DE890500C - Kontaktofen fuer die Durchfuehrung katalytischer Gasreaktionen, vorzugsweise fuer die katalytische Kohlenoxydhydrierung - Google Patents

Kontaktofen fuer die Durchfuehrung katalytischer Gasreaktionen, vorzugsweise fuer die katalytische Kohlenoxydhydrierung

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DE890500C
DE890500C DER7327A DER0007327A DE890500C DE 890500 C DE890500 C DE 890500C DE R7327 A DER7327 A DE R7327A DE R0007327 A DER0007327 A DE R0007327A DE 890500 C DE890500 C DE 890500C
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DE
Germany
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pipes
heating
collector
cooling
hairpin
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DER7327A
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English (en)
Inventor
Herbert Dr Paul
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Ruhrchemie AG
Original Assignee
Ruhrchemie AG
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Publication date
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    • 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
    • B01J8/0285Heating or cooling the reactor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

  • Kontaktofen für die Durchführung katalytischer Gasreaktionen, vorzugsweise für die katalytische Kohlenoxydhydrierung Die Durchführung katalytischer Gasreaktionen ist im allgemeinen mit der Entwicklung großer Wärmemengen verbunden. In einigen Fällen wird jedoch auch Wärme bei derartigen Reaktionen verbraucht, so daß eine Zuführung von Wärme in geeigneter Form elrforderlich ist. Im Zuge der Entwicklung der chemischen Großtechnik sind für derartige exotherme und endotherme katalytische Gas reaktionen Reaktionsgefäß e entwickelt worden, die auf Grund eingehender wärmetechnischer und drucktechnischer Überlegungen entstanden sind.
  • Beispielsweise hat sich für die Großtechnik der katalytischen Kohlenoxydhydrierung zwecks Herstellung von Kohlenwasserstoffen, also einen stark exothermen Prozeß, für die sog. Normaldrucksynthese die Ausbildung von Wärmeaustauschöfen (Lamellenöfen) durchgesetzt, bei denen der Kontaktraum von zahlreichen horizontalen Kühlerrohren durchsetzt ist, an denen sich senkrecht dazu den ganzen Ofen durchseitzende Bleche in einem bestimmten Abstand befinden, zwischen denen die Katalysatormasse eingefüllt wird. Für die Synthese bei Drucken von 5 bis etwa I5 at haben sich Öfen eingeführt, bei denen der Kontakt zwischen zwei konzentrisch angeordneten Rohren liegt. Eine entsprechende Anzahl dies er Doppelrohrelemente wird in einem Druckwasserkessel vereinigt und hier von siedendem Wasser umspült. Es sind auch Vorschläge bekannt, nach denen für die unter Druck betriebene Kohlenoxydhydrierung in senkrecht stehenden Reaktoren Kühlrohre eingebaut sind, zwischen denen die Katalysatormasse ruht. Die an diese Kühlrohre abgegebene Reaktionswärme wird durch die Rohrwandungen an flüssige Khlmittel abgegeben, die ihrerseits außerhalb des Reaktionsraumes wieder gekühlt werden können.
  • Eine wärme- und drucktechnisch besonders verteilhafte Konstruktion von Kontaktöfen für die Druchführung katalytischer Gasreaktionen, vorzugsweise für die katalytische IZohlenoxydhydrierung, die aus ein.em druckfesten Reaktionsgefäß, in welches ein mit Heiz- oder Kühlmitteln gefülltes, vollständig geschweißtes Rohrsystem angebracht ist, besteht, wird nun darin gesehen, daß mehrere, z. B. drei ineinanderliegende haarnadelförmige Rohrschlangen zu Elementen zusammengefaßt sind, wobei die das aufsteigende Heiz- oder Kühlmittel führenden Rohre in ihren oberen Enden in Sammelrohre münden, die ihrerseits wieder durch aufsteigende Sammelrohre mit einem im Kopf des Reaktionsgefäßes liegenden Hauptsammler verbunden sind, aus welchem z. B. bei Anwendung von Druckwasser als IÇühlmlittel gespannter Dampf entnommen werden kann. Gleichzeitig sollen die das absteigende Heiz- oder Kühlmittel führenden Rohre an ihrem oberen Ende in Sammelrohre führen, die wieder mit quer liegenden und die Ofenwandung durchbrechenden Zwischensammlern durch Rohre verhunden sind, wobei aus dem Hauptsammler, dessen Ende aus dem Reaktionsgefäß herausgeführt ist, das Heiz- oder Kühlmittel durch Pumpen angesaugt und in die beiden gleichfalls aus dem Reaktionsgefäß heraus führenden Zwischensammler geführt wird.
  • Durch die Einschaltung einer Pumpe kann ein beliebiger, den jeweiligen Anforderungen zur Abführung oder Zuführung von Wärme entsprechender Umlauf an Kiihl- oder Heizmitteln eingestellt werden. Es ist auch gleichzeitig möglich, die Umlaufrichtung des Heiz- oder Kühlmittels durch die Rohre zu wählen. Bei entsprechender Schaltvorrichtung des Pumpenaggregats kann die Kontaktofenapparatur hinsichtlich der Umlaufrichtung umschaltbar eingerichtet werden. Die aus dem eigentlichen Reaktionsraum abgeführte Wärme oder Kälte steht dann für andere Zwecke, beispielsweise fiir die Kühlung oder Vorwärmung von Gasen als Arbeitsmedium oder für die Dampferzeugung, zur Verfügung.
  • Der Katalysatorofen kann auch so eingerichtet werden, daß die Zwischensammler und Sammler für den Zufluß des Kühlmittels vom Hauptsammler unterhalb der Katalysatorschicht angeordnet sind, wobei statt haarnadelförmiger Rohre gerade Rohre zu den oberen Sammlern für das austretende Kühlmittel führen, die ebsufalls mit dem Hauptsammler verbunden sind, so daß der Kühlm.ittelumilauf sowohl durch eine Pumpe als auch durch Thermosyphonwirlung vcr sich gehen kann.
  • Die schweiißtechnischVerbindung der haarnadelförmigen Kühlrohre mit den Sammlern erfolgt zweckmäßig derart, daß das Sammelrohr in geringst möglichem Abstand mit Aushalsungen versehen wird, an welchen die Kühlrclire angeschweißt sind.
  • Auf diese Weise! steht überall der gleiche Raum für die Katalysatormasse zur Verfügung, d. h. es ist an jeder Stelle der gleiche Abstand zwischen zwei Kühl rohren vorhanden.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Katalysatorofens liegen in der Möglichkeit einer Temperaturregelung innerhalb engster Grenzen und einer Einhaltung der gleichen Temperatur in allen Teilen des Katalysatorofens. Die besondere Anordnung des Rohrsystems gestattet ferner die :Beherrschung hoher Drucke des Heiz- oder Kühlmittels, welche bedeutend höher liegen können als der Gasdruck in dem das Rohrsystem umgebenden Katalsysatorraum.
  • Im allgemeinen bevorzugt man aus betriebstechnischen Gründen die Kühlung mit Wasser.
  • Siedendes Wasser bietet infolge seiner hohen Verdampfungswärme als Kühlmittel die größte Sicherheit für die Abführung der bei vielen Gasreaktionen beträchtlichen Reaktionswärme. Außerdem erlaubt siedendes Wasser in einfachster Weise die unmittelbare Umsetzung der abgeführten Reaktionswärme in Nutzdampf.
  • Der Katalysatorofen ist in der Fig. I durch einen Längs schnitt dargestellt. Der Ofen besteht aus einem druckfesten zylindrischen Reaktionsgefäß I, dessen unterer Teil konisch zuläuft, während der obere Teil durch einen abnehmbaren gewölbten Boden 2 verschlossen werden kann. In den zylindreschen Mantel eingebaut ist ein Hauptsammler 3, dessen eines Ende im Innenraum liegt und dessen Kopfseite außerhalb des Behälters herausragt.
  • Unterhalb des Hauptsammlers liegen parallel angeordnet zwei Zwischensammler 4 von geringerem Durchmesser, die gleichartig gelagert sind. Unterhalb der beiden Zwischensammler 4 liegen senkrecht dazu angeordnet zwei Reihen von Sammelrohren, die nicht aus dem zylindrischen Reaktionsgefäß herausgeführt werden. Die obere Reihe 5 dieser Sammler ist direkt durch in den Hauptsammler einführende Rohre mit diesem verbunden. Von den beiden Zwischensammlern 4 führen direkte Rohrverbindungen zu der untererr Reihe der Sammelrohre 6.
  • Je drei ineinanderliegende haarnadelförmige Rohrschlangen sind nun so zusammengefaßt, daß von der unteren Sammlerreihe 6 drei Rohre ab steigendes Heiz- oder Kühlmittel führen, während dic aufsteigende Seite dieser drei Rohre zu der oberen Reihe der Sammlerrohre 5 führt. Aus dem Hauptsammle? 3 wird durch den Saugstutzen 7 Heiz- oder Kühlmittel einer Pumpe zugeführt, welche durch den Rohrstutzen 8 das Heiz- oder Kühlmittel in die beiden Zwischen,sammler4 drückt, von welchen es der unteren Reihe der Sammlerrohre6 zugeführt wird, hier in die haarnadelförmig gebogenen Rohre 14 eintritt und nach Durchtritt durch diese Rohre zur oberen Sammlerrohrreihe 5 geführt wird. Von dort wird das Heliz- oder Kühlmittel erneut dem Hauptsammler 3 wieder zugeführt. Bei Anwendung von Wasser, gegebenenfalls unter Druck, als Kühlmittel kann aus dem Hauptsammler 3 gespannter Dampf abgenommen werden.
  • Die zur Steuerung der Reaktion erforderlichen Wärmezu- bzw. -abführung kann außerdem mittels eines Wärmeaustauschers erfolgen, der in die Sang-oder Druckleitung der Umwälzpumpe eingeschaltet wird. Der \Värmeaustauscher kann zur Kälte- oder Wärmeerzeugung nutzbar gemacht werden.
  • Im gesamten Querschnitt unterhalb der beiden Sammlerrohrreihen 5 und 6 bilden die haarnadelförmig gebogenen Rohre folgende Aufteilung: die zu je drei zusammengefaßten Rohre sind derart in einem gleichmäßigen Dreieck verteilt, daß vom Mittelpunkt der Zwischenräume jedes Rohr denselben Abstand aufweist und gleichzeitig diesellbe Kühlfläche besitzt.
  • Gleich unterhalb der haarnadelförmig gebogenen Rohre befinden sich herabklappbare Siebe 9, die die samte Katalysatormasse tragen. Diese Siebe können durch Hebel 10 von außen bedient werden.
  • Unterhalb des konischen Teiles befindet sich ein abnehmbarer Boden II, der in der Mitte den Gasaustrittsstutzen 12 trägt. Die Reaktionsgase werden durch den Stutzen 13 dem Katalysatorofen zugeführt.
  • Die Fig. 2a zeigt den Längsschnitt um I800 gedreht. Der untere Halbkreis der Fig. 25 stellt einen Querschnitt des halben Ofens oberhalb der Sammlerrohrreihe 5 da.r. Der obere Halbkreis der Fig. 2 b gibt einen Ouerschnitt durch den halben Ofen unterhalb der Sammelrohre 6 wieder. Je zwei nebeneinanderliegende Sammler der Sammlerrohrreihen 5 und 6 bilden ein Rohrelement, in welches je nach de!m zur Verfügung stehenden Raum mehrere Gruppen haarnadelförmig gebogene Rohre zusammengefaßt sind. Gleichfalls sind die zum Haupt- bzw. zu den Zwischensammlern führenden, nach oben abführenden Rohre stets paarweise angeordnet. Aus dem oberen Halbkreis der Fig. 2b ist zu ersehen, daß die Kiihl- bzw. Heizrohre derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen praktisch überall der gleiche Raum für die Katalysatormasse zur Verfügung steht, so daß für eine. gleichmäßige Wärmezu- bzw. -ablführung bei der Reaktion Sorge getragen ist. Zwischen den äußeren Rohren und dem Ofenmantel ist eine Isolierschicht 15 angeordnet, die verhindern soll, daß sich zwischen Ofenmantel und den äußerstenRo,hrenKatalysatormasse festsetzen kann, wobei gleichzeitig der Abstand der Kühlfläche gewahrt bleibt.
  • Die Fig. 3a stellt im Schnitt ein Sammzetrohr mit den angeschweißten Rohren dar. Die Aus haltung ist aus der Figur ersichtlich.
  • Die Fig. 3 b stellt die Ausführung der Haarnadelrohre um I800 gedreht dar.

Claims (3)

  1. Aus der Fig. 4 ist die im Anspruch 2 wieder gegebene Ausführungsform des Katalysatorolens ersichtlich, wobei in diesem Fall der Kühl- bzw.
    Heizmittelkreislauf nicht nur durch eine Pumpe, sondern auch durch Thermosyphonwirkung (Naturumlauf) erfolgen kann. Bei dieser Ausführungsform sind die Zwischensammler 4 und die Sammelrohre 6 unterhalb der Katalysatorschicht angeordnet. Statt der haarnadelförmigen Rohre füh.ren gerade Rohre 16 zu dem oberen Sammler für das austretende Heiz- oder Kühlmittel, die dann wieder direkt mit dem Hauptsammler 3 verbunden sind.
    Der Rückfluß erfolgt bei natürlichem Umlauf von delm Abfluß 7 zu den Stutzen 8 bei Kühlung (exotherme Reaktion) bzw. in umgekehrter Richtung über ein Heizsystem bei Heizung (endotherme Reaktion). Wie im ersten Fall, so kann auch hier bei exothermem Betrieb durch Entspannung im Sammler 3 Dampf abgeführt werden, ebenso wie durch Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers in die Verbindungsleitung zwischen 7 und 8 die erforrderliche Wärmemenge abgeführt werden kann.
    Der Austauscher kann wie vor zur E.rzeugung von Kälte oder Wärme nutzbar gemacht werden.
    Die Fig. 5 stellt die Fig. 4 um 1800 gedreht dar.
    PATENTANspnCcnE: I. Kontaktofen für die Durchführung katalytischer Gasreaktionen, vorzugsweise für die katalytische Kohlenoxydhydrierung, bestehend aus einem druckfesten Reaktionsgefäß, in welches ein mit Heiz- oder Kühlmitteln gefülltes, vollständig geschweißtes Rohrsystem eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, z. B. drei ineinanderliegende haarnadelförmige Rohrschlangen zu Elementen zusammengefaßt sind, wobei die das aufsteigende Heiz- oder Kühlmittel führenden Rohre in ihren oberen Enden in Sammelrohre münden, die ihrerseits wieder durch aufsteigende Sammelrohre mit einem im Kopf des Reaktionsgefäßes liegenden Haupt sammler, dessen Ende au;s dem Reaktionsgefäß herausgeführt und mit oben sowie unten angeordneten Stutzen versehen ist, verbunden sind, während die das absteigende Heiz- oder Kühlmittel führenden Rohre an ihrem oberen Ende in Sammelrohre führen, die wieder mit quer liegenden und die Ofenwandung durchbrechenden Zwischensammlern mit Einlaßstutzen durch Rohre verbunden sind.
  2. 2. Kontaktofen nach Anspruch I, da.durch gekennzeichnet, daß die Zwischensammler und die Sammler für den Zufluß des Kühlmittels vom Haupt sammler unterhalb der Katalysatorschicht angeordnet sind, wobei statt der haarnadelförmigen Rohre gerade Rohre zu den oberen Sammlern für das austretende Kühlmittel führein, die ebenfalls mit dem Hauptsammler verbunden sind.
  3. 3. Kontaktofen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die schweißtechnische Verbindung der haarnadelförmigen Kühl- bzw.
    Heizrohre mit den Sammlern derart erfolgt, daß das Sammelrohr in geringst möglichem Abstand mit Aushalsungen versehen wir, an welchen die Rohre angeschwelßt sind.
DER7327A 1951-10-07 1951-10-07 Kontaktofen fuer die Durchfuehrung katalytischer Gasreaktionen, vorzugsweise fuer die katalytische Kohlenoxydhydrierung Expired DE890500C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1045990B (de) * 1953-11-16 1958-12-11 Metallgesellschaft Ag Kontaktofen mit Kuehlrohren fuer siedende Kuehlfluessigkeiten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1045990B (de) * 1953-11-16 1958-12-11 Metallgesellschaft Ag Kontaktofen mit Kuehlrohren fuer siedende Kuehlfluessigkeiten

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