die Rohrleitungen :2 sind an ihren Enden mit den Kammern 3 und 4 verbunden, die die Gase verteilen bzw. dieselben sammeln. Durch das Rohr 5 werden die Gase zu den Absorptionsvorrichtungen für Ammoniak geleitet.
• Das Hauptmerkmal der Wärmeaustauschvorrichtung besteht darin, daß ihr jede Formänderung bzw. Ausdehnung ohne Behinderung möglich ist.
• Durch die Löcher E treten die Gase aus der Wärmeaustauschvorrichtung in das obere Rohr B ein, das als Ofen zur Ausführung der Synthese dient. Die Gase werden zunächst in den ringförmigen Raum geführt, der durch die inneren Wände des Rohres B und durch das Rohr 6 gebildet wird und dann in den Raum zwischen den Wänden der Rohre 6 und 7. Auf diesem Wege werden die Gase durch die Wärme des Reaktionsraumes allmählich erhitzt. Von dort gelangen die Gase in den Raum zwischen den Rohren 7 und B. Um das letztere Rohr ist ein elektrischer Widerstand gewickelt, der die Gase fast bis auf die Reaktionstemperatur erhitzt.
• Durch die Öffnungen H gelangen die Gase in den wirklichen Reaktionsraum, der durch das Rohr g gebildet wird und der den Katalysator enthält. In diesem Raum verbinden sich die Gase, treten dann durch das Rohr io in die Kammern 3 und werden von hier in die Wärmeaustauschvorrichtung geführt.
• Das Hauptmerkmal dieses zweiten Teiles der Vorrichtung besteht darin, daß er vollständig auf die Scheibe D gestützt ist, derart, daß ihm jede Formänderung und Ausdehnung möglich ist.
• Wichtig und wesentlich ist noch die Art der Verschraubung zwischen den Rohren 8 und i o, die eine vollkommeneDichtheitsichert und die leichte Auswechselung der Rohre gestattet, ferner die Art der Verschraubung zwischen Rohr 8 und g, die eine leichte Auswechselung des Katalysators ermöglicht. Die Zeichnung zeigt deutlich, daß die Auswechselung des in dem Rohr g enthaltenen Katalysators leicht ausgeführt werden kann, indem man nach Entfernung der Platte F die Bolzen i abschraubt, die durch Vermittlung der Scheibe L die Verbindung der Rohre g und 8 sichern und mit Hilfe der Dichtung M verhindern, daß die Gase in den freien Raum zwischen den Rohren 8 und g treten, anstatt durch die in dem Rohr g enthaltene katalytische Masse zu ziehen. Nach Abschrauben der Bolzen i kann man das Rohr g bequem entfernen und den Katalysator auswechseln oder das Rohr durch ein anderes ersetzen.
• Das in dem Rohr g enthaltene Rohr i i dient zum Schützen der in ihm befindlichen Thermoelemente, die zur Temperaturkontrolle des Reaktionsraumes bestimmt sind. Diese Elemente werden durch die auf der Platte L liegende Dichtung N geführt und führen dann zu einer Reihe von Klemmen 0, ähnlich denjenigen, P, der Heizspirale, die sich dort auf dem in der Figur dargestellten Weg anschließt.
• Die in den Apparat durch das Rohr eingeführte Mischung von Wasserstoff und Stickstoff kommt entweder direkt vom Kompressor mit einer Temperatur von etwa 15 bis 2o°, oder von einem Wärmewiedergewinner, welcher die Wärme der aus dem Apparat ausströmenden-Gase ausnutzt. In diesem Falle hat die Mischung eine Temperatur von 40 bis go°. Die eingeführte Mischung zeigt an den üffnungeri E der Scheibe D eine Temperatur von etwa 3oo bis 33o°. Bei dem Durchgang durch die erste Ringkammer, welche aus den Rohren B und 6 gebildet wird, gelangt die Mischung an deren äußeres Ende mit einer Temperatur von Sao bis 350°. Am äußeren Ende der zweiten Ringkammer, welche von den Rohren 6 und 7 gebildet wird, beträgt die Temperatur der Gase 37o bis 4oo°, und am oberen Ende der dritten Ringkammer, welche die erwärmende Spirale besitzt und welche aus den Rohren 7 und 8 gebildet ist, 43o bis 52o°. Durch die Öffnungen H dringt jetzt die Gasmischung in die Kammer g ein und verläßt sie durch die durchlochte Scheibe im Boden des Rohres g mit einer Temperatur von etwa 45o bis 55o°. Durch das Rohr io gelangt die Mischung in die Verteilungskammer des Wärmewiedergewinners, durchströmt die Serpentine z und tritt aus dem Rohr G mit einer Temperatur von etwa go bis 15o°.
• Die angegebenen Temperaturen sind nicht feststehend, da sie von der Arbeitstemperatur des Katalysators abhängen. Es ist aber stets vorteilhaft, wenn die Temperatur der durch die Öffnungen H einströmenden Gase 2o bis 5o° C niedriger ist als die Betriebstemperatur des Katalysators. Dies erreicht man durch entsprechende Regulierung der Stromstärke in der das Rohr 8 umgebenden elektrischen Heizspirale.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei der synthetischen Herstellung von Ammoniak den Kontaktofen derart auszubilden, daß der obere Teil zur Synthese und der untere als Wärmeaustauscher dient, und daß die beiden Räume in unmittelbarer Verbindung stehen, wobei der Ofenraum und die Wärmeaustauschvorrichtung durch eine durchbohrte Scheibe getrennt sind. Bei diesen bekannten Vorrichtungen handelt es sich um eine durchbohrte Scheibe, auf deren Bohrungen Rohre aufgesetzt werden, dieselben also verschließen.
• Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine scheibenförmige Stütze mit Öffnungen für den Durchgang der Gase, wobei die Scheibe den Zweck hat, als Stütze für das innere System zu dienen. Das letztere ist dadurch von dem äußeren Mantel völlig losgelöst und vermag Verziehungen o. dgl. Formänderungen, die durch die Reaktionstemperaturen verursacht werden, nicht auf diesen Mantel zu übertragen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur synthetischen Herstellung von Ammoniak, bestehend aus einem oberen Teil, der als Ofenraum zur Synthese dient, und aus einem unteren Teil von gleichem Durchmesser, der als Wärmeaustauschraum benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Nähe des Randes mit Öffnungen versehene Stützscheibe, deren Öffnungen den freien Durchtritt der Gase von dem unteren Teil in den oberen gestatten, die beiden Räume der Vorrichtung gegeneinander abgrenzt und die Katalysator- und Wärmeaustauschvorrichtung trägt, so daß die beiden genannten Apparaturteile von dem äußeren Mantel völlig unabhängig den Temperaturwirkungen nachgeben können.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der flanschförmige, mit Durchbohrungen in radialer Richtung versehene Rand des rohrförmigen Katalysatorbehälters eingeschlossen ist zwischen einem Deckel und dem Flansch eines zweiten trichterförmigen Rohres, das mit seinem verjüngten Ende auf der zentralen Stützscheibe befestigt ist, während am entgegengesetzten Ende die genannten Vorrichtungsteile mit der drucktragenden Wand nicht in Verbindung stehen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Katalysatorbehälter an seinem oberen Teil mit einem mehrfach in radialer Richtung durchbohrten Flansch versehen ist, welcher gegen das trichterförmige Stützrohr durch den Deckel angedrückt wird, so daß das gesamte Gas gezwungen ist, durch die Bohrungen des Flansches in den Katalysatorraum zu dringen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel der Reaktionskammer an seinem Rand ein das Stützrohr des Katalysatorbehälters umgebendes weiteres Rohr trägt, das als Führung für die Gase dient und deren Weg in an sich bekannter Weise verlängert, bevor sie zur Reaktionskammer gelangen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i bis q., bei welcher die Wärmeaustauschvorrichtung aus einem oder mehreren Schlangenrohren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß deren Enden in Kammern münden, von denen die obere, die auf der zentralen Stützscheibe befestigt ist und als Gasverteiler wirkt, mit dem oberhalb der Stützscheibe angeordneten Reaktionsraum in Verbindung steht, während die untere Kammer, die mit Hilfe eines auswechselbaren Verbindungsstückes ebenfalls an der Stützscheibe befestigt ist und als Gassammelstelle wirkt, in das Gasableitungsrohr übergeht, wobei das Ableitungsrohr für die aus der Wärmeaustauschvorrichtung kommenden Gase zufolge seiner Form und Befestigungsweise den Formänderungen der Wärineaustauschvorrichtung, an die es angeschlossen ist, oder des drucktragenden Außenmantels, durch den es die Gase nach außen abführt, sich anpassen kann.