DE971320C

DE971320C - Ofen zur katalytischen Herstellung von Ammoniak

Info

Publication number: DE971320C
Application number: DEB12332A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ludwig Raichle
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1950-11-02
Filing date: 1950-11-03
Publication date: 1959-01-08

Description

Bei der katalytischen Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff sind im wesentlichen zwei Ofentypen in Anwendung. Entweder ordnet man den Katalysator in mehreren Schichten übereinander an, wobei man hinreichende Zwischenräume einhält, um die Temperatur der Reaktionsgase vor ihrem Eintritt in die nächste Schicht, ζ. Β. durch Zumischen von kaltem Frischgas oder durch Kühlvorrichtungen, herabzusetzen, oder man ordnet den Katalysator in zu einem Bündel vereinigten Rohren oder in dem Raum zwischen diesen Rohren an und läßt zwecks Abführung der Reaktionswärme die aufzuheizenden Frischgase vor ihrem Eintritt in den Katalysator durch den Zwischenraum bzw. durch die Rohre selbst strömen.

Um befriedigende Ammoniakausbeuten zu erzielen, erstrebt man die Aufrechterhaltung einer Temperaturkurve im Reaktionsofen, die mit fortschreitender Katalysatorlänge fällt, da die Temperatur des günstigsten Reaktionsgleichgewichtes mit zunehmender Ammoniakkonzentration sinkt. Nach einem älteren Vorschlag erfolgt die Temperaturregelung bei der Anordnung des Katalysators in mehreren Schichten von in der Richtung der Gasströmung zunehmender Schichthöhe durch die Zugabe von kaltem Frischgas zwischen den Schichten, wobei man nach der letzten Schicht die Gase durch unmittelbar an die Schicht anschließende Röhren leitet, die mit Katalysator gefüllt sind, dessen Menge geringer als die Katalysatormenge in den Schichten ist, und für die mittelbare Kühlung des

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in den Röhren untergebrachten Katalysators bis auf optimale Reaktionstemperatur frisches, bereits erwärmtes Synthesegas bzw. Kreislaufgas benutzt, das dabei auf Reaktionstemperatur vorgewärmt wird.

Nach einem anderen älteren Vorschlag, der sich auf die Ammoniaksynthese bei etwa 700 at bezieht, stellt man das aus der jeweiligen Katalysatorschicht aus- und in die nächste Schicht eintretende Reaktionsgemisch ebenfalls durch Zuleiten von kaltem Synthesegas auf die optimale Temperaturhöhe ein. In der letzten Katalysatorschicht wird die Temperatur des Reaktionsgemisches durch Wärmeaustausch mit vorgewärmtem Synthesegas mittels Fieldrohren, die in die Katalysatorschicht eingebettet sind, auf etwa 500 bis 530° C gehalten.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß sich die Temperaturregelung in der letzten Katalysatorstufe auf einen indirekten Wärmeaustausch mit der ihm eigenen Verzögerung des Temperaturausgleiches beschränkt.

Erfmdungsgemäß lassen sich diese Nachteile vermeiden, wenn man in einem Ofen für die Ammoniaksynthese, in dem der Katalysator in einen in mehreren unter Einhaltung von Zwischenräumen hintereinander angeordneten Schichten mit in Richtung der Gasströmung zunehmenden Schichthöhen enthaltenen Teil und einen in einem Rohrbündel angeordneten Teil, dessen Menge kleiner als die des ersten Teils ist, unterteilt ist, und in dem Einführungsorgane für zusätzliche Ströme kalten Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches zwischen den Schichten des ersten Katalysatorteils und Wärmeaustauschflächen für die Übertragung der in dem zweiten Katalysatorteil frei werdenden Wärme oder eines Teils davon auf das dem ersten Katalysatorteil zuzuführende Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch vorgesehen sind, Einführungsorgane für zusätzliche Ströme kalten Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches in verschiedenen Höhen des Rohrbündels anordnet. Hierdurch wird eine zuverlässige Lenkung der Reaktionstemperatur in dem zweiten Katalysatorteil gewährleistet und vermieden, daß das aufzuheizende Frischgas zu schnell auf Reaktionstemperatur kommt.

Außerdem empfiehlt es sich, im Rohrbündel Einbauten, insbesondere Bleche zum Umlenken der Gasströme, vorzusehen, die einen Ouerstrom der Gase zur Achse der Rohre bewirken. Auf diese Weise wird ein besonders guter Wärmeübergang erzielt.

Durch die Zeichnung wird eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In den Hochdruckofen ι tritt das durch Wärmeaustausch mit den abziehenden Gasen außerhalb des Ofens auf etwa-4oo° C erwärmte Frischgas durch die Öffnung 2 ein. Nach Durchströmen des Mantelraumes zwischen der Ofenwandung und dem Ofeneinsatz 3 passieren die Gase das Rohrbündel 4, und zwar außerhalb der Rohre und, zufolge der Umlenkblech« S, im Querstrom zu der Rohrachse. Das zentrale Rohr 6 dient zur Zumischung kalter Gase in verschiedenen Höhen des Rohrbündels. Durch Aufnahme der innerhalb der Katalysatorrohre frei werdenden Reaktionswärme steigt die Temperatur des Gasgemisches auf etwa 450⁰ C an. Mit dieser Temperatur tritt es aus dem oberen zentralen Rohr 7 in die erste Katalysatorschicht 9 ein, wo die Temperatur auf etwa 550 bis 570⁰ C steigt. Durch Zumischen von kaltem Gas aus der Leitung ga wird die Temperatur wieder auf etwa 450⁰ C herabgesetzt. In der zweiten, längeren Schicht 10 steigt die Temperatur auf 520 bis 540⁰ C an und wird dann durch Zumischen von kaltem Gas aus der Leitung 10 α wiederum auf 450⁰ C herabgesetzt. In der dritten, noch längeren Schicht 11 steigt die Temperatur auf 480 bis 520⁰ C, und mit dieser Temperatur tritt das Gas in die Katalysator röhre 4 ein, in denen es auf etwa 450⁰ C abgekühlt wird. Mit dieser Temperatur strömt es durch die Öffnung 12 dem außerhalb des Ofens angeordneten (nicht gezeichneten) Wärmeaustauscher zu, in dem das durch die öffnung 2 zuzuführende Frischgas auf etwa"400° C vorerhitzt wird. Die elektrische Heizvorrichtung 13 dient lediglich zur Aufheizung vor Inbetriebnahme des Ofens.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Ofen zur katalytischen Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff mit Unterteilung des Katalysators in einen aus mehreren unter Einhaltung von Zwischenräumen hintereinander angeordneten Schichten mit in Richtung der Gasströmung zunehmenden Schichthöhen bestehenden Teil und einen in einem Rohrbündel angeordneten Teil, dessen Menge kleiner als die des ersten Teils ist, Einführungsorganen für zusätzliche Ströme kalten Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches zwischen den Schichten des ersten Katalysatorteils und Wärmeaustauschflächen für die Übertragung der in dem zweiten Katalysatorteil frei werdenden Wärme oder eines Teils davon auf das dem ersten Katalysatorteil zuzuführende Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß Einführungsorgane für zusätzliche Ströme kalten Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches in verschiedenen Höhen des Rohrbündels angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekenn- no zeichnet durch Einbauten im Rohrbündel, die einen Querstrom des Gases zur Achse der Rohre bewirken.

In Betracht gezogene ältere Patente:

Deutsche Patente Nr. 938 546, 964 042.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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