DE938546C

DE938546C - Verfahren zur katalytischen Gewinnung von Ammoniak

Info

Publication number: DE938546C
Application number: DEP14560A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr-Ing Beckmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1956-02-02

Description

Verfahren zur katalytischen Gewinnung von Ammoniak Für die synthetische Erzeugung von Ammoniak kann man mit Erfolg den Ammoniak-Kaltgasofen verwenden, bei dem der Kontaktraum in einzelne Schichten oder Stufen unterteilt ist, zwischen denen Kaltgas zugegeben wird. Dadurch kann eine sehr genaue Temperaturregelung und damit eine Einstellung auf die günstigsten Betriebsverhältnisse erreicht werden.
Da einerseits das durch den Ofen gepumpte Synthesegas zum Anspringen der Reaktion eine bestimmte Temperatur (etwa 45o°) haben muß und andererseits bei der Reaktion erhebliche Wärmemengen entstehen, welche eine starke Temperaturerhöhung des Gases zur Folge haben, pflegt man an den Kontaktraiun einen Wärmeaustauscher anzubauen, in welchem die Vorwärmung des in den Ofen eintretenden Gases bei gleichzeitiger Abkühlung des aus dem Ofen austretenden Gases erfolgt. Nun geht außer den relativ sehr geringen Wärmeverlusten des Reaktionsgefäßes sonst keinerlei Wärme verloren. Es muß sich daher alle im Ofen neugebildete Wärme in dem aus dem Ofen austretenden Gas wiederfinden und hier eine entsprechende Temperaturerhöhung hervorrufen. Diese läßt sich leicht berechnen und hat beispielsweise, wenn das Gas in den ,Ofen bereits mit etwa 3 % Ammoniak eintritt und mit den nachfolgend genannten Ammoniakprozenten austritt, folgende Werte:

I0, I5, 20, 25, 30, 350/, N H, ;

I13, I93, 274, 354, 435, 5160C.

Da nun das Gas, welches mit o° in den Ofen eintreten soll, am Eintritt in den Kontakt, das ist gleichzeitig am Austritt am oberen Wärmeaustauscher, 45o° haben soll, so liegt damit aus wärmetechnischen Betrachtungen auch die Temperatur am Eintritt in den oberen Teil des Wärmeaüstauschers, das ist gleichzeitig die Austrittstemperatur des Gases aus der untersten Kontaktstufe, fest. Und zwar berechnet man diese Temperatur, indem man die von dem. eintretenden Gas aufgenommene Wärme der von dem aus der letzten Kontaktschicht austretenden Gas abzugebenden Wärme gleichsetzt: Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die austretende Gasmenge infolge der inzwischen erfolgten Kaltgaszugabe größer ist als die Eintrittsmenge.
Aus der vorstehenden Betrachtung geht klar hervor, daß mit steigender Ammoniakbildung die Kontaktaustrittstemperatur steil ansteigen muß. Nun aber ist es bekannt, daß bei Ammoniak das Gleichgewicht, welches höchstens erreicht, aber niemals überschritten werden kann, mit steigender Temperatur stark abnimmt. So beträgt beispielsweise bei 3oo at das NH,- Gleichgewicht bei

45o° C = 36,o Volumprozent

500° C = 26,6 -

550° C = 19,0 -

6oo° C = 14,0 -

65oo C - 9,8 -

Es muß also Ziel eines richtig konstruierten und gefahrenen Schachtofens sein, die Temperatur am Kontaktaustritt möglichst gering zu halten, andererseits erfordern die vorstehenden Betrachtungen, daß infolge der geforderten Vorwärmung des in den Kontakt eintretenden Gases eine bestimmte Temperatur am Kontaktaustritt herrschen muß, die mit steigender NH3-Bildung immer höher wird und sich bei höheren Betriebsdrücken in ein Gebiet verschiebt, in dem die Gleichgewichtslage des Ämmoniaks sehr ungünstig liegt und somit alle mit dem hohen Druck verbundenen Vorteile, insbesondere die einer hohen Ammoniakbildung, zunichte werden.
Durch die Erfindung gelingt es, diesen Nachteilauszugleichen und den Ammoniakschächtofen auch für Betriebsdrücke mit Erfolg anzuwenden, für die er in seiner bekannten Konstruktion nicht geeignet ist, und zwar wird ein Teil der durch die Reaktion entstehenden Wärme schon am Ort ihrer Entstehung abgeführt und auf das vorzuwärmende Gas übertragen. Gemäß der Erfindung werden in bekannter Weise mehrere Kontaktschichten benutzt, zwischen denen Kaltgas zugeführt wird, und die oben angestrebte Temperaturregelung wird dadurch erreicht, daß man im unteren Teil der letzten Köntaktstufe einen Teil des Kontaktes dieser Stufe in - Röhren unterbringt, die außen von dem vorzuwärmenden Gas umspült werden. Die Reaktion wird dann durch gleichzeitige Zugabe des erwähnten Kaltgases vor der letzten Kontaktstufe so gesteuert, daß am Austritt aus dem in Röhren angeordneten Kontakt sich bei dem abströmenden Gas eine möglichst niedrige optimale Reaktionstemperatur einstellt. Die Vorwärmung des in den Ofen eintretenden Gases erfolgt nur zum Teil im Wärmeaustauscher, und es geschieht die restliche Vorwärmang dieses Gases an den Röhren, in denen ein Teil des Kontaktes der -letzten Stufe untergebracht ist.
In der Zeichnung ist eine für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Vorrichtung beispielsweise dargestellt.
1 ist der drucktragende Mantel des Kontaktofens, in dem der Einsatz 2 derart untergebracht ist, daß zwischen Mantel und Einsatz ringsum ein freier Raum 3 für den Durchgang von Gasen gebildet wird. Im oberen Teil des Einsatzes sind die Kontaktstufen 4, 5, 6 angeordnet und im unteren Teil das Röhrensystem 7 eines Wärmeaustauschers.
In der Stufe 6 befindet sich ein Teil des Kontaktes in den Rohren 8, deren Enden in den Rohrböden 9 und 1o befestigt sind.
Das umzusetzende Gas tritt bei 11 in den Kontaktofen ein. Es strömt durch den Raum 3 und kühlt den Ofenmantel. Unten gelangt es durch die Öffnungen 12 in den Wärmeaustauscher 7. Auf seinem Aufwärtswege umspült es zunächst, Wärme aufnehmend, die Rohre des Wärmeaustauschers 7 und dann die Röhren 8, an denen es auf Reaktionstemperatur weitererwärmt wird. Durch das Rohr 13 wird es auf die Oberfläche des Kontaktes in der Stufe 4 geleitet.
Die Reaktion erfolgt in den drei Stufen nacheinander, wobei in der zweiten und dritten Stufe Kaltgas beigemischt wird, das durch die Leitung 14 und entsprechende Verteileinrichtungen zuströmt. Das in Reaktion befindliche Gas gibt zuerst im Röhrensystem 8 und darauf im Wärmeaustauscher 7 Wärme an das zuströmende Gas ab und verläßt bei 15 den Kontaktofen. Durch diese Anordnung wird es möglich, die letzte Kontaktstufe mit der günstigsten Temperatur zu betreiben und hohe Umsätze zu erzielen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur katalytischen Gewinnung von Ammoniak in Reaktionsöfen, in denen die reagierenden Gase nacheinander durch mehrere Katalysatorschichten geleitet werden und zwischen die Katalysatorschichten kaltes Gas eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der letzten Schicht die Gase durch unmittelbar an die Schicht anschließende, mit Katalysator gefüllte Röhren geleitet werden und für die mittelbare Kühlung des in den Röhren untergebrachten Katalysators bis auf optimale Reaktionstemperatur frisches, bereits erwärmtes Synthesegas bzw. Kreislaufgas benutzt wird, das dabei auf Reaktionstemperatur vorgewärmt wird. - Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 359 900;, französische Patentschrift Nr. 661405; USA.-Patentschriften Nr. 1970 923, 1909 378, 2 oo8 761.