DE942805C

DE942805C - Apparat zur Durchfuehrung katalytischer Reaktionen

Info

Publication number: DE942805C
Application number: DED9300A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Fierz
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1951-06-05
Filing date: 1951-06-05
Publication date: 1956-05-09

Description

Apparat zur Durchführung katalytisclher Reaktionen Die Erfindung betrifft einen Apparat zur Durchführung katalytischer Reaktionen. Diese Umwandlungsvorgänge verlaufen entweder exotherm, also unter Wärmeentwicklung, oder endotherm, d. h. mit Wärmeverbrauch. In beiden Fällen ist es notwendig, die für den Vorgang günstigste Temperatur einzuhalten. Dies bedeutet, daß im ersten Fall die Reaktionswärme stetig abgeführt und im zweiten Fall die für die Konstanthaltung der Reaktionstemperatur notwendige Wärmemenge stetig zugeführt werden muß.
Der Katalysator, auf einer vorzugsweise körnigen Trägermasse mit großer Oberfläche aufgebracht, bewirkt durch Oberflächenberührung in dem gas- oder dampfförmigen Reaktionsgut die chemische Umwandlung. Die Trägermasse mit dem Katalysator - im technischen Sprachgebrauch meistens Kontaktmasse genannt - wird je nach den Arbeitsbedingungen in Apparate in Schachtform oder in Rohre eingefüllt oder auf Siebtellerböden in dünner Schicht ausgebreitet und vom Reaktionsgut durchströmt. Die Reaktionswärme wird bei Schachtapparaten und Tellerapparaten im allgemeinen durch ein Heiz- bzw. Kühlmedium zu- bzw. abgeführt, welches in einem Rohrsystem zirkuliert, während in den mit Rohren für die Kontaktmasse ausgerüsteten Apparaten das Heiz-bzw. Kühlmedium die Rohre umströmt. Bei katalytischen Reaktionen, die nur in einem sehr engen Temperaturbereich vor sich gehen, oder bei welchen die Kontaktmasse eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt, ist die Konstanthaltung der Temperatur be- sonders schwierig. In diesen-Fällen darf die Entfernung eines jeden Kontaktmassenteilchens von den wärmezu- bzw. -abführenden Flächen nur sehr klein sein, beispielsweise darf eine Entfernung von 10 mm nicht überschritten werden. Solchen Anforderungen genügen nur Apparate, die mit Rohren von sehr geringem Durchmesser oder mit Tellerböden ausgestartet sind, auf welchen die Kontaktmasse in sehr dünner Schicht ausgebreitet ist. Zur Erreichung einer genügenden Verweilzeit des Reaktionsgutes ist - im letzten Fall eine Vielzahl von übereinander angeordneten Böden, beispielsweise 20 bis 30, notwendig, während bei den mit Rohren ausgerüsteten Apparaten eine sehr große Anzahl Rohre erforderlich ist.
Bei anderen Ausführungen wird die Kontaktmasse in schmale Taschen eingefüllt, die von dem Heiz-bzw. Kühlmedium umströmt werden. Hierbei macht die gleichmäßige Beaufschlagung der Wärmeleitflächen gewisse Schwierigkeiten, ganz abgesehen von der komplizierten Ausführung der Apparate. Es sind auch Konstruktionen bekannt, bei welchen Rohre mit großem Durchmesser verwendet werden, in welche Verdrängerrohre eingesetzt sind, so daß zur Aufnahme der Kontaktmasse ein Ringraum zur Verfügung steht, dessen Breite sich nach den Anforderungen in bezug auf die Wärmeableitung bzw. -zuführung richtet.
Derartige Konstruktionen haben aber den Nachteil einer schlechten Ausnutzung der Grundfläche. Bei einer Vergrößerung der Leistung ändert sich die Grundfläche des Kontaktmasseraumes in linearem Verhältnis, während die Apparategnmdfläche in quadratischem Verhältnis zunimmt. Es ist ferner eine Ausführung, bei welcher das Reaktionsgut und das Heiz- bzw. Kühlmedium in spiralig angeordneten, benachbarten Räumen geführt werden, bekannt. Die Spiralräume sind oben und unten geschlossen bzw. durch ebene Platten abgedeckt, die nur in der jeweils äußersten Windung einige Öffnungen haben, um dem Reaktionsgut und dem Heiz- bzw. Kühlmedium den Zugang zu den Räumen zu ermöglichen. In den allseitig geschlossenen Spiralräumen wird das Reaktionsgut und das Heiz- bzw. Kühlmedium im Gleich- oder Gegenstrom geführt. Mit dieser Bauart sind jedoch wesentliche Nachteile verbunden. Bei einer Erneuerung der verbrauchten Kontaktmasse muß die Platte, welche den Kontaktraum oben abschließt, abgenommen und die Kontaktmasse nach oben herausgenommen werden. Während dieser Umstand lediglich die Auswechselung der Kontaktmasse erschwert, wirkt sich beim Betrieb die Unterbringung der Kontaktmasse in geschlossenem Raum viel nachteiliger aus.
Erfahrungsgemäß setzt sich nämlich die Kontaktmasse im Laufe der Zeit. Dadurch werden im obersten Teil der Tasche Räume frei, durch welche das Reaktionsgut ganz oder teilweise ungehindert strömen kann, ohne mit der Kontaktmasse in innige Berührung zu kommen. Eine Vorbedingung für alle katalytischen Prozesse, nämlich eine gleichmäßige Führung des gesamten Reaktionsgutes durch die Kontaktmasse, wird dann nicht mehr erfüllt.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile der beschriebenen Bauarten und vereinigt die Vorteile einer zwangläufigen Führung des Heiz- bzw.
Kühlmediums mit einer ausgezeichneten Zugänglichkeit zu dem Kontaktmassenraum. Ihre Hauptmerkmale sind folgende: Das Heiz- bzw. Kühlmedium durchströmt im Querstrom zur Strömungsrichtung des Reaktionsgutes eine spiralig gewundene Tasche von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt. Die Zu- und Abgänge der Tasche können dabei wie bei den bekannten Spiralwärmeaustauschern ausgebildet sein. Die Kontaktmasse liegt zwischen den Windungen der Spiraltasche und wird am Herausfallen nach unten durch einen Siebboden verhindert. Der Abstand der Windungen ist dabei den besonderen Betriebsbedingungen, die durch die Menge der Reaktionswärme und die Wärmeleitfähigkeit der Kontaktmasse gegeben sind, angepaßt. Die Höhe der Tasche ist durch die Höhe der einzufüllenden Kontaktmasseschicht bedingt, während ihre Breite von der zu- bzw. abzuführenden Wärmemenge, dem Aggregatzustand des Heiz- bzw. Kühlmediums und seiner zulässigen Strömungsgeschwindigkeit abhängt.
In der Zeichnung ist eine beispielsweiseAusführungsform des Apparates dargestellt. Es bezeichnen die Zahlen in Fig. I I den Mantel des Apparates, 2 und 3 Deckel und Boden, 4 den Eintrittsstutzen für das Reaktionsgut, 5 den Austrittsstutzen für das Reaktionsgut, 6 die Kontaktmasse, die auf einem Siebgewebe 7, gestützt durch eine Lochplatte 8, aufliegt.
In Fig. II ist g die spiralig angeordnete Heiz- bzw.
Kühltasche, welche an einem Ende in ein - vorzugsweise in Apparatemitte - angeordnetes Rohr 10 und am anderen Ende bei Durchbruch durch die Apparateaußenwand in ein Übergangsstück II mit Rohrstutzen I2 ausmündet.
Bei der dargestellten Ausführung tritt das Reaktionsgut durch den Eintrittsstutzen 4 in den oberen Teil des Apparates ein. Es durchströmt die Kontaktmasse von oben nach unten und wird im unteren Teil des Apparates durch den Stutzen 5 abgeführt. Das Heiz- bzw. Kühlmedium wird von unten durch das Rohr 10 in Apparatemitte zugeführt, durchläuft die Spiraltasche g im Querstrom zum Reaktionsgut und verläßt den Apparat durch das Übergangsstück 11 und den Stutzen I2.
Selbstverständlich kann, wenn die Betriebsverhältnisse es zweckmäßig erscheinen lassen, die Strömung des Reaktionsgutes oder des Heiz- bzw. Kühlmediums auch in umgekehrter Richtung erfolgen. An Stelle der dargestellten eingängigen Spirale können auch zwei- oder mehrgängige Spiralen an das Mittelrohr angeschlossen werden, die dann die Außenwand des Apparates - an verschiedenen Stellen durchbrechen.
Solche Ausführungen können erforderlich werden, wenn bei besonders engem Temperaturbereich der Reaktion sehr große Wärmemengen zu- oder abgeführt werden müssen. Selbstverständlich kann das Mittelrohr auch nach oben durch den Deckel des Apparates herausgeführt werden, oder es kann der zylindrische Teil des Apparates verlängert werden, so daß das Heiz- und Kühlmedium über dem Kontaktranm seitlich nach außen geführt werden kann. Das Austragen der verbrauchten Kontaktmasse gestaltet sich sehr einfach. Es braucht dazu nur der Boden 3 des Apparates mit dem- auf seinem Flansch ruhenden Sieb 7 und 8 abgesenkt zu werden, worauf die Kontaktmasse durch den entstehenden Spalt nach außen herausgenommen werden kann. Das Einbringen frischer Kontaktmasse erfolgt bei geschlossenem Apparateunterteil nach Abnahme des Deckels 2 von oben durch Einschütten in die Zwischenräume der Heiz- bzw.
Kühlspirale.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen, in welcher das Reaktionsgut und das Heiz- bzw. Kühlmedium in benachbarten spiralig verlaufenden Räumen geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Reaktionsgut durchströmten, die Kontaktmasse enthaltenden Räume oben offen und am unteren Ende durch einen Siebboden abgeschlossen sind, während die Seitenwandungen durch die Wände der geschlossenen Heiz- bzw. Kühlspirale gebildet werden, wobei das Reaktionsgut und das Heiz- bzw. Kühlmedium im Kreuzstrom zueinander geführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasche für das Heiz- bzw.

Kühlmedium als zwei- oder mehrgängige Spirale ausgebildet ist.

Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 837 904; deutsche Patentschriften Nr. 642 030, 203 759, zip 788, 273 I42, 635 969; USA.-Patentschrift Nr. 2 5I7 525; Chemiker-Zeitung, I935, 5. 902 bis 904; Verfahrenstechnik, VDI.-Beihefte, I942, S.8I.