WO2010149751A1 - Converter for carrying out exothermic catalytic reactions - Google Patents

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WO2010149751A1
WO2010149751A1 PCT/EP2010/059016 EP2010059016W WO2010149751A1 WO 2010149751 A1 WO2010149751 A1 WO 2010149751A1 EP 2010059016 W EP2010059016 W EP 2010059016W WO 2010149751 A1 WO2010149751 A1 WO 2010149751A1
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WO
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heat
heat exchange
panels
catalyst
converter
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PCT/EP2010/059016
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German (de)
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Inventor
Joachim Engelmann
Genrikh Falkevich
Rashid Temirbulatovich Sarsenov
Original Assignee
Chemieanlagenbau Chemnitz Gmbh
Sapr - Neftekhim Llc.
Too Techno Trading Ltd.
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Publication date
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    • B01J2219/2477Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2481Catalysts in granular from between plates

Definitions

  • the invention relates to the field of technological equipment for carrying out catalytic processes and can be used in the chemical, petroleum and other industries for carrying out exothermic catalytic reactions.
  • SU852541 (1981) discloses a reactor intended to carry out reactions of polymerization and copolymerization of gaseous monomers.
  • the mentioned reactor consists of a body with means for supplying and discharging a circulating gaseous medium, the starting components and the finished product, a shaft with mixing blades, which consist of heat pipes, heat exchanger and pump, wherein the heat pipes vertically and concentrically to the shaft in different radii are arranged to the rotation axis.
  • the means for supplying and discharging the gaseous medium are arranged diametrically in the upper part of the reactor, with the upper ends of said heat pipes between said devices. Disadvantages of this known reactor are a design-related low efficiency and associated low yield of target product.
  • RU2278726 discloses a reactor for carrying out catalytic gas phase processes, which consists of a body, a device for feeding the starting components and a device for the discharge of the finished product, and a device for the dissipation of heat, which is in the form of a plurality of heat pipes , consists.
  • This known reactor also contains a catalyst, which is applied to the heat pipes and / or the body as a coating.
  • the heat pipes are arranged in the space of the carcass in a checkered manner and their entire surface, which is located in the catalytic zone, is chosen so that it ensures the supply or discharge of the amount of heat energy necessary for carrying out the catalytic process. Disadvantages of this known reactor are again a design-related low efficiency and low yield of target product.
  • EP2062640A1 it is desirable in the field of isothermal or pseudoisothermal chemical reactors to use plate heat exchangers, since these advantageously have a high surface area, are relatively inexpensive and are easy to assemble.
  • EP2062640A1 discloses such a reactor with plate heat exchangers having two flat walls arranged in parallel, the individual plate heat exchangers being radially arranged in the reactor and embedded in a catalyst layer. The disadvantage is that by this arrangement the distance between the plate heat exchangers, especially at the point where the strongest heat generation takes place, is greatest. An external fluid heat carrier is fed from outside the reactor to the plate heat exchangers and then discharged back to the outside.
  • the object of the invention is to provide a converter for carrying out exothermic catalytic reactions, which is characterized by an increased efficiency and an increase in the quality of the product produced.
  • the converter should be particularly suitable for carrying out catalytic exothermic reactions in the gas phase with a temperature regime in the reaction space, which is almost isothermal.
  • the converter according to the invention for carrying out exothermic catalytic reactions has a body with at least one inlet for the feed of the starting components and at least one outlet for the discharge of the reaction products.
  • the one or more inlets are preferably mounted in the form of nozzles in the side wall of the carcass.
  • the drain or the drains are preferably arranged in the lower part of the carcass.
  • the body forms the outer wall of the converter and is subsequently split functionally into a lower and an upper part.
  • the body may be made in one piece, but for ease of handling (assembly / disassembly) is preferably made in two parts (an upper, preferably in half-shell shape and a lower, the bottom in the form of a half-shell) or three parts, preferably by flanges can be connected to each other.
  • the body has at least one inlet for the supply of the starting components and at least one outlet for the removal of the reaction products.
  • the reaction space In the lower part of the carcass is the reaction space in which the exothermic catalytic reaction takes place.
  • the reaction space is bounded radially by an inner and an outer support structure.
  • In the inner support structure is an (inner) cavity - the inner central tube - which serves for the discharge of the gaseous reaction product to the outside, via a connection in the lower part of the carcass.
  • the reaction space and the inner Cavities are preferably upwards and preferably also solid or detachable closed down.
  • the bottom closure is formed by a bottom plate or a catalyst table mounted thereon. Through the bottom plate protrudes the inner central tube.
  • the reaction space is limited by a cover, preferably a seal.
  • the outer cavity is preferably closed at the top and preferably fixed or detachable down.
  • the conclusion to the top is preferably formed by the body wall (in the upper part of the body).
  • the conclusion downwards is preferably also formed by the bottom plate.
  • the inlet is arranged so that the starting components preferably flow through the outer support structure via this outer cavity into the reaction space.
  • the reaction space forms the reaction zone, d. H. in this the chemical reaction takes place.
  • the reaction products then flow into the internal cavity (inner central tube) connected to the drain.
  • a plurality of heat panels are arranged in the interior of the carcass on the catalyst table or directly on the bottom plate.
  • a heat panel is generally understood to mean a hollow, preferably bar or tubular element or an element of another shape for dissipating the heat of reaction from the reaction space.
  • the heat panels are mounted on the bottom plate and are additionally fixed by vertical partitions on the bottom plate in position.
  • Each heat panel (inner cooling circuit) has a lower part located in the reaction space and an upper part protruding from the reaction space into the upper part of the body and operatively connected to a heat exchange device (outer cooling circuit).
  • the lower parts of the heat panels are used to absorb the heat from the reaction space in which the catalyst is located and the exothermic reaction takes place.
  • the upper parts of the heat panels are in operative connection with heat exchange devices inside the converter. By the heat exchange devices and connected lines and possibly collectors, the heat is dissipated using a heat exchange medium to the outside.
  • the lower part of the heat panels is preferably formed as a hollow body with wedge-shaped base, wherein preferably each of the pointed part is directed to the central axis (to the inner central tube) in the lower part of the body.
  • the pointed, directed to the central axis of the body lower part of the heat panels forms an angle of 1, 5 to 18 °.
  • the angle is chosen in particular as a function of the dimensions of the converter and the ratio of the heat exchange surface to the volume of the catalyst.
  • catalyst is preferably filled.
  • the catalyst is preferably poured.
  • the converter can also be used for reactions without a catalyst (for example neutralization reactions) or for reactions with liquid catalysts.
  • catalyst is preferably additionally introduced between the heat panels and the inner support structure and / or the outer support structure.
  • the reaction space is thereby outward, d. H. shell side towards the body, bounded by the outer support structure, which is arranged around the heat panels, d. H. the outer support structure surrounds both the catalyst and the heat panels.
  • Supporting structure is generally understood to mean a structure which keeps the preferably poured catalyst in the form, i. H. which is impermeable to the catalyst by which, however, a stowage is possible.
  • the outer support structure is a gas-permeable, at least approximately cylindrical structure, preferably a net or grid or also a perforated vessel or a combination thereof.
  • the reaction space (catalyst bed and heat panels) is preferably arranged radially around the inner support structure, which delimits the inner cavity (inner central tube).
  • the reaction space is preferably cylindrical (preferably straight hollow cylinder with a preferably circular base area). Inside this cylinder is then the inner cavity (inner central tube), limited on the shell side by the inner support structure.
  • the inner support structure is preferably a perforated vessel or else a mesh or grid or a combination thereof, particularly preferably a perforated vessel which is bounded by a network to the reaction space.
  • the perforated vessel is tightly closed at the top or is covered by a seal and possibly a net.
  • Both the inner and the outer support structure serve as support elements for the preferably poured catalyst and are (in the contact region to the catalyst) permeable to the starting components (starting materials) and the reaction products which are preferably present in the gas phase under the selected reaction conditions in the converter.
  • the lower parts of the heat panels and the inner central tube are at least one cover.
  • the cover is preferably a seal.
  • the cover preferably has a high hydraulic resistance. The cover ensures that the reaction gases flow radially through the catalyst bed to the inner central tube.
  • the seal preferably contains or consists of mats of thermally stable material. Due to the cover of the catalyst bed and the inner central tube by means of the seal upwards, the gas flow from the outer wall of the converter to the central tube is guided radially through the catalyst bed, which is located between the heat panels, and through the inner central tube to the outlet in the lower part of the carcass ,
  • the catalyst is preferably introduced not only between the heat panels, but also between the heat panels and the inner and / or the outer support structure. Particularly preferably, the heat panels are completely enclosed by the catalyst to the sides.
  • the reaction gas is first heated by the exothermic reaction as it flows into the catalyst bed and receives an additional energy input before flowing out.
  • an external heating of the gas can advantageously be dispensed with, in particular in the case of a circulation loop, which simplifies the construction of the system and minimizes energy costs.
  • the thickness of the catalyst layer between the heat panels corresponds to the distance between the heat panels to each other.
  • the walls of the adjacent heat panels are preferably arranged parallel to one another or at an angle of 170 ° to 190 °, preferably 175 ° to 185 ° to each other.
  • the converter can be operated in principle in both directions, ie inlet and outlet can be reversed.
  • inlet and outlet can be reversed.
  • the functional terms in the claims which refer to a particular gas flow direction are thus to be understood in this context and not by way of limitation.
  • the volume of the catalyst which is located between the outer support structure and the heat panels is preferably more than 5% and preferably does not exceed 30% of the total volume of the catalyst.
  • the volume of the catalyst which is located between the inner support structure and the heat panels is preferably more than 5% and preferably does not exceed 30% of the total volume of the catalyst.
  • the majority of the catalyst preferably at least 55%, preferably up to 85% and particularly preferably not less than 65% of the total catalyst volume, is thus located between the heat panels.
  • the distance between the individual heat panels is preferably 8 mm to 200 mm.
  • thermoelectric zone In the area between the heat panels (isothermal zone) is advantageously a nearly constant temperature (temperature fluctuation max. 5 0 C, preferably max. 2 0 C, particularly preferably max. 1 ° C).
  • the heat panels are connected to at least one heat exchange device (heat exchanger).
  • each individual heat panel inner cooling circuit
  • the heat exchange device is designed as a unit for all the heat panels.
  • the upper part of the body preferably forms a space for heat exchange, which is separated from the reaction space by an intermediate bottom.
  • the heat exchange device serves to dissipate the excess heat of reaction from the heat transfer medium in the heat panel (and thus indirectly from the reaction zone) by transferring the heat to a heat exchange medium which passes through the heat exchange device or heat exchange devices.
  • the heat exchange medium enters the upper part of the body of the converter through an inlet port, passes through the heat exchangers or the heat exchange device in the upper part of the heat panels, absorbing the excess heat of reaction to volatilize and leaving the upper part of the body of the converter through an outlet nozzle.
  • the converter contains at least one outlet for the gaseous heat exchange medium.
  • the heat exchange device when using a vaporizable heat exchange medium, preferably contains a flushing opening in the lower area. This advantageously avoids the deposition of harmful impurities of the heat exchange medium inside the heat exchange device on the heat exchange surface (such as lime and salts when using water as the heat exchange medium).
  • part of the heat exchange medium preferably 5 to 15%, is discharged through the flushing opening.
  • the rinsing is carried out discontinuously with heat exchange medium or rinsing liquid.
  • the converter preferably contains collectors with which the heat exchange devices are connected to each other.
  • collectors In a collector, the gaseous heat exchange medium is collected from the individual heat panels to co-discharge it from the converter.
  • Other collectors are preferably used for the feed of the heat exchange means to the heat exchange devices and the discharge of the heat exchange medium or the rinsing liquid used for rinsing.
  • the system in particular in the case of a vaporizable heat exchange means, a level control for the heat exchange medium in the heat exchange devices, preferably outside the converter at the level of Upper part of the body is arranged.
  • This level control preferably has a viewing window.
  • the energy dissipated with the heat exchange medium can be used for different processes (for example for preheating the starting components or for the bottom heating of the rectification column for product separation).
  • the upper part of the heat panel (heat exchange device) is tubular and preferably has an inner tube and a jacket.
  • the heat exchange medium flows in the jacket.
  • the bottom of the shell is continuously flowed through by low flow rate of the liquid heat exchange medium, or may also be in the jacket pipes during the reaction process, at a subsequent discharge of the reaction process for blowdown and blowdown of the jacket pipes. This ensures avoidance of accumulation of harmful admixtures (salts and others) in the heat exchange means.
  • the lower parts of the heat panels are in the reaction space as a hollow body, preferably with a wedge-shaped base executed.
  • the outer walls of the lower parts of the heat panels are in contact with the catalyst bed, which gives off heat.
  • Inside the heat panels is a heat carrier, which absorbs the heat of reaction from the catalyst bed.
  • the heat carrier vaporizes and preferably rises through pipes mounted inside the lower parts of the heat panels into the upper part of the heat panels where it releases its heat energy to a heat exchange means located in the shell around the pipe of the upper part of the heat panels , As a result, the heat transfer medium itself becomes liquid again and flows back within the heat panel. Ie.
  • the heat transfer medium is conducted in the heat panels in a closed circuit.
  • the heat transfer medium does not have to be led out of the body of the converter.
  • the heat panels are constructed in their interior so that the back-flowing heat transfer medium flows along the inner wall of the heat panels.
  • the heat panels preferably contain internals in the lower region, via which the refluxing heat carrier is distributed.
  • Each heat panel preferably contains at least one tube which receives the gaseous, ascending heat transfer medium.
  • Due to the evaporation of the heat carrier is advantageously a higher heat dissipation and thus more effective cooling achieved. If the heat energy input into the catalyst layer increases as a result of the exothermic process, this is compensated for by increased evaporation of the heat carrier.
  • This advantageously allows the heat transfer medium (inner cooling circuit) in one closed system to drive.
  • the regulation of the temperature in the inner cooling circuit and thus in the reaction zone is effected by the supply of the heat exchange medium in the outer cooling circuit.
  • the heat transfer medium is dependent on the process temperature to be reached in the converter, i. H. the temperature in the reaction zone, selected.
  • conventional heat transfer media such as liquid metals (eg sodium and cesium) or molten salts, but advantageously also simpler and less expensive, such as elemental sulfur, can be used as the heat transfer medium.
  • the heat panels are configured to receive and dissipate all the heat energy transferred from the reaction zone via the heat transfer medium and the heat exchange medium, i. H. the heat exchange surface in the reaction zone (the contact area of the heat panels with the catalyst) is dimensioned according to the heat energy to be absorbed.
  • the level of the heat exchange medium in the heat exchange devices the amount of heat to be dissipated from the converter and thus ultimately the temperature in the reaction zone can be advantageously set.
  • the temperature difference between the temperature in the reaction zone (catalyst layer) and the temperature of the heat transfer medium inside the heat panels in the region of the reaction zone is preferably to below 60 0 C, preferably below 30 0 C, is set.
  • the ratio of the heat exchange surface in the reaction zone (ie the contact area of the wedge-shaped lower part of the heat panel with the catalyst) to the catalyst volume is dependent on the thermal energy dissipated, the rate of change of temperature and the contact time, ie the reaction to be carried out in the converter.
  • the ratio of the heat exchange surface in the reaction zone to the catalyst volume is preferably at least 10 m 2 / m 3 , more preferably 60 m 2 / m 3 or more, and is preferably in the range from 10 m 2 / m 3 to 250 m 2 / m 3 .
  • An oversized heat exchange surface has no negative impact on the process.
  • the outer surfaces of the heat panels in the reaction zone are preferably coated with a layer of aluminum dioxide and / or enamel.
  • the thickness of this layer (s) total preferably 0.1 to 2 mm, more preferably 0.2 to 1 mm, in particular 0.3 to 0.7 mm.
  • the heat exchange area of the heat exchange devices is preferably 3 to 10 times less than the surface area of the lower panel parts (heat exchange area in the reaction zone). This area corresponds to the possible contact area of the heat panels with the heat exchange medium. By the level of the heat exchange means, this can be advantageously varied and thus the temperature can be set in the converter.
  • the converter additionally contains at least one temperature measuring device, preferably thermocouples. These are preferably introduced through nozzles in the upper region of the body of the converter.
  • the temperature measuring devices are preferably in contact with the catalyst bed and allow the temperature measurement in the reaction zone.
  • the converter contains at least one temperature measuring device, more preferably 3 temperature measuring devices, which are distributed uniformly over the cross section and each measuring the temperature in the reaction zone in 3 different heights. The temperature measuring devices thus allow monitoring of the function of the heat panels and control of the temperature in the reaction zone.
  • the temperature measuring devices allow automatic process control by automated control of the level of heat exchange medium in the heat exchange devices, the temperature of the feed at the inlet of the converter, the vapor pressure in the heat exchange device (s).
  • the converter according to the invention is therefore a reactor which, due to its special structure, is particularly suitable for an isothermal reaction, ie. H. a reaction at a nearly constant temperature throughout the volume of the reaction space. Due to the direct contact of the heat panels with the catalyst layer can advantageously be dissipated by the exothermic reaction heat directly at the origin.
  • the structure of the converter according to the invention in particular the arrangement of the heat panels and the catalyst, makes it possible to set an optimum ratio of the surface of the heat panels to the volume of the catalyst, whereby a temperature control near the isothermal conditions in the entire volume of the reaction space is ensured.
  • the converter according to the invention depending on which reaction it is used for, different catalysts (eg a copper-containing catalyst for the synthesis of methanol from synthesis gas or a zeolite-containing catalyst for the reaction from methanol to gasoline).
  • catalysts eg a copper-containing catalyst for the synthesis of methanol from synthesis gas or a zeolite-containing catalyst for the reaction from methanol to gasoline. Due to the flexible construction of the body, which is composed of an upper and a lower part, it becomes possible to easily replace the catalyst (if necessary, the renewal of the catalyst after deactivation of the catalyst or when using the converter for another reaction).
  • the converter it becomes possible to make the converter very compact.
  • dimensions of the body of 1 to 3 m in diameter and heights of 2 to 20 m are possible.
  • the size of the converter is determined by the process and throughput to be performed therein.
  • the almost isothermal reaction regime makes it possible to increase the yield of target product compared to the adiabatic reaction regime and at the same time to increase the product selectivity. Thus, fewer by-products are obtained, which significantly improves the effectiveness of the overall process.
  • Another object is therefore also the use of the converter according to the invention for carrying out chemical, catalytic reactions in the gas phase, preferably with almost isothermal reaction control. It finds application especially in the chemical and petroleum chemical industries.
  • the invention also relates to the heat panel as an important component of the converter according to the invention.
  • the heat panel is hollow on the inside and has the following components: a.) A lower part, which is designed as a hollow body with a wedge-shaped base, whose lateral surfaces are formed as heat exchange surfaces, b.) An upper part, which is formed as a tube and with a Heat exchange device is operatively connected or can be brought into operative connection, wherein the tube of the upper part is connected to the upper base of the lower part, so that in the lower part vaporized heat carrier can rise into the tube and the condensed heat carrier from the tube in the lower part can flow back.
  • the lower part of the heat panel preferably includes horizontal internals which are formed so that the refluxing condensed heat transfer medium flows down the inner wall of the panels.
  • the lower part of the heat panel preferably further contains tubes for discharging the vaporized heat carrier in the upper part.
  • the invention also relates to the use of a heat panel constructed in this way in a converter for carrying out chemical, catalytic reactions in the gas phase, in particular in the chemical and petroleum chemical industries.
  • the converter according to the invention has a body with a nozzle for supplying the starting components and a nozzle for discharging the reaction products.
  • a bottom plate on which a plurality of heat panels are arranged
  • the mentioned heat panels are in operative connection with heat exchanging devices designed so as to allow the passage of a heat exchange medium through them
  • Heat panels is the catalyst filled, which is bounded from the outside by a network as the outer support structure, which is attached to the heat panels and the catalyst bed therebetween, on the inside, the space occupied by the catalyst and heat panels, through a perforated vessel as limited inner support structure.
  • a net is mounted on the outer surface of the perforated vessel, which allows to fix the catalyst particles at the place of their use.
  • the interior of this perforated vessel forms a hollow cylinder - the inner central tube - through which the formed gaseous reaction products flow outward.
  • the seal consists of mats of thermally stable material with a high hydraulic resistance, which forces the reaction gases to a radial flow through the catalyst bed in the direction of the central tube.
  • the body comprises a lower part and an upper part, which are connected to each other by use of flanges, which ensures the ease of assembly / disassembly of the converter.
  • each heat panel may be arranged a cylindrical heat exchange device for removing the heat of reaction from the reaction zone.
  • the heat exchange device for dissipating the excess heat of reaction may be a unit for all heat panels.
  • the heat panel has a wedge-shaped shape with the pointed portion facing the central axis of the body.
  • the converter may additionally include thermocouples in the region of the heat panels inserted through sockets located on the body. The use of the mentioned thermocouples makes it possible to control the temperature in the reaction zone.
  • Another object of the invention are the heat panels, which are characterized by the following structure.
  • the lower part of the heat panel has a cylindrical shape with a wedge-shaped base. Inside, the heat panel is hollow. It contains fixtures. With the upper cover of the lower part of the heat panel, a pipe is connected, which forms a unit as the upper part of the heat panel together with the lower part of the heat panel.
  • the surface of the lower part of this heat panel serves as a heat exchange surface between the reaction space located around the heat panel and the heat carrier located in the interior of the heat panel.
  • the heat transfer medium in the interior of the heat panel absorbs the heat generated during an exothermic reaction, whereby it evaporates.
  • the gaseous heat carrier rises in the interior of the heat panel in built-in tubes up and collects in the attached to the lid of the heat panel tube.
  • the tube is in its upper part with a heat exchange device in operative connection to which the amount of heat absorbed by the heat transfer in the reaction chamber, the heat transfer condenses, runs down on the inner wall of the manifold and inside the lower cylindrical panel part via horizontal internals to a is drained flow on the inner wall and flows down.
  • the condensed heat carrier evaporates again by absorbing the heat of reaction.
  • FIG. 1 is the side view (vertical section) of a converter according to the invention
  • Fig. 2 is the horizontal section of the converter through the reaction space
  • Fig. 3 is the horizontal section of a heat panel
  • Fig. 4 is the vertical section of a heat panel and a heat exchange device.
  • FIG. 5 shows a detail from FIG. 2, in which the isothermal and adiabatic zones are shown.
  • the converter shown in FIGS. 1 and 2 for carrying out exothermic catalytic reactions is delimited by a body composed of a lower part 1 and an upper part 2.
  • the body has a central axis 21.
  • nozzles for feeding the starting components 3 and for discharging the reaction products 4 are attached.
  • the body is assembled with the lower part 1 connected to the upper part 2 by use of flanges 5 and 6.
  • a bottom plate 7 which forms the bottom of the reaction space 25 and on which heat panels 8 are located.
  • the upper parts of the heat panels are connected to heat exchanging devices 9 through which the heat exchange means for removing the heat energy from the heat panels 8 flows.
  • the heat exchange medium enters the collector for the heat exchange medium (e.g., feed water) 11 through an inlet port 10, continues to pass through the heat exchangers 9 where it evaporates, collects in the gaseous vaporized heat exchange medium collector 12, and then through the outlet port for the vaporized heat exchange medium 13 is removed in gaseous form.
  • the rinse water collector 14 is used to collect the heat exchange means for flushing the lower parts of the heat exchange devices to avoid salt deposits, and the Spülwasserausbergsstutzen 15 serves its derivation from the converter. Between the heat panels 8, which have a wedge-shaped shape in the region of the reaction space (see FIG. 3), a catalyst 16 is interspersed.
  • the reaction space 25, including heat panels 8, is bounded on the outside (shell-side) by a net as an outer support structure 24.
  • the volume of the catalyst between the edge of the heat panels 8 and the outer support structure 24 is less than 30% of the total volume of the catalyst.
  • an inner cavity 22 is bounded by a perforated vessel as the inner support structure 17, which forms the inner central tube, through which the reaction gases flow. This perforated vessel is also wrapped in a net to avoid entraining catalyst particles outward along with the reaction gas.
  • the volume of the catalyst between the inner support structure 17 and the heat panels 8 is less than 30% of the total catalyst volume.
  • the reaction space 25 and the inner cavity 22 are bounded at the top by a seal 18, which consist of mats made of a thermally stable material with a high hydraulic resistance.
  • This seal 18 prevents the gaseous Flow starting components at the space between the wedge-shaped parts of the heat panels 8 or flow in the limited by the inner support structure 17 inner cavity 22 (central tube for discharging the reaction gases) or from the catalyst layer from below into the upper converter space.
  • the seal 18 has tight passages for the heat panels 8.
  • the gaseous starting components thus flow only through the catalyst bed 16, which is located between the heat panels 8.
  • Through the nozzle 19 Learnzonenthermo sculpture 20 for measuring the temperature in the reaction chamber 25 are performed.
  • the thermocouples 20 extend directly through the catalyst bed 16, parallel to the central axis at a defined distance from the adjacent heat panels eighth
  • the operating principle of the converter with the heat panels 8 is as follows: In the converter gaseous starting components enter through the nozzle 3, they pass through the outer cavity 23 in the reaction chamber 25. In the reaction chamber 25 takes place an exothermic reaction, the reaction products emerge enter the reaction space 25 through the inner support structure 17 in the inner cavity 22 and then exit through the nozzle 4 from the converter. During the reaction, it is necessary for their normal course to dissipate heat from the reaction space 25.
  • the heat panels 8 which are essentially "heat pipes” and contain a heat transfer medium that vaporizes due to the heat input, ie the lower wedge-shaped part of each heat panel 8 removes heat from the reaction zone in the catalyst bed 16 and carries it to the heat exchanging devices 19 in the upper part 2 of the carcass, the heat is then transferred to a heat exchange medium in the heat exchange device 19.
  • the heat carrier thereby condenses again and flows back into the lower part of the heat panel 8.
  • the heat exchange medium evaporates by the heat energy supplied and then becomes removed via the outlet pipe for the evaporated heat exchange medium 13 and used for other processes.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of the lower part of a heat panel 8 is shown.
  • the heat panel 8 has tubes 26 inside to discharge the vaporized heat carrier. In the heat exchange device 9, this condenses again and then runs downwards on the inner walls of the heat panel 8. Furthermore, the heat panel 8 has inside horizontal struts 27, which mechanically stabilize the heat panel and ensure the mechanical strength of the heat panel 8 at high pressure in the reaction chamber 25.
  • the heat panel 8 is wedge-shaped, wherein the pointed, directed to the central axis 21 of the body lower part of the heat panel 8 forms an angle 35 of 1, 5 to 18 °.
  • FIG. 4 shows the vertical section of a heat panel and a heat exchange device operatively connected to the heat panel.
  • the heat panel consists of the lower cylindrical hollow body with a wedge-shaped base surface 28, to the lid of a vertical pipe 29 is attached.
  • Cylindrical hollow body 28 and vertical pipe 29 form a body with a uniform interior. This space is closed to the outside and contains in the cylindrical hollow body 28 internals.
  • a jacket tube 30 is attached, which is part of the heat exchange device 9.
  • the heat exchange medium which removes the heat from the heat carrier, which cools and condenses.
  • the condensate of the heat carrier flows on the inner walls of the vertical tube 29 down into the cylindrical hollow body 28 of the heat panel 8, where it is forced by internals to drain on the inner walls down. Subsequently, the heat carrier evaporates again and the process of evaporation and condensation of the heat carrier by heat absorption and heat dissipation is repeated, so that the heat carrier always in the circuit between the lower part of the heat panel 8 - the cylindrical hollow body 28 - and upper part of the heat panel 8 - the vertical Pipe 29 - is located. The system is closed. The heat transfer medium remains inside the heat panel 8.
  • FIG. 5 shows the adiabatic zones 33 and 34 and the isothermal zone 32 within the catalyst bed 16 on the basis of a detail from FIG. 2.
  • the reaction gas used initially flows through the outer adiabatic zone 34 and is heated here by the exothermic reaction to optimum reaction temperature. Subsequently, the reaction gas flows through between the heat panels 8 and is here - in the isothermal zone 32 - held by the continuous heat removal at a nearly constant optimum reaction temperature. Finally, the mixture of the reaction gases in the inner adiabatic zone 33 is reheated. This additional introduction of energy into the inner adiabatic zone 33 makes it possible to recirculate the circulating reaction gas without an external supply of heat into the converter.
  • the synthesis of methanol is realized from synthesis gas (CO + H 2 + H 2 O + CO 2 + inerts) at a pressure of 30 to 70 bar and a temperature of 220 0 C to 290 0 C.
  • the catalyst used is a copper-containing catalyst which is customarily used for methanol synthesis.
  • the amount of catalyst used is 0.45 m 2 .
  • Each heat panel has a zone of dissipation of the heat of reaction at the bottom.
  • n-dodecane is used here.
  • each heat panel has a cooling zone connected to the heat exchange device.
  • As a heat exchange medium here water of a temperature near boiling point is used. The heat of reaction is dissipated by the water vapor formed and used for other processes. The achieved steam pressure is 16 bar.
  • the temperature difference between the temperature in the reaction zone and the temperature of the heat carrier in the reaction zone is ⁇ 40 0 C.
  • the total heat exchange area of all heat panels in the reaction zone (ie the heat exchange area between the catalyst bed and the heat carrier in the heat panels) is 33 m 2 .
  • the ratio of the heat exchange surface in the reaction zone to the catalyst volume is 60 m 2 / m 3 .
  • the heat exchange surface in the reaction zone (i.e., the catalyst contact area) is coated with a layer of 0.2 mm of alumina and enamel of 0.3 mm thickness.
  • the heat exchange area in the area of the heat exchange device is 5.5 m 2 . This corresponds to the possible contact surface with the heat exchange medium. By the level of the heat exchange medium, the amount of heat dissipated and thus the temperature in the reaction space of the converter can be adjusted.
  • Each heat panel has its own heat exchange device where steam is generated.
  • the heat exchange devices are each as a vertical tube with jacket tube in the upper Area of the heat panels arranged. All heat exchange devices are interconnected by a common collector for feed water, a collector for evaporated heat exchange medium and a rinse water collector with subsequent discharge of the rinse water through the rinse water outlet nozzle (see Fig. 1).
  • the pressure inside the heat panel is up to 4 bar.
  • the fixing of the heat panels serve partitions with notches of a diameter of 30 mm.
  • the partitions are mounted vertically every 52 mm.
  • the body has a diameter of 2 m and 3 m height.
  • Embodiment 2 Application of the Synthetic Gasoline Convertible Converter from Crude Ethanol:
  • the synthesis is carried out at a pressure of 7 - 50 bar and a temperature in a range between 280 0 C to 420 0 C.
  • the reaction of the synthesis of gasoline from crude methanol at a pressure of 7 bar and a temperature of 380 0 C and at a pressure of 48 bar and a temperature of 380 0 C is performed.
  • the catalyst used is a zeolite-containing catalyst, which is usually used for methanol gasoline production.
  • the amount of catalyst used is 0.45 l.
  • Each heat panel has a zone of dissipation of the heat of reaction at the bottom.
  • the heat transfer medium used here is sulfur with added iodine.
  • each heat panel has a cooling zone connected to the heat exchange device.
  • As a heat exchange agent here water is used.
  • the heat of reaction is dissipated by the water vapor formed and used for other processes.
  • the achieved steam pressure is 64 bar.
  • the temperature difference between the temperature in the reaction zone and the temperature of the heat carrier in the reaction zone is ⁇ 30 0 C.
  • the total heat exchange area of all the heat panels in the zone of heat of reaction dissipation (ie the contact area to the catalyst in the reaction zone) is 33 m 2 .
  • the ratio of heat exchange surface (contact surface to the catalyst) to the catalyst volume is again 60 m 2 / m 3 .
  • the heat exchange area in the area of the heat exchange device is 5.1 m 2 .
  • the structure of the converter according to the invention makes it possible to set an optimum ratio of the surface of the heat panels to the volume of the catalyst, whereby a nearly isothermal temperature control is ensured with the necessary temperature stability in the catalyst bed.

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Abstract

The invention relates to a converter for carrying out exothermic catalytic reactions, inter alia, for use in the chemical and petrochemical industry. The converter according to the invention is suitable for a virtually isothermic temperature regime in the reaction chamber (25), and contains in its body a plurality of heat panels (8) which are arranged in the reaction chamber (25). The bottom part (28) of each heat panel (8) in the bottom part (2) of the body has a wedge shape, wherein in each case the pointed part is directed towards the central axis (21) of the body and the upper part (29) of each heat panel projects from the reaction chamber (25) into the upper (2) part of the body and there is in active connection with a heat-exchange device (9). In this case the upper part (29) of each heat panel (8) is connected in each case to the lower part (28) of the heat panels (8) and so the heat carrier that is vaporized in the lower part (28) can ascend to the upper part (29) and condensed heat carrier can flow back from the upper part (29) to the lower part (28).

Description

Konverter zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen Converter for carrying out exothermic catalytic reactions
Die Erfindung betrifft den Bereich der technologischen Ausrüstungen zur Durchführung katalytischer Prozesse und kann in der chemischen, in der erdölchemischen und in anderen Industriezweigen zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen angewendet werden.The invention relates to the field of technological equipment for carrying out catalytic processes and can be used in the chemical, petroleum and other industries for carrying out exothermic catalytic reactions.
SU852541 (1981 ) offenbart einen Reaktor, welcher zur Durchführung von Reaktionen der Polymerisation und der Mischpolymerisation von gasförmigen Monomeren vorgesehen ist. Der erwähnte Reaktor besteht aus einem Korpus mit Vorrichtungen zur Zuspeisung und Ableitung eines zirkulierenden gasförmigen Mediums, der Ausgangskomponenten und des fertigen Produkts, einer Welle mit Mischblättern, welche aus Wärmerohren, Wärmetauscher und Pumpe bestehen, wobei die Wärmerohre vertikal und konzentrisch zur Welle in unterschiedlichen Radien zur Drehachse angeordnet sind. Die Vorrichtungen zur Zuspeisung und Ableitung des gasförmigen Mediums sind diametral im oberen Teil des Reaktors angeordnet, wobei sich zwischen den genannten Vorrichtungen die oberen Enden der erwähnten Wärmerohre befinden. Nachteile dieses bekannten Reaktors sind eine konstruktionsbedingte geringe Effektivität und damit verbundene geringe Ausbeute an Zielprodukt.SU852541 (1981) discloses a reactor intended to carry out reactions of polymerization and copolymerization of gaseous monomers. The mentioned reactor consists of a body with means for supplying and discharging a circulating gaseous medium, the starting components and the finished product, a shaft with mixing blades, which consist of heat pipes, heat exchanger and pump, wherein the heat pipes vertically and concentrically to the shaft in different radii are arranged to the rotation axis. The means for supplying and discharging the gaseous medium are arranged diametrically in the upper part of the reactor, with the upper ends of said heat pipes between said devices. Disadvantages of this known reactor are a design-related low efficiency and associated low yield of target product.
RU2278726 offenbart einen Reaktor zur Durchführung von katalytischen Gasphasenprozessen, welcher aus einem Korpus, einer Vorrichtung zur Zuspeisung der Ausgangskomponenten und einer Vorrichtung zur Ableitung des fertigen Produkts, sowie einer Vorrichtung zur Zuführung bzw. Ableitung von Wärme, die in Form einer Vielzahl von Wärmerohren ausgeführt ist, besteht. Dieser bekannte Reaktor enthält auch einen Katalysator, welcher auf die Wärmerohre und / oder den Korpus als Beschichtung aufgetragen ist. Dabei sind die Wärmerohre im Raum des Korpusses in einer schachbrettartigen Weise angeordnet und ihre gesamte Oberfläche, die sich in der katalytischen Zone befindet, ist so gewählt, dass sie die Zuführung bzw. Ableitung der zur Durchführung des katalytischen Prozesses notwendigen Menge an Wärmeenergie gewährleistet. Nachteile dieses bekannten Reaktors sind wiederum eine konstruktionsbedingte geringe Effektivität und geringe Ausbeute an Zielprodukt.RU2278726 discloses a reactor for carrying out catalytic gas phase processes, which consists of a body, a device for feeding the starting components and a device for the discharge of the finished product, and a device for the dissipation of heat, which is in the form of a plurality of heat pipes , consists. This known reactor also contains a catalyst, which is applied to the heat pipes and / or the body as a coating. The heat pipes are arranged in the space of the carcass in a checkered manner and their entire surface, which is located in the catalytic zone, is chosen so that it ensures the supply or discharge of the amount of heat energy necessary for carrying out the catalytic process. Disadvantages of this known reactor are again a design-related low efficiency and low yield of target product.
In der EP2062640A1 wird betont, dass es im Bereich der isothermen oder pseudoisothermen chemischen Reaktoren wünschenswert ist, Plattenwärmeaustauscher einzusetzen, da diese vorteilhaft eine hohe Oberfläche aufweisen, relativ preiswert sind und einfach zu montieren sind. In diesem Zusammenhang offenbart die EP2062640A1 einen derartigen Reaktor mit Plattenwärmeaustauschern, die zwei parallel angeordnete flache Wände aufweisen, wobei die einzelnen Plattenwärmeaustauscher im Reaktor radial zueinander angeordnet und in eine Katalysatorschicht eingebettet sind. Nachteilig ist, dass durch diese Anordnung der Abstand zwischen den Plattenwärmeaustauschern ausgerechnet an der Stelle, an der die stärkste Wärmeentwicklung stattfindet, am größten ist. Ein externer fluider Wärmeträger wird von außerhalb des Reaktors zu den Plattenwärmeaustauschern geführt und anschließend wieder nach außen abgeführt. Ähnlich aufgebaute isotherme Reaktoren mit Plattenwärmeaustauschern werden in der EP1436075B1 und EP1347825B1 offenbart. US2003/0175184A1 , DE19754185C1 und US 2005/0158217A1 offenbaren ebenfalls Reaktoren mit Plattenwärmeaustauschern.It is emphasized in EP2062640A1 that it is desirable in the field of isothermal or pseudoisothermal chemical reactors to use plate heat exchangers, since these advantageously have a high surface area, are relatively inexpensive and are easy to assemble. In this regard, EP2062640A1 discloses such a reactor with plate heat exchangers having two flat walls arranged in parallel, the individual plate heat exchangers being radially arranged in the reactor and embedded in a catalyst layer. The disadvantage is that by this arrangement the distance between the plate heat exchangers, especially at the point where the strongest heat generation takes place, is greatest. An external fluid heat carrier is fed from outside the reactor to the plate heat exchangers and then discharged back to the outside. Similarly constructed isothermal reactors with plate heat exchangers are disclosed in EP1436075B1 and EP1347825B1. US2003 / 0175184A1, DE19754185C1 and US 2005 / 0158217A1 also disclose reactors with plate heat exchangers.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Konverter zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen anzugeben, welcher sich durch eine erhöhte Effektivität und eine Erhöhung der Qualität des erzeugten Produkts auszeichnet.The object of the invention is to provide a converter for carrying out exothermic catalytic reactions, which is characterized by an increased efficiency and an increase in the quality of the product produced.
Der Konverter soll sich insbesondere zur Durchführung katalytischer exothermer Reaktionen in der Gasphase mit einem Temperaturregime im Reaktionsraum, welches nahezu isotherm ist, eignen.The converter should be particularly suitable for carrying out catalytic exothermic reactions in the gas phase with a temperature regime in the reaction space, which is almost isothermal.
Diese Aufgabe wird durch einen Konverter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a converter according to claim 1. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Konverter zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen weist einen Korpus mit mindestens einem Zulauf für die Zuspeisung der Ausgangskomponenten und mindestens einem Ablauf zur Ableitung der Reaktionsprodukte auf. Der oder die Zuläufe sind bevorzugt in Form von Stutzen in der Seitenwand des Korpusses angebracht. Der Ablauf oder auch die Abläufe sind bevorzugt im unteren Teil des Korpusses angeordnet.The converter according to the invention for carrying out exothermic catalytic reactions has a body with at least one inlet for the feed of the starting components and at least one outlet for the discharge of the reaction products. The one or more inlets are preferably mounted in the form of nozzles in the side wall of the carcass. The drain or the drains are preferably arranged in the lower part of the carcass.
Der Korpus bildet die Außenwand des Konverters und wird nachfolgend funktionell in einen unteren und einen oberen Teil aufgeteilt. Der Korpus kann einteilig gefertigt sein, wird jedoch der einfacheren Handhabung halber (Montage / Demontage) bevorzugt in zwei Teilen (einem oberen, bevorzugt in Halbschalenform und einem unteren, der unten in Form einer Halbschale endet) oder drei Teilen gefertigt, die bevorzugt durch Flansche miteinander verbindbar sind. Der Korpus hat mindestens einen Zulauf für die Zuführung der Ausgangskomponenten und mindestens einen Ablauf zur Abführung der Reaktionsprodukte.The body forms the outer wall of the converter and is subsequently split functionally into a lower and an upper part. The body may be made in one piece, but for ease of handling (assembly / disassembly) is preferably made in two parts (an upper, preferably in half-shell shape and a lower, the bottom in the form of a half-shell) or three parts, preferably by flanges can be connected to each other. The body has at least one inlet for the supply of the starting components and at least one outlet for the removal of the reaction products.
Im unteren Teil des Korpusses befindet sich der Reaktionsraum, in dem die exotherme katalytische Reaktion stattfindet. Der Reaktionsraum wird radial von einer inneren und einer äußeren Tragstruktur begrenzt. In der inneren Tragstruktur befindet sich ein (innerer) Hohlraum - das innere Zentralrohr - welches der Ableitung des gasförmigen Reaktionsproduktes nach außen, über einen Stutzen im unteren Teil des Korpusses, dient. Der Reaktionsraum und der innere Hohlraum sind bevorzugt nach oben und bevorzugt auch nach unten fest oder lösbar abgeschlossen. Der Abschluss nach unten wird durch eine Bodenplatte oder einem auf dieser angebrachten Katalysatortisch gebildet. Durch die Bodenplatte ragt das innere Zentralrohr. Nach oben wird der Reaktionsraum von einer Abdeckung, bevorzugt eine Dichtung, begrenzt.In the lower part of the carcass is the reaction space in which the exothermic catalytic reaction takes place. The reaction space is bounded radially by an inner and an outer support structure. In the inner support structure is an (inner) cavity - the inner central tube - which serves for the discharge of the gaseous reaction product to the outside, via a connection in the lower part of the carcass. The reaction space and the inner Cavities are preferably upwards and preferably also solid or detachable closed down. The bottom closure is formed by a bottom plate or a catalyst table mounted thereon. Through the bottom plate protrudes the inner central tube. At the top, the reaction space is limited by a cover, preferably a seal.
Zwischen der äußeren Tragstruktur und der Innenwand des Korpusses verbleibt bevorzugt ein äußerer Hohlraum, welcher der Verteilung der Ausgangskomponenten dient. Der äußere Hohlraum ist bevorzugt nach oben und bevorzugt auch nach unten fest oder lösbar abgeschlossen. Der Abschluss nach oben wird bevorzugt durch die Korpuswand (im oberen Teil des Korpus) gebildet. Der Abschluss nach unten wird bevorzugt ebenfalls durch die Bodenplatte gebildet. In der Wand des Korpusses ist der Zulauf so angeordnet, dass die Ausgangskomponenten durch die äußere Tragstruktur bevorzugt über diesen äußeren Hohlraum in den Reaktionsraum strömen. Der Reaktionsraum bildet die Reaktionszone, d. h. in diesem findet die chemische Reaktion statt. Die Reaktionsprodukte strömen dann in den inneren Hohlraum (das innere Zentralrohr), der mit dem Ablauf verbunden ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, Zulauf und Ablauf zu vertauschen, so dass über den inneren Hohlraum die Ausgangsstoffe zugeführt werden, durch die Reaktionszone strömen und das Reaktionsprodukt über den äußeren Hohlraum abgeführt wird.Between the outer support structure and the inner wall of the carcass preferably remains an outer cavity, which serves for the distribution of the starting components. The outer cavity is preferably closed at the top and preferably fixed or detachable down. The conclusion to the top is preferably formed by the body wall (in the upper part of the body). The conclusion downwards is preferably also formed by the bottom plate. In the wall of the carcass, the inlet is arranged so that the starting components preferably flow through the outer support structure via this outer cavity into the reaction space. The reaction space forms the reaction zone, d. H. in this the chemical reaction takes place. The reaction products then flow into the internal cavity (inner central tube) connected to the drain. However, it is also possible to exchange inlet and outlet, so that the starting materials are supplied via the inner cavity, flow through the reaction zone and the reaction product is discharged through the outer cavity.
Erfindungsgemäß sind im Inneren des Korpusses auf dem Katalysatortisch oder direkt auf der Bodenplatte mehrere Wärmepaneele angeordnet. Als Wärmepaneel wird im Sinne dieser Anmeldung allgemein ein hohles, bevorzugt balken- oder rohrförmiges Element oder ein Element einer anderen Form zur Ableitung der Reaktionswärme aus dem Reaktionsraum verstanden.According to the invention, a plurality of heat panels are arranged in the interior of the carcass on the catalyst table or directly on the bottom plate. For the purposes of this application, a heat panel is generally understood to mean a hollow, preferably bar or tubular element or an element of another shape for dissipating the heat of reaction from the reaction space.
Die Wärmepaneele sind auf der Bodenplatte angebracht und werden zusätzlich durch vertikale Zwischenwände auf der Bodenplatte in ihrer Lage fixiert.The heat panels are mounted on the bottom plate and are additionally fixed by vertical partitions on the bottom plate in position.
Jedes Wärmepaneel (innerer Kühlkreislauf) weist einen unteren Teil, der sich im Reaktionsraum befindet, und einen oberen Teil, der aus dem Reaktionsraum in den oberen Teil des Korpusses herausragt und dort mit einer Wärmeaustauschvorrichtung (äußerer Kühlkreislauf) in Wirkverbindung steht, auf. Die unteren Teile der Wärmepaneele dienen zur Aufnahme der Wärme aus dem Reaktionsraum, in welchem sich der Katalysator befindet und die exotherme Reaktion stattfindet. Die oberen Teile der Wärmepaneele stehen in Wirkverbindung mit Wärmeaustauschvorrichtungen im Inneren des Konverters. Durch die Wärmeaustauschvorrichtungen und daran angeschlossene Leitungen und ggf. Kollektoren wird die Wärme unter Benutzung eines Wärmeaustauschmittels nach außen abgeführt. Der untere Teil der Wärmepaneele ist bevorzugt als Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche ausgebildet, wobei bevorzugt jeweils der spitze Teil zur zentralen Achse (zum inneren Zentralrohr) im unteren Teil des Korpusses gerichtet ist. Bevorzugt formt der spitze, zur zentralen Achse des Korpusses gerichtete untere Teil der Wärmepaneele einen Winkel von 1 ,5 bis 18°. Der Winkel wird insbesondere in Abhängigkeit von den Abmessungen des Konverters und des Verhältnisses Wärmeaustauschfläche zu Volumen des Katalysators gewählt.Each heat panel (inner cooling circuit) has a lower part located in the reaction space and an upper part protruding from the reaction space into the upper part of the body and operatively connected to a heat exchange device (outer cooling circuit). The lower parts of the heat panels are used to absorb the heat from the reaction space in which the catalyst is located and the exothermic reaction takes place. The upper parts of the heat panels are in operative connection with heat exchange devices inside the converter. By the heat exchange devices and connected lines and possibly collectors, the heat is dissipated using a heat exchange medium to the outside. The lower part of the heat panels is preferably formed as a hollow body with wedge-shaped base, wherein preferably each of the pointed part is directed to the central axis (to the inner central tube) in the lower part of the body. Preferably, the pointed, directed to the central axis of the body lower part of the heat panels forms an angle of 1, 5 to 18 °. The angle is chosen in particular as a function of the dimensions of the converter and the ratio of the heat exchange surface to the volume of the catalyst.
Zwischen den keilförmigen unteren Teilen der Wärmepaneele ist bevorzugt Katalysator eingefüllt. Der Katalysator wird bevorzugt geschüttet. Allerdings kann der Konverter auch für Reaktionen ohne Katalysator (z.B. Neutralisationsreaktionen) oder für Reaktionen mit flüssigen Katalysatoren genutzt werden. Bevorzugt wird zusätzlich zwischen den Wärmepaneelen und innerer Tragstruktur und/oder äußerer Tragstruktur Katalysator eingefüllt. Die beschriebene keilförmige Konstruktion der Wärmepaneele ermöglicht ein optimales Verhältnis der Oberfläche der Wärmepaneele zum Katalysatorvolumen, wodurch die notwendige Temperaturkonstanz in der Katalysatorschüttung gewährleistet wird.Between the wedge-shaped lower parts of the heat panels catalyst is preferably filled. The catalyst is preferably poured. However, the converter can also be used for reactions without a catalyst (for example neutralization reactions) or for reactions with liquid catalysts. In addition, catalyst is preferably additionally introduced between the heat panels and the inner support structure and / or the outer support structure. The described wedge-shaped construction of the heat panels allows an optimal ratio of the surface of the heat panels to the catalyst volume, whereby the necessary temperature stability is ensured in the catalyst bed.
Der Reaktionsraum wird dabei nach außen, d. h. mantelseitig zum Korpus hin, durch die äußere Tragstruktur begrenzt, welche um die Wärmepaneele angeordnet ist, d. h. die äußere Tragstruktur umgibt sowohl den Katalysator als auch die Wärmepaneele. Unter Tragstruktur wird allgemein eine Struktur verstanden, welche den bevorzugt geschütteten Katalysator in Form hält, d. h. die undurchlässig für den Katalysator ist, durch die jedoch ein Stoffau stau seh möglich ist. Die äußere Tragstruktur ist eine gasdurchlässige, zumindest annähernd zylinderförmige Struktur, bevorzugt ein Netz oder Gitter oder auch ein perforiertes Gefäß oder eine Kombination davon.The reaction space is thereby outward, d. H. shell side towards the body, bounded by the outer support structure, which is arranged around the heat panels, d. H. the outer support structure surrounds both the catalyst and the heat panels. Supporting structure is generally understood to mean a structure which keeps the preferably poured catalyst in the form, i. H. which is impermeable to the catalyst by which, however, a stowage is possible. The outer support structure is a gas-permeable, at least approximately cylindrical structure, preferably a net or grid or also a perforated vessel or a combination thereof.
Der Reaktionsraum (Katalysatorschüttung und Wärmepaneele) ist bevorzugt radial um die innere Tragstruktur angeordnet, die den inneren Hohlraum (inneres Zentralrohr) begrenzt. Der Reaktionsraum ist bevorzugt zylinderförmig (vorzugsweise gerader Hohlzylinder mit bevorzugt kreisförmiger Grundfläche) ausgebildet. Im Inneren dieses Zylinders befindet sich dann der innere Hohlraum (inneres Zentralrohr), mantelseitig begrenzt durch die innere Tragstruktur.The reaction space (catalyst bed and heat panels) is preferably arranged radially around the inner support structure, which delimits the inner cavity (inner central tube). The reaction space is preferably cylindrical (preferably straight hollow cylinder with a preferably circular base area). Inside this cylinder is then the inner cavity (inner central tube), limited on the shell side by the inner support structure.
Die innere Tragstruktur ist bevorzugt ein perforiertes Gefäß oder auch ein Netz oder Gitter oder eine Kombination davon, besonders bevorzugt ein perforiertes Gefäß, welches zum Reaktionsraum durch ein Netz begrenzt wird. Das perforierte Gefäß ist nach oben fest geschlossen oder wird durch eine Dichtung und gegebenenfalls ein Netz abgedeckt.The inner support structure is preferably a perforated vessel or else a mesh or grid or a combination thereof, particularly preferably a perforated vessel which is bounded by a network to the reaction space. The perforated vessel is tightly closed at the top or is covered by a seal and possibly a net.
Sowohl die innere als auch die äußere Tragstruktur dienen als Stützelemente für den vorzugsweise geschütteten Katalysator und sind (im Kontaktbereich zum Katalysator) durchlässig für die Ausgangskomponenten (Edukte) und die Reaktionsprodukte, die bei den gewählten Reaktionsbedingungen im Konverter bevorzugt in der Gasphase vorliegen.Both the inner and the outer support structure serve as support elements for the preferably poured catalyst and are (in the contact region to the catalyst) permeable to the starting components (starting materials) and the reaction products which are preferably present in the gas phase under the selected reaction conditions in the converter.
Auf der Oberseite des Reaktionsraumes, d. h. über der Katalysatorschüttung, den unteren Teilen der Wärmepaneele und dem inneren Zentralrohr (innerer Hohlraum) befindet sich mindestens eine Abdeckung. Durch die Abdeckung ragen die oberen Teile der Wärmepaneele. Die Abdeckung ist bevorzugt eine Dichtung. Die Abdeckung hat bevorzugt einen hohen hydraulischen Widerstand. Die Abdeckung gewährleistet, dass die Reaktionsgase radial durch die Katalysatorschüttung zum inneren Zentralrohr strömen. Die Dichtung enthält oder besteht vorzugsweise aus Matten aus thermisch stabilem Material. Aufgrund der Abdeckung der Katalysatorschüttung und des inneren Zentralrohrs mit Hilfe der Dichtung nach oben wird die Gasströmung von der Außenwand des Konverters zum Zentralrohr radial durch die Katalysatorschüttung, die sich zwischen den Wärmepaneelen befindet, und durch das innere Zentralrohr zum Ausgang im unteren Teil des Korpusses geführt.On top of the reaction space, d. H. Above the catalyst bed, the lower parts of the heat panels and the inner central tube (inner cavity) is at least one cover. Through the cover the upper parts of the heat panels protrude. The cover is preferably a seal. The cover preferably has a high hydraulic resistance. The cover ensures that the reaction gases flow radially through the catalyst bed to the inner central tube. The seal preferably contains or consists of mats of thermally stable material. Due to the cover of the catalyst bed and the inner central tube by means of the seal upwards, the gas flow from the outer wall of the converter to the central tube is guided radially through the catalyst bed, which is located between the heat panels, and through the inner central tube to the outlet in the lower part of the carcass ,
Um die Effektivität des Konverters zu erhöhen, ist der Katalysator bevorzugt nicht nur zwischen den Wärmepaneelen, sondern auch zwischen den Wärmepaneelen und der inneren und / oder der äußeren Tragstruktur eingebracht. Besonders bevorzugt sind die Wärmepaneele dabei zu den Seiten hin komplett vom Katalysator umschlossen.In order to increase the efficiency of the converter, the catalyst is preferably introduced not only between the heat panels, but also between the heat panels and the inner and / or the outer support structure. Particularly preferably, the heat panels are completely enclosed by the catalyst to the sides.
Dadurch bilden sich in der Katalysatorschicht 3 Zonen aus:As a result, 3 zones are formed in the catalyst layer:
1 . eine äußere adiabatische Zone zwischen äußerer Tragstruktur und den Wärmepaneelen,1 . an outer adiabatic zone between outer support structure and the heat panels,
2. eine isotherme Zone zwischen den Wärmepaneelen,2. an isothermal zone between the heat panels,
3. eine innere adiabatische Zone zwischen innerer Tragstruktur und den Wärmepaneelen.3. an inner adiabatic zone between the inner support structure and the heat panels.
In den adiabatischen Zonen wird das Reaktionsgas durch die exotherme Reaktion beim Einströmen in die Katalysatorschüttung zunächst erhitzt und bekommt vor dem Ausströmen einen zusätzlichen Energieeintrag. Dadurch kann vorteilhaft, insbesondere bei einer Kreislaufführung, auf eine externe Aufheizung des Gases verzichtet werden, was den Aufbau der Anlage vereinfacht und die Energiekosten minimiert. Die Dicke der Katalysatorschicht zwischen den Wärmepaneelen (isotherme Zone) entspricht dem Abstand der Wärmepaneele zueinander. Die Wände der benachbarten Wärmepaneele sind bevorzugt parallel zueinander bzw. in einem Winkel von 170° bis 190° bevorzugt 175° bis 185° zueinander angeordnet. Dadurch ergibt sich zwischen den Wärmepaneelen bevorzugt eine gleichförmige Schicht, d. h. eine Katalysatorschicht mit nahezu konstanter Dicke. Dadurch kann der Konverter prinzipiell in beide Richtungen betrieben werden, d. h. Zulauf und Ablauf können vertauscht werden. Die funktionellen Bezeichnungen in den Ansprüchen, die sich auf eine bestimmte Gasströmungsrichtung beziehen (wie z. B. Zulauf und Ablauf) sind somit in diesem Kontext und keinesfalls als limitierend zu verstehen.In the adiabatic zones, the reaction gas is first heated by the exothermic reaction as it flows into the catalyst bed and receives an additional energy input before flowing out. As a result, an external heating of the gas can advantageously be dispensed with, in particular in the case of a circulation loop, which simplifies the construction of the system and minimizes energy costs. The thickness of the catalyst layer between the heat panels (isothermal zone) corresponds to the distance between the heat panels to each other. The walls of the adjacent heat panels are preferably arranged parallel to one another or at an angle of 170 ° to 190 °, preferably 175 ° to 185 ° to each other. As a result, a uniform layer, ie a catalyst layer of almost constant thickness, preferably results between the heat panels. As a result, the converter can be operated in principle in both directions, ie inlet and outlet can be reversed. The functional terms in the claims which refer to a particular gas flow direction (such as inlet and outlet) are thus to be understood in this context and not by way of limitation.
Sowohl beim Betrieb in der Gasströmungsrichtung (Zulauf -> äußere Tragstruktur -> Katalysator - > innere Tragstruktur -> Ablauf) als auch in der umgekehrten Gasströmungsrichtung (Ablauf -> innere Tragstruktur -> Katalysator -> äußere Tragstruktur -> Zulauf) gilt folgendes:Both during operation in the gas flow direction (inlet -> external support structure -> catalyst -> inner support structure -> drain) and in the reverse gas flow direction (drain -> inner support structure -> catalyst -> external support structure -> inlet) the following applies:
Das Volumen des Katalysators, welcher sich zwischen der äußeren Tragstruktur und den Wärmepaneelen befindet, beträgt bevorzugt über 5 % und überschreitet bevorzugt nicht 30 % des Gesamtvolumens des Katalysators.The volume of the catalyst which is located between the outer support structure and the heat panels is preferably more than 5% and preferably does not exceed 30% of the total volume of the catalyst.
Das Volumen des Katalysators, welcher sich zwischen der inneren Tragstruktur und den Wärmepaneelen befindet, beträgt bevorzugt über 5 % und überschreitet bevorzugt nicht 30 % des Gesamtvolumens des Katalysators.The volume of the catalyst which is located between the inner support structure and the heat panels is preferably more than 5% and preferably does not exceed 30% of the total volume of the catalyst.
Der Großteil des Katalysators, bevorzugt mindestens 55 %, vorzugsweise bis 85 % und besonders bevorzugt nicht weniger als 65 % des gesamten Katalysatorvolumens, befindet sich damit zwischen den Wärmepaneelen.The majority of the catalyst, preferably at least 55%, preferably up to 85% and particularly preferably not less than 65% of the total catalyst volume, is thus located between the heat panels.
Der Abstand zwischen den einzelnen Wärmepaneelen (und damit die Dicke der Katalysatorschicht zwischen diesen) beträgt bevorzugt 8 mm bis 200 mm.The distance between the individual heat panels (and thus the thickness of the catalyst layer between them) is preferably 8 mm to 200 mm.
Im Bereich zwischen den Wärmepaneelen (isotherme Zone) wird vorteilhaft eine nahezu konstante Temperatur (Temperaturschwankung max. 5 0C, bevorzugt max. 2 0C, besonders bevorzugt max. 1 °C) erreicht.In the area between the heat panels (isothermal zone) is advantageously a nearly constant temperature (temperature fluctuation max. 5 0 C, preferably max. 2 0 C, particularly preferably max. 1 ° C).
Erfindungsgemäß sind im oberen Teil des Korpusses die Wärmepaneele mit mindestens einer Wärmeaustauschvorrichtung (Wärmetauscher) verbunden. Dabei ist in einer Ausführungsform jedes einzelne Wärmepaneel (innerer Kühlkreislauf) mit einer einzelnen bevorzugt zylindrischen Wärmeaustauschvorrichtung (äußerer Kühlkreislauf) verbunden. Alternativ ist die Wärmeaustauschvorrichtung als eine Einheit für alle Wärmepaneele ausgeführt. In dieser Alternative bildet der obere Teil des Korpusses bevorzugt einen Raum für den Wärmeaustausch, der durch einen Zwischenboden vom Reaktionsraum getrennt ist. Die Wärmeaustauschvorrichtung dient zur Abführung der überschüssigen Reaktionswärme vom Wärmeträger im Wärmepaneel (und damit indirekt aus der Reaktionszone) durch Übergabe der Wärme an ein Wärmeaustauschmittel, welches durch die Wärmeaustauschvorrichtung oder die Wärmeaustauschvorrichtungen hindurchströmt. Das Wärmeaustauschmittel tritt durch einen Zulaufstutzen in den oberen Teil des Korpusses des Konverters ein, strömt durch die Wärmeaustauschvorrichtungen oder die Wärmeaustauschvorrichtung im oberen Teil der Wärmepaneele hindurch und nimmt dabei die überschüssige Reaktionswärme auf, wobei es verdampft, und verlässt den oberen Teil des Korpusses des Konverters durch einen Austrittsstutzen. Bevorzugt enthält der Konverter mindestens eine Abführung für das gasförmige Wärmeaustauschmittel.According to the invention, in the upper part of the carcass, the heat panels are connected to at least one heat exchange device (heat exchanger). In one embodiment, each individual heat panel (inner cooling circuit) is provided with a single, preferably cylindrical one Heat exchange device (outer cooling circuit) connected. Alternatively, the heat exchange device is designed as a unit for all the heat panels. In this alternative, the upper part of the body preferably forms a space for heat exchange, which is separated from the reaction space by an intermediate bottom. The heat exchange device serves to dissipate the excess heat of reaction from the heat transfer medium in the heat panel (and thus indirectly from the reaction zone) by transferring the heat to a heat exchange medium which passes through the heat exchange device or heat exchange devices. The heat exchange medium enters the upper part of the body of the converter through an inlet port, passes through the heat exchangers or the heat exchange device in the upper part of the heat panels, absorbing the excess heat of reaction to volatilize and leaving the upper part of the body of the converter through an outlet nozzle. Preferably, the converter contains at least one outlet for the gaseous heat exchange medium.
Insbesondere bei Verwendung eines verdampfbaren Wärmeaustauschmittels enthält die Wärmeaustauschvorrichtung bevorzugt im unteren Bereich eine Spülöffnung. Durch diese wird vorteilhaft die Ablagerung schädlicher Verunreinigungen des Wärmeaustauschmittels im Inneren der Wärmeaustauschvorrichtung auf der Wärmeaustauschfläche (wie z. B. Kalk und Salze bei der Verwendung von Wasser als Wärmeaustauschmittel) vermieden. Dazu wird bevorzugt kontinuierlich oder periodisch ein Teil des Wärmeaustauschmittels, bevorzugt 5 bis 15 %, durch die Spülöffnung abgeleitet. Alternativ erfolgt das Spülen diskontinuierlich mit Wärmeaustauschmittel oder Spülflüssigkeit.In particular, when using a vaporizable heat exchange medium, the heat exchange device preferably contains a flushing opening in the lower area. This advantageously avoids the deposition of harmful impurities of the heat exchange medium inside the heat exchange device on the heat exchange surface (such as lime and salts when using water as the heat exchange medium). For this purpose, preferably continuously or periodically, part of the heat exchange medium, preferably 5 to 15%, is discharged through the flushing opening. Alternatively, the rinsing is carried out discontinuously with heat exchange medium or rinsing liquid.
Sofern mehrere Wärmeaustauschvorrichtungen zum Einsatz kommen, enthält der Konverter bevorzugt Kollektoren, mit denen die Wärmeaustauschvorrichtungen miteinander verbunden sind. In einem Kollektor wird das gasförmige Wärmeaustauschmittel aus den einzelnen Wärmepaneelen gesammelt, um es aus dem Konverter gemeinsam abzuleiten. Weitere Kollektoren dienen vorzugsweise dem Zulauf des Wärmeaustauschmittels zu den Wärmeaustauschvorrichtungen und der Ableitung des für das Spülen verwendeten Wärmeaustauschmittels oder der Spülflüssigkeit.If several heat exchange devices are used, the converter preferably contains collectors with which the heat exchange devices are connected to each other. In a collector, the gaseous heat exchange medium is collected from the individual heat panels to co-discharge it from the converter. Other collectors are preferably used for the feed of the heat exchange means to the heat exchange devices and the discharge of the heat exchange medium or the rinsing liquid used for rinsing.
Bevorzugt weist das System, insbesondere im Falle eines verdampfbaren Wärmeaustauschmittels, eine Füllstandskontrolle für das Wärmeaustauschmittel in den Wärmeaustauschvorrichtungen auf, die bevorzugt außerhalb des Konverters auf der Höhe des oberen Teils des Korpuses angeordnet ist. Diese Füllstandskontrolle weist bevorzugt ein Sichtfenster auf.Preferably, the system, in particular in the case of a vaporizable heat exchange means, a level control for the heat exchange medium in the heat exchange devices, preferably outside the converter at the level of Upper part of the body is arranged. This level control preferably has a viewing window.
Die mit dem Wärmeaustauschmittel abgeführte Energie kann für unterschiedliche Prozesse (beispielsweise zur Vorwärmung der Ausgangskomponenten oder für die Sumpfheizung der Rektifikationskolonne zur Produkttrennung) verwendet werden. Der obere Teil der Wärmepaneele (Wärmeaustauschvorrichtung) ist röhrenförmig und weist bevorzugt ein Innenrohr und einen Mantel auf. Im Mantel strömt das Wärmeaustauschmittel. Der Boden des Mantels wird kontinuierlich mit niedriger Fließgeschwindigkeit von dem flüssigen Wärmeaustauschmittel durchströmt, oder kann auch während des Reaktionsprozesses in den Mantelrohren stehen, bei einer im Anschluss an den Reaktionsprozess stattfindenden Entleerung zur Absalzung und Abschlämmung der Mantelrohre. Dadurch wird eine Vermeidung der Anreicherung von schädlichen Beimengungen (Salze und andere) in den Wärmeaustauschmitteln gewährleistet.The energy dissipated with the heat exchange medium can be used for different processes (for example for preheating the starting components or for the bottom heating of the rectification column for product separation). The upper part of the heat panel (heat exchange device) is tubular and preferably has an inner tube and a jacket. The heat exchange medium flows in the jacket. The bottom of the shell is continuously flowed through by low flow rate of the liquid heat exchange medium, or may also be in the jacket pipes during the reaction process, at a subsequent discharge of the reaction process for blowdown and blowdown of the jacket pipes. This ensures avoidance of accumulation of harmful admixtures (salts and others) in the heat exchange means.
Die unteren Teile der Wärmepaneele sind im Reaktionsraum als Hohlkörper, bevorzugt mit keilförmiger Grundfläche, ausgeführt. Die Außenwände der unteren Teile der Wärmepaneele stehen mit der Katalysatorschüttung in Kontakt, welche Wärme abgibt. Im Inneren der Wärmepaneele befindet sich ein Wärmeträger, welcher die Reaktionswärme aus der Katalysatorschüttung aufnimmt. Der Wärmeträger verdampft und steigt bevorzugt durch Rohre, die im Inneren der unteren Teile der Wärmepaneele angebracht sind, in den oberen Teil der Wärmepaneele und gibt dort seine Wärmeenergie an ein Wärmeaustauschmittel, welches sich im Mantel um das Rohr des oberen Teils der Wärmepaneele befindet, ab. Der Wärmeträger selbst wird dadurch wieder flüssig und fließt innerhalb der Wärmepaneele zurück. D. h. der Wärmeträger wird in den Wärmepaneelen in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Vorteilhaft muss der Wärmeträger damit nicht aus dem Korpus des Konverters herausgeführt werden. Bevorzugt sind die Wärmepaneele in ihrem Inneren so aufgebaut, dass der zurückfließende Wärmeträger an der Innenwand der Wärmepaneele entlang fließt. Dazu enthalten die Wärmepaneele bevorzugt im unteren Bereich Einbauten, über welche der zurückfließende Wärmeträger verteilt wird. Jedes Wärmepaneel enthält bevorzugt mindestens ein Rohr, welches den gasförmigen, aufsteigenden Wärmeträger aufnimmt.The lower parts of the heat panels are in the reaction space as a hollow body, preferably with a wedge-shaped base executed. The outer walls of the lower parts of the heat panels are in contact with the catalyst bed, which gives off heat. Inside the heat panels is a heat carrier, which absorbs the heat of reaction from the catalyst bed. The heat carrier vaporizes and preferably rises through pipes mounted inside the lower parts of the heat panels into the upper part of the heat panels where it releases its heat energy to a heat exchange means located in the shell around the pipe of the upper part of the heat panels , As a result, the heat transfer medium itself becomes liquid again and flows back within the heat panel. Ie. The heat transfer medium is conducted in the heat panels in a closed circuit. Advantageously, the heat transfer medium does not have to be led out of the body of the converter. Preferably, the heat panels are constructed in their interior so that the back-flowing heat transfer medium flows along the inner wall of the heat panels. For this purpose, the heat panels preferably contain internals in the lower region, via which the refluxing heat carrier is distributed. Each heat panel preferably contains at least one tube which receives the gaseous, ascending heat transfer medium.
Durch die Verdampfung des Wärmeträgers wird vorteilhaft eine höhere Wärmeabfuhr und damit effektivere Kühlung, erreicht. Steigt der Wärmeenergieeintrag in die Katalysatorschicht durch den exothermen Prozess an, wird dies durch eine erhöhte Verdampfung des Wärmeträgers ausgeglichen. Vorteilhaft erlaubt dies, den Wärmeträger (innerer Kühlkreislauf) in einem geschlossen System zu fahren. Die Regulierung der Temperatur im inneren Kühlkreislauf und damit in der Reaktionszone erfolgt durch die Zufuhr des Wärmeaustauschmittels im äußeren Kühlkreislauf. Vorteilhaft kann dadurch auf eine aufwendige Regeltechnik im inneren Kühlkreislauf verzichtet werden.Due to the evaporation of the heat carrier is advantageously a higher heat dissipation and thus more effective cooling achieved. If the heat energy input into the catalyst layer increases as a result of the exothermic process, this is compensated for by increased evaporation of the heat carrier. This advantageously allows the heat transfer medium (inner cooling circuit) in one closed system to drive. The regulation of the temperature in the inner cooling circuit and thus in the reaction zone is effected by the supply of the heat exchange medium in the outer cooling circuit. Advantageously, can be dispensed with a complex control technology in the inner cooling circuit.
Der Wärmeträger wird in Abhängigkeit der im Konverter zu erreichenden Prozesstemperatur, d. h. der Temperatur in der Reaktionszone, gewählt. Als Wärmeträger können nicht nur klassische Wärmeträger, wie flüssige Metalle (z. B. Natrium und Cäsium) oder Salzschmelzen, sondern vorteilhaft auch einfachere und preiswertere, wie elementarer Schwefelverwendet werden.The heat transfer medium is dependent on the process temperature to be reached in the converter, i. H. the temperature in the reaction zone, selected. Not only conventional heat transfer media, such as liquid metals (eg sodium and cesium) or molten salts, but advantageously also simpler and less expensive, such as elemental sulfur, can be used as the heat transfer medium.
Bevorzugt sind die Wärmepaneele so ausgestaltet, dass sie die komplette Wärmeenergie, die aus der Reaktionszone übertragen wird, aufnehmen und über den Wärmeträger und das Wärmeaustauschmittel abführen können, d. h. die Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone (die Kontaktfläche der Wärmepaneele zum Katalysator) wird entsprechend der aufzunehmenden Wärmeenergie dimensioniert. Durch den Füllstand des Wärmeaustauschmittels in den Wärmeaustauschvorrichtungen kann vorteilhaft die abzuführende Wärmemenge aus dem Konverter und damit letztendlich die Temperatur in der Reaktionszone eingestellt werden.Preferably, the heat panels are configured to receive and dissipate all the heat energy transferred from the reaction zone via the heat transfer medium and the heat exchange medium, i. H. the heat exchange surface in the reaction zone (the contact area of the heat panels with the catalyst) is dimensioned according to the heat energy to be absorbed. By the level of the heat exchange medium in the heat exchange devices, the amount of heat to be dissipated from the converter and thus ultimately the temperature in the reaction zone can be advantageously set.
Bevorzugt wird die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur in der Reaktionszone (Katalysatorschicht) und der Temperatur des Wärmeträgers im Inneren der Wärmepaneele im Bereich der Reaktionszone bis unter 60 0C, vorzugsweise unter 30 0C, eingestellt.The temperature difference between the temperature in the reaction zone (catalyst layer) and the temperature of the heat transfer medium inside the heat panels in the region of the reaction zone is preferably to below 60 0 C, preferably below 30 0 C, is set.
Das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone (d. h. die Kontaktfläche des keilförmigen unteren Teils der Wärmepaneele mit dem Katalysator) zum Katalysatorvolumen ist abhängig von der abzuführenden Wärmeenergie, der Geschwindigkeit der Änderung der Temperatur und der Kontaktzeit, d. h. der im Konverter durchzuführenden Reaktion. Das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone zum Katalysatorvolumen beträgt bevorzugt mindestens 10 m2/m3, besonders bevorzugt 60 m2/m3 oder mehr und befindet sich vorzugsweise im Bereich von 10 m2/m3 bis 250 m2/m3. Eine überdimensionierte Wärmeaustauschfläche hat keine negativen Auswirkungen auf den Prozess.The ratio of the heat exchange surface in the reaction zone (ie the contact area of the wedge-shaped lower part of the heat panel with the catalyst) to the catalyst volume is dependent on the thermal energy dissipated, the rate of change of temperature and the contact time, ie the reaction to be carried out in the converter. The ratio of the heat exchange surface in the reaction zone to the catalyst volume is preferably at least 10 m 2 / m 3 , more preferably 60 m 2 / m 3 or more, and is preferably in the range from 10 m 2 / m 3 to 250 m 2 / m 3 . An oversized heat exchange surface has no negative impact on the process.
Die Außenflächen der Wärmepaneele in der Reaktionszone sind bevorzugt mit einer Schicht aus Aluminiumdioxid und / oder Email beschichtet. Die Dicke dieser Schicht(en) betragen insgesamt bevorzugt 0,1 bis 2 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 1 mm, insbesondere 0,3 bis 0,7 mm. Die Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauschvorrichtungen beträgt bevorzugt um 3- bis 10- mal weniger als die Oberfläche der unteren Paneelenteile (Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone). Diese Fläche entspricht der möglichen Kontaktfläche der Wärmepaneele zum Wärmeaustauschmittel. Durch den Füllstand des Wärmeaustauschmittels kann diese vorteilhaft variiert werden und damit die Temperatur im Konverter eingestellt werden.The outer surfaces of the heat panels in the reaction zone are preferably coated with a layer of aluminum dioxide and / or enamel. The thickness of this layer (s) total preferably 0.1 to 2 mm, more preferably 0.2 to 1 mm, in particular 0.3 to 0.7 mm. The heat exchange area of the heat exchange devices is preferably 3 to 10 times less than the surface area of the lower panel parts (heat exchange area in the reaction zone). This area corresponds to the possible contact area of the heat panels with the heat exchange medium. By the level of the heat exchange means, this can be advantageously varied and thus the temperature can be set in the converter.
Bevorzugt enthält der Konverter zusätzlich mindestens eine Temperaturmesseinrichtung, bevorzugt Thermoelemente. Diese werden bevorzugt durch Stutzen im oberen Bereich des Korpusses des Konverters eingeführt. Die Temperaturmesseinrichtungen stehen bevorzugt mit der Katalysatorschüttung in Kontakt und erlauben die Temperaturmessung in der Reaktionszone. Bevorzugt enthält der Konverter mindestens eine Temperaturmesseinrichtung, besonders bevorzugt 3 Temperaturmesseinrichtungen, die gleichmäßig über den Querschnitt verteilt sind und die jeweils in 3 verschiedenen Höhen die Temperatur in der Reaktionszone messen. Die Temperaturmesseinrichtungen erlauben so eine Überwachung der Funktion der Wärmepaneele und eine Kontrolle der Temperatur in der Reaktionszone. Die Temperaturmesseinrichtungen ermöglichen eine automatische Prozesssteuerung durch eine automatisierte Steuerung de Füllstand des Wärmeaustauschmittels in den Wärmeaustauschvorrichtungen, der Temperatur des Einsatzstoffes am Eintritt des Konverters, des Dampfdruckes in der / den Wärmeaustauschvorrichtung / en.Preferably, the converter additionally contains at least one temperature measuring device, preferably thermocouples. These are preferably introduced through nozzles in the upper region of the body of the converter. The temperature measuring devices are preferably in contact with the catalyst bed and allow the temperature measurement in the reaction zone. Preferably, the converter contains at least one temperature measuring device, more preferably 3 temperature measuring devices, which are distributed uniformly over the cross section and each measuring the temperature in the reaction zone in 3 different heights. The temperature measuring devices thus allow monitoring of the function of the heat panels and control of the temperature in the reaction zone. The temperature measuring devices allow automatic process control by automated control of the level of heat exchange medium in the heat exchange devices, the temperature of the feed at the inlet of the converter, the vapor pressure in the heat exchange device (s).
Der erfindungsgemäße Konverter ist damit ein Reaktor, der sich durch seinen speziellen Aufbau besonders für eine isotherme Reaktionsführung eignet, d. h. eine Reaktion bei einer nahezu konstanten Temperatur im gesamten Volumen des Reaktionsraumes. Durch den direkten Kontakt der Wärmepaneele mit der Katalysatorschicht kann vorteilhaft die durch die exotherme Reaktion entstehende Wärme direkt am Entstehungsort abgeführt werden.The converter according to the invention is therefore a reactor which, due to its special structure, is particularly suitable for an isothermal reaction, ie. H. a reaction at a nearly constant temperature throughout the volume of the reaction space. Due to the direct contact of the heat panels with the catalyst layer can advantageously be dissipated by the exothermic reaction heat directly at the origin.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Konverters, insbesondere die Anordnung der Wärmepaneele und des Katalysators, ermöglicht es, ein optimales Verhältnis der Oberfläche der Wärmepaneele zum Volumen des Katalysators einzustellen, wodurch eine Temperaturführung nahe den isothermen Bedingungen im gesamten Volumen des Reaktionsraumes gewährleistet wird.The structure of the converter according to the invention, in particular the arrangement of the heat panels and the catalyst, makes it possible to set an optimum ratio of the surface of the heat panels to the volume of the catalyst, whereby a temperature control near the isothermal conditions in the entire volume of the reaction space is ensured.
Vorteilhaft können in dem erfindungsgemäßen Konverter, je nachdem für welche Reaktion er eingesetzt wird, unterschiedliche Katalysatoren (z. B. ein kupferhaltiger Katalysator für die Synthese von Methanol aus Synthesegas oder ein zeolithhaltiger Katalysator für die Umsetzung von Methanol zu Benzin) verwendet werden. Durch den flexiblen Aufbau des Korpusses, der aus einem oberen und einem unteren Teil zusammengesetzt ist, wird es möglich, den Katalysator einfach auszuwechseln (bei Notwendigkeit der Erneuerung des Katalysators nach der Desaktivierung des Katalysators bzw. bei Einsatz des Konverters für eine andere Reaktion).Advantageously, in the converter according to the invention, depending on which reaction it is used for, different catalysts (eg a copper-containing catalyst for the synthesis of methanol from synthesis gas or a zeolite-containing catalyst for the reaction from methanol to gasoline). Due to the flexible construction of the body, which is composed of an upper and a lower part, it becomes possible to easily replace the catalyst (if necessary, the renewal of the catalyst after deactivation of the catalyst or when using the converter for another reaction).
Durch seine hohe Effektivität, insbesondere die höhere Produktausbeute bei höheren Durchsätzen in Bezug auf das Katalysatorvolumen, wird es möglich, bei bestimmten Prozessen, bei denen klassisch mehrere Reaktoren eingesetzt werden (z. B. beim Prozess der Methanolsynthese), drei klassische aus dem Stand der Technik bekannte Reaktoren durch einen erfindungsgemäßen Konverter zu ersetzen.Due to its high efficiency, in particular the higher product yield at higher throughputs in relation to the catalyst volume, it becomes possible for certain processes, in which classically several reactors are used (eg in the process of methanol synthesis), three classic from the Technology to replace known reactors by a converter according to the invention.
Darüber hinaus wird es möglich, den Konverter sehr kompakt zu bauen. So sind beispielsweise Abmessungen des Korpusses von 1 bis 3 m Durchmesser und Höhen von 2 bis 20 m möglich. Die Größe des Konverters wird jedoch durch den darin durchzuführenden Prozess und den gewünschten Durchsatz bestimmt.In addition, it becomes possible to make the converter very compact. For example, dimensions of the body of 1 to 3 m in diameter and heights of 2 to 20 m are possible. However, the size of the converter is determined by the process and throughput to be performed therein.
Durch die nahezu isotherme Reaktionsführung wird es möglich, die Ausbeute an Zielprodukt im Vergleich zur adiabaten Reaktionsführung zu erhöhen und gleichzeitig die Produktselektivität zu erhöhen. Somit werden weniger Nebenprodukte erhalten, was die Effektivität des Gesamtprozesses wesentlich verbessert.The almost isothermal reaction regime makes it possible to increase the yield of target product compared to the adiabatic reaction regime and at the same time to increase the product selectivity. Thus, fewer by-products are obtained, which significantly improves the effectiveness of the overall process.
Ein weiterer Gegenstand ist daher auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Konverters zur Durchführung chemischer, katalytischer Reaktionen in der Gasphase, bevorzugt mit nahezu isothermer Reaktionsführung. Anwendung findet er insbesondere in der chemischen und der erdölchemischen Industrie.Another object is therefore also the use of the converter according to the invention for carrying out chemical, catalytic reactions in the gas phase, preferably with almost isothermal reaction control. It finds application especially in the chemical and petroleum chemical industries.
Gegenstand der Erfindung ist auch das Wärmepaneel als wichtiges Bauteil des erfindungsgemäßen Konverters. Das Wärmepaneel ist innen hohl und weist folgende Bestandteile auf: a.) einen unteren Teil, der als Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche ausgebildet ist, dessen seitliche Oberflächen als Wärmeaustauschflächen ausgebildet sind, b.) einen oberen Teil, der als Rohr ausgebildet ist und mit einer Wärmeaustauschvorrichtung in Wirkverbindung steht oder in Wirkverbindung gebracht werden kann, wobei das Rohr des oberen Teils mit der oberen Grundfläche des unteren Teils verbunden ist, so dass im unteren Teil verdampfter Wärmeträger in das Rohr aufsteigen kann und der kondensierte Wärmeträger aus dem Rohr in den unteren Teil zurückfließen kann. Der untere Teil des Wärmepaneels enthält bevorzugt horizontale Einbauten, die so ausgebildet sind, dass der zurückfließende kondensierte Wärmeträger an der Innenwand der Paneele nach unten fließt. Der untere Teil des Wärmepaneels enthält bevorzugt weiter Röhren zur Ableitung des verdampften Wärmeträgers in den oberen Teil.The invention also relates to the heat panel as an important component of the converter according to the invention. The heat panel is hollow on the inside and has the following components: a.) A lower part, which is designed as a hollow body with a wedge-shaped base, whose lateral surfaces are formed as heat exchange surfaces, b.) An upper part, which is formed as a tube and with a Heat exchange device is operatively connected or can be brought into operative connection, wherein the tube of the upper part is connected to the upper base of the lower part, so that in the lower part vaporized heat carrier can rise into the tube and the condensed heat carrier from the tube in the lower part can flow back. The lower part of the heat panel preferably includes horizontal internals which are formed so that the refluxing condensed heat transfer medium flows down the inner wall of the panels. The lower part of the heat panel preferably further contains tubes for discharging the vaporized heat carrier in the upper part.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines derart aufgebauten Wärmepaneels in einem Konverter zur Durchführung chemischer, katalytischer Reaktionen in der Gasphase, insbesondere in der chemischen und in der erdölchemischen Industrie. The invention also relates to the use of a heat panel constructed in this way in a converter for carrying out chemical, catalytic reactions in the gas phase, in particular in the chemical and petroleum chemical industries.
Bevorzugte Ausführunqsform des erfindunqsqemäßen Konverters:Preferred Embodiment of the Converter According to the Invention:
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Konverter einen Korpus mit einem Stutzen zur Zuführung der Ausgangskomponenten und einem Stutzen zur Ableitung der Reaktionsprodukte auf. Im unteren Teil des Korpusses befindet sich eine Bodenplatte, auf welcher eine Vielzahl von Wärmepaneele angeordnet ist, im oberen Teil stehen die erwähnten Wärmepaneele mit Wärmeaustauschvorrichtungen in Wirkverbindung, die so ausgeführt sind, dass die Möglichkeit des Durchströmens eines Wärmeaustauschmittels durch sie hindurch besteht, zwischen den Wärmepaneelen ist der Katalysator eingefüllt, welcher von außen durch ein Netz als äußere Tragstruktur begrenzt wird, das um die Wärmepaneele und die dazwischen befindliche Katalysatorschüttung befestigt ist, auf der Innenseite wird der Raum, der von Katalysator und Wärmepaneele eingenommen wird, durch ein perforiertes Gefäß als innere Tragstruktur begrenzt. Bevorzugt ist auf der äußeren Oberfläche des perforierten Gefäßes ein Netz angebracht, welches erlaubt, die Katalysatorteilchen am Ort derer Nutzung zu fixieren. Den Innenraum dieses perforierten Gefäßes bildet ein Hohlzylinder - das innere Zentralrohr - durch welches die gebildeten gasförmigen Reaktionsprodukte nach außen strömen.In a preferred embodiment, the converter according to the invention has a body with a nozzle for supplying the starting components and a nozzle for discharging the reaction products. In the lower part of the carcass there is a bottom plate on which a plurality of heat panels are arranged, in the upper part the mentioned heat panels are in operative connection with heat exchanging devices designed so as to allow the passage of a heat exchange medium through them Heat panels is the catalyst filled, which is bounded from the outside by a network as the outer support structure, which is attached to the heat panels and the catalyst bed therebetween, on the inside, the space occupied by the catalyst and heat panels, through a perforated vessel as limited inner support structure. Preferably, a net is mounted on the outer surface of the perforated vessel, which allows to fix the catalyst particles at the place of their use. The interior of this perforated vessel forms a hollow cylinder - the inner central tube - through which the formed gaseous reaction products flow outward.
Über Katalysator, Wärmepaneele und innerem Zentralrohr befindet sich eine Dichtung mit einem hohen hydraulischen Widerstand. In der bevorzugten Variante der Realisierung besteht die Dichtung aus Matten aus thermisch stabilem Material mit einem hohen hydraulischen Widerstand, was die Reaktionsgase zu einer radialen Strömung durch die Katalysatorschüttung in Richtung Zentralrohr zwingt.About catalyst, heat panels and inner central tube is a seal with a high hydraulic resistance. In the preferred variant of the realization, the seal consists of mats of thermally stable material with a high hydraulic resistance, which forces the reaction gases to a radial flow through the catalyst bed in the direction of the central tube.
Vorzugsweise umfasst der Korpus einen unteren Teil und einen oberen Teil, die miteinander durch Verwendung von Flanschen verbunden sind, was die Einfachheit der Montage / der Demontage des Konverters gewährleistet.Preferably, the body comprises a lower part and an upper part, which are connected to each other by use of flanges, which ensures the ease of assembly / disassembly of the converter.
Im oberen Teil jedes Wärmepaneels kann eine zylindrische Wärmeaustauschvorrichtung zur Entfernung der Reaktionswärme aus der Reaktionszone angeordnet sein. Als Variante kann die Wärmeaustauschvorrichtung zur Abführung der überschüssigen Reaktionswärme eine Einheit für alle Wärmepaneele sein.In the upper part of each heat panel may be arranged a cylindrical heat exchange device for removing the heat of reaction from the reaction zone. As a variant, the heat exchange device for dissipating the excess heat of reaction may be a unit for all heat panels.
In der bevorzugten Ausführungsvariante hat das Wärmepaneel eine keilförmige Form, wobei der spitze Teil der zentralen Achse des Korpusses zugewandt ist. Solch eine Paneelkonfiguration gewährleistet ein optimales Verhältnis der Oberfläche der Wärmepaneele zum Katalysatorvolumen. Der Konverter kann zusätzlich Thermoelemente in der Region der Wärmepaneele enthalten, die durch Stutzen eingeführt sind, welche sich am Korpus befinden. Die Verwendung der erwähnten Thermoelemente erlaubt es, die Temperatur in der Reaktionszone zu kontrollieren.In the preferred embodiment, the heat panel has a wedge-shaped shape with the pointed portion facing the central axis of the body. Such a panel configuration ensures an optimum ratio of the surface of the heat panels to the catalyst volume. The converter may additionally include thermocouples in the region of the heat panels inserted through sockets located on the body. The use of the mentioned thermocouples makes it possible to control the temperature in the reaction zone.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind die Wärmepaneele, die sich durch folgenden Aufbau auszeichnen.Another object of the invention are the heat panels, which are characterized by the following structure.
Bevorzugte Ausführunqsform der erfindunqsqemäßen Wärmepaneele:Preferred Embodiment of the Thermal Panel According to the Invention:
Bevorzugt hat der untere Teil des Wärmepaneels eine zylindrische Form mit keilförmiger Grundfläche. Innen ist das Wärmepaneel hohl. Es enthält Einbauten. Mit der oberen Abdeckung des unteren Teils des Wärmepaneels ist ein Rohr verbunden, welches als oberer Teil des Wärmepaneels zusammen mit dem unteren Teil des Wärmepaneels eine Einheit bildet. Die Oberfläche des unteren Teils dieses Wärmepaneels dient als Wärmeaustauschfläche zwischen dem sich um das Wärmepaneel befindlichen Reaktionsraum und dem im Inneren des Wärmepaneels befindlichen Wärmeträger. Der Wärmeträger im Inneren des Wärmepaneels nimmt die bei einer exothermen Reaktion entstehende Wärmemenge auf, wobei er verdampft. Der gasförmige Wärmeträger steigt im Inneren des Wärmepaneels in eingebauten Röhren nach oben und sammelt sich in dem am Deckel des Wärmepaneels befestigten Rohr. Das Rohr steht in seinem oberen Bereich mit einer Wärmeaustauschvorrichtung in Wirkverbindung, an welche die vom Wärmeträger im Reaktionsraum aufgenommene Wärmemenge abgegeben wird, wobei der Wärmeträger kondensiert, an der Innenwand des Sammelrohres nach unten abläuft und im Inneren des unteren zylinderförmigen Paneelteils über horizontale Einbauten zu einer abfließenden Strömung an der Innenwand gezwungen wird und nach unten abfließt. Im Reaktionsraum verdampft der kondensierte Wärmeträger erneut durch Aufnahme der Reaktionswärme.Preferably, the lower part of the heat panel has a cylindrical shape with a wedge-shaped base. Inside, the heat panel is hollow. It contains fixtures. With the upper cover of the lower part of the heat panel, a pipe is connected, which forms a unit as the upper part of the heat panel together with the lower part of the heat panel. The surface of the lower part of this heat panel serves as a heat exchange surface between the reaction space located around the heat panel and the heat carrier located in the interior of the heat panel. The heat transfer medium in the interior of the heat panel absorbs the heat generated during an exothermic reaction, whereby it evaporates. The gaseous heat carrier rises in the interior of the heat panel in built-in tubes up and collects in the attached to the lid of the heat panel tube. The tube is in its upper part with a heat exchange device in operative connection to which the amount of heat absorbed by the heat transfer in the reaction chamber, the heat transfer condenses, runs down on the inner wall of the manifold and inside the lower cylindrical panel part via horizontal internals to a is drained flow on the inner wall and flows down. In the reaction space, the condensed heat carrier evaporates again by absorbing the heat of reaction.
Anhand der nachfolgenden Abbildungen und Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.Based on the following figures and embodiments, the invention will be explained in more detail without being limited to these.
In Fig. 1 ist die Seitenansicht (vertikaler Schnitt) eines erfindungsgemäßen Konverters, in Fig. 2 ist der horizontale Schnitt des Konverters durch den Reaktionsraum, in Fig. 3 ist der horizontale Schnitt eines Wärmpaneels und in Fig. 4 ist der vertikale Schnitt eines Wärmepaneels und einer Wärmeaustauschvorrichtung dargestellt. Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus Fig.2, in welchem die isothermen und adiabatischen Zonen eingezeichnet sind.In Fig. 1 is the side view (vertical section) of a converter according to the invention, in Fig. 2 is the horizontal section of the converter through the reaction space, in Fig. 3 is the horizontal section of a heat panel and in Fig. 4 is the vertical section of a heat panel and a heat exchange device. FIG. 5 shows a detail from FIG. 2, in which the isothermal and adiabatic zones are shown.
Der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Konverter zur Durchführung von exothermen katalytischen Reaktionen wird von einem Korpus begrenzt, der aus einem unteren Teil 1 und aus einem oberen Teil 2 zusammengesetzt ist. Der Korpus hat eine zentrale Achse 21. Im Korpus sind Stutzen zur Zuspeisung der Ausgangskomponenten 3 und zur Ableitung der Reaktionsprodukte 4 angebracht. Der Korpus ist zusammengesetzt, wobei der untere Teil 1 mit dem oberen Teil 2 durch Verwendung von Flanschen 5 und 6 verbunden ist. Im unteren Teil 1 des Korpusses des Konverters ist eine Bodenplatte 7, welche den Boden des Reaktionsraumes 25 bildet und auf welcher sich Wärmepaneele 8 befinden. Über dem Reaktionsraum 25 sind die oberen Teile der Wärmepaneele mit Wärmeaustauschvorrichtungen 9 verbunden, durch welche das Wärmeaustauschmittel zur Entnahme der Wärmeenergie aus den Wärmepaneele 8 strömt. Das Wärmeaustauschmittel tritt durch einen Zulaufstutzen 10 in den Kollektor für das Wärmeaustauschmittel (z. B. Speisewasser) 11 ein, weiter strömt es durch die Wärmeaustauschvorrichtungen 9, wo es verdampft, sich gasförmig im Kollektor für verdampftes Wärmeaustauschmittel 12 sammelt und es dann durch den Austrittsstutzen für das verdampfte Wärmeaustauschmittel 13 gasförmig abgeführt wird. Der Spülwasserkollektor 14 dient der Sammlung des Wärmeaustauschmittels zur Durchspülung der unteren Teile der Wärmeaustauschvorrichtungen zur Vermeidung von Salzablagerungen, und der Spülwasseraustrittsstutzen 15 dient seiner Ableitung aus dem Konverter. Zwischen den Wärmepaneelen 8, die im Bereich des Reaktionsraums eine keilförmige Form haben (s. Fig 3), ist ein Katalysator 16 eingestreut. Der Reaktionsraum 25, einschließlich Wärmepaneele 8, wird außenseitig (mantelseitig) durch ein Netz als äußere Tragstruktur 24 begrenzt. Das Volumen des Katalysators zwischen dem Rand der Wärmepaneele 8 und der äußeren Tragstruktur 24 liegt dabei unter 30 % des Gesamtvolumens des Katalysators. Im Inneren des Reaktionsraums 25 wird ein innerer Hohlraum 22 durch ein perforiertes Gefäß als innere Tragstruktur 17 begrenzt, welcher das innere Zentralrohr bildet, durch welches die Reaktionsgase abströmen. Dieses perforierte Gefäß ist ebenfalls von einem Netz umwickelt, um zu vermeiden, dass Katalysatorteilchen zusammen mit dem Reaktionsgas nach außen mitgerissen werden. Das Volumen des Katalysators zwischen der inneren Tragstruktur 17 und den Wärmepaneelen 8 beträgt unter 30 % des gesamten Katalysatorvolumens.The converter shown in FIGS. 1 and 2 for carrying out exothermic catalytic reactions is delimited by a body composed of a lower part 1 and an upper part 2. The body has a central axis 21. In the body, nozzles for feeding the starting components 3 and for discharging the reaction products 4 are attached. The body is assembled with the lower part 1 connected to the upper part 2 by use of flanges 5 and 6. In the lower part 1 of the body of the converter is a bottom plate 7, which forms the bottom of the reaction space 25 and on which heat panels 8 are located. Above the reaction space 25, the upper parts of the heat panels are connected to heat exchanging devices 9 through which the heat exchange means for removing the heat energy from the heat panels 8 flows. The heat exchange medium enters the collector for the heat exchange medium (e.g., feed water) 11 through an inlet port 10, continues to pass through the heat exchangers 9 where it evaporates, collects in the gaseous vaporized heat exchange medium collector 12, and then through the outlet port for the vaporized heat exchange medium 13 is removed in gaseous form. The rinse water collector 14 is used to collect the heat exchange means for flushing the lower parts of the heat exchange devices to avoid salt deposits, and the Spülwasseraustrittsstutzen 15 serves its derivation from the converter. Between the heat panels 8, which have a wedge-shaped shape in the region of the reaction space (see FIG. 3), a catalyst 16 is interspersed. The reaction space 25, including heat panels 8, is bounded on the outside (shell-side) by a net as an outer support structure 24. The volume of the catalyst between the edge of the heat panels 8 and the outer support structure 24 is less than 30% of the total volume of the catalyst. Inside the reaction space 25, an inner cavity 22 is bounded by a perforated vessel as the inner support structure 17, which forms the inner central tube, through which the reaction gases flow. This perforated vessel is also wrapped in a net to avoid entraining catalyst particles outward along with the reaction gas. The volume of the catalyst between the inner support structure 17 and the heat panels 8 is less than 30% of the total catalyst volume.
Der Reaktionsraum 25 und der innere Hohlraum 22 werden obenseitig durch eine Dichtung 18 begrenzt, welche aus Matten aus einem thermisch stabilen Material mit einem hohen hydraulischen Widerstand bestehen. Diese Dichtung 18 verhindert, dass die gasförmigen Ausgangskomponenten am Raum zwischen den keilförmigen Teilen der Wärmepaneele 8 vorbeiströmen oder in den von der inneren Tragstruktur 17 begrenzten inneren Hohlraum 22 (Zentralrohr zur Abführung der Reaktionsgase) bzw. aus der Katalysatorschicht von unten in den oberen Konverterraum strömen. Die Dichtung 18 hat dichte Durchführungen für die Wärmepaneele 8. Die gasförmigen Ausgangskomponenten strömen somit nur durch die Katalysatorschüttung 16, die sich zwischen den Wärmepaneelen 8 befindet. Durch die Stutzen 19 sind Vielzonenthermoelemente 20 zur Messung der Temperatur im Reaktionsraum 25 durchgeführt. Im Reaktionsraum 25 verlaufen die Thermoelemente 20 direkt durch die Katalysatorschüttung 16, parallel zur zentralen Achse in definiertem Abstand zu den angrenzenden Wärmepaneelen 8.The reaction space 25 and the inner cavity 22 are bounded at the top by a seal 18, which consist of mats made of a thermally stable material with a high hydraulic resistance. This seal 18 prevents the gaseous Flow starting components at the space between the wedge-shaped parts of the heat panels 8 or flow in the limited by the inner support structure 17 inner cavity 22 (central tube for discharging the reaction gases) or from the catalyst layer from below into the upper converter space. The seal 18 has tight passages for the heat panels 8. The gaseous starting components thus flow only through the catalyst bed 16, which is located between the heat panels 8. Through the nozzle 19 Vielzonenthermoelemente 20 for measuring the temperature in the reaction chamber 25 are performed. In the reaction space 25, the thermocouples 20 extend directly through the catalyst bed 16, parallel to the central axis at a defined distance from the adjacent heat panels eighth
Das Funktionsprinzip des Konverters mit den Wärmepaneelen 8 ist wie folgt: In den Konverter treten gasförmige Ausgangskomponenten durch den Stutzen 3 ein, weiter gelangen diese über den äußeren Hohlraum 23 in den Reaktionsraum 25. Im Reaktionsraum 25 findet eine exotherme Reaktion statt, die Reaktionsprodukte treten aus dem Reaktionsraum 25 durch die innere Tragstruktur 17 in den inneren Hohlraum 22 ein und treten dann durch den Stutzen 4 aus dem Konverter aus. Während der Reaktion ist es für deren normalen Ablauf notwendig, aus dem Reaktionsraum 25 Wärme abzuführen. Das wird durch die Wärmepaneele 8 gewährleistet, die in ihrem Wesen „Wärmerohren" entsprechen und einen Wärmeträger enthalten, welcher durch die Wärmezufuhr verdampft. D. h. der untere keilförmige Teil jedes Wärmepaneels 8 entnimmt Wärme aus der Reaktionszone in der Katalysatorschüttung 16 und führt diese den Wärmeaustauschvorrichtungen 19 im oberen Teil 2 des Korpusses zu. In der Wärmaustauschvorrichtung 19 geht die Wärme dann auf ein Wärmeaustauschmittel über. Der Wärmeträger kondensiert dadurch wieder und fließt in den unteren Teil des Wärmepaneels 8 zurück. Das Wärmeaustauschmittel verdampft durch die zugeführte Wärmeenergie und wird dann über den Austrittsstutzen für das verdampfte Wärmeaustauschmittel 13 abgeführt und für andere Prozesse verwendet.The operating principle of the converter with the heat panels 8 is as follows: In the converter gaseous starting components enter through the nozzle 3, they pass through the outer cavity 23 in the reaction chamber 25. In the reaction chamber 25 takes place an exothermic reaction, the reaction products emerge enter the reaction space 25 through the inner support structure 17 in the inner cavity 22 and then exit through the nozzle 4 from the converter. During the reaction, it is necessary for their normal course to dissipate heat from the reaction space 25. This is ensured by the heat panels 8, which are essentially "heat pipes" and contain a heat transfer medium that vaporizes due to the heat input, ie the lower wedge-shaped part of each heat panel 8 removes heat from the reaction zone in the catalyst bed 16 and carries it to the heat exchanging devices 19 in the upper part 2 of the carcass, the heat is then transferred to a heat exchange medium in the heat exchange device 19. The heat carrier thereby condenses again and flows back into the lower part of the heat panel 8. The heat exchange medium evaporates by the heat energy supplied and then becomes removed via the outlet pipe for the evaporated heat exchange medium 13 and used for other processes.
In Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des unteren Teils eines Wärmepaneels 8 dargestellt. Das Wärmepaneel 8 hat im Inneren Röhren 26 zur Abführung des verdampften Wärmeträgers. In der Wärmeaustauschvorrichtung 9 kondensiert dieser wieder und läuft dann an den Innenwänden des Wärmpaneels 8 zurück nach unten. Weiterhin hat das Wärmepaneel 8 im Inneren horizontale Verstrebungen 27, welche das Wärmpaneel mechanisch stabilisieren und die mechanische Festigkeit des Wärmepaneels 8 bei hohem Druck im Reaktionsraum 25 gewährleisten. Das Wärmepaneel 8 ist keilförmig, wobei der spitze, zur zentralen Achse 21 des Korpusses gerichtete untere Teil des Wärmepaneels 8 einen Winkel 35 von 1 ,5 bis 18° formt. In Fig. 4 ist der vertikale Schnitt eines Wärmepaneels und einer mit dem Wärmepaneel in Wirkverbindung stehenden Wärmeaustauschvorrichtung dargestellt. Das Wärmepaneel besteht aus dem unteren zylinderförmigen Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche 28, an dessen Deckel ein vertikales Rohr 29 befestigt ist. Zylinderförmiger Hohlkörper 28 und vertikales Rohr 29 bilden einen Körper mit einem einheitlichen Innenraum. Dieser Raum ist nach außen geschlossen und enthält im zylinderförmigen Hohlkörper 28 Einbauten. Im Inneren des Körpers, bestehend aus zylinderförmigem Hohlkörper 28 und vertikalem Rohr 29, befindet sich der Wärmeträger, der die bei der exothermen katalytischen Reaktion freiwerdende Wärme aufnimmt. Dabei verdampft der flüssige Wärmeträger und steigt gasförmig nach oben in das vertikale Rohr 29. Um den oberen Teil dieses vertikalen Rohrs 29 ist ein Mantelrohr 30 befestigt, welches Teil der Wärmeaustauschvorrichtung 9 ist. Im Mantelrohr 30 befindet sich das Wärmeaustauschmittel, welches die Wärme aus dem Wärmeträger entnimmt, der dabei abkühlt und kondensiert. Das Kondensat des Wärmeträgers fließt an den Innenwänden des vertikalen Rohrs 29 nach unten in den zylinderförmigen Hohlkörper 28 des Wärmepaneels 8, wo es durch Einbauten zum Abfließen an den Innenwänden nach unten gezwungen wird. Anschließend verdampft der Wärmeträger wieder und der Prozess des Verdampfens und Kondensierens des Wärmeträgers durch Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe wiederholt sich, so dass sich der Wärmeträger immer im Kreislauf zwischen unterem Teil des Wärmepaneels 8 - dem zylinderförmigen Hohlkörper 28 - und oberem Teil des Wärmepaneels 8 - dem vertikalen Rohr 29 - befindet. Das System ist geschlossen. Der Wärmeträger verbleibt im Inneren de Wärmepaneel 8.In Fig. 3 is an enlarged sectional view of the lower part of a heat panel 8 is shown. The heat panel 8 has tubes 26 inside to discharge the vaporized heat carrier. In the heat exchange device 9, this condenses again and then runs downwards on the inner walls of the heat panel 8. Furthermore, the heat panel 8 has inside horizontal struts 27, which mechanically stabilize the heat panel and ensure the mechanical strength of the heat panel 8 at high pressure in the reaction chamber 25. The heat panel 8 is wedge-shaped, wherein the pointed, directed to the central axis 21 of the body lower part of the heat panel 8 forms an angle 35 of 1, 5 to 18 °. FIG. 4 shows the vertical section of a heat panel and a heat exchange device operatively connected to the heat panel. The heat panel consists of the lower cylindrical hollow body with a wedge-shaped base surface 28, to the lid of a vertical pipe 29 is attached. Cylindrical hollow body 28 and vertical pipe 29 form a body with a uniform interior. This space is closed to the outside and contains in the cylindrical hollow body 28 internals. Inside the body, consisting of cylindrical hollow body 28 and vertical tube 29, there is the heat transfer medium, which absorbs the heat released during the exothermic catalytic reaction. In this case, the liquid heat carrier evaporates and rises in a gas upward into the vertical pipe 29. To the upper part of this vertical pipe 29, a jacket tube 30 is attached, which is part of the heat exchange device 9. In the jacket tube 30 is the heat exchange medium, which removes the heat from the heat carrier, which cools and condenses. The condensate of the heat carrier flows on the inner walls of the vertical tube 29 down into the cylindrical hollow body 28 of the heat panel 8, where it is forced by internals to drain on the inner walls down. Subsequently, the heat carrier evaporates again and the process of evaporation and condensation of the heat carrier by heat absorption and heat dissipation is repeated, so that the heat carrier always in the circuit between the lower part of the heat panel 8 - the cylindrical hollow body 28 - and upper part of the heat panel 8 - the vertical Pipe 29 - is located. The system is closed. The heat transfer medium remains inside the heat panel 8.
In Fig. 5 sind anhand eines Ausschnitts aus Fig. 2 die adiabatischen Zonen 33 und 34 und die isotherme Zone 32 innerhalb der Katalysatorschüttung 16 gezeigt. Das eingesetzte Reaktionsgas strömt zunächst durch die äußere adiabatische Zone 34 und wird hier durch die exotherme Reaktion auf optimale Reaktionstemperatur erwärmt. Anschließend strömt das Reaktionsgas zwischen den Wärmepaneelen 8 durch und wird hier - in der isothermen Zone 32 - durch die kontinuierliche Wärmeabführung auf nahezu konstanter optimaler Reaktionstemperatur gehalten. Abschließend wird die Mischung der Reaktionsgase in der inneren adiabatischen Zone 33 nochmals erwärmt. Durch diese zusätzliche Energieeinfuhr in der inneren adiabatischen Zone 33 wird es ermöglicht, das zirkulierende Reaktionsgas ohne eine externe Wärmezufuhr in den Konverter zurückzuführen. Ausführunqsbeispiel 1 - Anwendung des Konverters für die Methanolsvnthese:FIG. 5 shows the adiabatic zones 33 and 34 and the isothermal zone 32 within the catalyst bed 16 on the basis of a detail from FIG. 2. The reaction gas used initially flows through the outer adiabatic zone 34 and is heated here by the exothermic reaction to optimum reaction temperature. Subsequently, the reaction gas flows through between the heat panels 8 and is here - in the isothermal zone 32 - held by the continuous heat removal at a nearly constant optimum reaction temperature. Finally, the mixture of the reaction gases in the inner adiabatic zone 33 is reheated. This additional introduction of energy into the inner adiabatic zone 33 makes it possible to recirculate the circulating reaction gas without an external supply of heat into the converter. Exemplary Embodiment 1 - Application of the Converter for the Methanol Synthesis:
Die Synthese von Methanol wird aus Synthesegas (CO + H2 + H2O + CO2 + Inerte) bei einem Druck von 30 bis 70 bar und einer Temperatur von 220 0C bis 290 0C realisiert.The synthesis of methanol is realized from synthesis gas (CO + H 2 + H 2 O + CO 2 + inerts) at a pressure of 30 to 70 bar and a temperature of 220 0 C to 290 0 C.
Als Katalysator kommt ein kupferhaltiger Katalysator, der üblicherweise für die Methanolsynthese verwendet wird, zur Anwendung. Die eingesetzte Katalysatormenge beträgt 0,45 m2.The catalyst used is a copper-containing catalyst which is customarily used for methanol synthesis. The amount of catalyst used is 0.45 m 2 .
Im Konverter werden 24 Wärmepaneele verwendet, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind.In the converter 24 heat panels are used, as shown in Fig. 2.
Jedes Wärmepaneel hat im unteren Bereich eine Zone der Ableitung der Reaktionswärme. Als Wärmeträger wird hier n-Dodekan verwendet. Im oberen Bereich weist jedes Wärmepaneel eine mit der Wärmeaustauschvorrichtung verbundene Zone der Kühlung auf. Als Wärmeaustauschmittel wird hier Wasser einer Temperatur nahe Siedetemperatur verwendet. Die Reaktionswärme wird durch den gebildeten Wasserdampf abgeleitet und für andere Prozesse genutzt. Der erzielte Dampfdruck beträgt 16 bar.Each heat panel has a zone of dissipation of the heat of reaction at the bottom. As a heat carrier n-dodecane is used here. In the upper area, each heat panel has a cooling zone connected to the heat exchange device. As a heat exchange medium here water of a temperature near boiling point is used. The heat of reaction is dissipated by the water vapor formed and used for other processes. The achieved steam pressure is 16 bar.
Die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur in der Reaktionszone und der Temperatur des Wärmeträgers in der Reaktionszone ist < 40 0C.The temperature difference between the temperature in the reaction zone and the temperature of the heat carrier in the reaction zone is <40 0 C.
Die gesamte Wärmeaustauschfläche aller Wärmepaneele in der Reaktionszone (d. h. die Wärmeaustauschfläche zwischen der Katalysatorschüttung und dem Wärmeträger in den Wärmepaneelen) beträgt 33 m2.The total heat exchange area of all heat panels in the reaction zone (ie the heat exchange area between the catalyst bed and the heat carrier in the heat panels) is 33 m 2 .
Das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone zum Katalysatorvolumen beträgt 60 m2/m3.The ratio of the heat exchange surface in the reaction zone to the catalyst volume is 60 m 2 / m 3 .
Die Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone (d. h. die Kontaktfläche zum Katalysator) ist mit einer Schicht von 0,2 mm aus Aluminiumdioxid und Email einer Dicke von 0,3 mm beschichtet.The heat exchange surface in the reaction zone (i.e., the catalyst contact area) is coated with a layer of 0.2 mm of alumina and enamel of 0.3 mm thickness.
Die Wärmeaustauschfläche im Bereich der Wärmeaustauschvorrichtung beträgt 5,5 m2. Diese entspricht der möglichen Kontaktfläche zum Wärmeaustauschmittel. Durch den Füllstand des Wärmeaustauschmittels kann die abgeleitete Wärmemenge variiert und damit die Temperatur im Reaktionsraum des Konverters eingestellt werden.The heat exchange area in the area of the heat exchange device is 5.5 m 2 . This corresponds to the possible contact surface with the heat exchange medium. By the level of the heat exchange medium, the amount of heat dissipated and thus the temperature in the reaction space of the converter can be adjusted.
Jedes Wärmepaneel hat seine eigene Wärmeaustauschvorrichtung, in der Dampf erzeugt wird. Die Wärmeaustauschvorrichtungen sind jeweils als vertikales Rohr mit Mantelrohr im oberen Bereich der Wärmepaneele angeordnet. Alle Wärmeaustauschvorrichtungen sind durch einen gemeinsamen Kollektor für Speisewasser, einen Kollektor für verdampftes Wärmeaustauschmittel und einen Spülwasserkollektor mit anschließender Ableitung des Spülwassers durch den Spülwasseraustrittsstutzen (s. Fig. 1 ) miteinander verbunden.Each heat panel has its own heat exchange device where steam is generated. The heat exchange devices are each as a vertical tube with jacket tube in the upper Area of the heat panels arranged. All heat exchange devices are interconnected by a common collector for feed water, a collector for evaporated heat exchange medium and a rinse water collector with subsequent discharge of the rinse water through the rinse water outlet nozzle (see Fig. 1).
Der Druck im Inneren des Wärmepaneels beträgt bis zu 4 bar. Der Befestigung der Wärmepaneele dienen Zwischenwände mit Einkerbungen eines Durchmessers von 30 mm. Die Zwischenwände werden vertikal alle 52 mm angebracht. Der Korpus hat einen Durchmesser von 2 m und 3 m Höhe.The pressure inside the heat panel is up to 4 bar. The fixing of the heat panels serve partitions with notches of a diameter of 30 mm. The partitions are mounted vertically every 52 mm. The body has a diameter of 2 m and 3 m height.
Ausführunqsbeispiel 2 - Anwendung des Konverters zur Erzeugung von synthetischem Benzin aus Rohmethanol:Embodiment 2 - Application of the Synthetic Gasoline Convertible Converter from Crude Ethanol:
Die Synthese wird bei einem Druck von 7 - 50 bar und einer Temperatur in einem Bereich zwischen 280 0C bis 420 0C durchgeführt. Im Beispiel wird die Reaktion der Synthese von Benzin aus Rohmethanol bei einem Druck von 7 bar und einer Temperatur von 380 0C und bei einem Druck von 48 bar und einer Temperatur von 380 0C durchgeführt.The synthesis is carried out at a pressure of 7 - 50 bar and a temperature in a range between 280 0 C to 420 0 C. In the example, the reaction of the synthesis of gasoline from crude methanol at a pressure of 7 bar and a temperature of 380 0 C and at a pressure of 48 bar and a temperature of 380 0 C is performed.
Als Katalysator kommt ein zeolithhaltiger Katalysator, der üblicherweise für die Benzinerzeugung aus Methanol verwendet wird, zur Anwendung. Die eingesetzte Katalysatormenge beträgt 0,45 1.The catalyst used is a zeolite-containing catalyst, which is usually used for methanol gasoline production. The amount of catalyst used is 0.45 l.
Im Konverter sind 24 Typenelemente angeordnet, die in Fig. 2 dargestellt sind.In the converter 24 type elements are arranged, which are shown in Fig. 2.
Jedes Wärmepaneel hat im unteren Bereich eine Zone der Ableitung der Reaktionswärme. Als Wärmeträger wird hier Schwefel mit Jodzusatz verwendet. Im oberen Bereich weist jedes Wärmepaneel eine mit der Wärmeaustauschvorrichtung verbundene Zone der Kühlung auf. Als Wärmeaustauschmittel wird hier Wasser verwendet. Die Reaktionswärme wird durch den gebildeten Wasserdampf abgeleitet und für andere Prozesse genutzt. Der erzielte Dampfdruck beträgt 64 bar.Each heat panel has a zone of dissipation of the heat of reaction at the bottom. The heat transfer medium used here is sulfur with added iodine. In the upper area, each heat panel has a cooling zone connected to the heat exchange device. As a heat exchange agent here water is used. The heat of reaction is dissipated by the water vapor formed and used for other processes. The achieved steam pressure is 64 bar.
Die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur in der Reaktionszone und der Temperatur des Wärmeträgers in der Reaktionszone ist < 30 0C.The temperature difference between the temperature in the reaction zone and the temperature of the heat carrier in the reaction zone is <30 0 C.
Die gesamte Wärmeaustauschfläche aller Wärmepaneele in der Zone der Ableitung der Reaktionswärme (d. h. die Kontaktfläche zum Katalysator in der Reaktionszone) beträgt 33 m2. Das Verhältnis von Wärmeaustauschfläche (Kontaktfläche zum Katalysator) zum Katalysatorvolumen beträgt wiederum 60 m2/m3. Die Wärmeaustauschfläche im Bereich der Wärmeaustauschvorrichtung beträgt 5,1 m2.The total heat exchange area of all the heat panels in the zone of heat of reaction dissipation (ie the contact area to the catalyst in the reaction zone) is 33 m 2 . The ratio of heat exchange surface (contact surface to the catalyst) to the catalyst volume is again 60 m 2 / m 3 . The heat exchange area in the area of the heat exchange device is 5.1 m 2 .
Ansonsten ist der Konverter, wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, aufgebaut.Otherwise, the converter, as described in Example 1, constructed.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Konverters ermöglicht es, ein optimales Verhältnis der Oberfläche der Wärmepaneele zum Volumen des Katalysators einzustellen, wodurch eine nahezu isotherme Temperaturführung mit der dazu notwendigen Temperaturkonstanz im Katalysatorbett gewährleistet wird. The structure of the converter according to the invention makes it possible to set an optimum ratio of the surface of the heat panels to the volume of the catalyst, whereby a nearly isothermal temperature control is ensured with the necessary temperature stability in the catalyst bed.
Bezugszeichenliste: Unterer Teil des Korpus Oberer Teil des Korpus Zulauf zur Zuspeisung der Ausgangskomponenten Ablauf zur Ableitung der Reaktionsprodukte Verbindungsflansch Verbindungsflansch Bodenplatte Wärmepaneel Wärmeaustauschvorrichtung Zulauf für das Wärmeaustauschmittel Kollektor für Wärmeaustauschmittel Kollektor für verdampftes Wärmeaustauschmittel Austrittsstutzen für das verdampfte Wärmeaustauschmittel Spülwasserkollektor / Kollektor für Spülflüssigkeit Spülwasseraustrittsstutzen / Austrittsstutzen für Spülflüssigkeit Katalysato rsch üttu ng Innere Tragstruktur (inneres Zentralrohr) Dichtung Stutzen für die Temperaturmesseinrichtung Temperaturmesseinrichtung Zentrale Achse Innerer Hohlraum Äußerer Hohlraum Äußere Tragstruktur Reaktionsraum Röhren für verdampften Wärmeträger Horizontale Verstrebungen Unterer Teil des Wärmepaneel (zylinderförmiger Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche) Oberer Teil des Wärmepaneels (vertikales Rohr) Mantelrohr (als Teil der Wärmeaustauschvorrichtung) Katalysatortisch Isotherme Zone Innere adiabatische Zone Äußere adiabatische Zone Winkel des spitzen unteren Teils des Wärmepaneels REFERENCE NUMBER: Lower part of the body Upper part of the body Inlet for supplying the starting components Process for discharging the reaction products Connecting flange Connecting flange Bottom plate Heat panel Heat exchange device Heat exchanger inlet Collector for heat exchange medium Collector for vaporized heat exchange medium Evacuated heat exchange medium outlet Flushing water collector / flushing water collector Flushing water outlet / outlet for Flushing Fluid Catalyst Transmission Inner Support Structure (Inner Central Tube) Seal Socket for Temperature Transmitter Temperature Transducer Central Axle Internal Cavity Outer Cavity External Support Structure Reaction Cavities Tubes for Evaporated Heat Transfer Horizontal Struts Lower part of the heat panel (cylindrical hollow body with wedge-shaped base) Upper part of the heat panel (vertical tube ) Jacket ear (as part of the heat exchange device) Catalyst table Isothermal zone Inner adiabatic zone Outer adiabatic zone Angle of the pointed lower part of the heat panel

Claims

Patentansprüche claims
1. Konverter zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen mit einem Korpus (1 , 2) mit mindestens einem Zulauf (3) für die Zuspeisung der Ausgangskomponenten und mindestens einem Ablauf (4) zur Ableitung der Reaktionsprodukte, wobei sich im unteren Teil (2) des Korpusses ein Reaktionsraum (25) befindet, der von einer inneren Tragstruktur (17) und einer äußeren Tragstruktur (24) begrenzt wird, wobei im Reaktionsraum (25) mehrere Wärmepaneele (8) angeordnet sind, wobei sich innerhalb der inneren Tragstruktur (17) ein innerer Hohlraum (22) befindet, wobei der Zulauf (3) so angeordnet ist, dass die Ausgangskomponenten durch die äußere Tragstruktur (24) in den Reaktionsraum (25) strömen, und der Ablauf (4) mit dem inneren Hohlraum (22) verbunden ist, der untere Teil (28) jedes Wärmepaneels (8) im unteren Teil (2) des Korpusses eine keilförmige Form aufweist, wobei jeweils der spitze Teil zur zentralen Achse (21 ) des Korpusses gerichtet ist und wobei der obere Teil (29) jedes Wärmepaneels aus dem Reaktionsraum (25) in den oberen (2) Teil des Korpusses herausragt und dort mit einer Wärmeaustauschvorrichtung (9) in Wirkverbindung steht, wobei der obere Teil (29) jedes Wärmepaneels (8) jeweils mit dem unteren Teil (28) der Wärmepaneele (8) verbunden ist, so dass im unteren Teil (28) verdampfter Wärmeträger in den oberen Teil (29) aufsteigen und kondensierter Wärmeträger aus dem oberen Teil (29) in den unteren Teil (28) zurückfließen kann.1. converter for carrying out exothermic catalytic reactions with a body (1, 2) having at least one inlet (3) for the feed of the starting components and at least one outlet (4) for discharging the reaction products, wherein in the lower part (2) of the carcass a reaction space (25) bounded by an inner support structure (17) and an outer support structure (24), wherein in the reaction space (25) a plurality of heat panels (8) are arranged, wherein within the inner support structure (17) an inner Cavity (22) is located, wherein the inlet (3) is arranged so that the starting components through the outer support structure (24) into the reaction space (25) flow, and the outlet (4) is connected to the inner cavity (22), the lower part (28) of each heat panel (8) in the lower part (2) of the carcass has a wedge-shaped shape, wherein each of the pointed part is directed to the central axis (21) of the carcass and wherein the upper part (29) each of the heat panel projects out of the reaction space (25) into the upper (2) part of the body and is operatively connected to a heat exchange device (9), the upper part (29) of each heat panel (8) being respectively connected to the lower part (28). the heat panels (8) is connected, so that in the lower part (28) vaporized heat carrier in the upper part (29) rise and condensed heat transfer medium from the upper part (29) in the lower part (28) can flow back.
2. Konverter gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der spitze, zur zentralen Achse (21 ) des Korpusses gerichtete, untere Teil des Wärmepaneels (8) einen Winkel (35) von 1 ,5° bis 18° formt.2. Converter according to claim 1, characterized in that the pointed, directed to the central axis (21) of the body, lower part of the heat panel (8) forms an angle (35) of 1, 5 ° to 18 °.
3. Konverter gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche im Reaktionsraum (25) zum Katalysatorvolumen 10 bis 250 m2/m3 beträgt.3. Converter according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the heat exchange surface in the reaction space (25) to the catalyst volume is 10 to 250 m 2 / m 3 .
4. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorbett eine äußere adiabatische Zone (34) enthält, welche sich zwischen dem Rand der Wärmepaneele (8) und der äußeren Tragstruktur (24) befindet, wobei das Katalysatorvolumen in der äußeren adiabatischen Zone (34) nicht 30% des Gesamtvolumens des Katalysators (16) überschreitet.4. Converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the catalyst bed contains an outer adiabatic zone (34) which is located between the edge of the heat panel (8) and the outer support structure (24), wherein the catalyst volume in the outer adiabatic zone (34) does not exceed 30% of the total volume of the catalyst (16).
5. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorbett eine innere adiabatische Zone (33) enthält, welche sich zwischen der inneren Tragstruktur (17) und den Wärmepaneelen (8) befindet, wobei das Katalysatorvolumen in der inneren adiabatischen Zone (33) nicht 30 % des Gesamtvolumens des Katalysators (16) überschreitet.5. Converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the catalyst bed contains an inner adiabatic zone (33) which extends between the inner support structure (17) and the heat panels (8), wherein the catalyst volume in the inner adiabatic zone (33) does not exceed 30% of the total volume of the catalyst (16).
6. Konverter gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens 55 %, bevorzugt nicht weniger als 65 %, des Katalysatorvolumens zwischen den Wärmepaneelen befinden.6. Converter according to claim 4 or 5, characterized in that there are at least 55%, preferably not less than 65%, of the catalyst volume between the heat panels.
7. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschvorrichtung (9) sich im oberen Teil (2) des Korpus befindet und mit einzelnen, mehreren oder allen Wärmepaneelen (8) in Kontakt steht.7. Converter according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat exchange device (9) is in the upper part (2) of the body and with individual, several or all heat panels (8) is in contact.
8. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Tragstruktur (17) einen Durchmesser aufweist, der es dem Bedienpersonal gestattet, Zugang zu einem beliebigen Ort im Reaktionsraum und zur Oberfläche der Paneele (8) zu haben.8. Converter according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inner support structure (17) has a diameter which allows the operator to have access to any location in the reaction space and the surface of the panels (8).
9. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschvorrichtung (9), insbesondere bei der Verwendung eines verdampfbaren Wärmeaustauschmittels, im unteren Bereich eine Spülöffnung aufweist.9. Converter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the heat exchange device (9), in particular when using a vaporizable heat exchange means, in the lower region has a flushing opening.
10. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Nutzung einer Mehrzahl von Wärmeaustauschvorrichtungen (9) der obere Teil des Korpus einen Kollektor für das Wärmeaustauschmittel (1 1 ), einen Kollektor für das verdampfte Wärmeaustauschmittel (12) und einen Kollektor für Spülflüssigkeit (14) enthält, wobei der Konverter eine Füllstandskontrolle für das Wärmeaustauschmittel aufweist, die bevorzugt außerhalb des Konverters in Höhe des oberen Teils (2) des Korpus angeordnet ist. 10. Converter according to one of claims 1 to 9, characterized in that when using a plurality of heat exchange devices (9) of the upper part of the body a collector for the heat exchange means (1 1), a collector for the evaporated heat exchange means (12) and a collector for flushing liquid (14), wherein the converter has a level control for the heat exchange means, which is preferably arranged outside the converter at the level of the upper part (2) of the body.
1 1. Verwendung eines Wärmepaneels, welches innen hohl ist und folgende Bestandteile aufweist: a.) einen unteren Teil (28), der als Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche (28) ausgebildet ist, dessen seitliche Oberflächen als Wärmeaustauschflächen ausgebildet sind, b.) einen oberen Teil (29), der als Rohr ausgebildet ist und mit einer Wärmeaustauschvorrichtung in Wirkverbindung steht oder in Wirkverbindung gebracht werden kann, wobei das Rohr des oberen Teils (29) mit der oberen Grundfläche des unteren Teils (28) verbunden ist, so dass im unteren Teil (28) verdampfter Wärmeträger in das Rohr aufsteigen kann und kondensierter Wärmeträger aus dem Rohr in den unteren Teil (28) zurückfließen kann in einem Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 10.1 1. Use of a heat panel, which is hollow inside and comprising the following components: a.) A lower part (28) which is formed as a hollow body with a wedge-shaped base surface (28) whose lateral surfaces are formed as heat exchange surfaces, b.) A upper part (29), which is formed as a tube and is in operative connection with a heat exchange device or can be brought into operative connection, wherein the tube of the upper part (29) is connected to the upper base of the lower part (28), so that in Bottom part (28) vaporized heat carrier can rise into the tube and condensed heat carrier from the tube in the lower part (28) can flow back in a converter according to one of claims 1 to 10.
12. Verwendung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil Einbauten (27) enthält, die so ausgebildet sind, dass der zurückfließende kondensierte Wärmeträger an der Innenwand des Wärmepaneels nach unten fließt. 12. Use according to claim 1 1, characterized in that the lower part contains internals (27) which are formed so that the refluxing condensed heat transfer medium flows on the inner wall of the heat panel down.
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