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Röhrenelement zum Umsetzen von Kohlenwasserstoffen mit
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Wasserdampf an einem indirekt beheizten Katalysator Die Erfindung
bezieht sich auf ein Röhrenelement zum Umsetzen von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf
an einem indirekt beheizten Katalysator, das aus einem am unteren Ende geschlossenen
Außenrohr und einem oder mehreren Innenrohren besteht, die in der Nähe des geschlossenen
Endes des Außenrohres offen sind, wobei der mit dem Verteiler in Verbindung stehende
Raum zwischen den Innenrohren, die mit dem Sammler verbunden sind, und dem Außenrohr
mit Katalysatormasse gefüllt ist.
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Derartige Röhrenelemente gehören zum Stande der Technik.
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Bei einem Röhrenelement gemäß dem deutschen Patent 1 901 758 ist vorgesehen,
daß das Innenrohr praktisch über seine ganze Länge wendel- oder wellenförmig gebogen
ist und in der Nähe des geschlossenen Endes des Außenrohres durch einen Katalysatorstützrost
in einen katalysatorfreien Raum ragt. Die DAS 2 405 606 beschreibt ein Röhrenelement
mit zwei sich gegenseitig umschlingenden Innenrohren, die von einem gemeinsamen
Ieitungsstutzen ausgehen.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, den Platzbedarf
der bekannten Röhrenelemente zu verringern und ihren Aufbau sowie die Auswechselbarkeit
einzelner Teile und deren ftberprüfung zu vereinfachen.
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Bei einem Röhrenelement der eingangs beschriebenen Art besteht die
Erfindung darin, daß der Kopf des Röhrenelementes zwei voneinander getrennte Kammern
enthält, wobei die eine Kammer mit den oben offenen Enden der Innenrohre verbunden
ist, während die andere Kammer mit dem Raum in Verbindung steht, in dem die Katalysator-
masse
angeordnet ist und daß die erstgenannte Kammer an den Sammler und die andere Kammer
an den Verteiler über äe eine Rohrwendel angeschlossen ist.
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Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Außenmantel
in ein erweitertes Kopfteil übergeht, in das ein zylindrisches Anschlußstück mit
einem mittleren, oben verschlossenen Rohr eingesetzt ist und daß im unteren Abschnitt
des Anschlußstückes durch zwei im Abstand voneinander angeordnete, das mittlere
Rohr umgebende Platten und radial verlaufende Trennwände zwei Kammern unterschiedlicher
Größe gebildet sind, wobei in die Bodenplatte der größeren Kammer die Innenrohre
münden, während die kleinere Kammer über eine in ihrem Bereich ausgesparte Öffnung
in der Bodenplatte mit dem Katalysatorraum in Verbindung steht und in der die Kammern
nach oben verschließenden Platte im Bereich der größeren Kammer die zum Sammler
und im Bereich der kleineren Kammer die zum Verteiler führende Rohrwendel endet.
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Bei einer zweiten Ausführungsform besteht die Erfindung darin, daß
in den Außenmantel am Kopf des Elementes eine Bodenplatte eingesetzt ist, in der
mittig ein sich nach oben erstreckendes Rohr kleineren Durchmessers mündet, das
an seinem oberen Ende verschlossen ist und dessen untere Öffnung mit dem Katalysatorraum
in Verbindung steht, während in seinem mittleren Abschnitt die zum Verteiler führende
Rohrwendel mündet, und daß der Außenmantel des Elementes sich von der Bodenplatte
ab nach oben zu verjüngt und mit dem Mantel des Rohres verbunden ist, wobei eine
Kammer gebildet wird, in der die Rohrwendel mündet, die zum Sammler führt, während
die Innenrohre durch in der Bodenplatte befindliche Öffnungen in die Kammer münden.
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Die Vorteile derartig ausgebildeter Röhrenelemente sind insbesondere
darin zu sehen, daß die Innenrohre zusammen mit dem Kopf des Elementes durch einfaches
Lösen von Schweißnähten aus dem Außenrohr herausgezogen werden können. Es besteht
ferner die flöglichkeit, durch Entfernen der Verschlußkappe der Rohre mit dem kleineren
Durchmesser die Katalysatormasse zu entfernen, so daß es für einen Katalysatorwechsel
nicht notwendig ist, Anschlußleitungen abzutrennen. Ferner besteht die Möglichkeit,
Druck- und Dichtigkeitsprüfungen in einfacher Weise vorzunehmen und die einzelnen
Röhrenelemente auszuwechseln.
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Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Röhrenelement, Figur 1a einen Querschnitt
nach der Linie A-B der Figur 1 und Figur 2 einen Längsschnitt durch eine zweite
Ausführungsform eines Röhrenelementes.
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Das auf Figur 1 dargestellte öhrenelment ist neben anderen, in gleicher
Weise ausgebildeten Elementen in einer Rohrplatte 14 angeordnet. Es besteht aus
einem Außenrohr 1, das am oberen Ende in einen erweiterten Abschnitt übergeht, in
den ein zylindrisches Anschlußteil 5 eingesetzt ist, das nach unten zu mit einer
Bodenplatte 3 verschlossen ist. In die Bodenplatte ist zentral ein oben mit einer
Kappe 11 verschlossenes, äedoch nach unten offenes Rohr 10 eingesetzt. Durch eine
weitere, im Abstand von der Bodenplatte angeordnete Platte 4 wird im unteren Abschnitt
des zylindrischen
Anschlußstückes ein abgeschlossener Hohlraum gebildet,
der durch radial verlaufende Trennwände 6 (Figur 1a) in eine größere Kammer 7a und
eine kleinere Kammer 7b unterteilt ist. Die Bodenplatte 3 ist im Bereich der kleineren
Kammer 7b ausgespart, so daß diese mit dem mit der Katalysatormasse gefüllten Raum
15 des Röhrenelementes in Verbindung steht.
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Die Innenrohre 2 sind im Bereich der Kammer 7a dicht in die Bodenplatte
3 eingesetzt und erstrecken sich bis in die Nähe des unteren Endes des Außenmantels.
Sie sind durch einen Katalysatorstützrost 17 geführt, auf dem die Katalysatormasse
ruht, wobei unter dem Rost ein Umkehrraum freibleibt. Oberhalb der Platte 4 sind
zwei gewendelte Rohre 8 und 9 innerhalb des zylindrischen Anschlußstückes angeordnet.
Das Rohr 9 kommt von dem nicht dargestellten Verteiler und mündet in die Kammer
7b, während das andere Rohr 8 in die Kammer 7a geführt ist und diese mit dem ebenfalls
nicht dargestellten Sammler verbindet.
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Die Aufhängung des Röhrenelementes in der Rohrplatte 14 erfolgt mittels
eines ringförmigen Tragelementes 12, das einerseits an das Röhrenelement angeschweißt
ist und andererseits ebenfalls durch Schweißen mit einem ringförmigen Gegenstück
13 verbunden ist, das an der Rohrplatte 14 befestigt ist. Als Abstandshalter werden
um die Innenrohre Distanzringe 16 gelegt, die an jedes zweite Innenrohr angeschweißt
werden, um das Dehnverhalten nicht negativ zu beeinflussen. Die Innenrohre können
sich, da sie nur durch den Katalysatorstützrost gesteckt sind, ungehindert dehnen.
Das Einfädeln der Innenrohre in den Stützrost kann dadurch erleichtert werden, daß
die darin vorgesehenen Löcher konisch ausgebildet sind. Es besteht auch die Möglichkeit,
den
Stützrost an die Innenrohre anzuhängen; zu diesem Zweck sind
die Rohre an ihren Enden mit Verdickungen, z.B Scheiben, versehen, auf denen der
Stützrost aufliegt.
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Bei einer Inspektion wird der Stützrost zusammen mit den Innenrohren
aus dem Außenrohr herausgezogen und das Einfädeln der Innenrohre in den Stützrost
außerhalb des Außenrohres vorgenommen.
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Das auf Figur 2 dargestellte Röhrenelement unterscheidet sich von
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform lediglich durch die Ausbildung des
Kopfes. Oberhalb des Austrittes aus der Rohrplatte 14 ist in das Röhrenelement eine
Bodenplatte 20 mit einer mittleren Öffnung eingesetzt. In dieser Öffnung endet ein
dem Rohr 10 entsprechendes Rohr 18, das nach oben zu mit einer Kappe 19 verschlossen
ist. Etwa auf der Hälfte der Länge des Rohres 18 mündet die vom Verteiler kommende
Rohrwendel 9.
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Der Außenmantel des Röhrenelementes ist oberhalb der Bodenplatte 20
konisch verjüngt und unter Bildung einer Kammer bis an das Rohr 18 herangeführt
und mit diesem dicht verbunden. In die Kammer mündet die zum Sammler führende Rohrwendel
8. Andererseits erstrecken sich die Innenrohre 2 durch die Bodenplatte in diese
Kammer.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das Einsatzgasgemisch wird über
die Rohrwendel 9 in den Katalysatorraum geleitet, in dem die chemische Umsetzung
stattfindet. Die Rückführung des umgewandelten Gasgemisches erfolgt über die Innenrohre
2, in die die Gase am unteren Ende des Röhrenelementes eintreten, sowie über die
Rohrwendel 8 zum Sammler.
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Bei der auf Figur 1 dargestellten Ausführungsform tritt das Einsatzgasgemisch
zunächst in die kleinere Kammer 7b
ein und gelangt beim Austritt
aus den Innenrohren 2 in die Kammer 7a und von dort in die Rohrwendel 8.
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Bei der auf Figur 2 dargestellten Ausführungsform tritt das Einsatzgasgemisch
aus der Rohrwendel 9 in das praktisch eine Kammer bildende Rohr 18 ein, während
es beim Austritt aus den Innenrohren 2 die Kammer durchläuft, die zwischen dem Rohr
18 und dem sich konusförmig veråüngenden Außenmantel des örenelementes gebildet
wird und an die die Rohrwendel 8 angeschlossen ist.
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Anhand der Zeichnung werden nochmals die Vorteile des Anmeldungsgegenstandes
erläutert. Durch Lösen der Schweißnaht b zwischen dem ringförmigen Tragelement 12
und dem Gegenstück 13 besteht die Möglichkeit, jedes beliebige Röhrenelement zu
ziehen. Das Entfernen des Katalysators kann in der Weise vorgenommen werden, daß
zunächst die Schweißnaht a zwischen der Kappe 11 bzw. 19 und dem Rohr 10 bzw. 18
mit kleinerem Durchmesser entfernt wird. Mittels einer Absaugvorrichtung kann der
Katalysator entnommen und später wieder eingefüllt werden, ohne daß es notwendig
ist, irgendwelche Anschlußleitungen zum Verteiler oder Sammler zu trennen.
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Um Innenprüfungen vorzunehmen, wird im Falle der Ausführungsform gemäß
Figur 1 die Schweißnaht c gelöst, so daß das zylindrische Anschlußstück 5 zusammen
mit den Innenrohren entfernt werden kann. Der gesamte Innenquerschnitt des Röhrenelementes
liegt somit frei, so daß Druck- und Dichtigkeitsprüfungen vorgenommen werden können.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 wird zu diesem Zweck nach dem Absaugen des
Katalysators die Schweißnaht x getrennt. Auch in diesem Fall kann der Elementenkopf
zusammen mit den Innenrohren aus dem Außenrohr herausgezogen werden, um die notwendigen
Prü-
fungen vorzunehmen. Bei dieser Gelegenheit kann dann auch
eine Innenbesichtigung der Rohre erfolgen.
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Um Außenprüfungen vorzunehmen oder ein Röhrenelement auszuwechseln,
werden zunächst die vorstehend beschriebenen Trennungen vorgenommen. Zusätzlich
wird bei der auf Figur 1 dargestellten Ausführungsform die Schweißnaht x, und zwar
vom Rohrinneren her getrennt und der Kopf des Röhrenelementes entfernt. Bei beiden
Ausführungsformen liegt nunmehr, da der Elementenkopf fehlt, die Schweißnaht b frei,
nach deren Lösen das gesamte Röhrenelement entfernt bzw. gezogen werden kann, um
es außerhalb des Reaktors zu prüfen. Auf diese Weise kann auch ein beschädigtes
Röhrenelement durch ein neues ersetzt werden.
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Ein weiterer Vorteil des Röhrenelementes gemäß vorliegender Erfindung
ist darin zu sehen, daß infolge der um das Rohr mit kleinerem Durchmesser verlaufenden
Rohrwendeln keine Rücksicht auf das Dehnungsverhalten der Sammelleitungen genommen
werden muß. Die Wendeln nehmen die Dehnungen in radialer und axialer Richtung ohne
weiteres auf. Die an die Rohrwendeln angeschlossenen Leitungen bzw. Vorrichtungen
können daher starr verlegt werden.
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Dehnschleifen und dergleichen entfallen, so daß sich eine geringe
Bauhöhe des Oberteils des Reaktors ergibt.
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Die gewünschte Wärmeaustauschfläche läßt sich durch eine entsprechende
Auswahl der Austauscherrohre sowie deren Anzahl und Größe variieren. Das in den
Innenrohren zurückströmende, umgewandelte, aufgeheizte Gas wird durch das wesentlich
kältere Einsatzgas zurückgekühlt. Durch diese Art des Durchflusses wird einerseits
für eine geringe Dehnung der Anschlußleitungen gesorgt; andererseits können hierfür
Materialien mit geringerer Qualität verwendet werden.