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Kontaktofen für die Durchführung exothermer Reaktionen unter Druck,
insbesondere für die Umsetzung von Kohlenoxyd
I)ie Erfindung bezieht sich auf die
Apparatur, welche für die Umsetzung des Kohlenoxyds unter Druck und für ähnliche
Behandlungsvorgänge benutzt wird, welche einen Kontaktturm mit Wärmeaustauschmitteln
erfordern, in welchem ein Gas unter Druck in Kontakt mit einem Katalysator strömt.
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Die gegenwärtig verwendeten Kontakttürme dieser Art weisen je nach
der Bauart verschiedene Ubelstände auf, und zwar hinsichtlich der physikalisch-chemischen
Funktion, welche sie ausüben sollen, oder der periodisch auszuführenden Arbeitsgänge
des Einbringens und der Entleerung des Katalysators. nei manchen dieser Türme wird
nämlich der Katalysator in Form einer einzigen Schicht in den Turm geschüttet, deren
Höhe mehrere Meter betragen muß, so daß die Katalysatorwirkung unter mittelmäßigen
Bedingungen stattfindet, während die Entleerung dieses Katalysators den Benutzer
zu schwierigen Manövern zwingt.
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Bei anderen ebenfalls bekannten Arten von Türmen wird der Katalysator
in mehreren getrennten übereinanderliegenden Schichten angeordnet, welche an dem
Stützrohr selbst befestigt sind oder auf gelochten Blechen ruhen, welche mit diesem
Rohr fest verbunden sind, wobei die Einbringung und die Entleerung des Katalysators
durch seitliche Löcher erfolgt, was, insbesondere wenn der Turm ein als Wärmeaustauscher
arbeitendes inneres Rohrbündel besitzt, sehr unbequeme und schwierige Arbeitsgänge
erfordert, welche einen längeren Betriebsstillstand zur Folge haben können.
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Bei manchen Türmen, welche nicht diesen inneren Wärmeaustauscher
enthalten, wird die Begrenzung der Temperatur mit Hilfe einer Zerstäubung von Wasser
bewirkt, welche zwischen den Schichten des
Katalysators vorgenommen
wird, was die Anlage erheblich kompliziert.
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Die vorliegende Erfindung hat die Vermeidung dieser verschiedenen,
das Arbeiten oder den Betrieb störenden überstände zum Zweck und besteht in einem
Kontaktturm zur Umsetzung von Kohlenoxyd unter Druck oder für ähnliche Behandlungsvorgänge,
welcher wesentlich dadurch gekennzeichnet ist, daß er in seinem Innern einen eine
herausnehmbare und auseinandernehmbare Anordnung bildenden Einsatz aufweist, der
aus einer Reihe von übereinanderliegenden und miteinander verbundenen Körben zusammengesetzt
ist, welche den Katalysator in ebenso vielen Schichten aufnehmen, wobei die Strömung
des Gases über den Katalysator von oben nach unten durch diese Körbe erfolgt, während
die Einbringung und die Entleerung des Katalysators außerhalb des Turmes nach Entfernung
dieses Einsatzes vorgenommen werden können, d. b. unter besonders leichten Bedingungen
und mit großer Schnelligkeit.
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Andere interessante Kennzeichen dieses Kontaktturmes werden aus der
nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform hervorgehen.
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Fig. 1 stellt den Kontaktturm in einem lotrechten Schnitt in der
Durchmesserrichtung dar; Fig. 2 und 3 entsprechen waagerechten Schnitten gemäß den
Ebenen A-B bzw. C-D der Fig. I; Fig. 4 zeigt in einem lotrechten Schnitt in der
Durchmesserrichtung den unteren Korb der Reihe; Fig. 5 zeigt denselben Korb in waagerechtem
Schnitt längs der Ebene E-F der Fig. 4; Fig. 6 und 7 sind lotrechte Schnitte in
der Durchmesserrichtung eines Zwischenkorbes bzw. eines oberen Korbes; Fig. 8 zeigt
einen Sektor der die Böden der Körbe I>ildenden gelochten Platten; Fig. g stellt,
ebenfalls in einem lotrechten Schnitt, einen Ausdehnungsstutzen für den Austritt
des Gases nach der Umsetzung dar.
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Der Turm besitzt in bekannter Weise eine metallische Außenhülle I
in Form eines Stützrohres beliebiger geeigneter Ausbildung und Form, wobei die dargestellte
Form keineswegs beschränkend sein soll. Das Rohr ist in dem betrachteten Beispiel
mit einer Packung von Asbestfasern 2 versehen, welche zwischen diesem Rohr und einer
Hülle von Diatomitsteinen 3 angeordnet ist, innerhalb deren eine zweite Hülle aus
feuerfesten Steinen 4 aufgemauert ist, welche die Innenwand des Turmes bildet.
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Der Einsatz wird in dem dargestellten Beispiel durch eine Reihe von
vier übereinanderliegenden und miteinander verbundenen Körben gebildet.
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Diese Körbe haben alle einen ähnlichen Aufbau und unterscheiden sich
nur durch ihre Höhenabmessungen und durch die I,age bestimmter, einen Träger bildender
Rippen.
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In dem Beispiel umfaßt der Einsatz einen unteren Korb Pt, zwei gleiche
Zwischenkörbe P2 und P3 und einen oberen Korb P4.
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Jeder Korb wird durch einen Metallzylinder 5 gebildet, der in seinem
Innern zwei Reihen von z. B. geschweißten Rippen aufweist, von denen die eine, 6,
lotrecht und die andere, 7, waagerecht gerichtet sind und nach der Achse S des Zyliiders
zusammenstreben.
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In dem betrachteten Beispiel sind zwölf Rippen der ersteren Art und
sechs Rippen der zweitell Art vorhanden, welche in derselbell lotrechten Ehelle
wie die lotrechten Rippen gerader oder ungerader Ordnungszahl liegen.
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Auf den waagerechten Rippen ruhen in jedem Zylinder Sektoren 9, sechs
an der Zahl in dem vorliegenden Fall, deren Gesamtheit den Boden des Korbes bildet
und die zwei Reihen voil Löchern enthalten, von denen die einen, I0, zum Durchtritt
des inneren Rohrbündels bestimmt sind, wällrend die anderen, II, von kleinerem Durchmesser
die Strömung des Gases durch die tasse des Katalysators 12 gestatten, der bei der
Füllung des Kontaktturmes in diesen Körben untergebracht wird.
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An jedem Korb werden iI1 geeigneter Höhe einseitig geschlossene Rohre
15 zur Uiiterl)rinaung von Pyrometern befestigt.
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Die Körbe können untereinander mit Hilfe von Flanschen I3 verbunden
werden, welche auf jedem Korb von konischen Teilen 14 seiner Außenwand getragen
werden.
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Die Gesamthöhe der Gesamtanordnung der vier Körbe beträgt bei dem
betrachteten Beispiel ungeiähr 6 m.
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Der innere Wärmeaustauscher. der einen Bestandteil dieses Einsatzes
bildet und durch denselben Arbeitsgang aus dem Turn entfernt und wieder in diesen
eingesetzt wird, wie die Gesamtheit der Körbe, wird durch ein Bündel von lotrechten
Röhren I6 gebildet, deren Zahl hier sechzig beträgt, und die einen Durchmesser voll
einigen Zentimetern haben. Im Innern eines jeden Austauscherrohres I6 ist, und zwar
grundsätzlich gleichachsig, ein zweites Rohr I7 angeordnet, welches an seinem TUTnterteil
18 geschlossen ist, so daß ein ringförmiger Raum entsteht, der für den Umlauf des
Gases bestimmt ist, wie weiter unten ausgeführt werden wird.
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Das Bündel dieser Rohre I6 ist in eine Rohrplatte 19 eingewalzt und
eingeschweißt. welche an dem unteren Teil des unteren Korbes Pt befestigt ist, wobei
dieser untere Teil ferner mit Nuten 20 versehen ist. Am entgegengesetzten Ende ist
das ohere Ende der . Rohre i6 frei, so daß nichts deren Ausdehnung behindert. Die
einseitig geschlossenen Rohre I7 sind mit ihrem oberen Ende in den Austauscherrohren
aufgehängt und können sich ehellfalls frei ausdehnen.
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Für den Zusammenbau und die Einhringung der Körbe sowie für die Einfiihrung
des Katalysators stellt man den unteren Korb Pt, der die an die Rohrplatte I9 angeschweißten
Rohre I6 trägt, lotrecht auf und bringt dann durch die obere Öffnung dieses Korbes
das erste Katalysatorhett 12 ein, welches in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2 m3
des betreffenden Gutes umfaßt.
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Der zweite Korb p2 wird an Ort und Stelle gebracht, indem man ihn
über die oberen Enden der Rohre schiebt, dann wird die Vereinigung dieser beiden
Körbe in dichter Weise mittels der Flansche
3 3 \ orgenomllletla
unct die zweite Katalysatorschicht I2 wird in den Korb P gebracht. Die gleichen
Vorgänge werden für die Körbe P3 und P4 wiederholt.
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Nachden diese Arbeit außerhalb des Turmes vorgenommen wurde, wird
der gesamte, etwa 15 Tonheil wiegende Einsatz mit einem Laufkran gehoben und in
den Kontaktturm eingeführt und in diesem filter Beachtung einer bestimmten Winkelstellung
auf einem Einsatzträger 21 abgesetzt, worauf die obere Alidicltnug I3 des Korbes
P4 hergestellt wird.
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I)iese Abdichtung trägt mittels einer Scheibe 22 mit einer axialen
Öffnung 23 ein Ausdehnungssystem, welches aus einer nach Art einer zweigängigen
Schraube gestalteten Rohrschlange 24 mit zwei einander diametral gegeniiberliegenden
Eingängen und zwei Ausgängen besteht und einerseits mit der Innenkatnmer 25 des
Einsatzes und andererseits mit einer Rohrleitung 26 in Verbindung steht, wodurch
ein Nebenschluß zwischen der Eingangsleitung 27 der Gase und dem Innern der Korbsäule
entsteht.
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Hierauf stellt man die Verbindung des Ausgangsrohrstutzens 28 für
die umgesetzten Gase an der Ntündung eines anderen Ausdehnungsstutzens 29 her und
bringt dann die nicht dargestellten Pyrometerstähe in die einseitig geschlossenen
Löcher I5 uiid setzt den Deckel 30 auf den Turm.
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Die Entleerung des Katalysators geschieht natürlich so, daß man die
soeben beschriebenen Manöver in umgekehrter Reihenfolge vornimmt.
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Während des Betriebes verläuft die Gasströmung folgendermaßen: Um
das Austauschvermögen des E insatzes so gut wie möglich auszunutzen, tritt das urnzusetzende
Gas, dem der für die Umsetzungsrealtiotl notwendige Dampf zugesetzt wurde, am Kopf
durch den seitlichen Stutzen 27 ein und strömt \on ollen nach lunten in dem Ringraum
3I zwischen dem Einsatz und der feuerfesten Ausmauerung der Kolonne, wobei der bei
diesem ersten Durchgang des Gases stattfindende Wärmeaustausch noch durch das Vorhandensein
einer doppelten schraubenförmigen Rampe 32 in diesem Raum begünstigt werden kaiin,
welche das Gas zwingt, vollständig den Umfang des Einsatzes zu durchlaufen. gemäß
dem durch die Pfeile f angegebenen Umlauf gelangt das Gas in den unteren Teil des
Turmes, durchströmt die Nuten 20 und tritt unter die Rohrplatte 19 in der Zone,
wo die Rohre I6 des Austauschers münden, dringt in diese Rohre ein, steigt dann
in dem Ringraum zwischen diesen Rohren und den einseitig geschlossenen Rohren I7
auf, tritt am Kopf des Bündels aus, kommt dann in Berührung mit der ersten Schicht
12 des Katalysators, durchdringt durch die Öffnungen II den Boden des Korbes P4,
gelangt zu der zweiten Schicht 12 des Katalysators und so fort, indem es von oben
nach unten durch die aufeinanderfolgenden Katalysatorschichten bis zu dem Korb rl
strömt, wo dieses Gas in umgesetztem Zustand am unteren Teil des Einsatzes unter
der vierten Katalysatorschicht durch den Rohrstutzen 28 austritt.
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Zum Zwecke der Verteilung und der Regelung der Temperaturen gestattet
das Ventil des Nebenanschlusses 26, einen Teil oder die Gesamtheit des umzusetzenden
Gases unmittelbar auf die erste Katalysatorschicht ohne Durchgang durch die Austauscherröhren
I6 zu leiten.
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Die Beobachtung der Temperaturen, welche mittels der vier hierfür
angebrachten Pyrometerstäbe erfolgt, gibt nur Vergleichsangaben, da das Ende dieser
Stäbe nicht nur durch die Temperatur des Katalysators, sondern auch durch das die
Garnitur umgebende umzusetzende Gas beeinflußt wird. Immerhin findet kein Gaseintritt
in die die Stäbe aufnehmenden einseitig geschlossenen Rohre 15 statt, so daß die
festgestellten Temperaturen von den wirklichen Temperaturen im Innern der Körbe
nicht sehr rerschieden sein werden.
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Der Einsatz kann je nachdem ganz vorzugsweise aus dem unter dem Handelsnamen
Sichromalmetall bekannten Alaterial einer Stahllegierung mit einem Zusatz von Chrom
und Aluminium oder aus einem unter dem Handelsnamen Chromesco bekannten Chromstahl
hergestellt sein oder auch, falls dies nicht möglich ist, aus einem weichen Stahl
der für Kessel verwendeten Art, welcher einen geeigneten Kohlenstoffgehalt aufweist.