DE580063C - Vorrichtung zur Durchfuehrung exothermer katalytischer Gasreaktionen - Google Patents

Vorrichtung zur Durchfuehrung exothermer katalytischer Gasreaktionen

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Publication number
DE580063C
DE580063C DEI31112D DEI0031112D DE580063C DE 580063 C DE580063 C DE 580063C DE I31112 D DEI31112 D DE I31112D DE I0031112 D DEI0031112 D DE I0031112D DE 580063 C DE580063 C DE 580063C
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DE
Germany
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tubes
contact
pipes
gas
fresh gas
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Expired
Application number
DEI31112D
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English (en)
Inventor
Albert Berenbruch
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IG Farbenindustrie AG
Original Assignee
IG Farbenindustrie AG
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Publication date
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Publication of DE580063C publication Critical patent/DE580063C/de
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Classifications

    • 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
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes

Landscapes

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

Description

  • Vorrichtung zur Durchführung exothermer katalytischer Gasreaktionen Bekanntlich ist es bei exotherm verlaufenden Gasreaktionen zweckmäßig und oft sogar notwendig, die Reaktion entweder in mehreren Stufen vor sich gehen zu lassen unter Anwendung von Zwischenkühlern oder die Reaktionswärme auf irgendeine Weise im Augenblick der Entstehung abzuführen und damit die Reaktionstemperatur zu regulieren und auf solcher Höhe zu halten, daß bei einer bestimmten Reaktionsgeschwindigkeit und dem entsprechenden Gasgleichgewicht ein möglichst großer Umsatz erreicht wird.
  • Hierfür ist es erforderlich, daß die Temperatur während des Verlaufes der Reaktion im Kontaktraum annähernd konstant ist oder in der Kontaktschicht in Richtung des Gasweges langsam abnimmt, da die Reaktionsgeschwindigkeit zwar mit fallender Temperatur abnimmt, sich hierbei jedoch das Reaktionsgleichgewicht in manchen Fällen in günstigem Sinne verschieben kann; erfahrungsgemäß ist z. B. bei der Ammoniaksynthese die Ausbeute am besten, wenn die Temperatur im unteren (von den Gasen zuletzt durchströmten) Teil des Kontaktraumes abfällt.
  • Es sind nun schon Ofen konstruiert worden, bei welchen zu diesem Zwecke der Kontaktraum in einzelne, parallele, mit I Kontakt gefüllte Rohre aufgelöst ist, die an beiden Enden in einem Rohrboden befestigt sind und im Betrieb von dem ankommenden kalten Frischgas umspült werden, bevor dieses in die Kontaktmasse eintritt. Bei dieser Anordnung ist aber der ganze Ofenraum wegen des Abstandes der Rohre voneinander, der nötig ist, um dem Gas den Eintritt in das Rohrbündel zu ermöglichen, sehr schlecht ausgenutzt. Aus dem gleichen Grunde ist auch die Wärmeübertragung vom Kontakt auf das Frischgas sehr unvollkommen.
  • Auch ist vorgeschlagen worden, den Kontakt um die Rohre herum zu lagern, wobei diese einen noch größeren Abstand voneinander haben müssen. Das Frischgas geht dabei erst durch die Rohre von unten nach oben und dann durch den Kontakt von oben nach unten. Auch hier ist der Wärmeaustausch naturgemäß schlecht wegen der geringen Oberfläche der Rohre.
  • Es wurde nun gefunden, daß man bei günstiger Raumausnutzung g eine besonders gute Wärmeregulierung und damit einenbedeutenden technischen Effekt erzielen kann, wenn man das Gas durch gegebenenfalls nur an einem Ende in einem Rohrboden befestigte Kontaktrohre leitet, die zu einem dichten Rohrbündel derart zusammengepackt sind, daß die Lineargeschwindigkeit des außerhalb der Kontaktrohre an diesen vorbeigeleiteten Frischgases größer ist als die Lineargeschwindigkeit des in den mit Kontaktmasse gefüllten Rohren strömenden Gases Das Frischgas wird hierbei zwecks Wärmeaustausch mit dem Katalysator zunächst durch die zwischen den Rohren bleibenden Zwischenräume und dann zweckmäßig in entgegengesetzter Richtung durch die mit dem Katalysator gefüllten Rohre geleitet. Die Rohre sind zweckmäßig an dem Ende, an welchem sie in einem Rohrboden befestigt sind, auf einen kleineren Durchmesser gebracht. Die Verengung der Rohre bietet die Möglichkeit, das ankommende Frischgas über die Zwischenräume zwischen den Rohren gleichmäßig zu verteilen. Die Wirkung der Anordnung läßt sich u. U. noch wesentlich dadurch erhöhen, daß man an Stelle von Rohren mit kreisförmigem oder ovalem Ouerschnitt zwecks besserer Ausnutzung der Oberfläche Rohre mit polygonalem, z. B. quadratischem oder sechseckigem Querschnitt verwendet.
  • Das Aufheizen des Ofens auf Reaktionstemperatur wird zweckmäßig durch elek trische Heizvorrichtungen bewirkt.
  • An Hand beiliegender Zeichnung sei eine Ausführungsform eines derartigen Ofens näher erläutert: Fig. 1 stellt einen Vertikalschnitt eines Reaktionsofens dar. Bei a tritt das kalte Frischgas in den Ofen ein, strömt zunächst am Ofenmantel entlang und tritt am Ende des Leitrohres b in das aus Rohren mit kreisförmigem Querschnitt bestehende Bündel ein, und zwar zunächst in die Rohrzwischenräume, die deutlich aus der Fig. 2 ersichtlich sind. In den Zwischenräumen steigt das Gas hoch und tritt, gegebenenfalls erhitzt durch eine elektrische Heizvorrichtung c, am anderen Ende der Rohre in diese hzw. in die Kontaktschicht ein. Während es diese durchströmt, wird die Reaktionswärme an das außen in entgegengesetzter Richtung vorbeiströmende Frischgas abgegeben. Das Gasgemisch verläßt den Ofen bei d. Es ist hierbei nicht nötig, daß die Rohre ganz mit Kontakt gefüllt sind. Sie können z. B. im oberen Teil Kontakt enthalten, je nachdem es die betreffende Reaktion erfordert. Der übrige Teil der Rohre dient lediglich als Wärmeregenerator.
  • Eine weitere Ausführungsiform, bei der die zugeführten Gase und die durch den Kontakt strömenden Gase im Gleichstrom geführt werden, zeigt Fig. 3: Das bei a eintretende kalte Gas streicht zwischen den mit Kontakt angefüllten heißen Bündel röhren b nach unten (bezüglich der Gestalt der Zwischenräume vgl. Fig. 2 und 4), steigt durch das Zentral rohr z wieder nach oben, tritt in die Kontaktrohre ein, die es in der Richtung von oben nach unten durchströmt und tritt bei c aus dem Ofen aus.
  • Diese Anordnung ist insbesondere bei Realktionen, die mit großer und nicht auf die ganze Kontaktlänge gleichmäßig verteilter Wärmeentwicklung verlaufen, mit Vorteil anzuwenden. Es wird dadurch erreicht, daß an der Stelle, an der die Wärmeentwicklung am stärksten ist, nämlich am Anfang der Kontaktschicht, die Wärmeabfuhr durch das kalte Gas auch am größten ist, da hier die Temperaturdifferenz zwischen äußerem und innerem Gas am größten ist.
  • Für manche Reaktionen kann es sich als zweckmäßig erweisen, das Frischgas bis zu einem bestimmten Grade vorzuwärmen, um die Kontaktrohre nicht zu stark abzukühlen.
  • Das kann außerhalb oder innerhalb des Ofens entweder durch eine Heizung beliebiger Art geschehen, oder es kann die Wärme des aus den Bündel rohren abziehenden Gases durch einen Gegenstromwärmeaustauscher bekannter Konstruktion ganz oder teilweise auf das Frischgas übertragen werden.
  • Die in manchen Fällen, z. B. bei der Verwendung von runden Röhren nicht zu vermeidenden größeren Zwischenräume, die für die Wärmeregeneration ungünstig sind, können weiterhin Idurch indifferente Füllkörper, z. B. ein, geschobene Eisenstäbe, sehr weitgehen, d verkleinert werden. In technisch sehr einfacher Weise lassen sich größere Zwischenräume vermeiden, wenn man den einzelnen Kontaktrnhren, wie schon erwähnt, statt eines runden polygonalen z. B. quadratischen oder sechseckigen Querschnitt gibt (s. Fig. 4).
  • Dadurch lagern sich die Rohre noch inniger zusammen, der Kontaktraum wird im Verhältnis zum Gesamtraum größer, und das zu regenerierende Gas strömt mit großer Geschwindigkeit zwischen parallelen Flächen von geringem Abstand, so daß für den Wärmeübergang die denkbar günstigsten Verhältnisse geschaffen sind. Während z. B. bei einem aus Rohren mit kreisförmigem Querschnitt bestehenden Bündel der Querschnitt des zwischen den Rohren verbleibenden Raums im allgemeinen etwa 22 01o des Gesamtquerschnittes des Rohrbündels beträgt, kann bei Rohren mit sechseckigem Querschnitt dieser Zwischenraum beliebig, z. B. auf etwa 3 bis 5 01o, verkleinert werden. Das Rohrbündel kann natürlich zu einem System mit beliebig geformtem Querschnitt zusammengepackt sein. Auch ist es mitunter von Vorteil, zwischen die parallelen Wände Zwischenstücke einzuschieben.
  • Man kann weiterhin die Rohre, beispielsweise solche von regulär sechsseitigem Querschnitt, so mit den Längsseiten aneinanderlegen, daß Zwischenräume gänzlich vermieden werden, so daß das Ganie einen durch Trennwände vielfach unterteilten Raum darstellt. Man benutzt dann den größeren Teil der Rohre als Kontakträume, den zweckmäßig auf den Gesamtquerschnitt gleichmäßig verteilten Rest, der beispielsweise IO 01o der Gesamtzahl der Rohre beträgt und der leer gehalten oder mit Füllkörpern versehen sein kann, als Regenerationsräume. Bei dieser Ausführungsart ist es zweckmäßig, den für die Wärmeregeneration bestimmten Räumen gemeinsame Wände mit den angrenzenden Kontakträumen zu geben. Die eng aneinanderliegenden übrigen Rohrwandungen bzw.
  • Trennwände übernehmen hierbei lediglich die Rolle einer Wärmeleitung zu den Regenerationsräumen, in denen die auftretende Wärme vom Frischgas aufgenommen wird.
  • Eine wesentliche Verbesserung der Ausnutzung des Ofenraumes sowie der Wärmeregeneration kann bei Idieser Ausführungsart dadurch erzielt werden, daß man in die leer gehaltenen Rohre oder in die von mehreren Rohren gebildeten rohrförmigen Zwischenräume mit Kontakisubstanz gefüllte Rohre von geringerem Querschnitt, am besten koaxial, und zwar so einsetzt, daß für den Durchtritt des Frischgases zwischen äußerem und innerem Rohr nur wenig Raum bleibt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Durchführung exothermer katalytischer Gasreaktionen, dadurch gekennzeichnet, daß Rohre, die entweder alle oder nur zum Teil mit Kontaktmasse versehen sind, so dicht zu einem Bündel zusammengepackt sind, daß die Lineargeschwindigkeit des außerhalb der Kontaktrohre an diesen vorbeigeleiteten Frischgases größer ist als die Lineargeschwindigkeit des in den Kontaktrohren strömenden Gases.
  2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre an dem Ende. an welchem sie in einem Rohrboden befestigt sind, einen kleineren Durchmesser besitzen.
  3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch I und d 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Rohre von polygonalem Querschnitt verwendet.
  4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks besserer Wärmeregeneration in die von den Rohren gebildeten Zwischenräume Füllkörper eingesetzt sind.
  5. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre ohne Zwischenräume derart aneinandergepackt sind, daß das Ganze einen durch Trennwände vielfach unterteilten Raum darstellt, wobei das Frischgas zwecks Wärmeaustausch mit dem Katalysator zunächst durch leer gehaltene oder mit Füllkörpern gefüllte Rohre und dann in zweckmäßig entgegengesetzter Richtung durch die mit Kontakt gefüllten Rohre streicht.
  6. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die leeren Rohre oder in die von mehreren Rohren gebildeten rohrförmigen leeren Zwischenkanäle mit Kontakt beschickte Rohre von etwas geringerem Querschnitt, am besten koaxial, in der Weise eingesetzt sind, daß zwischen äußerem und innerem Rohr ein kleiner Zwischenraum für den Durchtritt des Frischgases bleibt.
DEI31112D 1927-05-08 1927-05-08 Vorrichtung zur Durchfuehrung exothermer katalytischer Gasreaktionen Expired DE580063C (de)

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DE580063C true DE580063C (de) 1933-07-05

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DE (1) DE580063C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE744075C (de) * 1939-08-03 1944-01-08 Ig Farbenindustrie Ag Verfahren und Vorrichtung zur Ausfuehrung katalytischer Gasreaktionen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE744075C (de) * 1939-08-03 1944-01-08 Ig Farbenindustrie Ag Verfahren und Vorrichtung zur Ausfuehrung katalytischer Gasreaktionen

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