DE60205645T2

DE60205645T2 - Wärmetauscher für isothermische chemische reaktor

Info

Publication number: DE60205645T2
Application number: DE60205645T
Authority: DE
Inventors: Ermanno Filippi; Enrico Rizzi; Mirco Tarozzo
Original assignee: Methanol Casale SA
Current assignee: Casale SA
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: CN100577275C; DE60205645D1; MY124861A; MXPA04003653A; RU2298432C2; UA77022C2; EP1436075A1; US20050061490A1; BR0213343B1; AU2002347040B2; AR036840A1; RU2004115336A; CA2463046A1; CN1571697A; WO2003035241A1; EP1306126A1; BR0213343A; US7055583B2; EP1436075B1; DK1436075T3

Description

Gebiet der Anmeldung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich in ihrem breiter gefassten Aspekt auf einen chemischen Reaktor der Bauart, die eine im Wesentlichen zylindrische Hülle (oder ein zylindrisches Druckgefäß) umfasst, die/das an ihren/seinen entgegengesetzten Enden durch jeweilige Böden verschlossen ist, eine Reaktionszone in der Hülle, in der zumindest ein katalytisches Bett angeordnet ist, und eine Wärmetauschereinheit, die in das katalytische Bett eingebettet ist.
Ein derartiger Reaktor ist besonders nützlich zum Ausführen von exothermen und endothermen Reaktionen, die bei im Wesentlichen isothermischen Bedingungen auftreten, also unter Bedingungen, bei denen die Reaktionstemperatur in einem ziemlich begrenzten Bereich von Werten um einen vorbestimmten Wert gesteuert wird.
In der folgenden Beschreibung und den folgenden Ansprüchen wird ein Reaktor der zuvor erwähnten Bauart als pseudo-isothermischer oder, kurz gesagt, isothermischer Reaktor bezeichnet.
Mehr ins Detail gehend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen isothermischen Reaktor der betrachteten Bauart, der in seinem Inneren so aufgebaut ist, dass die Reaktionsgase und die gasförmigen Reaktionsprodukte das katalytische Bett in einer radialen oder axial-radialen Richtung (mit Bezug auf die Achse der zylindrischen Hülle des Reaktors) durchqueren können, und eine Wärmetauschereinheit umfasst, die aus einer Vielzahl von plattenförmigen Wärmetauschern besteht, die im Wesentlichen schachtelförmig bzw. kastenförmig ausgeführt sind, und in ihrem Inneren eine Kammer bilden, die von einer Betriebswärmetauschflüssigkeit durchquert werden soll.
Stand der Technik
Allgemein gesprochen kann das in der Wärmetauschereinheit eines isothermischen Reaktors verwendete Betriebsfluid in Form eines Fluids vor liegen, dessen Temperatur sich ändert (ein nicht siedendes Fluid), wie z.B. ein geeigneter und gesteuerter Strom aus Reaktionsgasen, die dem Reaktor selbst zugeführt werden; oder ein siedendes, d.h. isothermisches Fluid wie siedendes Wasser, geschmolzene Salze, Dow Therm und dergleichen. Darüber hinaus wird der Strom des Betriebsfluids, um den Wärmeaustausch effektiver zu gestalten und somit die kinetischen Eigenschaften der chemischen Reaktion zu verbessern, in die jeweilige Wärmetauschereinheit eingeleitet, und zwar im Gegenstrom oder im Gleichstrom mit den gasförmigen Reaktionsprodukten, die ihrerseits das katalytische Bett in radialer oder axial-radialer Richtung durchqueren, mit Bezug auf die allgemein vertikal liegende Achse der Hülle des betrachteten Reaktors. Wenn das Betriebsfluid aus den Reaktionsgasen selbst besteht, dann werden diese, neben der Tatsache, dass sie von der Reaktionsumgebung (katalytisches Bett) Wärme abziehen bzw. dieser Umgebung Wärme zuführen, um die Vollendung der eigentlichen Reaktion zu fördern, erhitzt bzw. abgekühlt, wobei eine Temperaturbedingung erreicht wird, die vom Gesichtspunkt der Thermodynamik her gesehen für das Einsetzen der Reaktion günstig ist.
In diesem Fall (radialer oder axial-radialer Strom) besteht die allgemeine Ausführung eines isothermischen Reaktors in einem Druckgefäß, in dem zumindest ein Katalysatoreinsatz gehaltert ist, der von zwei Wänden umschlossen ist, die konzentrisch und zum eigentlichen Druckgefäß koaxial sind, und die in geeigneter Weise perforiert sind, damit die Gase den in dem Einsatz (katalytisches Bett) enthaltenen Katalysator durchströmen können. In die Masse des Katalysators ist eine Wärmetauschereinheit eingebettet, die aus einer Vielzahl von Wärmetauschern besteht, die in geeigneter Weise aufgebaut, gehaltert und miteinander verbunden sind.
Unter den effizientesten und erst in jüngster Zeit in isothermischen Reaktoren der hier betrachteten Bauart verwendeten Wärmetauschern sind Plattenwärmetauscher, die einen im Wesentlichen flachen, kastenförmigen Aufbau haben, am weitesten verbreitet.
In der Druckschrift US-A-5035867 ist eine Wärmetauschereinheit beschrieben, die kastenartige Strukturen umfasst, die auf zwei übereinanderliegende Anordnungen aufgeteilt sind.
So sehr sie unter verschiedenen Gesichtspunkten vorteilhaft sind, z.B. unter dem Gesichtspunkt der großen Oberfläche, die für den Wärmeaustausch bereit gestellt wird, leiden die plattenförmigen Wärmetauscher der zuvor genannten Bauart unter einem technischen Nachteil, der in der Schwierigkeit besteht, den Strom des Betriebsfluids in ihrem Inneren in eine bestimmte Richtung zu leiten, beispielsweise und insbesondere in die Radialrichtung mit Bezug auf die Achse des Reaktors. Dies stellt eine Schwierigkeit dar und bedeutet oftmals eine verringerte Effizienz des Wärmeaustauschs und deshalb einen reduzierten Ausstoß der chemischen Reaktion, die sich entwickeln soll.
Zusammenfassung der Erfindung
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Wärmetauschereinheit für radiale oder axial-radiale isothermische Reaktoren zu schaffen, die solche baulichen und funktionelle Merkmale haben, dass der vorstehend mit Bezug auf den Stand der Technik aufgezeigte Nachteil überwunden wird.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wärmetauschereinheit für isothermische, radiale oder axial-radiale, chemische Reaktoren, mit einer Gesamtkonfiguration, die im Wesentlichen ringförmig und zylindrisch ist, wobei sie eine axial durchlaufende Passage mit einem vorbestimmten Durchmesser hat, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von im Wesentlichen rechtwinkeligen, flachen, schachtelförmigen Wärmetauschern umfasst, die in vielen koaxialen und konzentrischen Ansammlungen verteilt sind, wobei in der Einheit eine Vielzahl von radialen Ausrichtungen mit einer im Wesentlichen radialen Anordnung festgelegt wird, und worin die Austauscher lange Seiten parallel zu der Achse der Einheit und kurze, sich radial erstreckende, Seiten haben, jeder der Austauscher umfasst eine innere Kammer zum Durchleiten einer Betriebswärmetauschflüssigkeit, zumindest eine Verteilerleitung und zumindest eine Sammlerleitung der Betriebsflüssigkeit, die in Verbindung stehen mit zwei entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des Austauschers und sich entlang diesen erstrecken, wobei die Leitungen in Flüssigverbindung sind, auf der einen Seite mit der Kammer durch zumindest eine darin ausgebildete Öffnung und, auf der anderen Seite, mit der Außenseite des Austauschers durch entsprechende Einlass- und Auslassinstallationen für die Betriebsflüssigkeit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt schematisch in einer teilgeschnittenen, perspektivischen Ansicht einen radialen isothermischen Reaktor dar, in dem eine Wärmetauschereinheit verwendet wird, die eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Wärmetauschern umfasst;
2 stellt im vergrößerten Maßstab einen Wärmetauscher der Wärmetauschereinheit von 1 dar;
3, 4 und 5 sind Schnittansichten entlang den Linien III-III, IV-IV bzw. V-V von 2;
6 stellt schematisch eine bevorzugte Ausführung des Wärmetauschers von 2 dar;
7 stellt eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII von 6 dar;
8 stellt eine alternative Ausführungsform des Wärmetauschers von 6 dar;
9 stellt in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie IX-IX von 8 dar;
10 stellt eine alternative Ausführungsform des radialen, isothermischen Reaktors von 1 dar.
Ausführliche Beschreibung
Mit Bezug auf 1 ist mit 1 ein isothermischer Reaktor in seiner Gesamtheit angegeben, der eine zylindrische Hülle 2 mit einer vertikalen Achse umfasst, welche Hülle an den entgegengesetzten Enden mit jeweiligen Böden, einem unteren Boden 3 und einem oberen Boden 4, verschlossen ist, die herkömmlicher Weise mit Durchlässen 5, 6 zum Einleiten der Reaktionsgase in den isothermischen Reaktor 1 bzw. Abführen der gasförmigen Reaktionsprodukte aus diesem ausgestattet sind, was sich aus dem Rest der Beschreibung klarer ergeben wird.
In der Hülle 2 ist eine Reaktionszone gebildet, in der in herkömmlicher Art und Weise ein Katalysatorkorb 7 mit im Wesentlichen zylindrischer Ausführung und ringförmigem Querschnitt gehaltert ist. Der Korb 7 besteht im Wesentlichen aus einer äußeren zylindrischen Wand 8, die zusammen mit der Hülle 2 einen Raum 9 mit reduzierter Weite bildet, einer inneren zylindrischen Wand 10 sowie einem kreisförmigen Boden in herkömmlicher Bauart, der bei 7b in Umrisslinie dargestellt ist.
Die innere Wand 10 bildet zentrisch einen axialen Durchlass, in der allgemein eine Leitung 11 zum Sammeln gasförmiger Reaktionsprodukte gehaltert ist, die ein geschlossenes oberes Ende 11a und ein offenes unteres Ende 11b aufweist, das in direkter Fluidverbindung mit dem Durchlass 6 des Bodens 3 steht.
Diese Wände, die äußere Wand 8 und innere Wand 10, sind perforiert, um den Durchgang der Reaktionsgase vom luftgefüllten Raum 9 in das Innere des Korbs 7 zu ermöglichen, sowie den Durchgang der gasförmigen Reaktionsprodukte vom Korb 7 in die zentral angeordnete Leitung 11.
Der Korb 7 ist dazu vorgesehen, eine Masse eines geeigneten Katalysators (nicht dargestellt) zu beinhalten, in der in einer an und für sich bekannten Art und Weise eine Wärmetauschereinheit eingebettet und gehaltert ist, die insgesamt mit 12 angegeben ist.
Die Wärmetauschereinheit 12 hat eine ringförmige, zylindrische Gesamtausführung, die der Ausführung des Korbs 7 ähnlich ist. Sie hat einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen so groß ist wie der Außendurchmesser des Korbs 7 und wird axial von einem Durchlass durchquert, der einen Durchmesser hat, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Korbes selbst entspricht.
Insbesondere umfasst gemäß einer bevorzugten, aber nicht einschränkenden und in 1 in Umrisslinie dargestellten Ausführungsform die Wärmetauschereinheit 12 eine Vielzahl von Wärmetauschern 13, die regelmäßig auf drei koaxiale und konzentrische Ansammlungen bzw. Anordnungen aufgeteilt sind. Jeder Wärmetauscher 13 (2) hat einen im Wesentlichen kastenförmigen Aufbau mit einer im Wesentlichen langgestreckten, flachen und rechteckigen Ausführung, von der zwei gegenüberliegende Längsseiten 13a und zwei gegenüberliegende, kurze Seiten 13b in Umrisslinie dargestellt sind.
Bei der zuvor erwähnten Wärmetauschereinheit 12 liegen die Wärmetauscher 13 in einer im Wesentlichen radialen Anordnung vor, wobei die Längsseiten 13a parallel zur Achse der Einheit 12 (und von daher zur Achse der Hülle 2 des Reaktors 1) liegen, und sich die kurzen Seiten 13b axial erstrecken, und sind so organisiert, dass sie eine Vielzahl von radialen Gruppen aus drei Wärmetauschern bilden.
Natürlich kann je nach verschiedenen technischen und ausführungsbedingten Erfordernissen jede Gruppe aus drei Wärmetauschern 13 durch ein Paar Wärmetauscher oder durch einen einzigen Wärmetauscher ersetzt werden, das/der die gesamte radiale Erstreckung des Korbs 7 ausfüllt.
Noch mehr ins Einzelne gehend (2 bis 5), besteht jeder Wärmetauscher 13 aus einem Paar nebeneinander gesetzter Metallplatten 14, 15, die unter einem vorbestimmten Abstand durch eine perimetrische Verlötung 16, 16a miteinander verbunden sind, so dass sich zwischen ihnen eine Kammer 17 bildet, die dazu gedacht ist, dass sie von einer Betriebswärmetauschflüssigkeit durchquert wird.
Für eine optimale Wärmetauscheffizienz mit den Reaktionsgasen und den gasförmigen Reaktionsprodukten, die das katalytische Bett in radialer Richtung durchqueren, muss die Wärmeaustauschflüssigkeit bzw. das Wärmeaustauschfluid seinerseits jeden Wärmetauscher 13 der Wärmetauschereinheit 12 in einer radialen oder im Wesentlichen radialen Richtung durchqueren, und zwar im Gleichstrom oder im Gegenstrom zu den Gasen.
Zu diesem Zweck und gemäß einem kennzeichnenden Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jeder Wärmetauscher 13 an den gegenüberliegenden Längsseiten 13a mit einer Verteilerleitung 19 und einer Sammlerleitung bzw. Sammelleitung 20 ausgestattet, die jeweils für das Betriebsfluid vorgesehen sind. Die Leitungen 19 und 20 stehen einerseits in Fluidverbindung mit der Kammer 17, und zwar durch mindestens eine, vorzugsweise jedoch über eine Vielzahl von Öffnungen oder Durchgängen 19a und 20a, mit denen sie entlang einer oder mehrerer Erzeugenden ausgestattet sind, und andererseits mit der Außenseite des Wärmetauschers 13, und zwar über Installationen bzw. Anschlussteile 21 und 22 für den Einlass bzw. Auslass des Betriebsfluids.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform werden die Leitungen 19 und 20 direkt in die Längsseiten 13a des Wärmetauschers 13 "eingeformt", und zwar zu dem Zeitpunkt, wenn die den Wärmetauscher bildenden Metallplatten 14 und 15 gezogen und perimetrisch verlötet werden. Vorteilhafterweise werden sie über Schweißnähte 116, 116a erhalten, die sich parallel zur perimetrischen Verlötung 16 und 16a unter einem vorbestimmten Abstand von diesen erstrecken, wohingegen die Öffnungen 19a, 20a für den Durchgang des Fluids durch entsprechende Unterbrechungen dieser Schweißnähte 116, 116a erhalten werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform (nicht dargestellt) bestehen die Leitungen 19 und 20 aus jeweiligen Röhren, die in der Kammer 17 an den Längsseiten 13a des Wärmetauschers parallel zu diesen befestigt sind und eine Einheit mit den jeweiligen, oben angeführten Anschlussteilen 21 und 22 ergeben.
Gemäß einem anderen kennzeichnenden Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Anschlussteile 21 und 22 der Leitungen 19 und 20 zum Verteilen des Betriebsfluids im Wärmetauscher 13 bzw. zum Sammeln des aus diesem stammenden Betriebsfluids, an derselben kurzen Seite 13b des Wärmetauschers angeordnet.
Wenn sie so angeordnet ist, dass sie die Wärmetauschereinheit 12 der vorliegenden Erfindung in der oben beschriebenen Anordnung (1) bildet, dann bildet die kurze Seite 13b mit den entsprechenden Anschlussteilen 21 und 22 die Oberseite jedes Wärmetauschers 13, während die gegenüberliegende kurze Seite direkt in einer an und für sich bekannten Art und Weise an einem Halterungsaufbau (nicht dargestellt) der gesamten Wärmetauschereinheit 12 befestigt ist.
Vorteilhafterweise ist für eine höhere Wärmetauscheffizienz zumindest ein Teil der Wärmetauscher 13 der gesamten Wärmetauschereinheit 12 gemäß der in 6 schematisch dargestellten Ausführung hergestellt.
Gemäß dieser alternativen Ausführungsform ist die innere Kammer jedes Wärmetauschers 13 in eine Vielzahl von Kammern 117 unterteilt, die miteinander nicht direkt in Verbindung stehen und z.B. dadurch erhalten werden, dass eine entsprechende Vielzahl von Schweißnähten 117a der Metallplatten 14, 15, sich parallel zu den kurzen Seiten 13b des Wärmetauschers 13 erstrecken, in anderen Worten senkrecht zu seinen Verteilerleitungen 19 und Sammelleitungen 20. Die Kammern 117, die je nach den Erfordernissen alle dieselbe Weite oder auch verschiedene Weiten haben können, sind innen mit einer Vielzahl von Umlenkblechen 118 ausgestattet, die sich parallel zu den Leitungen 19, 20 erstrecken und in jeder Kammer 117 einen im Wesentlichen serpentinenartigen Weg für das Fluid bilden.
Jede Kammer 117 steht in Fluidverbindung mit der Verteilerleitung 19, und zwar über zumindest eine Öffnung 19a von dieser, und mit der Sammelleitung 20 über mindestens eine Öffnung 20a von dieser.
Es wäre festzuhalten, dass für eine bessere Steuerung des Druckabfalls und somit der Verteilung des Betriebsfluids im Inneren der Kammern 117 die Öffnungen 19a der Verteilerleitung 19 in der Nähe des Bodens einer jeweiligen Kammer 117 vorgesehen sind, und auch verschiedene Weiten oder Lichten haben, wobei die Weite insbesondere in Strömungsrichtung des Betriebsfluids innerhalb der Leitung 19 zunimmt.
Vorteilhafterweise ist zur Verbesserung der zuvor erwähnten Möglichkeit der Steuerung der Verteilung des Betriebsfluids in den Kammern 117, wenn der darin herrschende Druckabfall zu gering ist, um dies zu gewährleisten, die Verwendung von kalibrierten Muffen bzw. Hülsen 119a (8 und 9) vorgesehen, die entsprechend in jede der Öffnungen 19a eingesetzt werden, um genaue und berechnete Flüssigpassagen-Abschnitte (und somit einen genauen und berechneten Druckabfall) zu erhalten.
Bei dem isothermischen Reaktor 1 der vorliegenden Erfindung ist am oberen Ende des katalytischen Korbs 7, an einer Stelle über der Wärmetauschereinheit 12, eine ringförmige Leitung 23 für die allgemeine Verteilung des Betriebsfluids vorgesehen.
Wenn das Betriebsfluid aus den Reaktionsgasen selbst besteht (1) und die Wärmetauschereinheit 12 im Gleichstrom mit den gasförmigen Reaktionsprodukten durchqueren muss, steht eine solche Leitung 23 in Fluidverbindung mit der Außenseite des isothermischen Reaktors 1, und zwar über eine jeweilige Zufuhrleitung 23a für das Fluid, die an einem Einlassdurchgang 5a der Reaktionsgase im Reaktor selbst angeschlossen ist. Andererseits steht die Leitung 23 in Fluidverbindung mit der Vielzahl von Verteilerleitungen 19 der am weitesten außen liegenden Wärmetauscher 13 in jeder radialen, aus drei Wärmetauschern bestehenden Gruppe.
Außerdem sind in jeder radialen, aus drei Wärmetauschern bestehenden Gruppe die Sammelleitungen 20 jedes Wärmetauschers unmittelbar an die Verteilerleitungen 19 des Wärmetauschers angeschlossen, der sich in Richtung zur Achse der Hülle 2 unmittelbar an diesen anschließt. Eine derartige Verbindung lässt sich bewerkstelligen, indem die Sammelan schlussteile 22 eines Wärmetauschers in Fluidverbindung mit den Verteileranschlussteilen 21 des nächsten Wärmetauschers in Verbindung gesetzt werden, und zwar in einer Art Kopf-zu-Schwanz-Hydraulikverbindung, wie in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist.
Die Sammelleitungen 20 der am weitesten innen liegenden Wärmetauscher 13 der Wärmetauschereinheit 12 sind im oberen Teil der Hülle 2 (im Wesentlichen auf Höhe des oberen Bodens 4) "offen", so dass die in den Wärmetauschern 13 vorgeheizten oder gekühlten Reaktionsgase in den Raum 9 und von dort in das im Korb 17 enthaltene katalytische Bett befördert werden können, welches in radialer Richtung durchquert wird.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung ist es möglich, einen weiteren entscheidenden Vorteil zu erlangen. Und zwar können in derselben Zone, in der die ringförmige Verteilerleitung 23 liegt, weitere zwei (oder auch mehr) ringförmige Leitungen 24, 25 für die Verteilung des vorbestimmten Betriebswärmeaustauschfluids (das insbesondere und vorteilhafter Weise aus Reaktionsgasen besteht) angeordnet werden, die jeweils in Fluidverbindung mit den Wärmetauschern 13 einer entsprechenden ringförmigen Anordnung aus Wärmetauschern stehen. Beispielsweise und vorzugsweise wird eine solche Verbindung an den Kopf-zu-Schwanz-Hydraulikverbindungen zwischen den Wärmetauschern 13 derselben radialen Gruppe aus drei Wärmetauschern vorgesehen.
Mit 24a und 25a sind Zufuhrleitungen für das Betriebsfluid von der Außenseite des Reaktors zu den ringförmigen Leitungen 24 bzw. 25 angegeben.
Auf diese Art ist es möglich, "frisches" Betriebsfluid in die Wärmetauscher 13 der dazwischenliegenden ringförmigen Anordnungen einzuleiten, und daher kann man das Temperaturprofil im katalytischen Bett steuern.
In 10 ist eine alternative Ausführungsform des isothermischen Reaktors der vorliegenden Erfindung dargestellt, der sich besonders, wenn auch nicht ausschließlich, für den Fall eignet, dass das zu verwendende Betriebsfluid Wasser ist, oder auch vorzuheizende (oder zu kühlende) Re aktionsgase, die jedoch in einem weiteren Reaktor zur Reaktion gebracht werden sollen. In dieser Figur sind alle der bereits in 1 beschriebenen Einzelheiten mit denselben Bezugszahlen angegeben.
Gemäß dieser Alternative ist in der Zone, die (möglicherweise) von den ringförmigen Leitungen 23, 24 und 25 zur Verteilung des Betriebswärmeaustauschfluids eingenommen wird, eine abschließende, ringförmige Leitung 26 (Sammelleitung) angeordnet, um das Betriebsfluid zu sammeln, das aus der Wärmetauschereinheit der vorliegenden Erfindung abströmt. Zu diesem Zweck steht die ringförmige Leitung 26 einerseits mit allen Sammelleitungen 20 in Fluidverbindung, und zwar über die Anschlussteile 22 der am weitesten innen liegenden Wärmetauscher 13 jeder Einheit 12 und andererseits steht sie über eine Leitung 26a in Fluidverbindung mit einem "Auslaß"-Stutzen 27, der vom isothermischen Reaktor wegführt. Die Reaktionsgase werden in den Reaktor 1 durch den darin vorgesehenen oberen Durchlass 5 eingeleitet.
Zum Zwecke des Ablassens des Katalysators ohne Entfernung der plattenförmigen Wärmetauscher 13 ist der Korb 7 des chemischen Reaktors der vorliegenden Erfindung mit einer Bodenwand 28 ausgestattet, die zum Inneren des eigentlichen Korbs hin konvex gewölbt ist. Diese Bodenwand 28 ist wiederum nahe der Außenwand des Korbs 7 mit einer Vielzahl von Öffnungen 29 ausgestattet (in 10 ist nur eine Öffnung zu sehen), die in Verbindung mit entsprechenden Stutzen 30 zum Ablassen des Katalysators stehen, welche im Boden 3 des Reaktors vorgesehen sind.
An der so erdachten Erfindung können weitere Varianten und Modifikationen vorgenommen werden, die alle innerhalb des Fähigkeitsbereichs des Fachmanns liegen und als solche innerhalb des Schutzumfangs der eigentlichen Erfindung liegen, wie sie durch die nun folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Wärmetauschereinheit für isotherme, radiale oder axial-radiale, chemische Reaktoren (1), mit einer Gesamtkonfiguration, die im Wesentlichen ringförmig und zylindrisch ist, wobei sie eine axial durchlaufende Passage (11) mit einem vorbestimmten Durchmesser hat, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von im Wesentlichen rechtwinkeligen, flachen, schachtelförmigen Wärmetauschern (13) umfasst, die in vielen koaxialen und konzentrischen Ansammlungen verteilt sind, wobei in der Einheit (12) eine Vielzahl von radialen Ausrichtungen mit einer im Wesentlichen radialen Anordnung festgelegt wird, und worin die Austauscher (13) lange Seiten (13a) parallel zu der Achse der Einheit (12) und kurze, sich radial erstreckende, Seiten (13b) haben, jeder der Austauscher (13) umfasst eine innere Kammer (17) zum Durchleiten einer Betriebswärmetauschflüssigkeit, zumindest eine Verteilerleitung (19) und zumindest eine Sammlerleitung (20) der Betriebsflüssigkeit, die in Verbindung stehen mit zwei entsprechenden gegenüberliegenden Seiten (13a) des Austauschers und sich entlang diesen erstrecken, wobei die Leitungen (19, 20) in Flüssigverbindung sind, auf der einen Seite mit der Kammer (17) durch zumindest eine darin ausgebildete Öffnung (19a, 20a) und, auf der anderen Seite, mit der Außenseite des Austauschers (13) durch entsprechende Einlass- und Auslassinstallationen (21, 22) für die Betriebsflüssigkeit.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Austauscher (13) aus einem Paar von nebeneinandergesetzten, Metallplatten (14, 15) gefertigt ist, die miteinander in einem vorbestimmten Abstand durch perimetrisches Löten so verbunden sind, dass eine Kammer (17) zwischen ihnen festgelegt ist.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (19, 20) zum Verteilen beziehungsweise Sammeln der Betriebsflüssigkeit an gegenüberliegenden, langen Seiten (13a) eines entsprechenden Austauschers (13) angeordnet sind.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (19, 20) aus entsprechenden Röhren bestehen, die in der Kammer (17) an den gegenüberliegenden, langen Seiten (13a) des entsprechenden Austauschers (13) angebracht sind.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (19, 20) direkt entlang der langen Seiten (13a) ausgebildet sind, dabei den Austauscher bildend.
Wärmetauschereinheit nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (19, 20) in Flüssigverbindung mit der Außenseite des Austauschers (13) durch entsprechende rohrförmige Installationen (21, 22) sind, die auf der selben kurzen Seite (13b) des Austauschers selbst angeordnet sind und dem selben Teil der Einheit (12) zugewendet sind.
Wärmetauschereinheit nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (19, 20) in Flüssigverbindung mit der Kammer (17) durch eine entsprechende Vielzahl von Öffnungen (19a, 20a) sind, die in den Leitungen (19, 20), entlang der Erzeugenden davon, ausgebildet sind.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der radialen Anordnung und in jeder radialen Ausrichtung der Wärmetauscher (13), jeder Austauscher (13) die entsprechende Installation (22) für den Auslass der Betriebsflüssigkeit, in Flüssigverbindung mit der Installation (21) zum Flüssigkeitseinlass des Austauschers (13) an die selbe radiale Ausrichtung angrenzend, durch eine im Wesentlichen Kopf-zu-Schwanz, hydraulische Verbindung, hat.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (17) in eine Vielzahl von Kammern (117) unterteilt ist, die nicht direkt miteinander in Verbindung stehen, wobei jede von diesen in Flüssigverbindung mit der Verteilungsleitung (19) und mit der Sammelleitung (20) durch entsprechende, darin ausgebildete Öffnungen (19a, 20a) ist.
Wärmeaustauschereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (117) durch Schweißnähte (177a) der Metallplatten (14, 15), die sich lotrecht zu den Leitungen (19, 20) erstrecken, erhalten werden.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kammern (117) intern mit einer Vielzahl von Umlenkblechen (118) ausgerüstet ist, die sich parallel zu den Leitungen (19, 20) erstrecken und einen im Wesentlichen serpentinenartigen Weg für die Betriebsflüssigkeit festlegen.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern die selbe Weite haben.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (19a) der Verteilungsleitung (19) von verschiedener Weite sind.
Wärmetauscheinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (19a), in der Flussrichtung der Betriebsflüssigkeit, innerhalb der Verteilungsleitung von ansteigender Weite oder Lichte sind.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Öffnungen (19a) eine kalibrierte Muffe (119a) angebracht ist, um Flüssigpassagen-Abschnitte von vorbestimmten Dimensionen zwischen der Verteilungsleitung (19) und jeder der Kammern (117) zu erhalten.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine ringförmige Leitung (23) für die allgemeine Verteilung der Betriebsflüssigkeit, in Verbindung, auf einer Seite, mit den Verteilungsleitungen (19) der äußersten Austauscher (13) der Einheit (12) und, auf der anderen Seite, mit einer entsprechenden Leitung (23a) zur Zufuhr der Betriebsflüssigkeit in den Reaktor (1), umfasst.
Wärmetauschereinheit nach den Ansprüchen 8, 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine weitere, ringförmige Leitung (24, 25) für den Einlass der Betriebsflüssigkeit, in Verbindung, auf der einen Seite, mit den Kopf-zu-Schwanz hydraulischen Verbindungen von jeder radialen Ausrichtung der Austauscher (13) und, auf der anderen Seite, mit einer entsprechende Leitung (24a, 25a) zur Zufuhr der Betriebsflüssigkeit in den Reaktor (1), umfasst.
Wärmetauschereinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelleitungen (20) der innersten Wärmeaustauscher (13) der Einheit (12) zur Außenseite der Einheit und an der selben Seite davon einzeln offen sind.
Wärmeaustauschereinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiters eine ringförmige Leitung (26) für die allgemeine Sammlung der aus der Einheit (12) ausströmenden Betriebsflüssigkeit umfasst, die mit allen Sammelleitungen (20) der innersten Wärmetauscher (13) der Einheit (12) verbunden ist.
Isothermer, chemischer Reaktor umfassend einen zylindrischen Mantel (2), einen katalytischen Korb (7), der im Mantel (2) gestützt ist und zylindrische und koaxiale, Außen- beziehungsweise Innenwände (8, 10), und eine Bodenwand (7b, 28) hat, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Wärmeaustauscheinheit (12) nach einem der Ansprüche 15 bis 19 umfasst, die im Korb (7) gestützt ist.
Reaktor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwand (28) zu der Innenseite des Korbs (7) konvex ist.
Reaktor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Boden (28) ausgerüstet ist mit zumindest einer Öffnung (29) zum Ableiten des Katalysators, die in der Nähe der Außenwand (8) des Korbs (7) und in Verbindung mit der Außenseite des Reaktors ausgebildet ist.