DE855103C - Geraet fuer die Durchfuehrung katalytischer Gas- und Dampfreaktionen - Google Patents

Description

• Gerät für die Durchführung katalytischer Gas- und Dampfreaktionen Die chemischen Reaktionen, die in der Industrie angewendet werden, müssen bei verhältnismäßig hohen Temperaturen durchgeführt werden, da sie gewöhnlich exotherm verlaufen und die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur ansteigt. Im allgemeinen sind diese Reaktionen um so vollständiger, je niedriger die Temperatur ist. Man ist also dazu gekommen, jn mehreren Stufen bei Gegenwart von Katalysatoren und bei abfallenden mittleren Temperaturen zu arbeiten, die so gewählt sind, daß die Ausbeute der Anlage und der Umsetzungsgrad möglichst hoch sind.
• Ein Verfahren zur Durchführung solcher Reaktionen besteht darin, daß das Gemisch der zur Reaktion zu bringenden Gase ,durch Schichten von Katalysatormasse geschickt wird und daß das Gas nach der Reaktion dann durch einen Wärmeaustauscher fließt, in dem es sich abkühlt und einen Teil seiner Wärme an frisches Gas abgibt. Die Gesamtheit der dazu erforderlichen Geräte und der zahlreichen Verbindungsleitungen führt aber schnell zu sehr umfangreichen und schwerfälligen Anlagen, so daß die Wärmeverluste durch Strahlung erhebliche Werte annehmen.
• Gegenstand der im Betnieb der Patentinhaberin entwickelten Erfindung ist ein Gerät zur Durchführung solcher katalytischer Prozesse, bei dem die geschilderten Nachteile vermieden werden.
• Dies Gerät besteht in erster Linie aus einem Zylinder, der durch gelochte Zwischenböden, die von Katalysatormasse bedeckt sind, in mehrere Stufen unterteilt ist. iDie Zwischenböden ruhen einerseits auf einem mittleren Kranz und andererseits auf Ringflanschen an der Innenwandung des Zylinders.
• Die obere Stufe desselben ist durch einen ortsfesten Deckel abgeschlossen und, ebenso wie die untere Stufe mit einer an eine äußere Rohrleitung angeschlossenen Öffnung versehen. Haubenartige Kästen sind an den Böden, die die Zwischendecken jeder Stufe bilden, befestigt und in ihrer Höhe so bemessen, daß diese geringer ist als der freie Zwischen raum zwischen der genannten Deckenplatte und der Katalysatorschicht. Wärmeaustauscher in Gestalt U-förmilger Röhren, durch die die zur Reaktion zu bringenden Gase strömen, sind unterhalb jedes Deckenbodens der Zwischenstufe derart angeordnet, daß der runde Stegteil der Rohre etwa tangential zu der entsprechenden Hauben- oder [Kastenwandung verläuft.
• Der in einer Stufe gelegene Wärmeaustauscher ist vorzugsweise in Reihe mit dem oder den anderen Austauschern geschaltet, die in den unmittelbar darüber bzw. darunterliegenden Stufen angebracht sind. Die Verbindung der Wärmeaustauscher untereinander erfolgt durch einen Mantel, der den Zylinder umgibt.
• Wichtig ist, daß bei dem Gerät nach der Erfindung der Katalysator sich nicht in Berührung mit den Wärmeaustauschflächen befindet. Außerdem wird das aus einer Katalysatorschicht austretende Gas infolge seines Durchgangs durch die U-Rohre kräftig durchgerührt, bevor es auf die folgende Schicht geleitet wird. Schließlich kann die Aufnahmefähigkeit des Geräts beliebig groß gemacht werden, wobei infolge der sehr geringen Anzahl äußerer Rohrleitungen die Gesamtapparatur stets außerordentlich gedrängt bleibt.
• Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird an Hand der schematischen Zeichnungen beschrieben.
• In diesen stellt dar Abb. I einen vertikalen Schnitt durch das Gerät längs der Linie IqI der Abb. 2, Abb. 12 ein Schnittbild längs der gebrochenen Linie II-II-II'-I.I' der Abb. I und Abb. 3 eine schematische Darstellung der verschiedenen Rohrverbindungen.
• Wie die Zeichnung erkennen läßt, besteht das Gerät aus einem Zylinder I, der durch drei mit Katalysatormasse 3 bedeckte Lochboden 2 in vier Stufen unterteilt ist. Diese Lochböden liegen einerseits auf ringförmigen Vorsprüngen oder Flanschen 4 an der Innenwandung des Zylinders 1 und andererseits auf einer Mittelsäule auf, die gebildet ist durch Aufeinanderstellen von Säulenabschnitten 5, zwischen die Abstands- oder Anschlußstücke 6 gesetzt sind und deren Stärke im wesentlichen derwenigen der Lochböden 2 gleich ist.
• Die obere Stufe des Zylinders ist durch einen ortsfesten Deckel 7 abgeschlossen und mittels einer Offnung an eine Rohrleitung 8 angeschlossen, durch die die zur Reaktion zu bringenden Gase eintreten.
• Auch die untere Stufe 9st durch eine Öffnung an eine Rohrleitung g für den Austritt der Gase nach der Reaktion angeschlossen. Unter jedem Lochboden i2 ist ein haubenartiger Kasten 10 befestigt, dessen Höhe geringer ist als der freie Zwischenraum zwischen der betreffenden Lochplatte und der darunterl,iegenden Katalysatorsehicht 3. U-förmige Wärmeaustauscihrohire IIa und 11b sind mit ihren Enden fest in die Zylinderwandung eingelassen, und zwar unterhalb jedes Lochbodens 2, die die Decke für die Zwischenstufen bilden. Diese Wärmeaustauschrohre sind so angebracht, daß ihr runder Stegteil etwa tangential zu der Wandung der in der betreffenden Stufe liegenden Haube verläuft. Die Wärmeaustauschrohre 1a sind mit den Austauschrohren 11b über einen das Gehäuse umgebenden Mantel 12 in Reihe geschaltet. Der untere Teil dieses Mantels besitzt eine Offnung, die an eine Rohrleitung I3 angeschlossen ist, durch die das zu erhitzende Gas eintritt, und der obere Teil des Mantels steht seinerseits in Verbindung mit einer Rohrleitung 14 zum Austritt dieses Gases. Weitere Rohrleitungen 15 und I6 dienen dazu, gegebenenfalls die Wärmeaustauschrohre 110 oder IIb kurzzuschließen.
• Wie aus Abb. 2 ersichtlich list, bestehen die Lochböden 2 aus radialen Gußrippen 17, auf denen wiederum Rippen I8 liegen, und diese Rippen I7 und I8 sind mit gelochten Blechen 19 bedeckt, von denen auf der Abbildung nur ein Teil dargestellt ist.
• Das zur Reaktion ,zu bringende Gasgemisch tritt in das Gerät durch die Rohrleitung I3 ein, erhitzt sich beim Durchgang durch die Wärmeaustauscher IIO und 11b oder nur durch einen von diesen und tritt bei 14 wieder aus. Von dort läuft es durch ein oder mehrere Geräte von gleicher oder abweichender Bauart. Es tritt dann durch die Rohrleitung 8 wieder in das Gerät ein, durchdringt die erste Katalysatorschicht 3, kühlt sich bei Berührung mit dem Wärmeaustauscher 110 ab, gelangt auf die zweite Katalysatorschicht, kühlt sich bei Berührung mit dem Wärmeanstauscher IIb ab, durchdringt die dritte Katalysatorschicht und tritt bei g aus. Bemerkennwert ist, daß bei diiesem Gerät die Gase die Wärmeaustauschrohre IIa und 11b umspülen müssen.
• Zum Auswechseln des iKatalysators wird der Deckel 7 abgenommen, so daß die obere Katalysatorschicht herausgenommen werden kann. Dann werden die Rippen und die den oberen Boden bildenden Bleche, das iiAbstands- oder Verbindungsstück 6, die Haube 10 und die Säule 5 der zweiten Zwischenstufe herausgenommen. Nun kann auch die zweite Katalysatorschicht entfernt werden, und in der gleichen Weise erfolgt die Auswechslnrig der dritten Schicht. Der Zusammenbau des Geräts geht in umgekehrter Reihenfolge vor sich.
• Wie oben bereits dargelegt, kann man mehrere Katalysegeräte nach der Erfindung hintereinander schalten. Es genügt dazu, die Rohrleitungen g und I3 eines zweiteniGeräts mit den entsprechenden Leitungen 8 und 14 des ersten zu verbinden.
• Bei dem Gerät am Ende einer solchen Reihe kann man die Rohrleitungen 8 und 14 untereinander ver- binden, so daß das durch die Rohrleitung I3 in das Gerät eintretende Gas dieses durch die Leitung g verläßt. Ebenso kann man als Endgerät eine andere Apparatur verwenden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Gerät für die ,Durchführung 1katalytischer Gas- bzw. Dampfreaktionen, dadurch gekennzeichnet, daß einZylinder( r) durchLochböderl(2), die als Auflageplatten für Katalysatormasse dienen und einerseits durch eine Mittelsäule (5), andererseits durch Ringflansche (4) an der Zylinderinnenwand getragen werden, in Stufen aufgeteilt ist, deren obere durch einen ortsfesten Deckel (7) abgeschlossen und ebenso wie die untere durch eine Offnung an ein äußeres Rohr angeschlossen ist, daß an den die Dec'ke jeder Zwischenstufe bildenden Böden thauibenartige Kästen oder Glocken (io) 1befestilgt sind, deren Höhe kleiner ist als die des freien Raums zwischen der betreffenden Decke und der darunter befindlichen isKatalysatorschicht (3), und daß schließlich Wärmeaustauschelemente in Form von UeRohren (via, IIb), durch die die zur Reaktion zu bringenden Gase strömen, unterhalb jedes Zwischenbodens derart angebracht sind, daß die runden Stegteile der Rohre im wesentlichen an der entsprechenden Glockenwandung anliegen.
2. 2. 1Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher einer Stufe in Reihe mit denjenigen der unmittelbar darüber bzw. darunter befindlichen Stufen geschaltet ist.
3. 3. Gerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieWärmeaustauschelemente unter sich mittels eines den Zylinder umgebenden Mantels (I2) verbunden sind.
4. 4. Gerät nach Ansprüchen I bis 3, gekennzeichnet durch Rohre (I5, I6), die das 1Kurzschießen eines oder mehrerer Wärmeaustauschelemente gestatten.