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Wärmeaustauscher zur Durchführung katalytischer Gasreaktionen Die
Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher zur Durchführung solcher katalytischer
Gasreaktionen, die unter Volumenabnahme verlaufen und bei welchen eine Aufheizung
oder Abkühlung erforderlich ist. Wärmeaustauscher für solche temperaturempfindlichen
katalytischen Reaktionen, insbesondere für die Benzinsynthese aus Kohlenoxyd und
Wasserstoff, besitzen eine große Anzahl eng nebeneinanderliegender und großflächiger
Wärmeaustauschelemente, zwischen welchen die Kontaktmasse angeordnet ist. Je nach
Bauart solcher Wärmeaustauscher werden die großflächigen Elemente durch ebene Blechplatten
im Abstand von einigen Millimetern gebildet, welche durch ein das Kühlmittel führendes
Rohrbündel von längs laufenden oder quer durchstoßenden Rohren durchzogen werden,
oder es werden aie Wärmeaustauschflächen von nebeneinanderliegenden flachen Taschen
gebildet, die innen das Kühlmittel führen und zwischen sich die Kontaktmasse aufnehmen.
Dem Nachteil, daß der Durchgangsquerschnitt für das Gas in allen Schichten (Höhenlagen)
gleich ist, also an der Austrittsstelle ein ebenso großer Querschnitt zur Verfügung
steht wie an der Eintrittsstelle, während das Gasvolumen zufolge der bald nach dem
Eintritt einsetzenden Benzinbildung nach der Austrittsstelle hin ständig kleiner
wird, begegnet man zweckmäßig dadurch, daß man den bekannten Gedanken, einen Reaktionsraum
entsprechend den Bedingungen des Reaktionsverlaufes in seinem Querschnitt zu verändern,
auch in dem vorliegenden Falle zur Anwendung bringt. Eine nach diesen Gedankengängen
entwickelte Ausführungsform würde also einen Kontaktmasseofen ergeben, der nach
unten zu verjüngt ist. Wollte man diese Öfen mit einem Fassungsraum bauen, der dem
der bisher verwandten Öfen, bei denen auf eine Querschnittsveränderung
nicht
geachtet wurde, entspricht, so würde man im Verhältnis zu diesen eine recht hohe
Bauart bekommen, die hohe Räume erfordern und andererseits infolge sich verjüngenden
Verlaufes eine bedeutf ju seitliche Raumverschwendung ergeben wii Auch könnte die
Entleerung der Öfen von Ver4: brauchter Kontaktmasse und das Wiedereinfüllen neuer
oder regenerierter Kontaktmasse auf erhebliche Schwierigkeiten stoßen.
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Erfindungsgemäß werden alle diese Nachteile dadurch vermieden, daß
mehrere unmittelbar aneinandergereihte, sich in der Strömungsrichtung verjüngende
Ofenräume vorgesehen sind, welche mit ihren Schrägen aneinanderliegen und durch
Zwischenbleche voneinander getrennt werden.
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Und zwar kann man mehrere einzelne Räume vorsehen und sie oben bzw.
unten entsprechend verbinden, oder man kann einen einzigen Raum wählen und ihn durch
Zwischenbleche, die zweckmäßig in Form eines Rechens in die für mehrere Ofenräume
durchlaufenden Bleche eingesetzt sind, unterteilen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von Wärmeaustauschern
dargestellt, welche aus einem rohrdurchzogenen Blechpaket bestehen. Dabei ist in
den Abbildungen lediglich das mit Kontaktmasse ausgefüllte Feld des Wärmeaustauschers
dargestellt, während Anschlüsse, Verkleidung und die sonstigen Teile des Wärmeaustauschers
weggelassen sind.
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In den Abb. I und 2 ist zunächst zum besseren Verständnis des Erfindungsgegenstandes
eine Wärmeaustauscherform in Vorder- und Seitenansicht dargestellt, wie sie sich
bei Übertragung des Gedankens, Reaktionsräume entsprechend den Bedingungen des Reaktionsverlaufes
in ihren Querschnitten zu verändern, auf Wärmeaustauscher mit Katalysatoren ergibt.
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Abb. 3 zeigt dann eine Ausführungsform nach der Erfindung mit zwei
in Serie geschalteten Ofenräumen und Abb. 4 eine weitere Ausführungsform mit drei
Räumen.
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Gemäß Abb. I und 2 besteht der Kontaktofen aus einer Vielzahl von
eng nebeneinanderliegenden großen Blechtafeln I, welche schmale Schächte 2 bilden,
die mit einer den Umwandlungsprozeß bewirkenden Kontaktmasse ausgefüllt werden.
Die Bleche I werden von einer größeren Zahl von Rohren 3 durchzogen, in denen das
Kühlwasser strömt, und zwar vorzugsweise von unten nach oben (Umkehrkammern 4).
Die Rohre 3 und die Bleche I bilden also einen wärmeleitenden Körper, auf den die
Wärme von den Gasen übergeht und an das in den Rohren 3 fließende Kühlmittel abgegeben
wird. Das Gas tritt oben bei a in die mit Kontaktmasse gefüllten Schächte 2 ein
und bei b aus diesen heraus. In den Schächten vollzieht sich die Umwandlung in das
gewünschte Endprodukt, wobei das Gasvolumen durch die fortschreitende Benzinbildung
ständig abnimmt.
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R ementsFrechend nimmt auch der Querschnitt Wr Schächte 2 ab, und
die Blechplatten I er-Chalten die in Abb. I dargestellte trapezförmige Gestalt,
wobei gleichzeitig auch eine Abnahme der Zahl der Kühlwasserrohre 3 in den unteren
Schichten vorgesehen ist.
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Die keilförmige oder konische Gesamtform des Kontaktofens ist erfindungsgemäß
in den Ausführungsbeispielen nach Abb. 3 und 4 durch Nebeneinanderlegen der Ofenräume
vermieden, und zwar sieht Abb. 3 hierfür zwei Züge a, al und b, bl vor, wobei die
Ofenräume so aneinandergelegt sind, daß sie einen parallelwandigen prismatischen
Körper bilden. Die Bleche 5 und 6 sind hier nur auf einer Seite abgeschrägt und
mit den Schrägen aneinandergelegt, wobei ein Zwischenblech 7 die beiden Ofenräume
voneinander trennt. Das Gas tritt bei a in die Kontaktmasse ein, an der schon verkleinerten
Querschnittsfläche bei al wieder heraus, kehrt dort um und tritt bei b in einen
dem Austritt bei al zunächst querschnittsgleichen zweiten Ofenraum ein und verläßt
diesen bei bl. Handelt es sich bei der Wand 7 um einen durchgehenden Blechkörper,
so müssen die Bleche 5 und 6 getrennt ausgeführt werden. Es ist aber auch denkbar,
daß die Bleche 5 und 6 durchgehende Tafeln bilden, in welche die Wand in Form eines
Rechens eingeschoben wird.
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Abb. 4 gibt ein Ausführungsbeispiel mit drei Ofenräumen, bei denen
das Gas bei a eintritt, von al umkehrt und wieder bei b in den zweiten Ofenraum
eintritt, diesen bei bl verläßt, abermals umkehrt und bei c in den dritten Ofenraum
gelangt, der bei cl seine Austrittsstelle besitzt. Während des ganzen Weges tritt
eine stetig zunehmende Verengung des Gasraumes ein. Die Ofenräume werden hier durch
Bleche8, 8,9 und Io von der in Abb. 4 dargestellten Form gebildet, welche mit ihren
Schrägen aneinanderliegen und sich im wesentlichen zu einem rechteckigen Körper
ergänzen. Die Zwischenbleche II und 12 sitzen mit den der Verjüngung entsprechenden
Schrägen im Wärmesustauscher und können ebenso wie früher durchlaufend oder rechenförmig
ausgebildet sein.