DK150712B - Apparat til hoejtrykssyntese, isaer til syntese af ammoniak - Google Patents

Description

150712

Den foreliggende opfindelse angår et apparat af den i kravets indledning angivne art til højtrykssyntese, især til syntese af ammoniak, og apparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved det i kravets kendetegnende del 5 angivne.

Ved katalytiske højtryksreaktorer til syntese af ammoniak med flere efter hinanden anbragte katalysatorlag er det kendt, at gassen mellem katalysatorlagene afkøles ved udveksling af varme i reaktorens indre med den indstrøm-10 niende gas, idet alle lagene gennemstrømmes aksialt af syntesegassen (se de østrigske patentskrifter nr. 216 533, nr. 225 722 og nr. 215 436).

Der kendes også anlæg, hvori de første katalysatorlejer gennemstrømmes aksialt, hvorimod de lange slutkatalysator-15 lag gennemstrømmes radialt indefra og udefter (østrigsk patentskrift nr. 281 8709, idet der også her bl.a. er sørget for udveksling af varme med den tilførte gas i-mellem katalysatorlejerne i reaktorens indre. Fordelen herved i sammenligning med de kun radialt gennemstrømmede 20 ovne, som er beskrevet i tysk fremlæggelsesskrift nr.

1 256 205, og ved hvilke luftarten skiftevis strømmer udefra og ind og derefter indefra og ud, er at man undgår de dannelsesvanskeligheder ved reduktionen af den oxidiske NH^-syntesekatalysator, som forekommer ved at 25 lede gassen radialt udefra og indefter.

I sammenligning med ovne med udelukkende aksial gennemstrømning ligger fordelen i det mindre tryktab, der især gør sig forstyrrende bemærket i de lange slutkatalysator-lejer, medens man har anset tryktabet i de forholdsvis 30 beskedne indgangskatalysatorlejer for at være så ringe, at der ikke ville være nogen fordel ved at lede gassen radialt gennem disse katalysatorlejer. Tværtimod kunne man frygte, at der ville opstå udbyttetab i de særligt reak 2 150712 tive indgangskatalysatorlejer, især ved anvendelse af en katalysator med lille kornstørrelse, som følge af lokal overophedning, især i de områder af katalysatorlejerne, der ligger i nærheden af aksen.

5 Det har nu overraskende vist sig, at syntesen af ammo niak i ovne med udveksling af varme i reaktorens indre i sammenligning med de sædvanlige aksialt gennemstrømmede ovne kan forbedres med mindst 10 - 13%, hvis samtlige katalysatorlejer gennemstrømmes i radial retning inde-10 fra og udefter, og der anvendes en partikelstørrelse på under 3 mm.

Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe et apparat, der er særligt egnet til at gennemføre en højtrykssyntese efter de angivne retningslinier, især syntese af am-15 moniak.

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at hvert katalysatorleje er anbragt mellem to cylindriske perforerede metalplader, som er koncentriske med de centrale organer til gennemledning af gassen, og hvoraf den 20 inderste perforerede metalplade sammen med det centrale organ til gennemledning af gassen og den yderste perforerede metalplade sammen med ovnindsatskappen hver danner et indre ringrum, der tjener til tilførsel af gassen til katalysatoren og et ydre ringrum, der tjener til bortled-25 ning af gassen, hvorhos disse perforerede metalplader er afsluttet af et beholderlåg og en beholderbund, idet beholderens låg har en passage for gassen, der udmunder i det inderste ringrum i nærheden af aksen, og beholderens bund har en passage for gassen, der er forbundet med det 30 yderste ringrum i nærheden af ovnindsatskappen.

På tegningen er vist et apparat ifølge opfindelsen med tre katalysatorlejer, hvor 2 er højtryksbeholderen og 150712 3 3 oveindsatskappen, medens 4 er ringrummet mellem ovn-indsatskappen og højtryksbeholderen. Den ved 1 tilførte gas strømmer bagud gennem ovnen, hvorfra den føres ind i hovedvarmeveksleren. Katalysatorlejerne 6 ligger imellem 5 de koncentriske ringformede metalplader 10 og 11 og er hver for sig afgrænset af et beholderlåg 8 og en beholderbund 9. I beholderens låg 8 findes en gastilledning 14 i nærheden af de centrale organer til styring af gassen. I beholderens bund 9 findes der i nærheden af ovnindsatskap-10 pen gaspassager 15. Det inderste ringrum 16 tjener til tilføring af gassen til katalysatorlejet,og ringrummet 17 tjener til bortlednings af gassen fra katalysatorlejet.

Tallet 7 er de mellemste varmevekslere, og 18 er gasudtaget fra ovnen. Tallet 12 er ringformede koncentriske 15 metalplader, der er svejset på beholderlågene 8, og som rager op i katalysatorfyldningen for at forhindre en kortslutning af gassen, når katalysatoren sætter sig. Det centrale organ 13 til styring af gassen er ved denne ovn-konstruktion et centralt rør, der er anbragt på højde med 20 det underste katalysatorleje. Efter den første mellem liggende varmeveksler består det af et centralt rør, hvorom der er anbragt to koncentriske ledninger med ringformet tværsnit. Gennem den yderste ringledning føres gassen til den derover liggende varmeveksler, hvorfra den efter en 23 drejning på 180° igen føres tilbage på højde med den første mellemliggende varmeveksler og derfra ind i det centrale rør, hvori der er anbragt en brænder 19.

Apparatet ifølge opfindelsen kan også være forsynet med tilførselsorganer, der muliggør tilførsel af frisk kold 30 gas til rørmellemrummet i varmeveksleren 7, hvilket mulig gør en finregulering af temperaturen i denne varmeveksler 7.

Den friske gas, som har passeret ringrummet mellem højtryksbeholderen og ovnindsatskappen, løber ind i rørmel-^5 lemrummet i hovedvarmeveksleren 5, hvor den bliver op varmet af syntesegassen, som ledes bort. Gassen ledes 4 150712 gennem de centrale styringsorganer 13 til ovnens ø-verste ende, hvorved den på sin vej passerer begge de mellemliggende varmeudvekslere 7 og bliver yderligere opvarmet. Fra den øverste ende går den via åbningen 14 5 i det øverste katalysatorleje 6 ind i det inderste ring- rum 16 i dette katalysatorleje, hvorfra den gennemstrømmer katalysatoren i radial retning og via ringrummet 17 og gaspassagen 15 når ind i den mellemste varmeveksler, hvor den afkøles. Efter på samme måde at have gennem-10 løbet alle katalysatorlejerne forlader gassen ovnen via hovedvarmeveksleren 5 og udløbet 18. Opfindelsen illustreres nærmere ved det følgende eksempel.

EKSEMPEL

Ved anvendelse af det på tegningen viste apparat til syntese af ammoniak leedes en synteseblanding af gasser 15 på 75000 Nm^/h radialt indefra og udad gennem 3 kata lysatorlejer ved et overtryk på 310 atm. Gassen har, før den ledes ind i ovnen, følgende sammensætning? 67,5 vol-% l·^, 22,5 vol-% N^, 8,0 vol-% inert gas, 2,0.vol-% NH3.

20 Det samlede katalysatorvolumen andrager 2,2 m^.

Katalysatoren fremstilles i ovnen ud fra en blanding af ferrioxid (Fe^O^) og 0,5 vægt-% kaliumoxid, 2,8 - 3 vægt~% aluminiumoxid, 3,3 - 3,4 vægt-% calciumoxid og 1 vægt-% magnesiumoxid ved reduktion med en blanding af 25 hydrogen og nitrogen. Den gennemsnitlige partikelstør relse er 2 mm. Ammoniaksyntesen foretages ved 310 atm og ved en temperatur på 400 - 500° C. Gassen indeholder 17,81 vol-% NH3 ved ovnens udgang.