DEP0049004DA - Vorrichtung zur Temperaturregelung bei katalytischen Reaktionen - Google Patents

Description

Bei der Ausführung katalytischer Reaktionen ist es gewöhnlich notwendig, je nachdem, ob es sich um eine endotherme oder exotherme Reaktion handelt, dem Reaktionsraum Wärme zuzuführen oder aus ihm abzuleiten. In vielen Fällen können die oft erheblich großen Wärmemengen nicht lediglich durch Beheizen oder Kühlen der den Reaktionsraum begrenzenden Wänden allein zu- bzw. abgeführt werden, da deren Fläche meistens zu klein ist. Man bringt deshalb in dem Reaktionsraum entweder zusätzliche Einbauten an, die geheizt oder gekühlt werden, wobei als Wärmeträger Gase oder Flüssigkeiten, z.B. kondensierende Dämpfe oder siedende Flüssigkeiten, Verwendung finden, oder man bewirkt den gewünschten Wärmetransport, indem man gasförmige oder flüssige Reaktionsteilnehmer im Kreislauf durch den Reaktionsraum führt und diese außerhalb von ihm heizt oder kühlt.

Die Verwendung von Einbauten, die meist umständlich zu handhaben sind, hat den Nachteil, dass diese schlecht zu reinigen sind, wodurch die Güte der Wärmeübertragung leidet, außerdem dass sie bei dem Vorhandensein von fest angeordneten Katalysatoren mit diesen verbacken können und somit ihre Auswechselung erschwert wird. Der Wärmetransport durch Gase oder Flüssigkeiten bedingt die Verwendung von zusätzlichen Förderpumpen und meistens auch die Einschaltung von Wärmeaustauschern, wodurch die Anlage verteuert wird und die Wartungskosten hoch sind.

Es wurde nun gefunden, dass diese Nachteile bei der Ausführung katalytischer Reaktionen, insbesondere unter Druck, vermieden werden, wenn man vollständig geschlossene, teilweise mit verdampfbaren Flüssigkeiten gefüllte Rohre in den Reaktionsraum derart einbringt, dass, je nachdem, ob es sich um exotherme oder endotherme Reaktionen handelt, im ersten Fall der Flüssigkeitsraum oder im zweiten Fall der Dampfraum der Rohre in den Reak- tionsraum hineinragt, wobei der hinausragende Teil im ersten Fall zwecks Kondensation der Dämpfe gekühlt und im zweiten Fall zwecks Verdampfung der Flüssigkeit erhitzt wird.

Die Erfindung wird durch die beiden Abbildungen näher erläutert. Nach Abbildung 1 und 2 erfolgt die Zu- oder Abführung der Reaktionswärme durch vollständig geschlossene, mit einer geeigneten Siedeflüssigkeit F gefüllte Rohre R, die teilweise in den Reaktionsraum A hineinragen, der z.B. mit fest angeordneten Katalysatoren gefüllt ist. Bei der Durchführung endothermer Reaktionen nach Abbildung 1 werden die außerhalb des Reaktionsraumes befindlichen, mit Flüssigkeit gefüllten Rohrteile a beheizt, bei endothermen Reaktionen nach Abbildung 2 werden die ebenfalls außerhalb des Reaktionsraumes befindlichen, in diesem Falle aber dampfgefüllten Rohrteile b gekühlt. Die Wärme wird also durch sich kondensierenden Dampf zugeführt bzw. durch siedende Flüssigkeit abgeführt. Durch Wahl geeigneter siedender Temperaturen der Heiz- bzw. Kühlmittel sowie durch Veränderung der von diesen berührten Flächen der aus dem Reaktionsraum herausragenden Enden a bzw. b der Rohre lässt sich die zu- oder abgeführte Wärmemenge beliebig regeln. Eine örtliche Abstufung der Heiz oder Kühlwirkung im Reaktionsraum selbst lässt sich auch durch gleichzeitige Verwendung verschieden langer Rohre bewirken. Die Größe der in dem Reaktionsraum auftretenden maximalen Temperaturunterschiede kann durch die Wahl geeigneter Rohrdurchmesser und Rohrabstände immer so gehalten werden, wie es aus reaktionskinetischen Gründen zulässig erscheint. Die Umlaufpumpen für die Reaktionsteilnehmer, z.B. Flüssigkeiten oder Gase, und die Wärmeaustauscher, soweit sie überhaupt noch erforderlich sind, können so klein bemessen werden, wie es aus Gründen des chemischen Umsatzes nötig ist, und sind nicht mehr in ihren Abmessungen durch die Menge der abzuführenden Wärme festgelegt.

Ist ein Verbacken der Rohre mit dem Inhalt des Reaktionsraumes nicht anzunehmen, dann werden die Rohre zweckmäßigerweise unmittelbar in den Deckel eingeschweißt. Wird eine Korrosion oder ein Festbacken der Rohre erwartet, so führt man die Rohre am besten durch ein lösbares Dichtungselement nach außen. Abbildung 3 zeigt eine Ausführungsform für Hochdruckapparaturen. Der mit dem Heiz- bzw. Kühlrohr verschweißte Konus K wird durch die

Mutter M gegen die Dichtfläche D des Deckels angepresst. Da im Betrieb die Abdichtung durch den im Innern des Reaktionsraumes vorhandenen Überdruck erfolgt, können die Abmessungen der Mutter M klein gehalten werden. Bei dieser Anordnung ist es möglich, nach dem Abnehmen des Deckels die Rohre einzeln aus dem Reaktionsraum zu ziehen, nachdem sie durch vorhergegangenes Verdrehen gelockert worden sind. Angegriffene oder sonst beschädigte Rohre können sehr leicht durch bereitgehaltene Ersatzrohre ausgewechselt werden. Wählt man z.B. eine Siedeflüssigkeit, die mit den Reaktionsteilnehmern nicht oder nur in ungefährlicher Verbindung reagiert, so können selbst beim Undichtwerden eines Elementes keine gefährlichen Drucksteigerungen auftreten, da sein Flüssigkeitsinhalt nur gering ist.

Um zu vermeiden, dass sich innerhalb des Reaktionsraumes längs der Rohraußenflächen bevorzugte Flüssigkeits- oder Gasströmungen ausbilden, können Leitflächen angeordnet werden, so können z.B. nach Abbildung 4 an den Rohren R aufgeschobene Ablenk-Leitflächen für die Reaktionsteilnehmer dienen.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Temperaturregelung bei katalytischen Reaktionen, insbesondere unter Druck, dadurch gekennzeichnet, dass vollständig geschlossene, teilweise mit verdampfbaren Flüssigkeiten gefüllte Rohre in den Reaktionsraum derart eingebracht sind, dass, je nachdem, ob es sich um exotherme oder endotherme Reaktionen handelt, im ersten Fall der Flüssigkeitsraum oder im zweiten Fall der Dampfraum der Rohre in den Reaktionsraum hineinragt, wobei der hinausragende Teil im ersten Fall zwecks Kondensation der Dämpfe gekühlt und im zweiten Fall zwecks Verdampfung der Flüssigkeit erhitzt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Temperaturregelung dienenden Rohre mit Leitflächen für die Reaktionsteilnehmer versehen sind.