[go: up one dir, main page]

DE10056787A1 - Reaktor - Google Patents

Reaktor

Info

Publication number
DE10056787A1
DE10056787A1 DE2000156787 DE10056787A DE10056787A1 DE 10056787 A1 DE10056787 A1 DE 10056787A1 DE 2000156787 DE2000156787 DE 2000156787 DE 10056787 A DE10056787 A DE 10056787A DE 10056787 A1 DE10056787 A1 DE 10056787A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tube
reactor
tubes
casing
designed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2000156787
Other languages
English (en)
Inventor
Reiner Goetz
Ulrich Lahne
Sebastian Muschelknautz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to DE2000156787 priority Critical patent/DE10056787A1/de
Publication of DE10056787A1 publication Critical patent/DE10056787A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B01J8/009—Membranes, e.g. feeding or removing reactants or products to or from the catalyst bed through a membrane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0251—Physical processing only by making use of membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Es wird ein Reaktor, der insbesondere für die Erzeugung von Synthesegas durch partielle Oxidation geeignet ist, beschrieben. DOLLAR A Der erfindungsgemäße Reaktor ermöglicht die Realisierung eines Reaktors mit einer nahezu beliebig großen Leistung, wobei eine ausreichende Kühlung wesentlicher und zum Teil stark druckbelasteter metallischer Bauteile realisiert werden kann. Ferner wird ein sicherer und gasdichter Übergang von dem als Membranrohr ausgebildeten Bereich eines Reaktorrohres zu den metallischen Bauteilen des Reaktorrohres gewährleistet. Des Weiteren können schadhafte Reaktorrohre vergleichsweise einfach und schnell ausgewechselt werden. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Reaktor so konventionell als möglich aufgebaut, so dass der Anteil der keramischen Bauteile gering gehalten werden kann. Es wird zudem eine verbesserte Reaktionsführung ermöglicht, da die Zuführung des Sauerstoffes zu dem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch über die Rohrlänge - d. h. entlang des Reaktionsweges - erfolgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor, der insbesondere für die Erzeugung von Synthesegas durch partielle Oxidation geeignet ist.
Zur Erzeugung von Synthesegas wird einer gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramikmembran auf der einen Seite (Retentatseite) ein heißes, Sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt. Auf der anderen Seite der Membran (Permeatseite) wird der austretende Sauerstoff mit einem zugeführten Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch zu einem Synthesegas umgesetzt.
Der Sauerstoffionentransport durch derartige Keramikmembranen erfolgt jedoch nur dann in der gewünschten Richtung, wenn auf der Retentatseite der Sauerstoff- Partialdruck größer ist als auf der Permeatseite.
Auf der Permeatseite der Membran ist, bedingt durch die chemische Reaktion mit dem oder den Kohlenwasserstoffen, der Partialdruck des Sauerstoffes sehr gering, so dass das der Retentatseite zugeführte Sauerstoff-haltige Gasgemisch lediglich auf einen vergleichsweise niedrigen Druck komprimiert werden muss. Üblicherweise ist der Druck des gebildeten Synthesegases sogar größer als der des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches.
Der optimale Arbeits- bzw. Wirkungsbereich gängiger Keramikmembranen liegt bei Temperaturen zwischen 700 und 1100°C.
Aus der deutschen Patentanmeldung 100 29 883.4 ist ein Reaktor zur Erzeugung von Synthesegas durch partielle Oxidation bekannt, bei dem eine Vielzahl von in einem Rohrboden eingehängten Membranrohren parallel zu der Längsachse des Reaktors angeordnet sind. Durch eine geeignete Führung eines Kühlluftstromes wird bei dieser Reaktorkonstruktion erreicht, dass sämtliche stark druckbelasteten metallischen Bauteile ausreichend gekühlt werden.
Die Leistung dieser Reaktorkonstruktion wird jedoch zum einen durch die Länge der Membranrohre und zum anderen durch den Durchmesser des Behälter begrenzt. Dies hat zur Folge, dass zum Erreichen bestimmter Leistungen mehrere Reaktoren miteinander verschaltet werden müssen, woraus ein hoher Platzbedarf und nicht unerhebliche Kosten für die die einzelnen Reaktoren verbindenden Rohrleitungen resultieren. Zudem ist es unumgänglich, dass einige Einbauten dieses Reaktors aus hochtemperaturbeständigen Sonderstählen gefertigt werden müssen. Des Weiteren ist es in der Regel erforderlich, dass der Reaktormantel, der einer vergleichsweise starken Druckbelastung ausgesetzt sein kann, entweder auf seiner Innenseite mit einer wärmeisolierenden Schicht zur Senkung des Temperatumiveaus versehen ist oder aber ebenfalls aus einem Sonderstahl besteht. Wird eine wärmeisolierende Schicht vorgesehen, ist zusätzlich eine sog. Außenhaut-Temperaturüberwachung erforderlich.
Ferner kann es erforderlich sein, dass in den um den Membranrohren befindlichen Bereichen der Gasräume sog. Turbulenzverstärker vorgesehen werden. Prinzipiell ist bei der in der deutschen Patentanmeldung 100 29 883.4 beschriebenen Reaktorkonstruktion eine gleichmäßige Gasströmung in den Gasräumen aufgrund der radialen Zu- bzw. Abführungen der Gasströme und des vergleichsweise geringen Verhältnisses von Höhe zu Durchmesser der Gasräume nur schwierig bzw. nur mit einem vergleichsweise hohen technischen Aufwand zu erzielen.
Wird bei der in der deutschen Patentanmeldung 100 29 883.4 beschriebenen Reaktorkonstruktion ein einzufüllender körniger Katalysator verwendet, so ist das Befüllen und Entleeren des Innenbehälters, der den Katalysator aufnimmt, technisch und zeitlich aufwendig, da dazu der Innenbehälter demontiert werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reaktor zur Erzeugung von Synthesegas anzugeben, der die genannten Nachteile vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Reaktor vorgeschlagen
- mit einem Reaktormantel,
  • - mit zwei die beiden Enden des Reaktormantels verschließende Deckel,
  • - mit zwei in dem Reaktormantel ineinander und konzentrisch zueinander angeordneten Schächten - einem inneren Schacht und einem äußeren Schacht
  • - , die einen inneren Gasraum, einen ersten ringförmigen Gasraum und einen zweiten ringförmigen Gasraum definieren,
  • - wobei dem inneren Gasraum und dem ersten ringförmigen Gasraum jeweils wenigstens zwei Öffnungen und dem zweiten ringförmigen Gasraum wenigstens eine Öffnung zugeordnet sind,
  • - mit wenigstens einer, vorzugsweise mehreren über den Umfang des Reaktormantels angeordneten Kammern,
  • - wobei jede Kammer wenigstens eine Öffnung aufweist,
  • - mit in den Kammern angeordneten Rohrböden, mit wenigstens einem in den Rohrböden befestigten, im Wesentlichen senkrecht zu dem Reaktormantel angeordneten Austragsrohr,
  • - mit wenigstens einem Bereich des inneren Schachtes, der als Rohrboden ausgebildet ist,
  • - mit wenigstens einem in den als Rohrboden ausgebildeten Bereich des inneren Schachtes befestigten, im Wesentlichen senkrecht zu dem Reaktormantel angeordneten Rohr, das zumindest teilweise als Membranrohr ausgebildet ist,
  • - wobei der als Membranrohr ausgebildete Bereich des oder der Rohre vorzugsweise in dem inneren Gasraum angeordnet ist,
  • - und wobei die Austragsrohre achsgleich zu den Rohren angeordnet sind und sich in diese hinein erstrecken.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Reaktors sind Gegenstände der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Reaktor sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien anhand des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 Eine seitliche Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors
Fig. 2 Eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A durch die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform
Fig. 3 Aufbau und Anordnung eines Membranrohres sowie Austragsrohres Derartige Reaktoren - wie in der Fig. 1 dargestellt - sind im Regelfall zylindersymmetrisch aufgebaut. Sie können sowohl stehend als auch in jeder anderen Ausrichtung, beispielsweise liegend, angeordnet werden. Im Folgenden wird die in der Fig. 1 dargestellte stehende Anordnung beschrieben.
Der Reaktor besteht aus einem Reaktormantel 1 (im Folgenden nur mehr als "Mantel" bezeichnet) sowie aus zwei Deckeln 2 und 3, die die beiden Enden des Mantels 1 verschließen. In der Praxis wird der untere Deckel 3 - entgegen der Darstellung der Fig. 1 - lediglich als Boden ausgebildet sein.
Innerhalb des Mantels 1 sind zwei ineinander und konzentrisch zueinander angeordnete Schächte - ein innerer Schacht 4 und ein äußerer Schacht 5 - vorgesehen. Diese definieren einen inneren Gasraum 6, einen ersten ringförmigen Gasraum 7 und einen zweiten ringförmigen Gasraum 8 - im Folgenden auch als Heißluftschacht bezeichnet.
Dem inneren Gasraum 6 und dem ersten ringförmigen Gasraum 7 sind bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors jeweils zwei Öffnungen 24, 25, 27 und 28 und dem zweiten ringförmigen Gasraum 8 eine Öffnung 20 zugeordnet. Unter dem Begriff "eine Öffnung" sei - dies wird anhand der späteren Beschreibung deutlich werden - eine Öffnung zu verstehen, über die ein bestimmter Gasstrom dem Reaktor zugeführt oder aus diesem abgeführt wird. Dass über den Umfang des Reaktormantels u. U. - wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist - mehrere Öffnungen, die dem gleichen Zweck dienen, vorgesehen sein können, ist selbstverständlich.
Am Umfange des Mantels 1 sind nunmehr in mehreren Etagen die Kammern 9 angeordnet. Diese können verschlossen ausgebildet oder - wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt - mit abnehmbaren Deckeln 10 versehen sein. Die Kammern 9 oder deren Deckel 10 weisen jedoch wenigstens jeweils eine Öffnung 26 auf. In den Kammern 9 sind Rohrböden 11, die vorzugsweise abnehmbar ausgebildet sind, angeordnet. In den Rohrböden 11 wiederum sind eine Vielzahl von Austragsrohren 12 eingesteckt bzw. einsteckbar.
Die Anordnung der Austragsrohre 12 - wie auch der Rohre 14, auf die im Folgenden noch näher eingegangen wird, - erfolgt hierbei vorzugsweise in Schichten. Sowohl die Austragsrohre 12 als auch die Rohre 14 werden im Wesentlichen senkrecht zu dem Mantel 1 bzw. zu dessen Längsachse angeordnet. Durch diese Anordnung der vorgenannten Rohre hat deren Länge auf die Leistung des Reaktors keinen begrenzenden Einfluss mehr. Aufgrund der Möglichkeit der Anordnung einer Vielzahl von Schichten von Rohren übereinander bzw. in Richtung der Längsachse kann auch mit einem einzelnen turmförmigen Reaktor eine große Leistung erzielt werden.
Die Rohrböden 11 weisen vorzugsweise Rohrstücke 13 auf, die in die Rohrböden 11 eingeschweißt sind und in die die Austragsrohre 12 einsteckbar sind. Die derart eingesteckten Austragsrohre 12 werden mit den Rohrstücken 13 dicht verschweißt. Ist es erforderlich, defekte Austragsrohre 12 auszuwechseln, können diese nach dem Entfernen der Schweißnaht aus dem Rohrstück 13 entnommen werden. Ein Verschweißen ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da unter Umständen gänzlich auf eine feste Verbindung verzichtet werden kann oder zu dem Verschweißen alternative Verbindungsmethoden zur Anwendung kommen können.
Der bereits beschriebene innere Schacht 4 ist teilweise als Rohrboden für die Reaktorrohre 14 ausgebildet. Deren Anzahl entspricht der Zahl der vorbeschriebenen Austragsrohre 12. Die Austragsrohre 12 sind hierbei achsgleich zu den Rohren 14 angeordnet und erstrecken sich in diese hinein. Auch die Rohre 14 sind wiederum vorzugsweise in den inneren Schacht 4 eingeschweißte und mit dem äußeren Schacht 5 verschweißte Rohrstücke 15 eingesteckt bzw. einsteckbar. Hinsichtlich der Verbindungsmethoden zwischen den Rohrstücken Sund den Rohren 14 sei auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen.
Die Reaktorrohre 14 sind zumindest teilweise als Membranrohr 16 ausgebildet. Hierbei ist der als Membranrohr 16 ausgebildete Bereich der Rohre 14 vorzugsweise ausschließlich in dem inneren Gasraum 4 angeordnet.
Die Austragsrohre 12 erstrecken sich in das Innere der Reaktorrohre 14 und hierbei vorzugsweise über den gesamten als Membranrohr 16 ausgebildeten Bereich der Rohre 14.
Der als Membranrohr 16 ausgebildete Bereich der Reaktorrohre 14 kann entweder in Form einer auf einem gasdurchlässigen Trägerrohr aufgebrachten gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramikmembran oder in Form eines aus einer monolithischen, gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramik bestehenden Rohres ausgebildet sein.
Wie in der Fig. 3 dargestellt, wird der als Membranrohr 16 ausgebildete Bereich der Rohre 14 vorzugsweise an seinen beiden Enden mit je einem Metallrohr von etwa gleichem Durchmesser stoffschlüssig und achsgleich verbunden. Die Rohre 14 sind lediglich an einem ihrer Enden in den Rohrstücken 15 fixiert, während das entgegengesetzte Ende zwar gasdicht verschlossen, aber in axialer Richtung frei dehnbar zur Vermeidung von Spannungen durch unterschiedliche Wärmedehnungen angeordnet ist. Gleiches gilt für die Austragsrohre 12, die ebenfalls lediglich an einem ihrer Enden in dem Rohrboden 11 bzw. den darauf angeordneten Rohrstücken 13 befestigt sind. In der Fig. 3 nicht dargestellt ist eine geeignete Halterung des frei dehnbaren Endes der Rohre 14.
Der innere Schacht 4 und damit der innere Gasraum 6 sind entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors zumindest im Bereich der Rohre 14 mit einem vorzugsweise körnigen Katalysatormaterial befüllt. Zum Befüllen bzw. Entleeren ist der Schacht 4 an den beiden Enden des Reaktors konstruktiv herausgezogen und mit einem oberen Deckel 17 und einem unteren Deckel 18 versehen. Am unteren Ende des Schachtes 4 ist zudem ein Tragrost 19 für den Katalysator angeordnet.
Alternativ oder ergänzend dazu, können die Reaktorrohre 14, zumindest der als Membranrohr 16 ausgebildete Bereich der Rohre 14, mit einem Katalysator beschichtet sein.
Anhand der Fig. 1 sei der Betrieb des erfindungsgemäßen Reaktors bzw. des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Das heiße, Sauerstoff-haltige Gasgemisch wird dem erfindungsgemäßen Reaktor über die Öffnung(en) 20 in den Gasraum 8 zugeführt. Dieses Gasgemisch weist bei einem Druck von beispielsweise 1,5 bar eine Temperatur von 900°C auf. Die Erzeugung eines derartigen Gasgemisches kann beispielsweise in einer Brennkammer unter Frischluftüberschuss erfolgen. Aus dem Gasraum 8 gelangt dieses Gasgemisch in den von den Austragsrohren 12 und den Reaktorrohren 14 gebildeten Ringraum 23 (siehe Fig. 3).
Das Gasgemisch strömt entlang dem als Membranrohr 16 ausgebildeten Bereich der Reaktorrohre 14. Dabei gelangt durch das Membranrohr 16 reiner Sauerstoff in den inneren Gasraum 6, in dem sich der Katalysator befindet. Dem inneren Gasraum 6 bzw. Schacht 4 wird über die Öffnung 24 ein Kohlenwasserstoffgemisch - gegebenenfalls unter Hinzufügung von Wasserdampf - mit einer Temperatur von 500 °C und einem Druck von ca. 30 bar zugeführt. Das Kohlenwasserstoffgemisch reagiert mittels des Katalysators mit dem Sauerstoff zu einem Synthesegas, das den Reaktionsschacht 4 über die Öffnung 25 verlässt. Das gebildete Synthesegas weist bei einem Druck von ca. 30 bar eine Temperatur von ca. 950°C auf.
Über die Austragsrohre 12, die Kammern 9 sowie die in deren Deckeln 10 vorgesehenen Öffnungen 26 wird ein an Sauerstoff abgereichertes Gasgemisch aus dem erfindungsgemäßen Reaktor abgezogen und gegebenenfalls einer weiteren energetischen Nutzung zugeführt.
Zur Kühlung des inneren Schachtes 4 wird über die Öffnung(en) 27 dem ringförmigen Gasraum 7 Frischluft zugeführt; diese weist bei einem Druck von 1,7 bar eine Temperatur von 90°C auf. Die sich zwangsläufig erwärmende Frischluft wird über die Öffnung(en) 28 wieder aus dem Gasraum 7 abgezogen und gegebenenfalls der bereits erwähnten Brennkammer zum Zwecke der Anwärmung des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches zugeführt.
Anstelle von Frischluft kann zur Kühlung wahlweise Wasserdampf über die Öffnung(en) 27 zu- und über die Öffnungen(en) 28 abgeführt werden.
Zur Kompensation unterschiedlicher axialer Wärmedehnungen des inneren Schachtes 4, des äußeren Schachtes 5 sowie des Mantels 1 sind in Form von Kompensatoren 29 und 30 Mittel zum Kompensieren vorgesehen. Die axialen Wärmedehnungen sind jedoch gering, wenn - entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors - der Schacht 4 sowie der Mantel 1 auf ihrer Innenseite und der Schacht 5 auf der Außenseite mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen sind.
Eine derartige Wärmeschutzisolierung - einschließlich der der Deckel 2 und 3 - dient auch dazu, die Temperatur des Mantels 1 und die der Deckel 2 und 3 auf einem vergleichsweise niedrigen Niveau zu halten.
Bei der erfindungsgemäßen Reaktorkonstruktion herrscht zudem auf der Außenseite der Rohre 14 vorzugsweise der höhere Druck. Dies ist von Vorteil, da im Allgemeinen die Druckfestigkeit von Keramik höher ist als deren Zugfestigkeit.
Der erfindungsgemäße Reaktor schafft eine Konstruktion, bei der die Länge der Membranrohre keinen begrenzenden Einfluss mehr auf die Leistung des Reaktors hat. Aufgrund der erzielten hohen Gasgeschwindigkeiten und der querangeströmten Rohre werden hohe Wärme- und Stoffübergänge gewährleistet, so dass der Einsatz von Turbulenzverstärkern nicht erforderlich ist. Eine über den gesamten Strömungsquerschnitt gleichmäßige Gasströmung kann in den vorgenannten Gasräumen ohne einen erhöhten technischen Aufwand gewährleistet werden. Auch das Befüllen und Entleeren des inneren Schachtes 4, der den Katalysator aufnimmt, erfordert nunmehr keinen großen technischen und zeitlichen Aufwand mehr, da auf eine Demontage des Reaktors verzichtet werden kann.
Der erfindungsgemäße Reaktor ermöglicht ferner die Realisierung einer ausreichenden Kühlung der wesentlichen und zum Teil stark druckbelasteten metallischen Bauteile. Auch wird ein sicherer und gasdichter Übergang von dem als Membranrohr ausgebildeten Bereich eines Rohres 14 zu den metallischen Bauteilen des Rohres 14 gewährleistet. Des Weiteren können schadhafte Rohre vergleichsweise einfach und schnell ausgewechselt werden. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Reaktor so konventionell als möglich aufgebaut, so dass der Anteil der keramischen Bauteile gering gehalten werden kann. Es wird zudem eine verbesserte Reaktionsführung ermöglicht, da die Zuführung des Sauerstoffes zu dem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch über die Rohrlänge - d. h. entlang des Reaktionsweges - erfolgen kann.
Neben den erwähnten Membrantypen eignet sich der erfindungsgemäße Reaktor auch für den Einsatz anderer Membranen, die in der vorbeschriebenen Art und Weise in die Reaktorkonstruktion integrierbar sind.

Claims (9)

1. Reaktor
mit einem Reaktormantel (1),
mit zwei die beiden Enden des Reaktormantels (1) verschließende Deckel (2, 3),
mit zwei in dem Reaktormantel (1) ineinander und konzentrisch zueinander angeordneten Schächten - einem inneren Schacht (4) und einem äußeren Schacht (5) - , die einen inneren Gasraum (6), einen ersten ringförmigen Gasraum (7) und einen zweiten ringförmigen Gasraum (8) definieren,
wobei dem inneren Gasraum (6) und dem ersten ringförmigen Gasraum (7) jeweils wenigstens zwei Öffnungen (24, 25, 27, 28) und dem zweiten ringförmigen Gasraum (8) wenigstens eine Öffnung (20) zugeordnet sind,
mit wenigstens einer, vorzugsweise mehreren über den Umfang des Reaktormantels (1) angeordneten Kammern (9),
wobei jede Kammer (9) wenigstens eine Öffnung (26) aufweist,
mit in den Kammern (9) angeordneten Rohrböden (11),
mit wenigstens einem in den Rohrböden (11) befestigten, im Wesentlichen senkrecht zu dem Reaktormantel (1) angeordneten Austragsrohr (12),
mit wenigstens einem Bereich des inneren Schachtes (4), der als Rohrboden ausgebildet ist,
mit wenigstens einem in den als Rohrboden ausgebildeten Bereich des inneren Schachtes (4) befestigten, im Wesentlichen senkrecht zu dem Reaktormantel (1) angeordneten Rohr (14), das zumindest teilweise als Membranrohr (16) ausgebildet ist,
wobei der als Membranrohr (16) ausgebildete Bereich des oder der Rohre (14) vorzugsweise in dem inneren Gasraum (6) angeordnet ist,
und wobei die Austragsrohre (12) achsgleich zu den Rohren (14) angeordnet sind und sich in diese hinein erstrecken.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Membranrohr (16) ausgebildete Bereich der Rohre (14) in Form einer auf einem gasdurchlässigen Trägerrohr aufgebrachten gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramikmembran ausgebildet ist.
3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Membranrohr (16) ausgebildete Bereich der Rohre (14) in Form eines aus einer monolithischen, gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramik bestehenden Rohres ausgebildet ist.
4. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Gasraum (6) zumindest teilweise mit einem vorzugsweise körnigem Katalysator befüllt ist.
5. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (14), zumindest der als Membranrohr (16) ausgebildete Bereich der Rohre (14), mit einem Katalysator beschichtet ist.
6. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des inneren Schachtes (4), der Außenseite des äußeren Schachtes (5) und/oder auf der Innenseite des Separatormantels (1) eine wärmeisolierende Schicht angeordnet ist.
7. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oder den Rohrböden (11) und/oder dem als Rohrboden ausgebildeten Bereich des inneren Schachtes (4) Rohrstücke (13, 15) angeordnet sind, an denen die Rohre (14) und/oder die Austragsrohre (17) befestigbar sind.
8. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Kompensieren der axialen Wärmedehnung des inneren Schachtes (4) und/oder des äußeren Schachtes (5) vorgesehen sind.
9. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor zylindersymmetrisch aufgebaut ist.
DE2000156787 2000-11-16 2000-11-16 Reaktor Withdrawn DE10056787A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2000156787 DE10056787A1 (de) 2000-11-16 2000-11-16 Reaktor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2000156787 DE10056787A1 (de) 2000-11-16 2000-11-16 Reaktor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10056787A1 true DE10056787A1 (de) 2002-05-23

Family

ID=7663508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2000156787 Withdrawn DE10056787A1 (de) 2000-11-16 2000-11-16 Reaktor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10056787A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7179323B2 (en) 2003-08-06 2007-02-20 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane module and vessel system
US7425231B2 (en) 2003-08-06 2008-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas contaminant removal in ion transport membrane systems
US7556675B2 (en) 2005-10-11 2009-07-07 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas contaminant control in ion transport membrane systems
US7658788B2 (en) 2003-08-06 2010-02-09 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane module and vessel system with directed internal gas flow
US7771519B2 (en) 2005-01-03 2010-08-10 Air Products And Chemicals, Inc. Liners for ion transport membrane systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NICHTS ERMITTELT *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7179323B2 (en) 2003-08-06 2007-02-20 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane module and vessel system
US7335247B2 (en) 2003-08-06 2008-02-26 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane module and vessel system
US7425231B2 (en) 2003-08-06 2008-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas contaminant removal in ion transport membrane systems
US7658788B2 (en) 2003-08-06 2010-02-09 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane module and vessel system with directed internal gas flow
US8114193B2 (en) 2003-08-06 2012-02-14 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane module and vessel system
US7771519B2 (en) 2005-01-03 2010-08-10 Air Products And Chemicals, Inc. Liners for ion transport membrane systems
US7556675B2 (en) 2005-10-11 2009-07-07 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas contaminant control in ion transport membrane systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69420604T2 (de) Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff
DE69419921T2 (de) Endothermischer reaktionsapparat
DE69913429T2 (de) Synthesegasreaktor mit keramischer Membran
DE3334775C2 (de)
DE3039787A1 (de) Waermeaustauscher
EP1651344B1 (de) Reaktor für partialoxidationen mit thermoblechplattenmodulen
DE102010014643A1 (de) Rohrbündelreaktor
EP1831147A1 (de) Verfahren zur herstellung von phthalsäureanhydrid
DE3605811C2 (de)
DE10114173A1 (de) Reaktor
EP3497392B1 (de) Verwendung eines plattenwärmetauschers und einer synthesevorrichtung und verfahren zur herstellung eines produkts
DE10056787A1 (de) Reaktor
DE2055500C3 (de)
DE2317893C3 (de) Vorrichtung zur Durchführung katalytischer endothermer Reaktionen
EP3860750B1 (de) Festbettanordnung
EP0166805B1 (de) Wärmeübertragersystem
DE3042557C2 (de) Wärmetauscher, insbesondere für Sonnenkraftwerke
EP0436828B1 (de) Wärmetauscher zum Kühlen von heissem Reaktionsgas
DE10056789A1 (de) Separator zur Erzeugung von Sauerstoff
DE10029882A1 (de) Separator zur Erzeugung von Sauerstoff
DE2848014A1 (de) Reaktor zur durchfuehrung exothermer katalytischer reaktionen
WO2003080229A1 (de) Membranreaktor
EP1663478B1 (de) Verfahren zur herstellung von (meth)acrolein und/oder (meth)acryls ure durch heterogen katalysierte partialoxidation von c3- und/oder c4-vorläuferverbindungen in einem reaktor mit thermoblechplattenmodulen
DE10354414A1 (de) Membranreaktor mit keramischen Membranrohren und metalischem Gehäuse
DE2055439A1 (de) Vorrichtung zur Durchführung katalytischer endothermer Reaktionen

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee