DE892743C - Vorrichtung zur Durchfuehrung von katalytischen Gasreaktionen, insbesondere unter Druck - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Durchführung von katalytischen Gasreaktionen, insbesondere unter Druck Es ist bekannt, exotherme oder endotherme Reaktionen, wie z. B. die Synthese des Ammoniaks, des Methanols und andere Hydrierungen oder Dehydrierungen, deren chemisches Gleichgewicht mit steigender bzw. fallender Temperatur sich zu geringeren Ausbeuten verschiebt, so durch Wärme entzug bzw. -zufuhr zu regeln, daß die Temperatur nach einem anfänglichen Anstieg bzw. Abfall in der Katalysatorschicht wieder gesenkt bzw. gesteigert wird.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf solche Gasreaktionen, bei welchen die Temperatur stufenweise geregelt wird. Dabei wird z.B. der Katalysator in mehrere auf Rosten eines Einsatzes lagernde Schichten unterteilt und zwischen den Schichten kaltes bzw. überhitztes Gas dem durch den Katalysator strömenden Hauptgasstrom unmittelbar zugemischt. An Stelle der Gase kann man auch Flüssigkeiten, wie Wasser, verwenden. Die überschüssige Wärme läßt sich beispielsweise durch Wasser mit oder ohne Dampfbildung abführen oder fehlende Wärme mit heißem Wasser oder Dampf zuführen.
• Es ist bisher in der Technik üblich, bei Reaktionsöfen die Wärmeisolierung außerhalb des Einsatzes für den Katalysator anzubringen, z. 13. außerhalb des Reaktionsgefäßes. Auf diese Weise wird der Werkstoff des Reaktionsgefäßes und des Einsatzes hoch erhitzt und damit geschädigt; so wird z.B. bei der Synthese des Ammoniaks der Hochdruckmantel unter dem Einfluß - des Wasserstoffs und des Ammoniaks bei hoher Temperatur spröde. Es ist ferner üblich, die Zu- und Ableitungen für die Mittel zur Temperaturregelung in die Katalysatorschicht zu legen. Auf diese Weise wird die Temperatur im Katalysator senkrecht zur Strömungsrichtung verändert und die Ausbeute dadurch häufig verschlechtert.
• Alle diese Nachteile werden nun durch die Erfindung vermieden. Diese betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Gasreaktionen, vorteilhaft unter Druck, bei denen die Temperatur des Katalysators stufenweise durch Einführung von Gasen oder Flüssigkeiten geregelt wird. Die Erfindung besteht darin, daß das Reaktionsgefäß einen Einsatz für den Katalysator enthält, der auf der Innenseite eine wärmeisolierende Schicht trägt, in welcher zweckmäßig auch die Zuführungen für die Mittel zur Temperaturregelung liegen. Dabei ist vorteilhaft ein Wärmeaustauscher im unteren Teil des Einsatzes in der Weise eingebaut, daß er sich frei nach unten ausdehnen kann. Die Heizvorrichtung, die den dem Katalysator zuströmenden Gasen die für die Reaktion erforderliche Temperatur erteilt, ist zweckmäßig in einem zentralen Rohr der Vorrichtung untergebracht.
• An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert: In der Zeichnung bezeichnet M den Hochdruckmantel, der den inneren Einsatz E enthält und mit dem oberen Deckel Do und dem unteren Deckel Da versehen ist. In dem Druckgefäß im Einsatz E befinden sich auf Rosten die KatalysatorschichtenSt, S2, S3 USW.7 deren Höhe zweckmäßig nach unten zunimmt in dem Maße, wie die Bildungsgeschwindigkeit nachläßt. Im unteren Teil des Einsatzes E befindet sich der Wärmetauscher W. Der Einsatz E trägt die für diese hohen Temperaturen erforderliche WärmeschutzschichtJ auf seiner Innenseite, so daß er den kleinstmöglichen Raum im Hochdruckmantel einnimmt.
• Der Hauptgasstrom tritt durch den oberen Deckel Do ein und umspült den Einsatz E auf seiner ganzen Länge, bis er in den Wärmeaustauscher W eintritt. Da die heiße Katalysatormasse durch den Wärmeschutz J hindurch nur wenig Wärme abgibt, so erwärmt sich der Hauptgasstrom auf seinem Wege dem Mantel entlang nur wenig, wodurch der drucktragende Mantel und der Einsatz kühl bleiben. Ebenso sind die Deckel D'o und Du kühl und lassen sich daher gegen den Mantel stets leicht dicht halten.
• Hat der Hauptgasstrom sich im Wärmeaustauscher aufgewärmt, so wird er der ersten Katalysatorschicht zugeführt. Hierfür ist ein zentrales Rohr Z eingebaut, in dem vom oberen Deckel aus eine elektrische Heizvorrichtung H untergebracht ist, die zum Anheizen des zuströmenden Gases dient.
• Die Rohre K, K2, Kg usw. für die Kaltgaszuführung treten durch den oberen Deckel Do ein und verlaufen dann innerhalb der Wärmeschutzschicht I im Einsatz E, bis sie zwischen Iden IÇatalysatorschichten bei Mt, M2 usw. in den Hauptgasstrom einmünden. Auf diese Weise werden die Kühlmittel weder vorgewärmt, noch wird der Katalysator in der Nähe der -Kühlrohre in unerwünschter Weise abgekühlt.
• Der obere Rohrboden Ro des Wärmeaustauschers trägt das Gewicht der untersten Katalysatorschicht. Würde man den kühlen unteren Boden Ru des Wärmetauschers dem unteren Deckel Da des Hochdruckmantels M aufliegen lassen, so müßten sich die Wärmespannungen, die beim Anheizen entstehen und mehr oder weniger bestehenbleiben, auf den heißen oberen Boden Ro auswirken. Hängt man jedoch den oberen Boden Ro unmittelbar an den Einsatz E und macht den unteren Rohrboden Ru in der Stopfbüchse S im- unteren Deckel beweglich, so können Spannungen, die zum Reißen führen, nicht auftreten, da sich der Wärmeaustauscher frei nach unten ausdehnen kann.
• In der beschriebenen Ausführungsform wird die Erfindung für die Temperaturregelung mit Hilfe unmittelbaren Zumischens kalter Mittel angewandt.
• Die gleichen Vorteile werden auch erzielt, wenn die Reaktionswärme mittelbar und gegebenenfalls stufenweise auf die Kühlmittel übertragen wird, wobei die letzteren, falls es sich um Flüssigkeiten handelt, dabei verdampfen können. Bei dieser mittelbaren Temperaturregelung müssen Zu- und Ableitungen für jede Kühlstufe in die Wärme; schutzschicht gelegt werden. Unmittelbare Reg lung der Temperatur durch Zumischen von kalten Gasen oder Flüssigkeiten und mittelbare Wärmeabfuhr durch Gase oder Flüssigkeiten können auch gleichzeitig, d. h. nacheinander oder nebeneinander, entsprechend der Erfindung Verwendung finden, wobei man vorteilhaft die letzten Katalysatorschichten mittelbar mit Gasen oder Flüssigkeiten kühlt, z. B. durch verdampfendes Wasser, um damit höhere Umsätze zu erzielen. In diesem Fall ist die Zahl der Zu- und Ableitungen insgesamt kleiner als bei mittelbarer Kühlung allein.
• Diese Ausführungen gelten auch für endotherme Reaktionen, wobei an Stelle des Wärmeentzuges sinngemäß eine Wärmezufuhr einzutreten hat.
• PATENTANS PROCHE: I. Vorrichtung zur Durchführung von Gasreaktionen, vortelilhaft unter Druck, bei denen die Temperatur des Katalysators stufenweise durch Gase oder Flüssigkeiten geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß einen Einsatz (E) für den Katalysator enthält, der auf der Innenseite eine wärmeisolierende Schicht (I) trägt, in welcher zweckmäßig Zuführungen (K1, K2 usw.) und gegebenenfalls auch Ableitungen für die Mittel zur Temperaturregelung liegen.

Claims (1)

1. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Ein- satzes (E) ein Wärmeaustauscher (W) eingebaut ist, der sich frei nach unten ausdehnen kann.

   3. Vorrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daB die Heizvorrichtung (H) für die Reaktionsgase in einem zentralen Rohr (Z) untergebracht ist, durch das diese zum Katalysator strömen.

   4. Vorrichtung gemäß Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturregelung gleichzeitig mittel- und unmittelbar vorgenommen wird.