DE574063C

DE574063C - Ammonia pressure synthesis

Info

Publication number: DE574063C
Application number: DEN29355D
Authority: DE
Original assignee: NITROGEN ENGINEERING CORP
Current assignee: NITROGEN ENGINEERING CORP
Priority date: 1928-09-30
Filing date: 1928-09-30
Publication date: 1933-04-08

Description

Ammoniakdrücksynthese Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, bei dem eine Stickstoff-Wasserstoff-Mischung unter hohem Druck und hoher Temperatur zunächst in indirekter Wärmeaustauschberührung an dem Katalysator entlang geführt und dann in unmittelbare Reaktionsberührung mit dem Katalysator gebracht wird.Ammonia Pressure Synthesis The invention relates to a method of production of ammonia, which is a nitrogen-hydrogen mixture under high pressure and high temperature initially in indirect heat exchange contact with the catalyst guided along and then in direct reaction contact with the catalyst is brought.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Zweck der Erfindung ist eine Temperaturregelung des Katalysators, derart, daß die Temperatur auf ihrem Bestwert erhalten wird. Hierfür ist schon vorgeschlagen worden, die Gasmischung durch paarweise im Katalysator angeordnete Rohre hindurchzuleiten, wobei ein Rohr jedes Paares innerhalb des anderen Rohres angeordnet ist und das Gas zuerst durch das innere Rohr und dann nach Richtungsumkehr durch das äußere Rohr, darauf nach nochmaliger Richtungsumkehr in unmittelbarer Berührung mit dem Katalysator geführt wird.The invention also provides a device for exercising the Procedure. The purpose of the invention is to regulate the temperature of the catalytic converter in such a way that that the temperature is maintained at its best. This has already been suggested to pass the gas mixture through pipes arranged in pairs in the catalyst, one tube of each pair being disposed within the other tube, and that Gas first through the inner tube and then, after reversing direction, through the outer one Tube, then after another reversal of direction in direct contact with the Catalyst is performed.

Gemäß einem anderen Vorschlag soll die Gasmischung durch doppelt U-förmig gebogene Rohre in mittelbarer Berührung mit dem Katalysator durch diesen geführt und dann in unmittelbarer Berührung umgekehrt zur Richtung des durch das letzte Rohrstück fließenden Gasstromes durch den Katalysator geleitet werden.According to another proposal, the gas mixture should be double-U-shaped bent tubes in indirect contact with the catalyst passed through this and then in direct contact reverse to the direction of the through the last Pipe piece flowing gas stream are passed through the catalyst.

Eine gleichmäßige Temperatur des Katalysators läßt sich mit keinem dieser Verfahren erzielen, weil bei dem ersteren das in mittelbarer Berührung mit dem Katalysator stehende Gas im Gegenstrom zu dem mit dem Katalysator in unmittelbarer Berührung stehenden Gas geführt wird und beim zweiten Verfahren teils Gegenstrom, teils Gleichstrom angewendet ist.A constant temperature of the catalyst cannot be achieved with any achieve this process, because in the case of the former it is in indirect contact with the catalyst standing gas in countercurrent to that with the catalyst in the immediate vicinity Contact with standing gas is guided and in the second method partly countercurrent, partly direct current is used.

Die schädliche Wirkung des Gegenstroms besteht im vorliegenden Falle darin, daß der Teil des Katalysators, der der Eintrittsstelle der Gase in dem Katalysator zunächst liegt und in Wärmeaustauschberührung mit den bereits erwärmten Gasen steht, nicht ausreichend gekühlt und daher zu heiß wird, während der der Austrittsstelle der Gase benachbarte Teil des Katalysators unter den Bestwert abgekühlt und somit kein Teil des Katalysators auf dem Temperaturbestwert gehalten wird. ` Erfindungsgemäß werden die Gase zunächst in nur mittelbarer Berührung mit dem Katalysator durch diesen in einer Richtung hindurchgeleitet und dann in unmittelbarer Berührung mit dem Katalysator in der gleichen Richtung weitergeführt.The harmful effect of the countercurrent exists in the present case in that the part of the catalyst which is the point of entry of the gases in the catalyst initially lies and is in heat exchange contact with the already heated gases, not adequately cooled and therefore too hot during the exit point the part of the catalyst adjacent to the gases is cooled below the optimum value and thus no part of the catalyst is kept at the optimum temperature. `According to the invention the gases are initially in only indirect contact with the catalyst this passed in one direction and then in direct contact with the catalyst continued in the same direction.

Zweckmäßig werden die einströmenden Gasmengen, die, bevor sie den Katalysator durchströmen, in an sich bekannter Weise vollständig um den Katalysator herumgeführt werden, ebenfalls in derselben Richtung um den Katalysator geleitet, in der sie später durch ihn hindurchgehen.Appropriately, the inflowing amounts of gas that before they Flow through the catalyst, in a manner known per se, completely around the catalyst are led around, also in the same direction around the catalytic converter, in which they later go through him.

Um den Temperaturbestwert zu erreichen, empfiehlt es sich, das Gas vor seinem Eintritt in den Hauptteil der katalytischen Masse durch einen abgetrennten kleinen, die Reaktion nur einleitenden Teil des Katalysators zu führen. Auf diese Weise wärmen sich die Gase im wesentlichen nur vor und gehen in einem reaktionsbereiten Zustand über, ehe sie in den Hauptteil des Katalysators strömen.To achieve the best temperature, it is advisable to use the gas before it enters the main part of the catalytic mass by a separated small part of the catalyst which only initiates the reaction respectively. In this way, the gases essentially just preheat and go in a reactive state before entering the main body of the catalyst stream.

Bei der zur Ausübung des Verfahrens benutzten Vorrichtung wird das Gas durch einen Wärmeaustauschapparat bekannter Art geführt. Das Merkmal der Vorrichtung nach der Erfindung liegt in einer Umgehungsleitung im Wärmeaustauscher, die die Temperatur des dem Katalysator zuströmenden Gases dadurch zu regeln ermöglicht, daß die Gasmenge oder ein Teil davon ohne Wärmeaustausch durch den Wärmeaustauscher geleitet werden kann.In the case of the device used to carry out the procedure, the Gas passed through a heat exchange apparatus of known type. The feature of the device according to the invention lies in a bypass line in the heat exchanger, which the Allows to regulate the temperature of the gas flowing into the catalyst, that the amount of gas or part of it without heat exchange through the heat exchanger can be directed.

Auf der Zeichnung sind drei verschiedene Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben.The drawing shows three different devices for execution of the method according to the invention.

Bei der Vorrichtung gemäß Abb. i, die einen senkrechten Mittelschnitt darstellt, strömt die Stickstoff-Wasserstoff-Mischung unter geeignetem Druck und der erforderlichen Temperatur durch das Rohr i in einen Verteilungsraum 2, der in dem Behälter 3 für den Katalysator angeordnet ist. Vom Raum 2 fließt das Gas durch eine Anzahl Röhren 4 abwärts zu einem Sammelraum 5. Die Röhren 4 sind in der katalytischen Masse angeordnet. Vom Raum 5 gelangt das Gas durch eine in der Mitte angeordnete Rohrleitung 6 zum oberen Teil des Katalysators und strömt dann in unmittelbarer Berührung mit dem Katalysator durch diesen abwärts. In der Nähe des oberen Teiles, wo das in die Röhren 4 einfließende Gas am kältesten ist, wird eine große Menge Reaktionswärme frei und weiter unten, wo das Gas wärmer ist, eine kleinere Wärmemenge, so daß die Temperatur des Katalysators im wesentlichen auf einer gleichmäßigen Höhe erhalten bleibt. . Von dem Katalysator gelangen die Gase durch eine gelochte oder gitterförmig ausgebildete Wand 7 und verlassen die Vorrichtung durch das Rohr B.In the device according to Fig. I, which has a vertical center section represents, the nitrogen-hydrogen mixture flows under a suitable pressure and the required temperature through the pipe i into a distribution space 2, which is in the container 3 is arranged for the catalyst. The gas flows through from room 2 a number of tubes 4 down to a plenum 5. The tubes 4 are in the catalytic Mass arranged. From space 5, the gas passes through a central one Pipe 6 to the upper part of the catalyst and then flows in the immediate Contact with the catalyst through this downwards. Near the upper part, where the gas flowing into the tubes 4 is coldest, a large amount becomes Heat of reaction free and further down, where the gas is warmer, a smaller amount of heat, so that the temperature of the catalyst is essentially at a uniform level preserved. . The gases pass from the catalytic converter through a perforated or lattice-shaped wall 7 and leave the device through the pipe B.

Bei der in Abb.2 gezeigten Vorrichtung, die gleichfalls in einem senkrechten Schnitt dargestellt ist, werden die Gase durch die Leitung 9 einem Verteilungsraum io zugeführt, der einen@Teil eines Wärmeaustauschers bildet. Vom Raum io fließen die Gase durch eine Anzahl senkrechter Röhren i i: einem Sammelbehälter i2 zu und strömen von hier durch eine zweite Gruppe senkrechter Röhren 13. Letztere sind jeweils konzentrisch inner= halb einer anderen Gruppe von Röhren 14 untergebracht. Die Röhren 14 befinden sich in der katalytischen Masse 15. Das Gas strömt durch die Rohre 13 nach oben und von hier durch die Rohre 14 abwärts, wobei es nur mittelbar mit dem Katalysator i 5 in Berührung steht, so daß ein Wärmeaustausch- stattfindet. Durch die Röhren 14 fließt das Gas abwärts zu einem Sammelraum 16 und von hier durch eine verhältnismäßig weite Leitung 17, die durch den Katalysator geführt ist. Eine gelochte oder gitterförmig ausgebildete Wand 18 ist in der Nähe des unteren Anschlusses des Rohres 17 angeordnet. Auf der Wand 18 befindet sich eine kleine Menge i9 der katalytischen Masse, die dazu dient, durch die entwickelte Reaktionswärme die Temperatur des Gases noch weiter auf den Bestwert zu steigern, wobei jedoch die an diesem Punkte herrschende verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit die Bildung einer größeren Menge Ammoniak verhindert. Vom oberen Ende der Rohrleitung 17 strömt das Gas durch den Katalysator abwärts, gelangt durch eine gitterartige Wand 2o, die den Katalysator trägt, und fließt um die Röhren ii des Wärmeaustauschers, wobei es einen Teil seiner Wärme an -das einströmende Gas abgibt. Das Gas verläßt die Vorrichtung durch eine Rohrleitung 21.In the device shown in Fig.2, which is also in a vertical Section is shown, the gases through the line 9 to a distribution space io supplied, which forms part of a heat exchanger. Flow from room io the gases through a number of vertical tubes i i: to a collecting container i2 and flow from here through a second group of vertical tubes 13. The latter are each housed concentrically within another group of tubes 14. The tubes 14 are located in the catalytic mass 15. The gas flows through the tubes 13 upwards and from here through the tubes 14 downwards, it being only indirectly with the Catalyst i 5 is in contact, so that a heat exchange takes place. By the tubes 14, the gas flows down to a plenum 16 and from here through a relatively wide line 17 which is passed through the catalyst. One punched or lattice-shaped wall 18 is in the vicinity of the lower connection of the Tube 17 arranged. On the wall 18 there is a small amount 19 of the catalytic Mass that serves to increase the temperature of the gas through the heat of reaction developed to be increased even further to the best value, but with the one prevailing at this point relatively high speed prevents the formation of a large amount of ammonia. From the upper end of the pipe 17 the gas flows down through the catalyst, passes through a grid-like wall 2o, which carries the catalyst, and flows around the tubes ii of the heat exchanger, whereby some of its heat is transferred to the incoming Gives off gas. The gas leaves the device through a pipe 21.

Abb: 3 zeigt im .senkrechten Mittelschnitt eine andere Ausbildung der Vorrichtung, bei welcher der Behälter 3 für den Katalysator mit einem nach unten anschließenden zylindrischen Gehäuse 22 verbunden ist, welches in dem zylindrischen, druckfesten Außenbehälter 23 angeordnet ist. Der. Außenbehälter ist oben durch einen Deckel 24 und unten durch einen Boden 25 verschlossen. Durch eine im Deckel 24 vorhandene Einlaßöffnung 26 gelangt das Gas in die Vorrichtung, fließt um den Behälter 3 für den Katalysator und das Gehäuse 22 abwärts zu dem Boden des Außenbehälters 23 und durch eine Reihe senkrechter Rohre 27, die als Teil eines Wärmeaustauschers ausgebildet sind, aufwärts in den Sammelraum 28. Von hier gelangt es durch senkrechte Röhren 29, die konzentrisch innerhalb von im Katalysator 15 eingebetteten Röhren 3ö angeordnet sind, aufwärts und dann durch die Röhren 3o abwärts, wobei es in unmittelbarem Wärmeaustausch mit dem Katalysator 15 steht und so einen Teil der bei der Reaktion in dem Katalysator frei werdenden Wärmemenge aufnehmen kann. Aus den Röhren 30 fließt das Gas in einen Sammelbehälter 31 und von hier durch .eine verhältnismäßig weite, in der Mitte der Vorrichtung innerhalb des Katalysators 15 angeordnete Rohrleitung 32, um dann den Katalysator in unmittelbarer Berührung abwärts zu durchströmen. Darauf fließt es durch die den Katalysator 15 tragende gitterförmige Wand 2o abwärts um die Rohre 27 des Wärmeaustauschers und wird dabei durch Querwände 33 zu einer zickzackförmigen Bewegung gezwungen. Das Gas verläßt die Vorrichtung durch eine im Boden 25 angeordnete Auslaßöffnung 34- Eine Umgehungsleitung 35 ist innerhalb des Wärmeaustauschers angeordnet, so daß, wenn es erforderlich sein sollte, das Gas auch unmittelbar durch dieses Rohr 35 ausströmen kann, ohne um die Rohre 27 zu fließen.Fig. 3 shows a different embodiment of the device in a vertical middle section, in which the container 3 for the catalyst is connected to a cylindrical housing 22 which is connected at the bottom and which is arranged in the cylindrical, pressure-resistant outer container 23. Of the. The outer container is closed at the top by a cover 24 and at the bottom by a base 25. The gas enters the device through an inlet opening 26 in the cover 24, flows around the container 3 for the catalyst and the housing 22 down to the bottom of the outer container 23 and through a series of vertical tubes 27 which are designed as part of a heat exchanger, upwards into the collecting space 28. From here it passes through vertical tubes 29, which are arranged concentrically within tubes 3ö embedded in the catalyst 15 , upwards and then downwards through the tubes 3o, where it is in direct heat exchange with the catalyst 15 and so one Can absorb part of the amount of heat released during the reaction in the catalyst. From the tubes 30 the gas flows into a collecting container 31 and from here through .a relatively wide pipe 32 arranged in the middle of the device within the catalytic converter 15, in order to then flow downward through the catalytic converter in direct contact. It then flows through the lattice-shaped wall 2o carrying the catalytic converter 15 downwards around the tubes 27 of the heat exchanger and is thereby forced into a zigzag movement by transverse walls 33. The gas leaves the device through an outlet opening 34 arranged in the bottom 25 .

Bei den beschriebenen Vorrichtungen fließt das kältere Gas, welches einen Teil der durch den Katalysator erzeugten Reaktionswärme aufnehmen soll, in der gleichen Richtung wie das Gas, welches in unmittelbarer Berührung mit dem Katalysator steht, so daß es möglich ist, die gesamte katalytische Masse auf dem für das Größtausbringen an Ammoniak erforderlichen Temperaturbestwert zu erhalten.In the devices described, the colder gas flows, which to absorb part of the heat of reaction generated by the catalyst, in the same direction as the gas, which is in direct contact with the catalyst stands so that it is possible to have the entire catalytic mass on the for the greatest yield to obtain the best temperature value required for ammonia.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die gezeigten Ausführungsformen. So wird es beispielsweise manchmal vorzuziehen sein, statt das ausströmende Gas um die Rohre 27 des Wärrneaustauschers zu führen, es durch diese Rohre 27 abzuleiten und das kalt einfließende Gas um diese Rohre herumzuführen. In diesem Falle kann die Vorwärmung der kalten Gase geregelt werden, indem man sie beispielsweise durch eine Umgehungsleitung 35 führt, ohne sie mit den heißen Gasen in Wärmeaustausch zu bringen.The invention is not limited to the embodiments shown. For example, it will sometimes be preferable to the outflowing gas in order to guide the tubes 27 of the heat exchanger, to divert it through these tubes 27 and lead the cold incoming gas around these pipes. In this case it can the preheating of the cold gases can be regulated by, for example, by a bypass line 35 leads without it in heat exchange with the hot gases bring to.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ammonia pressure synthesis, characterized that the gases initially in indirect contact with the catalyst with heat exchange passed through this and then after recycling into or outside of the catalyst are passed directly through the catalyst in the initial direction.

2. Procedure according to claim i, characterized in that the gases are still in the same direction be guided around the catalyst container beforehand.

3. The method according to claim i and 2, characterized in that the gases are initially separated by a small, the reaction only initiating part (i9) of the catalyst flow, so that the gases essentially only continue to flow through the heat developed during the reaction be preheated and transition into a reactive state before entering the Main part (i5) of the catalyst flow.

4. Apparatus for carrying out the procedure according to claims i to 3, in which the gas after it has passed through the catalyst is passed through a heat exchange device through which the inflowing gas flows, characterized in that a bypass line (35) in the heat exchanger itself is attached, the temperature of the gas flowing to the catalyst thereby to regulate that the coming from the catalyst or another type of the Heat exchanger all or part of the gas flowing to the catalyst through it is discharged or supplied before the heat exchange with the inflowing or escaping gas has taken place.