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DE1667187B2 - Hochdruckreaktor mit katalysatorschichten fuer exotherme katalytische reaktionen - Google Patents

Hochdruckreaktor mit katalysatorschichten fuer exotherme katalytische reaktionen

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DE1667187B2
DE1667187B2 DE19671667187 DE1667187A DE1667187B2 DE 1667187 B2 DE1667187 B2 DE 1667187B2 DE 19671667187 DE19671667187 DE 19671667187 DE 1667187 A DE1667187 A DE 1667187A DE 1667187 B2 DE1667187 B2 DE 1667187B2
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Description

Die Erfindung betrifft einen Hochdruckreaktor mit Katalysatorschichten für exotherme katalytische Reaktionen mit einem unterteilten, mittig im Reaktor angeordneten Rohrbündelverdampfer als Kühler.
Solche Hochdruckreaktoren werden bevorzugt für die Synthese von Ammoniak oder Methanol verwendet.
Es ist bereits ein Hochdruckreaktor bekannt, bei welchem ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch unter Iiohem Druck durch einen Wärmetauscher geht, der im unteren Teil der Kolonne angeordnet ist. Das Gasgemisch wird dann in einem Mantelraum in dem Hochdruckreaktor nach oben geführt, von wo aus es fiber verschiedene Katalysatorschichten nach unten strömt, um als katalysiertes Gas seine Wärme in dem Wärmetauscher im Gegenstroni an das zugeführte Gasgemisch abzugeben. Zwischen den einzelnen Katalysatorschichten sind dabei von Flüssigkeit durchströmte Rohre so angeordnet, daß der Kreislauf der Kühlflüssigkeit nach dem Thermosiphonprinzip vor sich geht (deutsche Auslegeschrift 1 009 602).
Für die Ammoniaksynthese ist weiterhin ein Hochdruckreaktor bekannt, in dem drei Wärmetauscher koaxial angeordnet sind, wobei die Synthesegase entsprechend in diese Wärmetauscher geführt werden. Dabei ist der mittig im Reaktor angeordnete, der Kühlung dienende Wärmetauscher ein unterteilter Rohrbündelverdampfer (The industrial Chemist, 36, 1960, S. 63).
Zu den bekannten Bauarten von Rohrbündel-Wärmetauschern gehören auch solche, bei denen der Rohrbündelverdampfer in Längsrichtung in zwei Hälften unterteilt ist (VDI-Wärmeatlas, 1953, Bl. Pa 31. Die vorstehend beschriebenen, bekannten Hochdruckreaktoren haben jedoch den Nachteil, daß der Anteil an nicht rückgewinnbarer Wärme relativ groß ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Hochdruckreaktor der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei hohen Produktmengenströmen eine sehr hohe Wärmerückgewinnung in Form von Dampf hoher Temperatur und von hohem Druck aufweist.
Diese Aufgabe wird mit dem Hochdruckreaktor der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Rohrbündelverdampfer in an sich bekannter Weise in Längsrichtung in zwei Hälften unterteilt und in einem ebenfalls in zwei Hälften unterteilten Behälter so auv· gebildet und angeordnet ist, daß die erste Katalysatorschicht an der Äbströmseite mit der einen Hälfte des Rohrbündelverdampfers in direkter Verbindung steht. ebenso der Ausgang der ersten Verdampferhälfte übe: einen Ringraum mit der Eingangsseite der zweiten.
Katalysatorschicht ιιηά daß die zweite Hälfte de-. Rohrbündelverdampfers ir entsprechender Weise zwischen die zweite und die dritte Katalysatorschich; geschaltet ist.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß durch diedirekte Erzeugung von Dampf sehr hoher Temperatur bei einem Druck von beispielsweise 150 kg/cm2 ein extrem guter Wärmehaushalt verwirklicht wird.
Zweckmäßigerweise ist der Rohrbündelverdampfer mit seiner Rohrplatte auf der Reaktorhaube herausziehbar befestigt.
Eine günstige Anordnung erhält man dann, wenn die erste Katalysatorschicht zwischen der im Reaktor obenliegenden zweiten Katalysatorschicht und der im Reaktor untenliegenden dritten Katalysatorschicht angeordnet ist.
Eine besonders günstige Regulierung der Kühlwirkung des Rohrbündelverdampfers erhält man dann, wenn zu dem Rohrbündelverdampfer eine Umgehungsleitung mit einem Drosselventil parallel geschaltet ist.
An Hand der Zeichnung wird eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung näher erläutert, wobei der Hochdruckreaktor im Axialschnitt schematisch gezeigt ist.
Das Synthesegasgemisch tritt durch den Einlaß 1 in den oberen Teil des Reaktors ein und strömt in dem Zwischenraum 2 zwischen dem inneren Aufbau des Reaktors und dem Druckmantel 3 nach unten, wo es in die Röhren des Wärmetauschers 4 eintritt. Dadurch werden der obere Teil des Reaktors, in dem alle Absperr- und Beipaßventile angeordnet sind, sowie die Innenwand des Druckmantels kontinuierlich gekühlt. Nach der Vorwärmung in dem Wärmetauscher 4 strömt das Synthesegas nach oben durch die erste Katalysatorschicht 5 und dann durch die erste Hälfte des Rohrbündelverdampfers 6, wo es sich abkühlt. Über einen Ringraum 7 strömt das Gas dann zur zweiten Katalysatorschicht 8 und anschließend durch die zweite Hälfte des Rohrbündelverdampfers 6, wo
wiederum eine Rückkühlung erfolgt. Anschließend wird das Gas durch die dritte Katalysatorschicht 9 geführt. Nach dem Durchgang durch diese Katalysatorschicht 9 strömen die heißen Reaktionsgase am Außen-
ίί
mantel des Wärmetauschers 4 nach oben und dann außenseitig um die Rohre dieses Wärmetauschers 4 nach unten, wo sie den Reaktor am Auslaß 10 verlassen.
Der Hochdruckreaktor hat zwei Einsätze, wobei der obere Einsatz aus der ersten und der zweiten Katalysatorschicht sowie dem Mantel 11 des Rohrbündeiverdampfers 6 besteht, während der untere Einsatz die dritte Katalysatorschicht 9 und den Wärmetauscher 4 umfaßt. Der Rohrbündelverdampfer 6 ist an der Rohrplatte 13 der Reaktorhaube 12 befestigt. so daß er mit der Rohrplatte 13 einfach aus dem Reaktor herausgenommen werden kann, ohne daß die Reaktorhaube 12 abgenommen werden muß.
Der Rohrbündelverdampfer 6 hat einen Mantel 11 sowie eine Zwischenwand, die ihn in Hälften in Längsrichtung unterteilt. Die Zuströmseite des Rohrbündelverdampfers 6 ist durch den Pfeil 15, die Abströmseite durch den Pfeil 16 gekennzeichnet. Weiterhin ist ein von außen betätigbares Drosselventil 14 in einer zum Rohrbündelverdampfer oparallelgeschaitetenUmgehungsleitung angeordnet.
Durch den bei dem erfindungsgemäßen Hochdruckreaktor vorgegebenen Strömungsweg der Gase wird eine einfache und sichere Temperaturregelung zwischen den Katalysatorschichten erreicht, gleichzeitig erhält man Dampf von sehr hoher Temperatur bei hohem Druck, der zu einer hohen Ausnutzung der Reaktionswärme beiträgt. Außerdem kann der Rohrbündelverdampfer mit freier oder Zwangskonvektion arbeiten.
Eine weitere Regeiungsmöglichkeit ist durch den Einlaß 17 für die Zuführung von Gas in den Innenraum des Wärmetauschers 4 möglich.
An Hand des nachstehenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert.
B e i s ρ i e !
Der im folgenden beschriebene Hochdruckreaktor ist für eine Leistung von 1000 t NH., pro Tag ausgelegt. In der nachstehenden Übersicht sind die Temperatur und der NH:i-Gehalt der Reaktionsgase an verschiedenen Stellen des Reaktors aufgeführt.
Temperatur NH3-GeM;
(C) (Molprozent)
ίο
Reaktoreincans 		50 2.1
Eingang erste
Katalysatorschicht 400 2.1
Ausgang erste
i5 Katalysatorschicht 526 10.4
Eingang zweite
Katalysatorschicht 433 10.4
Ausgang zweite
Katalysatorschicht JO1· 15.4
jo Eingang dritte
Katalysatorschicht 415 15.4
Ausgang dritte
Kiualysatorschicht 452 18.2
Reaktorausaans» 96 18,2
Der Arbeitsdruck im Reaktor beträgt 270 at. DeGehalt an inerten Substanzen am Reaktoreintritt si nc' 10 Molprozent, der Volumenstrom liegt bei 13000 η irr/ hm3. Die Katalysatormasse ist so verteilt, daß die erste Schicht 20%, die zweite Schicht 36% und die dritte Schicht 42% enthält. Bei einem Innendurchmesser von 2,2 m und einer freien Innenhöhe von 16,5 m des Druckmantels läßt sich mit dem Hochdruckreaktor in einer Leistung von 1000 t/Tag gesättigter Dampf von 130 ata erzeugen, vobei die zurückgewonnene Wärme 580 000 kcal/l NHS beträgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Hochdruckreaktor mit Katalysitorschichten für exotherme katalytische Reaktionen mit einem unterteilten, mittig im Reaktor angeordneten RoItbündelverdampfer als Kühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrbündelverüainpfer(6) H an sich bekannter Weise in Längsrichtung in zwi Hälften unterteilt und in einem ebenfalls in zwei Hälften unterteilten Behälter (111 so ausgebildet und angeordnet ist. daß die erste Katalysatorschicht (5) an der Abströmseite mit der einen Hälfte des Rohrbündelverdampfers (6) in direkter Verbindung steht, ebenso der Ausgang der ersten Verdampferhälfte über einen Ringraum (7) mit der Eingangsseite der zweiten Katalysatorschicht (8) und daß die zweite Hälfte des Rohrbündelverdampie^s (6) in entsprechender Weise zwischen die zweite (8) und die dritte Katalysatorschicht (9) geschaltet ist.
2. Hochdruckreaktor nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kohrbündelverdampfer (6) mit seiner Rohrplatte (13) auf der Reaktorhaube (12) herausziehbar befestigt ist.
3. Hochdruckreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Katalysatorschicht (5) zwischen der im Reaktor obenliegenden zweiten KatalysatorFchicht (8) und der im Reaktor untenliegenden dritten Katalysatorschicht (9) angeordnet ist.
4. Hochdruckreaktor nacn Einern der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dem Rohrbündelverdampfer (6) parallel geschaltete Umgehungsleitung mit Drosselventil (14).
DE1667187A 1966-10-18 1967-10-12 Hochdruckreaktor mit Katalysatorschich ten fur exotherme katalytische Reaktionen Expired DE1667187C3 (de)

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