DE8634177U1

DE8634177U1 - Vorrichtung als NH↓3↓-Reaktor

Info

Publication number: DE8634177U1
Application number: DE8634177U
Authority: DE
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1986-12-20
Filing date: 1986-12-20
Publication date: 1987-05-07

Description

"Vorrichtung als NHj-Reaktor"

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung als NH₃-Reaktor mit insbesondere wenigstens zwei in einem Druckbehälter axial hintereinander, konzentrisch angeordneten Wärmetauschern und diese umgebende Katalysat-orhptten-

Es sind eine Reihe von Gestaltungsmöglichkeiten von Reaktoren für exotherme, katalytische Gasreaktionen bekannt, wie sie beispielsweise für die Ammoniak- oder Methanolsynthese herangezogen werden.

Derartige Vorrichtungen weisen in der Regel einen Druckbehälter auf, wobei daifür Sorge getragen werden muß, daß die Behälterwände möglichst nicht zu hohen Temperaturen ausgesetzt werden; zweckmäßig sollten sie über die gesamte Ausdehnung möglichst eine gleichmäßige, vergleichsweise niedrige Temperatur aufweisen.

So zeigt die Patentschrift 33 43 114 der Anmelderin ein Reaktorgefäß mit zwei Katalysatorbetten, wobei dort das Prozeßgas zunächst von unten in das Reaktionsgefäß eingebracht wird, als Mantelgas beide im inneren befindlichen Katalysatorbetten umströmt und von oben dann durch Wärmetauscher geführt, schließlich dem ersten Katalysatorbett zugeführt wird.

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Was die Reaktorwandkühlung angeht, so zeigt die DE-OS 31 46 778 eine ganz ähnliche Lösung. Hier wird ebenfalls von unten das Prozeßgas eingeführt, an der Behälterwand entlang nach oben und dann in den ersten Wärmetauscher über ein inneres konzentrisches Fallrohr. Auch diese Konstruktion 7-pigt in eine?¹* ^eme inssnien Gehäuse zwei Kstslys5~ torbetten, ebenso wie die Patentschrift 27 10 247, die auch die Möglichkeit zeigt, das Synthesegas zunächst von oben in den Behälter einzuleiten und dann nach unten zu führen. Dieser Vorschlag zeigt wiederum zwei Katalysatorbetten, wobei das kalte Synthesegas nach Kühlung der Behälterwand zunächst einem Bodenwärmetauscher zugeführt wird, um dann dem ersten Katalysatorbett zugeführt zu werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der mit konstruktiv vergleichsweise einfachen Mitteln bei Aufrechterhaltung einer optimalen Behälterv/andkühlung das Kreislaufgas bzw. Prozeßgas optimal vorgewärmt und innerhalb des Behälters geführt werden kann, wobei der Behälter insbesondere mehr als zwei Katalysatorbetten aufweisen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorkammer des zweiten Wärmetauschers mit einer radial seitlichen und/oder von unten eingeführten Zuführleitung für wenigstens einen Teil des durch einen im oberen Bereich des Druckbehälters zugeführten, den Mantel bestrei-

chenden Kreislaufgases ausgerüstet ist.

Wenn hier und im folgenden die Bezeichnungen "erster Wärmetauscher" und "zweiter Wärmetauscher" bzw. "erstes, zweites, drittes Katalysatorbett" benutzt wird, so sind die Bezeichnungen dabei derart getroffen, daß im stehenden Druckbehälter der obere Wärmetauscher als "erster Wärmetauscher" und das diesen Wärmetauscher umgebende Katalysatorbett als "erstes Katalysatorbett" bezeichnet ist, der darunterliegende Wärmetauscher als "zweiter Wärmetauscher" und sofort. An dieser Stelle sei bemerkt, daß der erste und der zweite Wärmetauscher wirkmäßig selbstverständlich zu einem einzigen Wärmetauscher zusammengefaßt sein können.

Mit der Erfindung wird eine vergleichsweise einfache konstruktive Lösung in der Führung des kühlenden Mantelgases erreicht. Dadurch, daß wenigstens ein Teil des Mantelgases von oben eingeführt wird und wenigstens einen Teil der Behälterwand im Nachuntenströmen kühlt, kann es dem zweiten Wärmetauscher von unten oder seitlich in dessen Vorkammer zugeführt werden, was insbesondere die Konstruktion dieses zweiten Wärmetauschers stark vereinfacht.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß drei Katalysatorbetten axial hintereinander im Reaktor vorgesehen sind und daß das Kreislaufgas als Kühlgas den gesamten Man-

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tel beaufschlagt und von einem Sammelraum unterhalb des dritten Katalysatorbettes in einem konzentrischen Rohr der Vorkammer des zweiten Wärmetauschers zugeführt wird.

Bei dieser Konstruktion besteht die Möglichkeit, das von unten durch das dritte Katalysatorbett geführte konzentrische Rohr bereits von Kreislaufgas zu beheizen, wenn dies gewünscht werden sollte.

Die Erfindung sieht auch vor, daß dem dem ersten Katalysatorbett zugeordneten ersten Wärmetauscher ein inneres, konzentrisches Rohr zur Zuführung eines die Temperatur regelnden Regelgases zugeordnet ist, welches in der Vorkammer des ersten Wärmetauschers mündet, wobei die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vorsieht, daß die Vorkammer unterhalb des Wärmetauschers als Mischkammer für das Kreislaufgas und das Regelgas ausgebildet ist.

In weiterer Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß sie mit einem oberen und einem unteren Zuführstutten für Teilströme des Kreislaufgases als Mantelgas ausgerüstet ist, wobei eine radiale Zuführung des Teilstrommantelgases zur Vorkammer des zweiten Wärmetauschers vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung macht es möglich, Teilströme des Kreislauf- bzw. Prozeßgases sowohl von unten als auch von oben in den Druckbehälter einzuleiten und so mit unterschiedlichen Strömen eine Mantelkühlung vorzunehmen, was

insbesondere den Vorteil hat, daß damit berücksichtigt werden kann, daß die unterschiedlichen Stufen in den Katalysatorbetten je nach Prozeßführung auch nach außen unterschiedliche Wärmemengen abgeben können, die dann von unterschiedlichen Hantelgasströmen bewältigt werden können.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 den Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung in vereinfachter Darstellung sowie in

Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel in gleicher Darstellung wie dasjenige gemäß Fig. 1.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung wird im wesentlichen von einem Druckbehälter 2 gebildet, in dem im dargestellten Beispiel drei Katalysatorbetten konzentrisch zur Mittelachse 3 angeordnet sind. Das obere und erste Katalysatorbett ist mit 4, das mittlere und zweite mit 5 und das untere und letzte mit 6 bezeichnet.

Im Inneren des ersten Katalysatorbettes 4 ist ein erster Wärmetauscher 7, im Inner?.· ■ des zweiten Katalysatorbettes 5 ein zweiter Wärmetauscher 8 angeordnet, die funktionsmäßig hintereinander geschaltet sind. Die Katalysatoren einschließlich der Wärmetauscher sind von einer Hü.U.wand

umgeben, die so bemaßt ist, daß sich zwischen der Innenfläche der Behälterwand 2 und der Hüllwand 9 ein durchgehender Ringraum 10 bildet.

Neben einem Zuführstutzen 11 für eine Starteinrichtung ist ein Kreislaufgaszuführstutzen 12 im oberen Bereich des Druckbehälters 2 vorgesehen. Dort ist im dargestellten Beispiel auch der Zuführstutzen 13 eines Regelgasas, welches über eine genau im Zentrum der Vorrichtung 1 liegende Fallleitung 14 durch den ersten Wärmetauscher 7 hindurch zu dessen am unteren Ende angeordneten Vorkammer 15 geführt ist.

Auch der zweite Wärmetauscher 8 weist eine Vorkammer 16 auf, die im Beispiel nach Fig. 1 von einer von unten korn» menden Zuführung 17 beaufschlagt ist. Der Auslaßstutzen der Vorrichtung ist schließlich mit 18 bezeichnet.

Die Wirkungsweise ist dabei die folgende:

Das Prozeß- bzw. Kreislaufgas wird über den Stutzen 12 der Vorrichtung 1 zugeführt und durchströmt den Ringraum 10 zwischen Behälterwand 2 und der Einfassung 9 der Katalysatorbetten mit Wärmetauschern. In einem unter dem letzten Katalysatorbett 6 angeordneten unteren Sammelraum 19 sammelt sich das kühlende Mantelgas und strömt durch die Zuführung 17 zur Vorkammer 16 des zweiten Wärmetauschers B.

An dieser Stelle sei bemerkt, daß die Bezifferung der Wärmetauscher entsprechend der ihnen zugeordneten Katalysatorbetten vorgenommen wurde

Nach Verlassen des Wärmetauschers 8 strömt das Kreislaufgas in die Vorkammer 15 des ersten Wärmetauschers, in dem auch die Palleitung 14 für ein Regelgas mündet. Die Vorkammer 15 ist als Mischkammer ausgebildet.

Nach Durchströmen des zweiten Wärmetauschers 7 wird das Kreislaufes durch das erste Katalysatorbett hindurchgeleitet und durchströmt dann im Gegenstrom den ersten Wärmetauscher 7 unter Abgabe der Überschußwärme. Danach wird das zweite Katalysatorbett 5 durchströmt und der zweite Wärmetauscher wiederum im Gegenstrom bis schließlich auch das dritte Katalysatorbett durchströmt ist und im Gegenstrom gegen die Zuführung 17 das Kreislaufgas über den Stutzen 18 die Vorrichtung 1 verläßt.

Bei der Fig. 1 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei im wesentlichen nur die Unterschiede nachfolgend näher beschrieben sind. So weist die mit la bezeichnete Vorrichtung gemäß Fig. 2 einen unteren zweiten Zuführstutzen 12b für einen Teilstrom des Kreislaufgases als Mantelgas auf (der obere Zuführstutzen für den Rest des Kreis.taufgaseo ist mit 12a bezeichnet) . Hier wird die

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Vorkammer 16a des zweiten Wärmetauschers 8a von im wesentlichen radial verlaufenden Zuführungen 17a beaufschlagt, in die sowohl das von oben herabströmende wie von unten aufsteigende Mantelgas einströmen. Die weitere Prozeßführung entspricht dann derjenigen gemäß Fig. 1.

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere nicht auf die Gestaltung mit drei Katalysatorbetten beschränkt, hier können auch andere Teilungen vorgenommen werden, etwa in vier Teilbetten mit drei Teilwärmetauschern u. dgl. mehr. Es ist nach der Erfindung selbstverständlich auch möglich, den Reaktor mit nur einem Wärmetauscher, z.B. ausschließlich mit Wärmetauscher 8 und den beiden Betten 5 und 6, zu betreiben. Wesentlich ist hierbei die von unten bzw. radial von außen kommende Zuführung wenigstens eines Teiles des Prozeßgases.

Claims

PATENTANWALTE' &£)N.KE UND'DABRIN.GHAJJS__ f * ·**· "· ··

" ZUGELASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EURO

DIPL.-ING. J. MEINKE DIPL.ING W. DABRINGHAUS

46OO DORTMUND 1. 3Q '· Dez.

WESTENHELLWEG 67

TELEFON (0231)145071

G 86 3*J 177.4 TELEGRAMM DOPAT Dortmund

— TELEX 822 7328 pat d

TELEFAX (02 31) 14 76 70

AKTEN-NR; 104/5749

Anmelderin: ühde GmbH, Friedrich-Uhde-Straße 15 4600 Dortmund 1

Ansprüche:

1. Vorrichtung als NH₃-Reaktor insbesondere mit wenigstens zwei in einem Druckbehälter axial hintereinander, konzentrisch angeordneten Wärmetauschern und diese umgebende Katalysatorbetten,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorkammer (16) des zweiten Wärmetauschers (8) mit einer radial seitlichen und/oder von unten eingeführten Zuführleitung (17) für wenigstens einen Teil des durch einen im oberen Bereich des Druckbehälters (2) zugeführten, den Mantel bestreichenden Kreislaufgases ausgerüstet ist.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß drei Katalysatorbetten (4-6) axial hintereinander im

Reaktor (1), ein Ringraum (10) für das Kreislaufgas als Kühlgas und ein Sammelraum (19) unterhalb des dritten Katalysatorbettes (6) sowie ein konzentrisches Rohr (17) von dort zur Vorkammer (16) des zweiten Wärmetauschers (8) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ( dadurch gekennzeichnet,

daß dem dem ersten Katalysatorbett (4) zugeordneten ersten Wärmetauscher (7) ein inneres, konzentrisches Rohr (14) zur Zuführung eines die Temperatur regelnden Regelgases zugeordnet ist, welches in der Vorkammer (15) des ersten Wärmetauschers (7) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorkammer (15) unterhalb des ersten Wärmetauschers (7) als Mischkammer für das Kreislaufgas und das Regelgas ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Reaktor (1) mit einem oberen (12a) und einem unfceren (12b) Zuführstutzen für Tcilströme des Kreislaufgases als Mantelgase ausgerüstet ist, wobei eine radiale Zuführung (17a) der Teilstrommantelgase ?ur Vorkammer (16a) des zweiten Wärmetauschers (8a) vorgesehen ist.

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