-
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Reaktionsöfen für die Durchführung
von Oxydationsreaktionen an den niederen gasförmigen Gliedern der Paraffinreihe
Zur Oxydation der niederen gasförmigen Glieder der Paraffinreihe, z. B. von Methan
und seinen Homologen, werden Reaktionsöfen benutzt, die im allgemeinen aus einem
Röhrensystem bestehen, das von den Heizgasen umströmt und von den Reaktionsgasen
durchströmt wird. Das Reaktionsgemisch muß in den Reaktionsrohren je nach den Betriebsbedingungen
und der Art der Katalysatoren, die in den Rohren angeordnet sind, auf hohe Temperaturen,
z. B. zwischen ¢oo bis 6oo°, erhitzt werden. Hierbei spielt die Temperatur der Reaktionsgase
unter den jeweiligen Betriebsbedingungen eine wichtige Rolle, d. h. die Temperatur
muß, um Höchstausbeuten zu erreichen, in engen Grenzen konsttant gehalten werden
und in jedem Einzelrohr des Kontaktrohrbündels gleich sein. Erfahrungsgemäß ist
beispielsweise Formaldehyd sehr temperaturempfindlich und zerfällt bei übertemperatur
nach der Gleichung HCOH=CO+H,. Es ist deshalb wichtig, für die wirtschaftliche Durchführung
solcher Oxydationsreaktionen Verhältnisse zu schaffen, die einerseits eine gleichmäßige
Erhitzung des ganzen Kontaktrohrsystems eines Ofens ermöglichen und andererseits
jede Überhitzung des Reaktionsgemisches in den einzelnen Kontaktrohren vermeiden.
Zur Durchführung einer einwandfreien Betriebsweise eines Reaktionsofens im vorerwähnten
Sinn wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Heizgase durch den Heizraum im Kreislauf
derart hindurchzuführen, daß auf dem
ganzen Weg durch die öfen eine
Ausgleichswirkung zwischen der Konvektions- und der Strahlungswärme auf der ganzen
effektiven Kontaktofenlänge erreicht wird. Hierbei werden die im Kreislauf durch
den Heizraum des Reaktionsofens geführten Heizgase an dem einen Ende des Kontaktröhrenaggregates
mittels Ventilatoren angesaugt und unter Zusatz von Frischwärme dem anderen Ende
des Röhrenaggregates wieder zugeleitet, wobei zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden
Druckes im Heizraum ein Teil der Heizgase vor der Zufuhr von Frischwärme aus dem
Kontaktofen abgelassen wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird den Heizgasen
durch Anordnung von Strahlungswänden zu beiden Seiten des Kontaktröhrenaggregates
eine zwangsläufige Führung erteilt, indem die Heizgase zuerst an der Außenseite
der Strahlungswände entlang geführt und dann zwischen den Strahlungswänden über
das Kontaktröhrenaggregat selbst geleitet werden. Während auf dem einen Ende des
Kontaktofens die Strahlungswärme stärker wirkt als die Konvektionswärme, weil auf
diesem Ende von außen die heißeren Heizgase wirken, wogegen die im Innern über das
Röhrensystem strömenden Heizgase bereits einen großen Teil der Konvektionswärme
an das Röhrensystem abgegeben haben, liegen die Wärmezuführungsverhältnisse auf
dem entgegengesetzten Ofenende umgekehrt.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Kontaktofen
mit zwei parallel geschalteten Röhrenaggregaten 'in senkrechter Anordnung im Längsschnitt,
Abb. z einen Schnitt nach Linie II-II der Abb. i, Abb. 3 eine Draufsicht, Abb. q.
eine abgewandelte Ausführungsform des Kontaktofens mit durchbrochenen Strahlwänden
im senkrechten Längsschnitt, Abb. 5 diesen Ofen im senkrechten Längsschnitt nach
Linie V-V der Abb. q. und Abb. 6 einen Querschnitt nach Linie VI-VI der Abb. 5.
-
Es bezeichnet i das Mauerwerk des Reaktionsofens, in dessen Innern
zwei Reaktionsröhrenaggregate z, 3 mit horizontal gelagerten Reaktionsrohren aufrecht
stehend angeordnet sind. Statt zwei solcher Röhrenaggregate können natürlich auch
noch mehrere in gleicher Weise nebeneinander angeordnet werden. Jedes Röhrenaggregat
ist durch zwei seitlich angeordnete Strahlwände 4. eingeschlossen. Der Zwischenraum
zwischen zwei Strahlwänden, der von oben und unten frei zugänglich ist, bildet somit
einen Heizkanal, in welchem die Heizgase zwangsläufig über die einzelnen Rohre des
Röhrenaggregates geleitet werden. Die Heizgase werden am unteren offenen Ende jedes
Heizkanals durch Ventilatoren 5, 5a angesaugt und in die Seitenkanäle 6 gedrückt,
wobei sie längs der Außenseite der Strahlwände ¢ nach oben strömen, um am oberen
Ende des Heizkanals dann wieder von neuem in den inneren Heizkanal 6a einzutreten.
Wie aus Ab-b. 3 ersichtlich, sind auf jeder Außenseite der Strahlwände q. mehrere
nebeneinander angeordnete Heizkanäle 6 angebracht, wobei die Heizkanäle der einen
Seite durch den Ventilator 5, die Heizkanäle der anderen Seite durch den Ventilator
5- mit Heizgasen beschickt werden. Die in den beiderseitigen Heizkanälen
6 hochsteigenden Heizgase vereinigen sich am .oberen Ende der Strahlwände q., um
dann von -hier gemeinsam in den mittleren Heizkanal 6a zu gelangen, an dessen unterem
Ende sie wiederum von den Ventilatoren 5, 5a angesaugt werden. Auf der Druckseite
jedes Ventilators ist ein Brenner 7 angeordnet, durch den die an das Röhrenaggregat
3 abgegebene Wärme durch Frischwärme ersetzt wird. Ein Teil der im Kreislauf umgewälzten
Heizgase wird durch den zwischen jedem Ventilator 5 bzw. 5a und dem zugehörigen
Brenner 7 bzw. 7- vorgesehenen Auslaß 8 bzw. 8a in der Menge abgelassen,
wie es zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Druckes im Heizgaskreislaufsystem
erforderlich ist.
-
Durch die beschriebene Kreislaufheizgasführung in Verbindung mit den
Strahlwänden q. wird die für die Reaktion notwendige gleichmäßige Erhitzung aller
Einzelrohre des Reaktionsofens weitgehend erzielt. Während der untere Abschnitt
der Strahlwände von den durch Frischwärme aus den Brennern 7,7a aufgeheizten umlaufenden
Heizgasen stärker beheizt wird, klingt der Strahlungseffekt nach oben hin allmählich
ab. Andererseits wirkt die in den Heizgasen enthaltene Konvektionswärme am oberen
Ende des Röhrenaggregates am stärksten, um gegen das untere Ende des Röhrenaggregates
abzuklingen. Auf diese Weise gleichen sich Strahlungs- und Konvektionswärme derart
aus, daß ein Temperaturgefälle im gesamten Ofen weitgehend vermieden wird.
-
In den Abb. ¢ bis 6 ist eine abgewandelte Kontaktofenausführung dargestellt.
Sie unterscheidet sich von der vorher beschriebenen Ausführung durch eine anders
geartete Heizgasführung. Im vorliegenden Fall werden Heizgase nach Zusatz von Frischwärme
durch die Brenner 7, 7a in die Heizkanäle i i geleitet, von wo sie durch öffnungen
io in den Strahlungswänden q. in einzelne Teilströme aufgeteilt werden, die das
Röhrenaggregat auf dem kürzesten Weg in Querrichtung durchstreichen. Sie gelangen
durch die gegenüberliegende gelochte Strahlivand in den Heizkanal i?, der der Saugseite
der Ventilatoren 5 zugeordnet ist. Durch die Aufteilung des Heizgasstromes in Teilströme
wird das ganze Röhrenaggregat auf seiner ganzen Länge durch Teilströme gleichen
Wärmeinhalts beheizt. Dabei kommt neben der Konvektionswärme der den Kontaktofen
quer durchströmenden Heizgase die von den beiden Strahlwänden 4 ausgehende Strahlwärme
derart zur Wirkung, daß auf dem kurzen Strömungsweg der Teilströme ein Ausgleich
zwischen Strahlungs- und Konvektionswärme stattfindet. Der Wärmeausgleich in der
Querrichtung des Ofens kann durch die Geschwindigkeit der Heizgase weitgehend geregelt
werden, so daß auch bei dieser Ausführung ein weitgehender
Temperaturausgleich
über das ganze Röhrenaggregat erzielt werden kann. Um eine gleichmäßige Beaufschlagung
des Röhrenaggregates 3 zu gewährleisten, sind die Durchtrittsöffnungen in den Strahlwänden
verschieden groß ausgeführt (s. Abb. 5). Auf diese Weise wird eine gleichmäßige
Dosierung der Heizgasteilsträme beim Durchtritt durch die gelochten Strahlungswände
erreicht.