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DE102020007214A1 - Process and reactor for exothermic reactions in the gas phase - Google Patents

Process and reactor for exothermic reactions in the gas phase Download PDF

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DE102020007214A1
DE102020007214A1 DE102020007214.3A DE102020007214A DE102020007214A1 DE 102020007214 A1 DE102020007214 A1 DE 102020007214A1 DE 102020007214 A DE102020007214 A DE 102020007214A DE 102020007214 A1 DE102020007214 A1 DE 102020007214A1
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DE
Germany
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flow
gas
flow channels
corrugated
reactor
Prior art date
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Application number
DE102020007214.3A
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German (de)
Inventor
Andreas Hartbrich
Alexander Jekow
Ruprecht Marxer
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Silica Verfahrenstechnik GmbH
Original Assignee
Silica Verfahrenstechnik GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Reaktor für exotherme Reaktionen in der Gasphase. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und einen Reaktor bereitzustellen, mit denen es möglich ist, im großtechnischen Maßstab Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher mit schlanken Strömungskanälen zum Behandeln eines mit unerwünschten Bestandteilen belasteten Gases oder zur exothermen Reaktion zwischen Gasen einzusetzen, indem das Reaktionsverhalten der Katalysatorschüttung in den Strömungskanälen des Wärmeaustauschers vergleichmäßigt, die Gefahr einer Verblockung von den mit Katalysator gefüllten Strömungskanälen und der Bildung von Hot-Spots in der Katalysatorschüttung gesenkt, die Randgängigkeit des Gases am Katalysator vorbei unter gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit weitgehend vermieden wird.Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verwenden mindestens eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers (1) mit vom Verteilraum (3) zum Sammelraum (5) durchströmungsoffenen Strömungskanälen (9) mit einer lichten Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 80 mm eines Strömungskanals (9), Strömungsübergängen (17) zwischen benachbarten Strömungskanälen (9), in den Strömungskanälen (9) positionierte Strömungsschikanen (19) und in den Strömungsräumen (12) befindliche Strömungspfade (SF) für das Kühlmedium (K) bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche (22) in folgenden Schritten:a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen des Gemisches aus Prozessgas (G) und Reaktionsgas (RG) innerhalb der Strömungskanäle (9) und im Kühlmedium (K) innerhalb der Strömungsräume (12),b) Aufteilen des Gasgemisches aus Prozessgas und Reaktionsgas in Bypassströme (BS) während der katalytischen Reaktion und Einleiten der Bypassströme (BS) in die Durchtrittsöffnungen (18) der Strömungsübergänge (17) seitwärts gerichtet in die benachbarten Strömungskanäle (9).The invention relates to a method and reactor for exothermic reactions in the gas phase. The object of the invention is to provide a method and a reactor with which it is possible on an industrial scale to use cross-flow plate heat exchangers with slender flow channels for treating a gas loaded with undesirable constituents or for exothermic reaction between gases by changing the reaction behavior of the catalyst bed In the flow channels of the heat exchanger, the risk of blockage of the flow channels filled with catalyst and the formation of hot spots in the catalyst bed is reduced, the marginal access of the gas past the catalyst is largely avoided while at the same time increasing economy and safety Task by using at least one modified cross-flow plate heat exchanger (1) with flow channels (9) open to flow from the distribution space (3) to the collecting space (5) with a clear width (W) of at least 10 to max imal 80 mm of a flow channel (9), flow transitions (17) between adjacent flow channels (9), flow baffles (19) positioned in the flow channels (9) and flow paths (SF) for the cooling medium (K) located in the flow spaces (12) Flow guide and spacer plates (22) in the following steps: a) Simultaneous generation of turbulence in the partial flows of the mixture of process gas (G) and reaction gas (RG) within the flow channels (9) and in the cooling medium (K) within the flow spaces (12) , b) dividing the gas mixture of process gas and reaction gas into bypass flows (BS) during the catalytic reaction and introducing the bypass flows (BS) into the passage openings (18) of the flow transitions (17) directed sideways into the adjacent flow channels (9).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur exothermen Reaktion zwischen Gasen, beispielsweise zum katalytischen Behandeln eines mit unerwünschten gasförmigen Bestandteilen belasteten Gases, insbesondere Prozessgase, bei dem ein Reaktionsgas wie Sauerstoff, Wasserstoff oder Kohlenmonoxid dem Prozessgas zugemischt oder Kohlendioxid mit Wasserstoff an einem Katalysator zur Reaktion gebracht wird, das Gasgemisch in einem Erhitzer auf Reaktionstemperatur erhitzt wird und über einen zufuhrseitigen Verteilraum mindestens eines Plattenwärmeaustauschers eine Vielzahl von mit einer Katalysatorschüttung gefüllte Strömungskanäle, die von spiegelbildlich aufeinander liegenden durch Stege verbundene, zu Well- oder Profilblechpaaren zusammengefasste Well- und/oder Profilblechen gebildet sind, in parallel aufgeteilten Teilströmen durchströmt, wobei die unerwünschten Bestandteile am Katalysator der Katalysatorschüttung oxidiert bzw. verbrannt werden und die Reaktionswärme durch ein in Strömungsräumen, die zwischen den Well- oder Profilblechpaaren ausgebildet sind, im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen geführtes Kühlmedium indirekt abgeführt wird, und die Teilströme nach ihrem Verlassen der Strömungskanäle über einen abströmseitigen Sammelraum als Reingas abgeführt werden,The invention relates to a method for the exothermic reaction between gases, for example for the catalytic treatment of a gas loaded with undesirable gaseous components, in particular process gases, in which a reaction gas such as oxygen, hydrogen or carbon monoxide is added to the process gas or carbon dioxide is reacted with hydrogen on a catalyst , the gas mixture is heated to the reaction temperature in a heater and, via a supply-side distribution space of at least one plate heat exchanger, a large number of flow channels filled with a catalyst bed, which are formed by corrugated and / or profiled sheets that are mirror-inverted by webs and are combined to form pairs of corrugated or profiled sheets , flows through in parallel divided partial flows, the undesired constituents being oxidized or burned on the catalyst of the catalyst bed and the heat of reaction through a flow chamber, di e are formed between the corrugated or profiled sheet metal pairs, the cooling medium conducted to the flow channels is indirectly discharged in a cross flow, and the partial flows, after leaving the flow channels, are discharged as clean gas via a collecting space on the downstream side,

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Reaktor zur Durchführung des Verfahrens, mit mindestens einem Plattenwärmeaustauscher, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten mit einer Katalysatorschüttung gefüllten Strömungskanälen und dazu senkrecht liegenden Strömungsräumen umfasst, die von spiegelbildlich aufeinanderliegenden, durch Stege verbundene, zu Wellblechpaaren zusammengefasste Well- und/oder Profilbleche gebildet sind, wobei die Strömungsräume zwischen den Wellblechpaaren angeordnet sind, und die Strömungskanäle für den Durchtritt der vom Prozessgas und Reaktionsgas abgeteilten Teilströme zuströmseitig mit einem Verteilraum und abströmseitig mit einem Sammelraum durchströmungsoffen verbunden sind, wobei der zuströmseitige Verteilraum mit einer Zufuhrleitung für ein Gemisch aus Prozessgas und Reaktionsgas und der abströmseitige Sammelraum mit einer Reingasleitung in Verbindung steht, und die Strömungsräume in einen Verteilraum zum Zu- und Abführen eines Kühlmediums zum indirekten Kühlen der Katalysatorschüttung durchströmungsoffen münden.The invention further relates to a reactor for carrying out the process, with at least one plate heat exchanger, which comprises a plurality of flow channels arranged next to one another and filled with a catalyst bed and flow spaces lying perpendicular to them, which are made up of corrugated and / or corrugated sheet metal pairs, which lie on top of one another and are connected by webs. or profiled sheets are formed, the flow spaces being arranged between the pairs of corrugated sheets, and the flow channels for the passage of the partial flows separated by the process gas and reaction gas on the inflow side with a distribution space and on the outflow side with a collecting space, the inflow side distribution space with a supply line for a mixture of process gas and reaction gas and the collecting space on the downstream side is in connection with a clean gas line, and the flow spaces in a distribution space for supplying and removing a cooling medium to the indi direct cooling of the catalyst bed open to flow.

Stand der TechnikState of the art

Unerwünschte Bestandteile aus Gasen mittels Katalysatoren zu entfernen, gehören seit langem zum Stand der Technik. Zum Einsatz kommen beispielsweise Katalysatoren aus Platin, Palladium oder deren Gemische, die in einer vom zu reinigenden Gas durchströmten Schüttung ( DE 33 18 098A1 , DE 35 05 351 A1 , DE 197 54 185 C1 , DE 198 09 200 A1 ), oder in einer Bettanordnung des Katalysators zwischen Wärmeaustauscherplatten ( DE 103 61 515 A1 , EP 0 534 295 A1 , EP 2 718 086 B1 , EP 1 284 813 B1 , DE 603 17 545 A2 ) vorliegen.The removal of undesired components from gases by means of catalysts has long been part of the state of the art. For example, catalysts made of platinum, palladium or their mixtures are used, which are placed in a bed through which the gas to be cleaned flows ( DE 33 18 098A1 , DE 35 05 351 A1 , DE 197 54 185 C1 , DE 198 09 200 A1 ), or in a bed arrangement of the catalyst between heat exchanger plates ( DE 103 61 515 A1 , EP 0 534 295 A1 , EP 2 718 086 B1 , EP 1 284 813 B1 , DE 603 17 545 A2 ) are available.

Bei der klassischen katalytischen Umsetzung durchströmt das zu reinigende Gas den mit Katalysatorgranulat gefüllten Reaktor, wobei die unerwünschten Bestandteile in einer exothermen Reaktion unter Freisetzung von Wärme am Katalysator oxidiert werden. Zur vollständigen Beschreibung einer Katalysatorschüttung gehört die Form, Größe und Größenverteilung der Katalysatorpartikel. Bei einer Katalysatorschüttung im Festbett liegt ein sehr großes Verhältnis von den Schüttungsabmessungen zur Partikelgröße vor, so dass der Störeinfluss der die Schüttung begrenzenden Wand vernachlässigbar ist. In einem Rohr mit geringem Innendurchmesser ist dieser Störeinfluss nicht mehr vernachlässigbar, weil die Schüttdichte direkt an der Wand am kleinsten ist und dadurch einen geringeren Druckverlust nach sich zieht, was zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit, der sogenannten Randgängigkeit, führt. Erfahrungsgemäß weisen die Katalysatorschüttungen eine Partikelgrößenverteilung, mit einer Abweichung von der mittelten Partikelgröße auf, wodurch die Partikel mit einer kleineren Größe die Lücken zwischen den größeren Partikeln füllen, so dass auch die Schüttdichte in der Nähe der Wand steigt, so dass die Randgängigkeit vernachlässigbar gering ausfällt. Steigt die Schüttdichte, so steigt auch der Druckverlust und die Eigenschaften der Schüttung ändern sich hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit, der Mischungseigenschaften und der Wechselwirkung mit dem Katalysator bzw. das Reaktionsverhalten sowie dem Wärmetransport ( DE 20 2006 014 118 U1 ).
Im Gegensatz zu den in Rohrbündelreaktoren eingesetzten Präzisionsrohren mit nahezu konstanten Innendurchmessern, die weitgehend gleiche Eigenschaften der Katalysatorschüttung gewährleisten sollen, haben Strömungskanäle in Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschern fertigungsbedingt keine gleichbleibend innere lichte Weite, so dass die Schüttdichte von Strömungskanal zu Strömungskanal nicht gleich und das Reaktionsverhalten in den Strömungskanälen unterschiedlich ist.
Die Umsetzungsreaktionen sind überwiegend exothermer Natur. d.h. die während der Oxidation freiwerdende Wärme kann bedingt durch das unterschiedliche Reaktionsverhalten die Bildung von sogenannten Hot-Spots in der Katalysatorschüttung begünstigen, was zur Unbrauchbarkeit des Katalysators führt.
In the classic catalytic conversion, the gas to be cleaned flows through the reactor filled with catalyst granulate, the undesired constituents being oxidized in an exothermic reaction with the release of heat on the catalyst. A complete description of a catalyst bed includes the shape, size and size distribution of the catalyst particles. In the case of a catalyst bed in a fixed bed, there is a very large ratio of the bed dimensions to the particle size, so that the disruptive influence of the wall delimiting the bed is negligible. In a pipe with a small inner diameter, this interference is no longer negligible, because the bulk density is lowest directly on the wall and therefore results in a lower pressure loss, which leads to a higher flow velocity, the so-called edge accessibility. Experience has shown that the catalyst beds have a particle size distribution with a deviation from the mean particle size, as a result of which the particles with a smaller size fill the gaps between the larger particles, so that the bulk density in the vicinity of the wall also increases, so that the marginal accessibility is negligible . If the bulk density increases, the pressure loss also increases and the properties of the bed change with regard to the flow velocity, the mixing properties and the interaction with the catalyst or the reaction behavior as well as the heat transport ( DE 20 2006 014 118 U1 ).
In contrast to the precision tubes used in tube bundle reactors with almost constant internal diameters, which are intended to ensure largely the same properties of the catalyst bed, flow channels in cross-flow plate heat exchangers do not have a constant internal width due to production, so that the bulk density is not the same from flow channel to flow channel and the reaction behavior in the Flow channels is different.
The conversion reactions are predominantly exothermic in nature. ie the heat released during the oxidation can, due to the different reaction behavior, promote the formation of so-called hot spots in the catalyst bed, which leads to the catalyst being unusable.

Neben der Anordnung des Katalysators als Schüttung im Festbett oder der Anordnung des Katalysators zwischen Wärmeaustauscherplatten ist auch die Befüllung eines inneren Rohres eines Plattenwärmeaustauschers mit einem Katalysator oder mit Füllkörpern bekannt ( DE 34 11 675 A1 ). Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum Wärme- und Stoffaustausch zwischen zwei oder mehr strömungsfähigen Medien oder zum Einleiten einer Reaktion zwischen den Medien mit einer Zu- und einer Ableitung für das eine und einer Zu- und Ableitung für das andere Medium und mindestens zwei umschließenden Rohren, von denen das eine an die eine und das andere an die andere Zu-/Ableitung angeschlossen ist. Das innere Rohr ist mit seinen beiden Enden durch das äußere Rohr geführt, wobei dieses mit seinen Enden übersteht. Das innere Rohr kann mit einem Katalysator oder mit Füllkörpern gefüllt sein. Es können auch mehrere sich umschließende innere und äußere Rohre nebeneinander angeordnet und das innere und äußere Rohr auch sich mit Abstand gegenüberliegenden und parallel zueinander verlaufenden Platten gebildet sein.In addition to the arrangement of the catalyst as a bed in the fixed bed or the arrangement of the catalyst between heat exchanger plates, the filling of an inner tube is also an option Plate heat exchanger with a catalyst or with packing known ( DE 34 11 675 A1 ). A device is proposed for heat and mass exchange between two or more flowable media or for initiating a reaction between the media with an inlet and an outlet for one medium and an inlet and outlet for the other medium and at least two enclosing pipes from where one is connected to the one and the other to the other inlet / outlet. Both ends of the inner tube are passed through the outer tube, which protrudes with its ends. The inner tube can be filled with a catalyst or with packing. A plurality of surrounding inner and outer tubes can also be arranged next to one another and the inner and outer tubes can also be formed with plates that are spaced apart and run parallel to one another.

Weiterhin ist aus der DE 198 09 200 A1 ein Apparat, insbesondere für die Verwendung als chemischer Reaktor und/oder Adsorber und/oder Regenerator bekannt, der im Wesentlichen zylindersymmetrisch um eine Vorzugsachse aufgebaut ist und wenigstens zwei Schüttungen aus Teilchen enthält, die katalytisch und/oder adsorptiv und/oder wärmespeichernd wirken. Der Apparat weist Mittel zum Zu- und Abführen von gasförmigen oder flüssigen Medien auf, die jeweils den voneinander abgewandten und den einander zugewandten Enden der Schüttungen zugeordnet sind.Furthermore, from the DE 198 09 200 A1 an apparatus, in particular known for use as a chemical reactor and / or adsorber and / or regenerator, which is essentially cylinder-symmetrical about a preferred axis and contains at least two beds of particles that have a catalytic and / or adsorptive and / or heat-storing effect. The apparatus has means for supplying and removing gaseous or liquid media, which are each assigned to the ends of the beds facing away from one another and the ends facing one another.

In der EP 1 975 539 A2 ist ein Wärmeaustauscher oder chemischer Reaktor offenbart, der einen Wärmeaustauschkörper umfasst, welcher einen Fluidströmungskanal oder mehrere Fluidströmungskanäle definiert, und einen entfernbaren Einsatz aufweist. Der Einsatz umfasst eine Reihe von Kontaktplatten, die entlang einer gemeinsamen Achse gestapelt sind und eine Presspassung in einen der Strömungskanäle aufweisen, wodurch sekundäre Wärmeaustauschflächen in thermischem Kontakt mit den Primärwandflächen vorgesehen sind.In the EP 1 975 539 A2 discloses a heat exchanger or chemical reactor comprising a heat exchange body defining one or more fluid flow channels and having a removable insert. The insert includes a series of contact plates stacked along a common axis and press fit into one of the flow channels thereby providing secondary heat exchange surfaces in thermal contact with the primary wall surfaces.

Nach diesem Stand der Technik gibt es zwei grundlegende Systeme, einen Katalysator in einen vom Prozessfluid durchströmten Strömungskanal einzubringen. Die erste Möglichkeit besteht darin, den Katalysator als geträgerte Schicht im Strömungskanals anzuordnen ( EP 1 195 193 B1 , EP 1 361 919 B1 , EP 1 430 265 B1 , DE 11 2006 000 447 T5 , EP 1 434 652 B1 , WO 03/095924 A1 ). Die Partikelgröße in diesen Fällen liegt bei weniger als 0,15 mm, so dass dieser Lösungsansatz für Strömungskanäle mit geringen Querschnitten und geschlossenen Strömungskanälen von Plattenwärmeaustauschern geeignet ist. Bei der zweiten Möglichkeit wird der Katalysator oder das Adsorptionsmittel als eine Schüttung oder Packung in einen relativ offenen ungehinderten Strömungsdurchgang mit größeren Strömungsquerschnitten eingebracht ( WO 2006/075 163 A2 ). Die verwendeten Partikelgrößen liegen hier bei mehr als 2 bis 3 mm. ist die Katalysatorpackung verbraucht, muss diese aus den Strömungskanälen entfernt werden, indem die Packung durch einen in den Strömungskanal eingeführten Stab gedrückt wird.According to this prior art, there are two basic systems for introducing a catalyst into a flow channel through which the process fluid flows. The first option is to arrange the catalyst as a supported layer in the flow channel ( EP 1 195 193 B1 , EP 1 361 919 B1 , EP 1 430 265 B1 , DE 11 2006 000 447 T5 , EP 1 434 652 B1 , WO 03/095924 A1 ). The particle size in these cases is less than 0.15 mm, so that this approach is suitable for flow channels with small cross-sections and closed flow channels of plate heat exchangers. In the second option, the catalyst or the adsorbent is introduced as a bed or packing into a relatively open, unobstructed flow passage with larger flow cross-sections ( WO 2006/075 163 A2 ). The particle sizes used here are more than 2 to 3 mm. If the catalyst packing is used up, it must be removed from the flow channels by pressing the packing through a rod inserted into the flow channel.

Beide Systeme sind mit gravierenden Nachteilen verbunden. Das erste System ist aufgrund seines komplizierten konstruktiven Aufbaus gewissermaßen ein Einwegsystem, weil der Katalysator bzw. das Adsorptionsmittel nach ihrem Verbrauch nur mit verhältnismäßig hohem technischen Aufwand entfernt werden können oder der Apparat sogar verschrottet werden muss.Both systems have serious disadvantages. Due to its complicated construction, the first system is to a certain extent a one-way system, because the catalyst or the adsorbent can only be removed after it has been used up with relatively high technical effort or the apparatus even has to be scrapped.

Beim zweiten System ist eine Verblockung einzelner Strömungskanäle durch die in den Strömungskanälen befindliche Katalysatorschüttung nicht sicher auszuschließen, die dazu führt, dass die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird. Außerdem erhöht sich der Verbrauch an Katalysator, was die Betriebskosten des Verfahrens erhöht.In the second system, a blockage of individual flow channels by the catalyst bed located in the flow channels cannot be safely ruled out, which leads to the economic efficiency of the process being adversely affected. In addition, the consumption of catalyst increases, which increases the operating costs of the process.

Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Nachteil besteht darin, dass insbesondere die mit Katalysator gefüllten Strömungskanäle mit kleinen Querschnittsflächen zur Randgängigkeit des Prozessgases am Katalysator vorbei neigen. Für kleine Querschnitte der Strömungskanäle konnten sich deshalb Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher als Reaktoren im großtechnischen Maßstab nicht durchsetzen.Another disadvantage that should not be neglected is that in particular the flow channels filled with catalyst and having small cross-sectional areas tend to allow the process gas to pass the edge of the catalyst. For small cross-sections of the flow channels, cross-flow plate heat exchangers have therefore not been able to establish themselves as reactors on an industrial scale.

AufgabenstellungTask

Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Reaktor bereitzustellen, mit denen es möglich ist, im großtechnischen Maßstab Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher mit schlanken Strömungskanälen zum Behandeln eines mit unerwünschten Bestandteilen belasteten Gases oder zur exothermen Reaktion zwischen Gasen einzusetzen, indem das Reaktionsverhalten der Katalysatorschüttung in den Strömungskanälen des Wärmeaustauschers vergleichmäßigt, die Gefahr einer Verblockung von den mit Katalysator gefüllten Strömungskanälen und der Bildung von Hot-Spots in der Katalysatorschüttung gesenkt, die Randgängigkeit des Gases am Katalysator vorbei unter gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit weitgehend vermieden wird.In this prior art, the invention is based on the object of providing a method and a reactor with which it is possible to use cross-flow plate heat exchangers with slim flow channels on an industrial scale for treating a gas contaminated with undesirable constituents or for exothermic reaction between gases, by equalizing the reaction behavior of the catalyst bed in the flow channels of the heat exchanger, reducing the risk of blocking of the flow channels filled with catalyst and the formation of hot spots in the catalyst bed, largely avoiding the passage of the gas past the catalyst while at the same time increasing economy and safety becomes.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch einen Reaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.This object is achieved by a method of the type mentioned at the outset with the features of claim 1 and by a reactor with the features of claim 13.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Reaktors sind den Unteransprüchen entnehmbar.Advantageous embodiments of the method according to the invention and of the reactor can be found in the subclaims.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, für den Stoffaustausch zwischen dem Gas und dem Katalysator kleinquerschnittige Strömungskanäle eines mit Katalysator gefüllten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers zu verwenden und gleichzeitig für den Wärmeaustausch mit dem Katalysator in Form einer Kühlung während der Oxidation die im Kreuz- oder Gegenstrom zu den Strömungskanälen des Stoffaustauschs geführten Strömungskanäle zu nutzen.The solution according to the invention is based on the knowledge to use small cross-sectional flow channels of a catalyst-filled cross-flow plate heat exchanger for the mass transfer between the gas and the catalyst and, at the same time, for the heat exchange with the catalyst in the form of cooling during the oxidation, in cross-flow or counter-flow to use the flow channels guided by the mass transfer.

Dies wird durch ein Verwenden mindestens eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers mit vom Verteilraum zum Sammelraum durchströmungsoffenen Strömungskanälen mit einer lichten Weite von mindestens 10 bis maximal 80mm, Strömungsübergängen zwischen benachbarten Strömungskanälen, in den Strömungskanälen positionierte Strömungsschikanen und in den Strömungsräumen befindliche Strömungspfade für das Kühlmedium bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche in folgenden Schritten:

  1. a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen des Gemisches aus Prozessgas und Reaktionsgas innerhalb der Strömungskanäle und im Kühlmedium innerhalb der Strömungsräume,
  2. b) Aufteilen des Gasgemisches aus Prozessgas und Reaktionsgas in Bypassströme während der katalytischen Reaktion und Einleiten der Bypassströme in die Durchtrittsöffnungen der Strömungsübergänge seitwärts gerichtet in die benachbarten Strömungskanäle.
This is achieved by using at least one modified cross-flow plate heat exchanger with flow channels open to flow from the distribution chamber to the collecting chamber with a clear width of at least 10 to a maximum of 80 mm, flow transitions between adjacent flow channels, flow baffles positioned in the flow channels and flow paths for the cooling medium forming flow paths - and spacer plates in the following steps:
  1. a) simultaneous generation of turbulence in the partial flows of the mixture of process gas and reaction gas within the flow channels and in the cooling medium within the flow spaces,
  2. b) Dividing the gas mixture of process gas and reaction gas into bypass flows during the catalytic reaction and introducing the bypass flows into the passage openings of the flow transitions, directed sideways into the adjacent flow channels.

Die Turbulenzen im Gasgemisch aus Prozessgas und Reaktionsgas werden nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Strömungsschikanen erzeugt, die als Ausprägungen senkrecht und/oder quer zur Strömungsrichtung in der Wandung des Strömungskanals gleichzeitig mit dem Wellbiegen bzw. Wellwalzen der Wellbleche ausgebildet werden, wobei die Ausprägungen nach innen in den Strömungskanal und/oder nach außen in den Strömungsraum ausgerichtet sind.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the turbulence in the gas mixture of process gas and reaction gas is generated by flow baffles, which are formed as expressions perpendicular and / or transverse to the flow direction in the wall of the flow channel at the same time as the corrugated bending or corrugated rolling of the corrugated sheets, the expressions are aligned inwardly into the flow channel and / or outwardly into the flow space.

Die Strömungsschikanen tragen dazu bei, dass der in den Strömungskanal jeweils eintretende Teilstrom des Prozessgases zusätzlich in das Innere des Strömungskanals gelenkt und Turbulenzen erzeugt werden, die der Ausbildung einer Randgängigkeit entlang der Wandung des Strömungskanals entgegenwirken. Die erzeugten Turbulenzen haben außerdem den Vorteil, dass das Kühlmedium von den nach außen in die Strömungsräume gerichteten Ausprägungen direkt an der Oberfläche verwirbelt wird und so den Wärmeaustausch verbessert.The flow chicanes contribute to the fact that the partial flow of the process gas entering the flow channel is also directed into the interior of the flow channel and turbulence is generated, which counteracts the formation of marginal accessibility along the wall of the flow channel. The turbulence generated also has the advantage that the cooling medium is swirled directly on the surface by the features directed outwards into the flow spaces and thus improves the heat exchange.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Turbulenzen im Kühlmedium durch in den Strömungsräumen zwischen den Wellblechpaaren positionierte Strömungsleit- oder Abstandbleche erzeugt, wobei das Kühlmedium während der katalytischen Reaktion im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig geführt werden kann.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the turbulence in the cooling medium is generated by flow baffles or spacer plates positioned in the flow spaces between the pairs of corrugated sheets, the cooling medium being able to be guided in cross flow to the flow channels during the catalytic reaction.

Für den Fall, dass das Kühlmedium mehrgängig geführt werden soll, werden benachbarte Strömungsräume wechselweise miteinander verbunden, wodurch das Kühlmedium von Strömungsraum zu Strömungsraum umgelenkt wird.In the event that the cooling medium is to be guided in several ways, adjacent flow spaces are alternately connected to one another, as a result of which the cooling medium is diverted from flow space to flow space.

Durch die Strömungsleit- und Abstandsbleche in den Strömungsräumen zwischen den Wellblechpaaren wird eine ständige Umlenkung des an den Strömungskanälen vorbeiströmenden Kühlmediums erzwungen, so dass der indirekte Wärmeaustausch mit dem Katalysator eine hohe Effektivität erreicht. Gleichzeitig stellen die Strömungsleit- und Abstandsbleche einen genauen Abstand der über- oder untereinanderliegenden Wellblechpaare sicher und ermöglichen eine stabile und kompakte Bauweise.The flow guide and spacer plates in the flow spaces between the pairs of corrugated sheets force a constant deflection of the cooling medium flowing past the flow channels, so that the indirect heat exchange with the catalytic converter is highly effective. At the same time, the flow guide and spacer plates ensure a precise distance between the corrugated sheet metal pairs lying above or below one another and enable a stable and compact design.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Größe der Durchtrittsöffnung für den Bypassstrom durch die Anzahl der Strömungsübergänge bestimmt wird, wobei die jeweilige Durchtrittsöffnung auf eine Größe und Form angepasst wird, die kleiner als die Abmessung und Form der kleinsten Partikelgröße der Katalysatorschüttung ist. Die Durchtrittsöffnung eines Strömungsübergangs definiert somit eine Querschnittsfläche, über die eine bestimmte Menge des vom Prozessgas abgeteilten, in den jeweiligen Strömungskanal eintretenden Teilstroms als Bypassstrom in den benachbarten Strömungskanal gelangt, so dass mit der Querschnittsfläche aller Durchtrittsöffnungen und deren Verteilung entlang der Stege die Größe der Bypasströme bestimmt und eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Verteilung der Bypassströme über das Adsorptionsmittel im jeweilig benachbarten Strömungskanal erreicht werden kann.Another preferred embodiment of the method according to the invention provides that the size of the passage opening for the bypass flow is determined by the number of flow transitions, the respective passage opening being adapted to a size and shape that is smaller than the size and shape of the smallest particle size of the catalyst bed is. The passage opening of a flow transition thus defines a cross-sectional area over which a certain amount of the partial flow divided by the process gas and entering the respective flow channel reaches the adjacent flow channel as a bypass flow, so that the size of the bypass flows with the cross-sectional area of all passage openings and their distribution along the webs determined and a uniform or uneven distribution of the bypass flows over the adsorbent in the respective adjacent flow channel can be achieved.

So kann beispielsweise die Anzahl der Strömungsübergänge in den Stegen in Nähe des zufuhrseitigen Verteilraums größer sein als die Anzahl der Strömungsübergänge in den Stegen nahe dem abführseitigen Verteilraum, d.h. die Anzahl der entlang der Stege verteilten Strömungsübergänge kann variieren.For example, the number of flow transitions in the webs near the supply-side distribution space can be greater than the number of flow transitions in the webs near the discharge-side distribution space, i.e. the number of flow transitions distributed along the webs can vary.

Dies hat den außerordentlichen Vorteil, dass sich eine eventuell beginnende Verblockung des Gasgemisches an den Durchtrittsöffnungen der Strömungsübergänge auflöst oder unterbrochen wird.This has the extraordinary advantage that any blocking of the Gas mixture dissolves or is interrupted at the passage openings of the flow transitions.

Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Strömungsübergang aus einer beim Wellwalzen der Well- oder Profilbleche in deren Stege eingeformten Einsenkung/Rille gebildet werden, die beim seitenverkehrten Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche vom darüber oder darunterliegenden Bereich der Stege abgedeckt wird und die aufeinanderliegenden Stege durch Laserschweißen oder Hartlöten stoffschlüssig verbunden werden, wobei eine Schweißnaht in Längsrichtung der Stege von der Einsenkung durchdrungen wird und die Einsenkung durch Schweißnähte in Querrichtung der Stege gasdicht abgedichtet wird.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the flow transition can be formed from a recess / groove formed in the webs of the corrugated or profiled sheets during the corrugation rolling of the corrugated or profiled sheets, which when the corrugated or profiled sheets are placed on top of one another is covered by the area of the webs above or below and the one on top of the other Bars are materially connected by laser welding or brazing, with a weld seam being penetrated by the depression in the longitudinal direction of the bars and the depression being sealed gas-tight by weld seams in the transverse direction of the bars.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Strömungsübergang beim losen Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche aus einem flachen Spalt zwischen den Stegen gebildet, indem die Stege durch Laserlinienschweißen mit Schweißnähten stoffschlüssig so verbunden werden, dass der Spalt die Scheißnaht in Längsrichtung der Stege unterbricht und der Spalt durch beidseitig parallel verlaufende Schweißnähte in Querrichtung der Stege gasdicht abgedichtet wird.According to a further variant of the method according to the invention, when the corrugated or profiled sheets are loosely superposed, the flow transition is formed from a flat gap between the webs, in that the webs are materially connected by laser line welding with weld seams in such a way that the gap interrupts the weld seam in the longitudinal direction of the webs and the gap is sealed gas-tight by weld seams running parallel on both sides in the transverse direction of the webs.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Reingas einem Kühler zugeführt und auskondensiertes Wasser aus dem Reingas abgeschieden werden. Durch eine Nachschaltung einer Adsorptions-Trocknungsanlage lässt sich der Wassergehalt im Reingas weiter auf einen Wert von unter 1 ppmv reduzieren.In a further embodiment of the method according to the invention, the clean gas can be fed to a cooler and condensed water can be separated from the clean gas. By adding an adsorption drying system downstream, the water content in the clean gas can be further reduced to a value of less than 1 ppmv.

Die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Katalysator lose Schüttungen verwendet werden, die folgende Materialien umfassen: Palladium, Platin, Vanadium, Wolfram, Chrom, Molybdän, Titan, Mangan, Kobalt, Nickel, Silber, Kupfer, Zink, Eisen, Aluminium, Silizium, Magnesium, Phosphor, Beryllium und dessen Oxide, Barium, Ruthenium oder deren Gemische mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 0,6 bis 6,0 mm verwendet werden.
Als Kühlmedium kommt Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein Thermalöl zum Einsatz.
The further embodiment of the method according to the invention provides that loose beds are used as the catalyst, which include the following materials: palladium, platinum, vanadium, tungsten, chromium, molybdenum, titanium, manganese, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, iron, Aluminum, silicon, magnesium, phosphorus, beryllium and its oxides, barium, ruthenium or their mixtures with a mean particle size between 0.6 and 6.0 mm can be used.
The cooling medium used is water or a water-glycol mixture or thermal oil.

Die Lösung der Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Reaktor dadurch erreicht, dass der Plattenwärmeaustauscher ein modifizierter Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher mit vom Verteilraum zum Sammelraum durchströmungsoffenen Strömungskanälen mit folgenden Merkmalen ist:

  1. a) die Strömungskanäle haben eine lichte Weite von mindestens 10 bis maximal 80 mm,
  2. b) benachbarte Strömungskanäle sind durch in die Stege eingeformte Strömungsübergänge zum seitwärts gerichteten Einleiten von Bypassströmen aus dem jeweiligen Teilstrom des Gasgemisches in die Strömungskanäle verbunden,
  3. c) in den Strömungskanälen sind Strömungsschikanen zum Erzeugen von Turbulenzen im jeweiligen Teilstrom des Gasgemisches innerhalb der Strömungskanäle angeordnet und
  4. d) in den Strömungsräumen zwischen den Wellblechpaaren sind Strömungspfade bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche zum Erzeugen von Turbulenzen im Kühlmedium angeordnet.
The object is achieved with the reactor according to the invention in that the plate heat exchanger is a modified cross-flow plate heat exchanger with flow channels that are open from the distribution chamber to the collecting chamber and have the following features:
  1. a) the flow channels have a clear width of at least 10 to a maximum of 80 mm,
  2. b) Adjacent flow channels are connected by flow transitions formed in the webs for the sideways introduction of bypass flows from the respective partial flow of the gas mixture into the flow channels,
  3. c) flow baffles for generating turbulence in the respective partial flow of the gas mixture are arranged in the flow channels within the flow channels and
  4. d) in the flow spaces between the pairs of corrugated sheets, flow guide sheets and spacer sheets that form flow paths are arranged for generating turbulence in the cooling medium.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Reaktors umfasst das Strömungsleit- und Abstandsblech ein dünnes Wellblech mit in die Wellenberge eingeformte, die Höhe der Wellenberge übersteigende Abstandshalterprofile, die zueinander von Wellenberg zu Wellenberg auf Lücke versetzt angeordnet sind, wobei die Abstandshalterprofile in den von den Stegen der über- und untereinanderliegenden Wellblechpaaren gebildeten Versatz abstützend eingreifen und das jeweilige Abstandshalterprofil jeweils endseitig am dazugehörigen Wellblechpaar stoffschlüssig fixiert ist. According to a preferred embodiment of the reactor according to the invention, the flow guide and spacer sheet comprises a thin corrugated sheet with spacer profiles which are formed into the wave crests and exceed the height of the wave crests and are arranged offset to one another from wave crest to wave crest, with the spacer profiles in the areas of the webs Above and below one another, corrugated sheet metal pairs intervene in a supporting manner and the respective spacer profile is fixed in a materially bonded manner at each end on the associated corrugated sheet metal pair.

Dies hat den Vorteil, dass die Strömungsleit- und Abstandsbleche nicht nur die Turbulenzen im Kühlmedium erzeugen, sondern zugleich auch die aus den spiegelbildlich aufeinanderliegenden Wellbleche gebildeten Wellblechpaare zueinander auf Abstand halten, so dass das Kühlmedium während der katalytischen Reaktion im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen ein- oder mehrgängig ohne Behinderung durch die Strömungsräume geführt werden kann.This has the advantage that the flow guide and spacer plates not only generate the turbulence in the cooling medium, but at the same time also keep the corrugated iron pairs formed from the mirror-inverted corrugated iron sheets at a distance from one another, so that the cooling medium flows in cross-flow to the flow channels during the catalytic reaction. or can be guided through the flow spaces in several ways without hindrance.

Des Weiteren tragen die Strömungsleit- und Abstandsbleche zu einer kompakten Bauweise des erfindungsgemäßen Reaktors bei.Furthermore, the flow guide and spacer plates contribute to a compact design of the reactor according to the invention.

Wesentlich für die weitgehende Vermeidung einer Randgängigkeit der Teilströme des Gasgemisches am Katalysator vorbei ist, dass die Strömungsschikanen durch Ausprägungen gebildet sind, die quer und/oder parallel zur Strömungsrichtung des jeweiligen Teilstroms des Gasgemisches in die Wandung der Strömungskanäle nach innen und/oder von der Wand nach außen gerichtet eingeformt sind.In order to largely prevent the partial flows of the gas mixture from passing along the edge of the catalyst, it is essential that the flow chicanes are formed by shapes that are transverse and / or parallel to the flow direction of the respective partial flow of the gas mixture into the wall of the flow channels inwards and / or from the wall are molded facing outwards.

Die Strömungsschikanen ermöglichen es, den in den jeweiligen Strömungskanal eintretenden Teilstrom des Prozessgases in das Innere des Kanals zu lenken und Turbulenzen zu erzeugen, die der Randgängigkeit, insbesondere in Strömungskanälen mit kleinem Querschnitt, entgegen zu wirken.The flow baffles make it possible to direct the partial flow of the process gas entering the respective flow channel into the interior of the channel and to generate turbulence that causes the To counteract marginal accessibility, especially in flow channels with a small cross-section.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Reaktors ist der Strömungsübergang quer zur Längsrichtung der Stege angeordnet ist, dessen Durchtrittsöffnungen jeweils in die benachbarten Strömungskanäle münden, wobei der Strömungsübergang aus mindestens einer im Steg eingeformten Einsenkung/Rille gebildet ist, die vom darüber- oder darunterliegenden Bereich des dazu seitenverkehrt angeordneten Stegs abgedeckt ist, wobei die Stege in Längs- und Querrichtung stoffschlüssig verbunden sind.
Die stoffschlüssige Verbindung kann durch Laserlinienschweißen erzeugte Schweißnähte oder Hartlötverbindungen umfassen.
In a further preferred embodiment of the reactor according to the invention, the flow transition is arranged transversely to the longitudinal direction of the webs, the passage openings of which open into the adjacent flow channels, the flow transition being formed from at least one indentation / groove formed in the web, which is from the area above or below of the laterally arranged web is covered, wherein the webs are cohesively connected in the longitudinal and transverse directions.
The material connection can comprise weld seams or brazed connections produced by laser line welding.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung kann der Strömungsübergang aus mindestens einem flachen Spalt mit Durchtrittsöffnungen zwischen den in Längsrichtung mit einer Schweißnaht stoffschlüssig und gasdicht verbundenen Stegen bestehen, wobei die Stege in Querrichtung durch parallel zum Spalt verlaufenden Schweißnähte gasdicht abgedichtet sind.In a further expedient embodiment of the invention, the flow transition can consist of at least one flat gap with passage openings between the webs which are materially and gas-tightly connected in the longitudinal direction with a weld seam, the webs being sealed gas-tight in the transverse direction by welds running parallel to the gap.

Die der Einsenkung oder dem Spalt zugeordneten Durchtrittsöffnungen haben eine Geometrie oder Form, die kleiner als die Abmessung und Form der kleinsten Partikelgröße der Katalysatorschüttung ist, so dass Katalysatorpartikel nicht aus dem einen in den anderen Strömungskanal gelangen können.The passage openings associated with the depression or the gap have a geometry or shape that is smaller than the dimensions and shape of the smallest particle size of the catalyst bed, so that catalyst particles cannot get from one flow channel into the other.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors weist die Durchtrittsöffnung des Strömungsübergangs eine Querschnittsfläche auf, über die eine bestimmte Menge des in den Strömungskanal eingetretenen Teilstroms des Gasgemisches als Bypasstrom in den jeweils benachbarten Strömungskanal gelangt, wobei die jeweilige Durchtrittsöffnung auf eine Größe und Form angepasst ist, die kleiner als die Größe und Form der kleinsten Partikelgröße der Katalysatorschüttung ist. Dies gewährleistet, dass die Partikel der Katalysatorschüttung nicht über die Durchtrittsöffnung in benachbarte Strömungskanäle gelangen können.According to a particularly preferred embodiment of the reactor according to the invention, the passage opening of the flow transition has a cross-sectional area via which a certain amount of the partial flow of the gas mixture that has entered the flow channel reaches the respective adjacent flow channel as a bypass flow, the respective passage opening being adapted to a size and shape that is smaller than the size and shape of the smallest particle size of the catalyst bed. This ensures that the particles of the catalyst bed cannot get into adjacent flow channels via the passage opening.

Die Strömungsübergänge sind gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal des erfindungsgemäßen Reaktors in Längsrichtung des jeweiligen Stegs vertikal gleichmäßig oder unterschiedlich lang voneinander beabstandet und verteilt angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die von den Durchtrittsöffnungen abgeteilten Bypassströme über die gesamte Länge des Strömungskanals in die Katalysatorschüttung verteilt werden können.According to a further preferred feature of the reactor according to the invention, the flow transitions are arranged vertically uniformly or at different lengths from one another and distributed in the longitudinal direction of the respective web. This arrangement has the advantage that the bypass flows separated by the passage openings can be distributed over the entire length of the flow channel into the catalyst bed.

In besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors sind die Strömungskanäle zu- und abströmseitig mit einem vom Prozessgas, Reaktionsgas und Reingas durchström- und demontierbaren Sieb abgedeckt, dessen Maschengröße kleiner ist als die kleinste Partikelgröße der Katalysatorschüttung. Bei notwendig werdendem Austausch des Katalysators lässt sich das Sieb von den Strömungskanälen demontieren und die verbrauchte Katalysatorschüttung über den zuführseitigen Verteilraum problemlos entfernen. Die Befüllung der Strömungskanäle mit neuem Katalysator erfolgt nach Entfernung des abströmseitigen Siebs und der erneuten Montage des zuströmseitigen Siebs über den abströmseitigen Verteilraum vertikal in die offenen Strömungskanäle entsprechend.In a particularly advantageous embodiment of the reactor according to the invention, the flow channels on the inflow and outflow side are covered with a sieve that can be flowed through and dismantled by process gas, reaction gas and clean gas, the mesh size of which is smaller than the smallest particle size of the catalyst bed. If it becomes necessary to replace the catalyst, the sieve can be dismantled from the flow channels and the used catalyst bed can be easily removed via the distribution chamber on the feed side. The flow channels are filled with new catalyst after removing the outflow-side screen and reassembling the inflow-side screen vertically into the open flow channels via the outflow-side distribution space.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Reaktors bindet eine Reaktionsgasleitung für die Zumischung von Reaktionsgas in Stromrichtung vor dem Erhitzer in die Zuführleitung für das Prozessgas ein.According to a further development of the reactor according to the invention, a reaction gas line for admixing reaction gas in the flow direction upstream of the heater is incorporated into the supply line for the process gas.

Eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Reaktors sieht vor, dass in die Reingasleitung ein Kühler mit Kondensatablass für auskondensiertes Wasser eingebunden ist. Natürlich kann auch ein Economizer zur Wärmerückgewinnung eingesetzt werden.Another embodiment of the reactor according to the invention provides that a cooler with a condensate drain for condensed water is integrated into the clean gas line. Of course, an economizer can also be used for heat recovery.

Von besonderer Bedeutung für den erfindungsgemäßen Reaktor ist, dass der den Strömungsräumen für den Wärmeaustausch im Kreuzstrom zugeordnete Kühlkreis sicherstellt, dass die Reaktionswärme am Ort ihrer Entstehung direkt abgeführt werden kann, wodurch das Reaktionsverhalten am Katalysator vergleichmäßigt und zugleich eine Überhitzung der Katalysatorschüttung vermieden wird.It is of particular importance for the reactor according to the invention that the cooling circuit assigned to the flow spaces for the heat exchange in the cross-flow ensures that the heat of reaction can be dissipated directly at the point where it is generated, thereby smoothing out the reaction behavior on the catalyst and at the same time avoiding overheating of the catalyst bed.

Nach einem weiterem Merkmal des erfindungsgemäßen Reaktors besteht der Katalysator aus einer losen Schüttung von Partikeln, die folgende Materialien umfasst: Palladium, Platin, Vanadium, Wolfram, Chrom, Molybdän, Titan, Mangan, Kobalt, Nickel, Silber, Kupfer, Zink, Eisen, Aluminium, Silizium, Magnesium, Phosphor, Beryllium und dessen Oxide, Barium, Ruthenium oder deren Gemische mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 0,6 bis 6,0 mm ist.According to a further feature of the reactor according to the invention, the catalyst consists of a loose bed of particles, which comprises the following materials: palladium, platinum, vanadium, tungsten, chromium, molybdenum, titanium, manganese, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, iron, Aluminum, silicon, magnesium, phosphorus, beryllium and its oxides, barium, ruthenium or their mixtures with a mean particle size between 0.6 and 6.0 mm.

Die Partikelgröße ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auf die Abmessung, den Querschnitt und die Form der Strömungskanäle so abgestimmt, dass die Partikel einen geringen Abstand zur Wand des Strömungskanals für eine hohe Wärmeleitung haben.According to a further feature of the invention, the particle size is matched to the dimensions, the cross section and the shape of the flow channels in such a way that the particles are at a small distance from the wall of the flow channel for high heat conduction.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors sieht vor, dass der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher eine rechteckige Baueinheit bildet, die im Innenraum eines rechteckigen oder zylindrischen Gehäuses angeordnet ist, wobei der Verteilraum als ein Fußteil, der Sammelraum als ein Kopfteil ausgebildet ist und der Verteilraum für das Kühlmedium alle Strömungsräume durchströmungsoffen umschließt.A particularly preferred embodiment of the reactor according to the invention provides that the modified cross-flow plate heat exchanger forms a rectangular structural unit, which is arranged in the interior of a rectangular or cylindrical housing, the distribution space being designed as a foot part, the collecting space being designed as a head part and the distribution space for the cooling medium enclosing all flow spaces with open flow.

Gemäβ einer Weiterbildung der Erfindung weist die Baueinheit einen zuströmseitigen Boden und einen abströmseitigen Boden auf, wobei der jeweilige Boden entweder aus einem einzigen Formteil oder aus mehreren an die Kontur der Strömungskanäle angepassten Formteile bestehen, die untereinander und mit den Wellblechbaren stoffschlüssig verbunden sind.According to a further development of the invention, the structural unit has an inflow-side base and an outflow-side base, the respective base consisting either of a single molded part or of several molded parts adapted to the contour of the flow channels, which are firmly connected to each other and to the corrugated sheet metal bar.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors sind mehrere Baueinheiten senkrecht übereinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei jede Baueinheit mit einem zuflussseitigen Verteilraum, einen abströmseitigen Sammelraum und einen Verteilraum für das Kühlmedium versehen ist und die Verteilräume und Sammelräume untereinander durch die Strömungskanäle strömungsverbunden sind.In a further embodiment of the reactor according to the invention, several structural units are arranged vertically one above the other in a common housing, each structural unit being provided with an inflow-side distribution space, an outflow-side collection space and a distribution space for the cooling medium and the distribution spaces and collection spaces being flow-connected to one another through the flow channels.

Die modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärme- austauscher bestehen aus dünnem Edelstahlblech, Kohlenstoffstahlblech, Kupfer- oder Aluminiumblech mit einer Dicke von 0,1 mm bis 1,0 mm, das durch Wellwalzen zu Well- oder Profilblech mit unterschiedlichen Profilformen umgeformt ist. So können die Wellbleche ein halbrundes, ovales, dreieckiges, trapezoides oder viereckiges Profil besitzen, so dass beim Übereinanderlegen der Profil- oder Wellbleche die entstehenden Strömungskanäle einen rohrförmigen, wellenartigen, rhombischen, rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen.The modified cross-flow plate heat exchangers consist of thin stainless steel sheet, carbon steel sheet, copper or aluminum sheet with a thickness of 0.1 mm to 1.0 mm, which is formed into corrugated or profiled sheet with different profile shapes by corrugated rolling. The corrugated sheets can have a semicircular, oval, triangular, trapezoidal or square profile, so that when the profiled or corrugated sheets are placed on top of one another, the resulting flow channels have a tubular, wave-like, rhombic, rectangular or polygonal cross-section.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.Further advantages and details emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below using two exemplary embodiments.

Es zeigen

  • 1a eine perspektivische Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, spiegelbildlich übereinander angeordnete Wellblechpaare, in deren aufeinanderliegenden stoffschlüssig verbundenen Stegen mindestens ein Strömungsübergang aus Einsenkungen eingeformt ist,
  • 1b einen Schnitt entlang der Linie A-A der 1a
  • 1c einen Schnitt entlang der Linie B-B der 1b,
  • 1d einen Schnitt entlang der Linie C-C der 1b
  • 2 einen Ausschnitt in Draufsicht der 1a,
  • 3 eine perspektivische Darstellung des in den Strömungsräumen zwischen den Wellblechpaaren eingesetzten Strömungsleit- und Abstandsbleches.
  • 4a eine perspektivische Darstellung einer aus mehreren Wellblechpaaren zusammengesetzten Baueinheit mit kopf- und fußseitigem Boden,
  • 4b den Aufbau des Bodens in einer Explosionsdarstellung,
  • 5 ein Beispiel von Strömungsschikanen in der Wandung eines Strömungskanals in perspektivischer Darstellung,
  • 6 eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers mit zuführseitigem Verteilraum für das Gasgemisch aus Prozessgas und Reaktionsgas und abführseitigem Sammelraum für das Reingas in einem viereckigen Gehäuse,
  • 7 eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers im Innenraum eines zylindrischen Gehäuses,
  • 8 eine Seitenansicht eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers aus beispielsweise zwei übereinander angeordneten Ba ueinheiten,
  • 9 eine Explosionsdarstellung von zwei zueinander versetzte, im Steg in Längsrichtung stoffschlüssig verbundene Wellblechpaare mit Strömungsübergang, der durch einen Spalt gebildet ist,
  • 9a einen Schnitt entlang der Linie D-D der 9,
  • 9b einen Schnitt entlang der Linie E-E der 9a und
  • 10 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Show it
  • 1a a perspective exploded view of two mutually offset, mirror-inverted pairs of corrugated sheet metal, in whose mutually cohesively connected webs at least one flow transition is formed from depressions,
  • 1b a section along the line AA of 1a
  • 1c a section along the line BB of 1b ,
  • 1d a section along the line CC of the 1b
  • 2 a detail in plan view of the 1a ,
  • 3 a perspective view of the flow guide and spacer plate used in the flow spaces between the pairs of corrugated sheets.
  • 4a a perspective view of a structural unit composed of several pairs of corrugated iron with a bottom at the top and bottom,
  • 4b the structure of the floor in an exploded view,
  • 5 an example of flow chicanes in the wall of a flow channel in a perspective view,
  • 6th a side view of a modified cross-flow plate heat exchanger with a feed-side distribution space for the gas mixture of process gas and reaction gas and a discharge-side collection space for the clean gas in a square housing,
  • 7th a side view of a modified cross-flow plate heat exchanger in the interior of a cylindrical housing,
  • 8th a side view of a modified cross-flow plate heat exchanger from, for example, two building units arranged one above the other,
  • 9 an exploded view of two mutually offset corrugated sheet metal pairs that are cohesively connected in the web in the longitudinal direction with a flow transition formed by a gap,
  • 9a a section along the line DD of 9 ,
  • 9b a section along the line EE of the 9a and
  • 10 a schematic representation of the method according to the invention.

Die 1a zeigt den grundsätzlichen Aufbau von Wellblechpaaren 7c, die aus spiegelbildlich übereinandergelegten Wellblechen 7a und 7b aus Edelstahl mit einer Dicke von 0,3 mm bestehen. Die Wellbleche 7a und 7b bilden mit ihren Wellprofilen 8 jeweils parallel nebeneinanderliegende vertikale Strömungskanäle 9, deren Stege 10a bzw. 10b einander zugewandt sind.
In den Steg 10a bzw. 10b ist quer zur Längsrichtung LR über die gesamte Breite B des Stegs 10a bzw. 10b mindestens eine Einsenkung 14a bzw. 14b eingeformt, die beim Wellwalzen der Well- oder Profilobleche 7a bzw. 7b eingebracht wird.
Die Einsenkungen 14a bzw. 14b kommen beim spiegelblichen Aufeinanderlegen der Well- oder Profilbleche 7a bzw. 7b jeweils seitenverkehrt zu liegen und werden vom Steg 10a bzw. 10b des darüber- und darunterliegenden Well- oder Profilblech 7a bzw. 7b abgedeckt. Die einander zugewandten flachen Bereiche der Stege 10a bzw. 10b lagern aufeinander und stützen sich gegenseitig ab. Zum gasdichten Verbinden werden die Stege 10a bzw. 10b mechanisch zusammengepresst, fixiert und durch Laserschweißen oder Hartlöten in Längsrichtung LR gasdicht verbunden.
Die Einsenkungen 14a bzw. 14b durchdringen somit die in Längsrichtung LR verlaufende stoffschlüssige Verbindung/Schweißnaht 16a in Querrichtung QR. Die gasdichte Verbindung zwischen übereinanderliegenden Stegen 10a bzw. 10b erfolgt durch parallel zur jeweiligen Einsenkung 14a bzw. 14b verlaufende weitere Schweißnähte 16b wie aus den 1b und 1c zu entnehmen ist.
Da die Einsenkungen 14a bzw. 14b Vertiefungen in den Stegen 10a bzw. 10b darstellen, berühren sich die Stege im Bereich der Einsenkungen 14a bzw. 14 nicht und bleiben unverschweißt, so dass ein Strömungsübergang 17 mit Durchtrittsöffnungen 18 entsteht, die in die jeweils benachbarten Strömungskanäle 9 münden.
The 1a shows the basic structure of pairs of corrugated iron 7c made from mirror-inverted corrugated sheets 7a and 7b consist of stainless steel with a thickness of 0.3 mm. The corrugated iron 7a and 7b form with their corrugated profiles 8th vertical flow channels lying parallel next to one another 9 , their webs 10a or. 10b facing each other.
In the jetty 10a or. 10b is transverse to the longitudinal direction LR over the entire width B of the web 10a or. 10b at least one depression 14a or. 14b formed in the corrugated rolling of the corrugated or profiled sheets 7a or. 7b is introduced.
The depressions 14a or. 14b come when the corrugated or profiled sheets are mirrored on top of each other 7a or. 7b to lie upside down and be removed from the jetty 10a or. 10b of the corrugated or profiled sheet metal above and below 7a or. 7b covered. The flat areas of the webs facing one another 10a or. 10b lie on top of each other and support each other. The webs are used for gas-tight connections 10a or. 10b mechanically pressed together, fixed and by laser welding or brazing in the longitudinal direction LR gas-tight connected.
The depressions 14a or. 14b thus penetrate in the longitudinal direction LR running material connection / weld seam 16a in the transverse direction QR . The gas-tight connection between webs on top of each other 10a or. 10b takes place through parallel to the respective depression 14a or. 14b running further weld seams 16b like from the 1b and 1c can be found.
Because the depressions 14a or. 14b Depressions in the webs 10a or. 10b represent, the webs touch in the area of the depressions 14a or 14 do not and remain unwelded, so that a flow transition 17th with openings 18th arises, which in the respective adjacent flow channels 9 flow out.

Die Einsenkungen 14a bzw. 14b haben eine Tiefe T, die kleiner als die kleinste Korngröße des Katalysators der Katalysatorschüttung KS ist, so dass kein Katalysatorpartikel aus dem einen Strömungskanal in den anderen Strömungskanal gelangen kann.The depressions 14a or. 14b have a depth T that are smaller than the smallest grain size of the catalyst of the catalyst bed KS so that no catalyst particle can get from one flow channel into the other flow channel.

Durch den Strömungsübergang 17 gelangt während der katalytischen Reaktion jeweils ein seitwärts gerichteter Bypasstrom BS vom Teilstrom TG des Gasgemisches aus Prozessgas G und Reaktionsgas RG in die benachbarten Strömungskanäle 9. Dies ermöglicht, einer beginnenden Verblockung in den Strömungskanälen entgegenzuwirken.
Man erkennt aus der 1b, dass die Querschnittsfläche QF der Durchtrittsöffnung 18 von der Geometrie und Form der Einsenkung 14a bzw. 14b abhängt. Die Abmessung der Durchtrittsöffnung 18 ist so gewählt, dass die Katalysatorpartikel mit ihrem kleinsten Korn die Durchtrittsöffnung nicht passieren können.
Through the flow transition 17th a sideways bypass flow arrives during the catalytic reaction BS from the partial flow TG of the gas mixture from process gas G and reaction gas RG into the adjacent flow channels 9 . This makes it possible to counteract an incipient blockage in the flow channels.
One recognizes from the 1b that the cross-sectional area QF the passage opening 18th on the geometry and shape of the depression 14a or. 14b depends. The dimension of the passage opening 18th is chosen so that the smallest grains of the catalyst particles cannot pass through the passage opening.

Die spiegelbildlich aufeinander gelegten Well- oder Profilbleche 7a und 7b bilden eine Lage eines Wellblechpaares 7c aus. Die Wellblechpaare 7c liegen über- oder untereinander angeordnet und weisen zueinander einen Versatz 24 auf, wobei die über- oder untereinanderliegenden Wellblechpaare 7c voneinander beabstandet sind und zwischen sich Strömungsräume 12 ausbilden, in dem ein Kühlmedium K im Kreuzstrom zum Strömungskanal 9 eingängig, d.h. gleichzeitig durch alle Strömungsräume 12 geführt werden kann. Ebenso ist es aber auch möglich, das Kühlmedium K mehrgängig, d.h. nacheinander durch die Strömungsräume 12 zu führen. In einem solchen Fall sind jeweils benachbart liegenden Strömungsräume 12 miteinander verbunden, wodurch das Kühlmedium K von Strömungsraum zu Strömungsraum umgelenkt wird.
Die Well- oder Profilbleche 7a bzw. 7b besitzen ein halbrundes, ovales, dreieckiges, trapezoides oder viereckiges Profil 8, so dass beim Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche 7a bzw. 7b die entstehenden Strömungskanäle 9 einen rohrförmigen, wellenartigen, rhombischen, rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen können.
The mirror-inverted corrugated or profiled sheets 7a and 7b form a layer of a pair of corrugated iron 7c out. The corrugated iron pairs 7c are arranged above or below one another and are offset from one another 24 on, with the corrugated iron pairs lying above or below one another 7c are spaced apart and flow spaces between them 12th form in which a cooling medium K in cross flow to the flow channel 9 catchy, ie through all flow spaces at the same time 12th can be performed. But it is also possible to use the cooling medium K multi-thread, ie one after the other through the flow spaces 12th respectively. In such a case, there are adjacent flow spaces 12th connected to each other, creating the cooling medium K is diverted from flow space to flow space.
The corrugated or profiled sheets 7a or. 7b have a semicircular, oval, triangular, trapezoidal or square profile 8th so that when the corrugated or profiled sheets are placed on top of each other 7a or. 7b the resulting flow channels 9 can have a tubular, wave-like, rhombic, rectangular or polygonal cross-section.

In die Strömungsräume 12 zwischen den Wellblechpaaren 7c ist -wie auch 2 zeigt, ein wellblechartig geformtes Strömungsleit- und Abstandsblech 22 eingesetzt. In die Wellenberge WB des Strömungsleit- und Abstandsblechs 22 sind in regelmäßigen Abständen voneinander Abstandshalterprofile 23 eingeformt, die jeweils wechselseitig in den durch den Versatz 24 ausgebildeten Bereich der übereinander angeordneten Wellblechpaare 7c abstützend eingreifen, wobei das Abstandshalterprofil 12 am jeweiligen Wellblechpaar 7c anfangs- und endseitig stoffschlüssig befestigt ist, so dass ein Verschieben des Strömungsleit- und Abstandsblechs 22 im Strömungsraum 12 ausgeschlossen ist. Die Strömungsleit- und Abstandsbleche 22 tragen zur Versteifung der der über- oder untereinander angeordneten Wellblechpaare 7c bei.In the flow spaces 12th between the pairs of corrugated iron 7c is -as also 2 shows a flow guide and spacer plate shaped like a corrugated sheet 22nd used. In the wave crests WB of the flow guide and spacer plate 22nd are spacer profiles at regular intervals from one another 23 molded, each reciprocally in the by the offset 24 formed area of the corrugated iron pairs arranged one above the other 7c engage in a supporting manner, the spacer profile 12th on the respective pair of corrugated iron 7c at the beginning and end is firmly attached, so that a displacement of the flow guide and spacer plate 22nd in the flow space 12th is excluded. The flow guide and spacer plates 22nd contribute to the stiffening of the corrugated iron pairs arranged above or below one another 7c at.

Nach 3 sind die Abstandshalterprofile 23 in den benachbarten Wellenbergen WB des Strömungsleit- und Abstandsblechs 2 zueinander auf Lücke 25 versetzt angeordnet, so dass Strömungspfade SF entstehen, die das im Kreuzstrom geführte Kühlmedium K zur Umlenkung zwingen und dabei Turbulenzen erzeugen. Ein Beispiel eines Strömungspfades SF ist durch Pfeile in der 3 gekennzeichnet.To 3 are the spacer profiles 23 in the adjacent wave crests WB of the flow guide and spacer plate 2 to each other on gap 25th staggered so that flow paths SF arise that the cooling medium conducted in cross-flow K force to deflect and generate turbulence in the process. An example of a flow path SF is indicated by arrows in the 3 marked.

Die 4a und 4b verdeutlichen den Aufbau einer aus mehreren Wellblechpaaren 7c zusammengesetzten Baueinheit 1a. Die Wellblechpaare 7c durchdringen mit ihren offenendigen Strömungskanälen 9 einen kopfseitigen Boden 26 und einen abströmseitigen Boden 27.
Die Böden 26 und 27 sind aus Formteilen 26 bis 26.n bzw. 27.1 bis 27.n zusammengesetzt, deren Kontur an die Form und Abmessung der Wellblechpaare 7c, zweckmäßig durch Laserschneiden, angepasst ist. Die Formteile werden mit den eingelegten Wellblechpaaren 7c entlang der Kontur zusammengefügt und durch Laserschweißen oder Hartlöten stoffschlüssig verbunden, so dass ein im Wesentlichen rechteckiger Baueinheit entsteht, der wahlweise in einen rechteckigen oder zylindrischen Gehäuse 2 eingesetzt werden kann. Die Fügerichtung ist durch einen Pfeil in der 4b gekennzeichnet.
The 4a and 4b illustrate the structure of one of several pairs of corrugated iron 7c composite structural unit 1a . The corrugated iron pairs 7c penetrate with their open-ended flow channels 9 a head-side floor 26th and a downstream floor 27 .
The floors 26th and 27 are composed of molded parts 26 to 26.n or 27.1 to 27.n, the contour of which is based on the shape and dimensions of the corrugated sheet metal pairs 7c , expediently by laser cutting. The molded parts are made with the inserted pairs of corrugated iron 7c Assembled along the contour and materially connected by laser welding or brazing, so that an essentially rectangular structural unit is created, which can optionally be in a rectangular or cylindrical housing 2 can be used. The joining direction is indicated by an arrow in the 4b marked.

Es ist bekannt, dass schlanke Kolonnen mit einem Verhältnis aus Schütt- und Partikeldurchmesser <20 zur Randgängigkeit neigen ( K.Salem, Dissertation „Instationäre Temperatur- und Konzentrationsfelder in hochbelasteten Festbettadsorbern“, Cuvillier-Verlag Göttingen, 2006 ). BAKER ET AL („The Course of Liquor Flow in Packed Towers“, Trans AIChE 31(1935), S. 296-315 ) geben an, dass die Tendenz zur Randgängigkeit bei einem Verhältnis aus Kolonnendurchmesser zu Füllkörperdurchmesser von 8:1 signifikant zunimmt.
Um der Randgängigkeit entgegenzuwirken, besitzen die Strömungskanäle 9 -wie in 5 dargestellt- Strömungsschikanen 19, die in das Wellprofil 8 der Wellbleche 7a bzw. 7b beim Wellwalzen in Form von Ausprägungen 21 eingeformt werden und von der Wandung 20 in das Innere der Strömungskanäle 9 hineinragen und/oder von der Wandung 20 in den Strömungsraum 12 für das Kühlmedium K heraustreten. Die Ausprägungen 21 sind quer und parallel zur Strömungsrichtung SRR des Teilstroms TG des Gasgemisches an der Wandung 20 der Strömungskanäle 9 verteilt angeordnet. Die Strömungsschikanen 19 bewirken, dass das in Wandnähe befindliche Gas in das Innere des Strömungskanals 9 gelenkt wird und damit Turbulenzen erzeugt werden, die die Randgängigkeit weitgehend verhindern.
It is known that slender columns with a ratio of bulk and particle diameter <20 tend to pass the edges ( K.Salem, dissertation “Unsteady temperature and concentration fields in highly loaded fixed bed adsorbers”, Cuvillier-Verlag Göttingen, 2006 ). BAKER ET AL ("The Course of Liquor Flow in Packed Towers", Trans AIChE 31 (1935), pp. 296-315 ) indicate that the tendency towards edge penetration increases significantly with a ratio of column diameter to packing diameter of 8: 1.
In order to counteract the marginal accessibility, the flow channels have 9 -as in 5 shown- flow chicanes 19th that are in the corrugated profile 8th the corrugated iron 7a or. 7b with corrugated rolling in the form of characteristics 21 be molded and from the wall 20th into the interior of the flow channels 9 protrude into and / or from the wall 20th into the flow space 12th for the cooling medium K stepping out. The manifestations 21 are transverse and parallel to the direction of flow SRR of the partial flow TG of the gas mixture on the wall 20th the flow channels 9 arranged distributed. The flow chicanes 19th cause the gas located near the wall to enter the interior of the flow channel 9 is steered and thus turbulence are generated, which largely prevent the edge accessibility.

Die 6 stellt den Aufbau des erfindungsgemäßen Reaktors in Seitenansicht im Schnitt dar. Der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1 ist als Baueinheit 1a in einem Gehäuse 2 aus Edelstahl untergebracht. Das Gehäuse 2 besteht aus einem rechteckigen Gehäusemantel 2a, in dessen Innenraum die Baueinheit 1 angeordnet ist. Der kopfseitige Boden 26 ist zusammen mit einem zum Gehäuse 2 gehörenden Kopfteil 28 stirnseitig an der Wandung 29 des Gehäusemantels 2a angeflanscht, so dass zuströmseitig ein Verteilraum 3 für das Gasgemisch aus Prozessgas G und Reaktionsgas GR entsteht, in den das Gasgemisch über eine mit dem Kopfteil 28 verbundene Zuführleitung 4 eintritt.
Der fußseitige Boden 27 der Baueinheit 1a und ein an der Wandung 29 des Gehäusemantels 2a stirnseitig angeflanschtes Fußteil 30 bilden einen Sammelraum 5 für das die Strömungskanäle 9 verlassende Reingas RG, das über eine mit dem Fußteil 30 verbundene Abführleitung 6 einem nicht weiter dargestellten Verbraucher zugeführt oder als Abluft in die Atmosphäre abgegeben wird.
Der zuströmseitige Verteilraum 3 befindet sich am Kopf des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1, wodurch die Stromrichtung SRR des Gasgemisches aus Prozessgas G und Reaktionsgas GR vertikal abwärtsgerichtet durch die Baueinheit 1a verläuft. Natürlich kann das Gasgemisch die Baueinheit 1a auch vertikal aufwärts durchströmen.
The 6th shows the structure of the reactor according to the invention in a side view in section. The modified cross-flow plate heat exchanger 1 is as a unit 1a in one housing 2 made of stainless steel. The case 2 consists of a rectangular casing 2a , in the interior of which the structural unit 1 is arranged. The bottom at the head 26th is together with one to the housing 2 belonging headboard 28 at the front on the wall 29 of the housing jacket 2a flanged so that a distribution space on the inflow side 3 for the gas mixture of process gas G and reaction gas GR arises, in which the gas mixture over one with the head part 28 connected supply line 4th entry.
The bottom at the foot 27 the unit 1a and one on the wall 29 of the housing jacket 2a Foot part flanged on the front 30th form a collecting space 5 for which the flow channels 9 leaving clean gas RG , the one with the footboard 30th connected discharge line 6th is fed to a consumer, not shown, or released into the atmosphere as exhaust air.
The upstream distribution space 3 is located at the top of the cross-flow plate heat exchanger 1 , making the current direction SRR of the gas mixture from process gas G and reaction gas GR vertically downward through the assembly 1a runs. Of course, the gas mixture can be the structural unit 1a also flow vertically upwards.

Die mit einem Katalysator befüllten Strömungskanäle 9 sind vorzugsweise vertikal ausgerichtet und verbinden durchströmungsoffen den Verteilraum 3 mit dem Sammelraum 5.
Zu- und abströmseitig sind die Strömungskanäle 9 endseitig mit jeweils einem demontierbaren gasdurchlässigen Sieb 11 abgedeckt. Das Sieb 11 hat eine Maschengröße, die kleiner gewählt ist als die kleinste Korngröße der in den Strömungskanälen 9 eingefüllten Partikel der Katalysatorschüttung KS, so dass der Katalysator nicht aus den Strömungskanälen gelangen kann.
Die Strömungskanäle 9 haben eine lichten Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 80 mm. Beispielsweise kann die Länge der Strömungskanäle 1 bis 2 m sowie die mittlere Partikelgröße des Katalysators 0,6 bis 6 mm betragen.
The flow channels filled with a catalyst 9 are preferably aligned vertically and connect the distribution space with an open flow 3 with the collecting room 5 .
The flow channels are upstream and downstream 9 each end with a removable, gas-permeable sieve 11 covered. The sieve 11 has a mesh size that is selected to be smaller than the smallest grain size in the flow channels 9 Filled particles of the catalyst bed KS so that the catalyst cannot get out of the flow channels.
The flow channels 9 have a clear width ( W. ) of at least 10 to a maximum of 80 mm. For example, the length of the flow channels 1 to 2 m and the mean particle size of the catalyst are 0.6 to 6 mm.

Das mit einer unerwünschten gasförmigen Komponente belastete Prozessgas G tritt zusammen mit einem Reaktionsgas GR über die Zuführleitung 4 in den Verteilraum 3 ein und teilt sich in Teilströme TG auf, von denen jeder einen mit Katalysator, beispielsweise Palladium oder Platin, befüllten Strömungskanal 9 durchströmt und am Katalysator katalytisch umgesetzt wird. Abströmseitig besitzt der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1 einen Sammelraum 5 für das Reingas RG, das über eine Abführleitung 6 einen nicht weiter gezeigten Verbraucher zugeführt wird.
Die im Innenraum des Gehäuses 2 angeordnete Baueinheit 1a ist für die Zu- und Abführung eines Kühlmediums K von einem Verteilraum 13 umgeben, der zwischen der Wandung 29 des Gehäusemantel 2a und der Baueinheit 1a ausgebildet ist. Die Strömungsräume 12 zwischen den Wellblechpaaren 7c münden durchströmungsoffen in den Verteilraum 13 ein.
The process gas contaminated with an undesirable gaseous component G occurs together with a reaction gas GR via the feed line 4th in the distribution room 3 and divides into partial flows TG on, each of which has a flow channel filled with a catalyst, for example palladium or platinum 9 flows through and is catalytically converted on the catalyst. The modified cross-flow plate heat exchanger has on the downstream side 1 a collection room 5 for the clean gas RG that has a drainage pipe 6th is fed to a consumer not shown further.
The inside of the case 2 arranged structural unit 1a is for the supply and discharge of a cooling medium K from a distribution room 13th surrounded, the one between the wall 29 of the housing jacket 2a and the assembly 1a is trained. The flow spaces 12th between the pairs of corrugated iron 7c open to flow into the distribution area 13th a.

Nach 7 ist der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1 im Innenraum eines zylindrischen Gehäuses 2 angeordnet. Der kopfseitige Boden 26 der Baueinheit 1a lagert auf der Wandung 29 des Gehäusemantels 2a des Gehäuses 2 auf und ist zusammen mit dem Kopfteil 28 in Form eines Klöpperboden und der fußseitige Boden 27 der Baueinheit 1a mit dem Fußteil 30 stirn-bzw. fußseitig an der Wandung 29 des zylindrischen Gehäusemantels 2a angeflanscht. Der Verteilraum 3 und der Sammelraum 5 werden durch das Kopfteil 28 und das Fußteil 30 mit den entsprechenden Böden 26 bzw. 27 der Baueinheit 1a gebildet.
Der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher 1 besteht aus dünnem Edelstahl-, Kupfer- oder Aluminium-Wellblech mit einer Dicke zwischen 0,1 bis 3,0 mm,
To 7th is the modified cross-flow plate heat exchanger 1 in the interior of a cylindrical housing 2 arranged. The bottom at the head 26th the unit 1a rests on the wall 29 of the housing jacket 2a of the housing 2 on and is together with the headboard 28 in the form of a dished bottom and the bottom at the foot 27 the unit 1a with the foot part 30th forehead or. at the foot of the wall 29 of the cylindrical housing jacket 2a flanged. The distribution room 3 and the collecting room 5 are through the headboard 28 and the foot part 30th with the corresponding floors 26th or. 27 the unit 1a educated.
The modified cross-flow plate heat exchanger 1 consists of thin stainless steel, copper or aluminum corrugated sheet with a thickness between 0.1 and 3.0 mm,

In 8 ist ein Reaktor gezeigt, der aus zwei übereinander abgeordneten Baueinheiten 1a besteht, wobei die beiden Baueinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse 2 untergebracht sind.In 8th a reactor is shown which consists of two structural units arranged one above the other 1a consists, the two structural units in a common housing 2 are housed.

Die 9, 9a und 9b zeigt eine zweite Ausführungsform eines Strömungsübergangs 17 zwischen benachbarten Strömungskanälen 9.The 9 , 9a and 9b shows a second embodiment of a flow transition 17th between adjacent flow channels 9 .

Der Strömungsübergang 17 wird durch einen flachen Spalt 15 beim losen Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche zwischen den Stegen 10a und 10b gebildet. Die Stege 10a bzw. 10b sind miteinander durch eine in Längsrichtung LR verlaufende Schweißnaht 16a gasdicht verbunden, die von mindestens einem Spalt 15 unterbrochen ist. Der Spalt 15 stellt einen Strömungsübergang 17 mit Durchtrittsöffnungen 18 dar, die die benachbarten Strömungskanäle 9 durchströmungsoffen miteinander verbinden. Der Spalt 15 ist in Querrichtung QR der Stege 10a bzw. 10b durch Schweißnähte 16b gasdicht abgedichtet (siehe 9b).The flow transition 17th is through a shallow gap 15th when laying the corrugated or profiled sheets loosely on top of each other between the webs 10a and 10b educated. The bridges 10a or. 10b are interconnected by a lengthways LR running weld seam 16a gas-tight connected by at least one gap 15th is interrupted. The gap 15th represents a flow transition 17th with openings 18th represents the adjacent flow channels 9 Connect with each other so that there is no flow. The gap 15th is in the transverse direction QR the footbridges 10a or. 10b through welds 16b sealed gas-tight (see 9b) .

Durch die Anzahl, Geometrie und Form der Strömungsübergänge 17 kann die Größe bzw. Menge der in die Strömungskanäle 9 gelangenden Bypassströme BS beeinflussen werden. So kann beispielsweise je nach Auslegung die Anzahl der Strömungsübergänge 17 zwischen benachbarten Strömungskanälen 9 erhöht oder verringert werden, so dass sich die Querschnittsfläche QF je nach Art der Prozessgase und des Katalysators KS anpassen lässt und einer Verblockung der Strömungskanäle 9 durch eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Verteilung der Bypassströme BS über die Katalysatorsäule entgegengewirkt werden kann.By the number, geometry and shape of the flow transitions 17th can be the size or amount of in the flow channels 9 arriving bypass flows BS will affect. For example, depending on the design, the number of flow transitions 17th between adjacent flow channels 9 be increased or decreased so that the cross-sectional area QF depending on the type of process gases and the catalyst KS can be adjusted and a blockage of the flow channels 9 due to an even or uneven distribution of the bypass flows BS can be counteracted via the catalyst column.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einem modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschern 1 für die katalytische Gasreinigung eines mit unerwünschten gasförmigen Komponenten belasteten Prozessgases beispielsweise mit Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffen beladenen Prozessgases, beschrieben.The method according to the invention is described below with a modified cross-flow plate heat exchanger 1 for the catalytic gas cleaning of a process gas loaded with undesired gaseous components, for example process gas loaded with hydrogen, oxygen, carbon monoxide or hydrocarbons.

Die 9 zeigt die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The 9 shows the schematic representation of the method according to the invention.

In den zuströmseitigen Verteilraum 3 des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustausches 1 führt die Zuführleitung 4 für das Prozessgas G, das durch ein an die Zuführleitung 4 angeschlossenes Gebläse 31 in den Verteilraum 3 befördert wird. In die Zuführleitung 4 ist ein elektrisch betriebener Erhitzer 32 eingebunden. Eine Reaktionsgasleitung 33 für das Zumischen des Reaktionsgases GR, beispielsweise Wasserstoff, Sauerstoff oder Kohlenmonoxid, in das Prozessgas G, führt in Strömungsrichtung vor dem Erhitzer 32 in die Zuführleitung 4. Das Zumischen des Reaktionsgases GR in das Prozessgas G erfolgt in einem auf den Katalysator und der zu entfernenden Komponente abgestimmten stöchiometrischen Verhältnis mit einem gewissen Überschuss von beispielsweise 0,1%.In the upstream distribution room 3 of cross-flow plate heat exchange 1 leads the supply line 4th for the process gas G that through a to the feed line 4th connected fan 31 in the distribution room 3 is promoted. In the feed line 4th is an electrically operated heater 32 involved. A reaction gas line 33 for admixing the reaction gas GR , for example hydrogen, oxygen or carbon monoxide, into the process gas G , leads upstream of the heater in the direction of flow 32 into the feed line 4th . Mixing in the reaction gas GR into the process gas G takes place in a stoichiometric ratio tailored to the catalyst and the component to be removed with a certain excess of, for example, 0.1%.

An der Abführleitung 6 unmittelbar am Ausgang des Sammelraumes 5 befindet sich eine erste Messsonde 34 und stromabwärts von dieser ersten Messsonde 34 eine zweite Messsonde 35, die die Konzentrationen des Reaktionsgases GR im Reingas RG messen. Die Messsonden 34 und 35 gehören einer automatischen Regelstrecke 36 an, die eine der Messsonde 34 zugeordnete Absperrklappe 37 mit Schaltventil 38, welches die Reaktionsgasleitung 33 öffnet oder schließt, und ein der Messsonde 35 zugeordnetes Regelventil 39 umfasst, das die Menge an Reaktionsgas GR bei einem Minimalwert konstant hält, so dass auch bei stark schwankenden Betriebsverhältnissen nur die unbedingt notwendige Menge an Reaktionsgas GR verbraucht wird.
Die Messsonden 34 und 35, das Schaltventil 38 und Regelventil 39 sind über Steuerleitungen 31 mit einer Steuereinheit 41 verbunden, die die Menge des zugemischten Reaktionsgases GR überwacht.
At the discharge line 6th directly at the exit of the collecting room 5 there is a first measuring probe 34 and downstream of this first measuring probe 34 a second measuring probe 35 showing the concentrations of the reaction gas GR in the clean gas RG measure up. The measuring probes 34 and 35 belong to an automatic controlled system 36 which one of the measuring probe 34 assigned butterfly valve 37 with switching valve 38 , which is the reaction gas line 33 opens or closes, and one of the measuring probe 35 assigned control valve 39 comprises that the amount of reaction gas GR keeps constant at a minimum value, so that only the absolutely necessary amount of reaction gas, even in the case of strongly fluctuating operating conditions GR is consumed.
The measuring probes 34 and 35 , the switching valve 38 and control valve 39 are via control lines 31 with a control unit 41 connected, which is the amount of the admixed reaction gas GR supervised.

Im Erhitzer 32 wird das Gasgemisch aus Reaktionsgas GR und Prozessgas G auf eine Temperatur erhitzt, bei der am Katalysator je nach Vorliegen der Gaskomponenten im Prozessgas folgende Reaktionen ablaufen: 2H2 + O2 = 2H2O 2 CO + O2 = 2 CO2 KWST + ...O2 = ...CO2 + ...H2O. An dem in den Strömungskanälen 9 befindlichen Palladium- oder Platinkatalysator wird somit der Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser bzw. Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid umgesetzt. Diese Reaktionen sind sehr stark exotherm. Die Reaktionswärme wird am Ort ihrer Entstehung durch ein Kühlmedium K, hier Wasser, im indirekten Wärmeaustausch kontinuierlich abgeführt.In the heater 32 is the gas mixture of reaction gas GR and process gas G heated to a temperature at which the following reactions take place on the catalyst, depending on the presence of the gas components in the process gas: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O 2 CO + O 2 = 2 CO 2 KWST + ... O 2 = ... CO 2 + ... H 2 O. On the one in the flow channels 9 If the palladium or platinum catalyst is present, the oxygen and hydrogen are converted to water or carbon monoxide to carbon dioxide. These reactions are very exothermic. The heat of reaction is generated by a cooling medium where it is generated K , here water, continuously dissipated in indirect heat exchange.

Unmittelbar über dem Verteilraum 3 des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1 mündet eine durch eine Absperrarmatur 42 öffnungs- und schließbare Zuführleitung 43 für das Kühlmedium K in die Strömungsräume 12 ein, der im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen 9 vertikal aufsteigend bis in den Strömungsraum 12 unterhalb des Sammelraumes 5 in eine durch eine Absperrarmatur 44 öffnungs- und schließbare Abführleitung 45 für das abzuführende Kühlmedium K führt. Die Stromrichtung des Kühlmediums K verläuft horizontal aufsteigend in Strömungsrichtung der abgeteilten Teilströme TG des Gasgemisches aus Prozessgas G und Reaktionsgas GR. Die Strömungsrichtung ist durch Pfeile kenntlich gemacht.
Die dem Verteilraum 13 zugeordnete Strömungsräume 12 sind gleichzeitig mit einer durch eine Absperrarmatur 46 öffnungs- und schließbare Entleerungsleitung 47 zum Ablassen des Kühlmediums K verbunden.
Der Erhitzer 32, die Absperrarmaturen 42, 44 und 46 sind über die Steuerleitungen 40 mit der Steuereinheit 41 elektrisch verbunden, die die Stellbefehle für die Absperrarmaturen 42 und 44 in Abhängigkeit der vom Erhitzer 32 eingestellten Reaktionstemperatur ausgibt.
Immediately above the distribution area 3 of the cross-flow plate heat exchanger 1 one opens through a shut-off valve 42 openable and closable feed line 43 for the cooling medium K into the flow spaces 12th one that is in cross flow to the flow channels 9 vertically ascending into the flow space 12th below the collecting area 5 into one through a shut-off valve 44 openable and closable drainage line 45 for the cooling medium to be discharged K leads. The direction of flow of the cooling medium K runs horizontally ascending in the direction of flow of the divided partial flows TG of the gas mixture from process gas G and reaction gas GR . The direction of flow is indicated by arrows.
The distribution room 13th assigned flow spaces 12th are simultaneously with a shut-off valve 46 openable and closable Drain line 47 for draining the cooling medium K connected.
The heater 32 who have favourited shut-off valves 42 , 44 and 46 are via the control lines 40 with the control unit 41 electrically connected, which are the control commands for the shut-off valves 42 and 44 depending on the heater 32 set reaction temperature outputs.

Die die Strömungskanäle 9 verlassenden gereinigten Teilströme TG aus Prozessgas G und Reaktionsgas GR werden im Sammelraum 5 zusammengeführt und über die Abführleitung 6 als Reingas RG abgeführt.The the flow channels 9 leaving cleaned substreams TG from process gas G and reaction gas GR are in the collecting room 5 merged and via the discharge line 6th as clean gas RG discharged.

Für eventuell auskondensiertes Wasser im Reingas RG ist die Abführleitung 6 mit einem Kühler 48 verbunden, der das Wasser über einen Kondensatablass 49 ausschleust.For any condensed water in the clean gas RG is the discharge line 6th with a cooler 48 connected to the water via a condensate drain 49 ejected.

Während der Oxidation ist die Absperrarmatur 50 in der Zuführleitung 4 für das Prozessgas G geöffnet. Ebenso sind die zum Kühlkreis gehörenden Absperrarmaturen 42 und 44 geöffnet, dagegen die Absperrarmatur 46 der Entleerungsleitung 47 geschlossen.The shut-off valve is during the oxidation 50 in the feed line 4th for the process gas G open. The shut-off valves belonging to the cooling circuit are also included 42 and 44 open, but the shut-off valve 46 the drain line 47 closed.

Das auf Reaktionstemperatur erhitzte Prozessgas G mit zugemischtem Reaktionsgas GR gelangt somit in den Verteilraum 3, teilt sich in Teilströme TG auf, die vertikal aufwärts gerichtet in die mit Katalysator KS gefüllten Strömungskanäle 9 einströmen.The process gas heated to the reaction temperature G with admixed reaction gas GR thus reaches the distribution room 3 , divides into partial flows TG on that directed vertically upwards in those with catalyst KS filled flow channels 9 pour in.

Am Katalysator oxidieren die unerwünschten Gasbestandteile, hier Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe, mit dem Reaktionsgas GR zu Wasser und Kohlendioxid.The undesired gas components, here hydrogen, oxygen, carbon monoxide or hydrocarbons, oxidize with the reaction gas on the catalyst GR to water and carbon dioxide.

Die während der Oxidation entstehende Reaktionswärme wird durch das im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen 9 in den Strömungsräumen 12 geführte Kühlmedium K, hier Wasser, ständig abgeführt. Dies hat den außerordentlichen Vorteil, dass die Reaktionsbedingungen in den einzelnen Strömungskanälen vergleichmäßigt werden.The heat of reaction generated during the oxidation is transferred to the flow channels in a cross flow 9 in the flow spaces 12th guided cooling medium K , here water, constantly discharged. This has the extraordinary advantage that the reaction conditions in the individual flow channels are made more uniform.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend an zwei Beispielen näher erläutert werden.The process according to the invention will be explained in more detail below using two examples.

Beispiel AExample A.

Ein mit Sauerstoff belastetes Prozessgas G soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt werden.A process gas contaminated with oxygen G is to be cleaned with the method according to the invention.

Folgende Betriebsdaten liegen zugrunde:

  • Katalysator: 0,3% Platin oder Palladium auf Aluminiumoxid-Gel
  • Katalysatorgröße: 1,0 bis 2,5 mm
  • Länge der Strömungskanäle: 1.000 mm
  • Weite der Strömungskanäle: 20 mm
  • Eintrittskonzentration: 2,0 Vol.% O2
  • Austrittskonzentration: < 10 ppmv O2
  • Durchsatz: 660 m3/h
  • Druck: 1,1 bara
  • Wassergehalt am Eintritt: ca. 1 g/Nm3
  • Temperaturerhöhung ohne Kühlung: ca. 340°C
  • Abzuführende Reaktionswärme: ca. 80 kW
  • Kühlmedium: Wasser Eintritt 35°C
  • Reaktionsgas: H2
  • Reaktionsgasverbrauch: ca. 28 m3/h
  • Reaktionsprodukt: H2O ca. 21,1 kg/h
The following operating data are based on:
  • Catalyst: 0.3% platinum or palladium on alumina gel
  • Catalyst size: 1.0 to 2.5 mm
  • Length of the flow channels: 1,000 mm
  • Width of the flow channels: 20 mm
  • Inlet concentration: 2.0% by volume O 2
  • Exit concentration: <10 ppmv O 2
  • Throughput: 660 m 3 / h
  • Pressure: 1.1 bara
  • Water content at the inlet: approx. 1 g / Nm 3
  • Temperature increase without cooling: approx. 340 ° C
  • Heat of reaction to be dissipated: approx. 80 kW
  • Cooling medium: water inlet 35 ° C
  • Reaction gas: H 2
  • Reaction gas consumption: approx. 28 m 3 / h
  • Reaction product: H 2 O approx. 21.1 kg / h

Es wurde ein Restgehalt von weniger als 10 ppmv Sauerstoff im gereinigten Prozessgas erreicht.A residual content of less than 10 ppmv oxygen was achieved in the cleaned process gas.

Im vorliegenden Beispiel läuft das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt ab. Das Gemisch aus Prozessgas G und Reaktionsgas GR wird in den Verteilraum 3 des Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers 1 über die Zuführleitung 4 und das Gebläse bzw. Verdichter 31 zugeführt.In the present example, the method according to the invention proceeds as follows. The mixture of process gas G and reaction gas GR is in the distribution room 3 of the cross-flow plate heat exchanger 1 via the feed line 4th and the fan or compressor 31 fed.

Der Reaktor besteht aus einem Paket von 10 Edelstahl-WellblechPaaren 7c mit einer Abmessung von jeweils 1.000 x 2.000 mm, die miteinander vertikal aufwärts gerichtete mit Katalysator KS gefüllte Strömungskanäle 9 mit einem Durchmesser von jeweils 20 mm bilden, welche untereinander durch Strömungsübergänge 17 in Verbindung stehen. Die vertikalen Strömungskanäle 9 werden von einem in Strömungsräumen 12 geführten Kühlmedium K im Kreuzstrom umströmt, wodurch der im Strömungskanal 9 am Katalysator KS stattfindende Stoffaustausch im Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium K steht, so dass die entstehende Reaktionswärme von ca. 80kW dort, wo sie entsteht abgeführt wird.
Als Katalysator KS kommt Platin oder Palladium auf einem Aluminiumoxid-Gel mit einer Partikelgröße von 1,0 bis 2,5 mm zum Einsatz, der in die Strömungskanäle 9 eingeschüttet wird.
The reactor consists of a package of 10 pairs of stainless steel corrugated iron 7c each with a dimension of 1,000 x 2,000 mm, the one facing vertically upwards with a catalyst KS filled flow channels 9 each with a diameter of 20 mm, which are interconnected by flow transitions 17th stay in contact. The vertical flow channels 9 are by one in flow spaces 12th guided cooling medium K flows around in a cross flow, whereby the in the flow channel 9 on the catalyst KS The mass transfer that takes place in the heat exchange with the cooling medium K so that the resulting reaction heat of approx. 80kW is dissipated where it is generated.
As a catalyst KS platinum or palladium on an aluminum oxide gel with a particle size of 1.0 to 2.5 mm is used, which is inserted into the flow channels 9 is poured.

Beispiel BExample B.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll ein mit einem Elektrolyseur regenerativ hergestellter Wasserstoff katalytisch mit Kohlendioxid zu Methan reagieren (Sebatier-Prozess). Diese Reaktion ist stark exotherm und erfordert eine intensive Kühlung des Reaktors. Sebatier-Reaktion: 4H2 + CO2 → CH4 + 2 H2O Folgende Betriebsdaten liegen zugrunde:

  • Katalysator: Nickel, Zirkoniumdioxid stabilisiert
  • Katalysatorgröße: 1,0 bis 3,0 mm
  • Länge der Strömungskanäle: 1.000 mm
  • Weite der Strömungskanäle: 20 mm
  • Eintrittskonzentration: 80 Vol.% H2, 20 Vol.% CO2
  • Eintrittstemperatur: ca. 120 bis 150°C (Kompressionswärme vom Verdichter)
  • Durchsatz: 699 m3/h
  • Druck: 13,0 bis 18,0 bar
  • Reaktionstemperatur am Katalysator: 20 bis 350°C
  • Abzuführende Reaktionswärme: ca. 260 kW
  • Kühlmedium: Thermalöl bei 2,0 bis 4,0 bar
With the method according to the invention, a hydrogen produced regeneratively with an electrolyser is intended to react catalytically with carbon dioxide to form methane (sebating process). This reaction is strongly exothermic and requires intensive cooling of the reactor. Sebating reaction: 4H 2 + CO 2 → CH 4 + 2 H 2 O The following operating data are based on:
  • Catalyst: nickel, zirconium dioxide stabilized
  • Catalyst size: 1.0 to 3.0 mm
  • Length of the flow channels: 1,000 mm
  • Width of the flow channels: 20 mm
  • Inlet concentration: 80% by volume H 2 , 20% by volume CO 2
  • Inlet temperature: approx. 120 to 150 ° C (compression heat from the compressor)
  • Throughput: 699 m 3 / h
  • Pressure: 13.0 to 18.0 bar
  • Reaction temperature on the catalyst: 20 to 350 ° C
  • Heat of reaction to be dissipated: approx. 260 kW
  • Cooling medium: thermal oil at 2.0 to 4.0 bar

Es wird der im Beispiel A beschriebene Reaktor verwendet. Das im Kreuzstrom in den Strömungsräumen 12 als Kühlmedium K geführte Thermalöl sorgt für eine exakt einstellbare Reaktionstemperatur über die gesamte Lände der Strömungskanäle 9, was zur geringen Nebenproduktbildung und damit zu einer sehr guten Methanausbeute führt. Die entstehende Reaktionswärme von ca. 260 kW kann sowohl radial als auch axial sehr gut abgeführt und mit dem Thermalöl ausgekoppelt sowie gut für energetische Weiterverwendung genutzt werden. Eine lokale Überhitzung des Katalysators wird durch die gleichmäßige Wärmeabfuhr vermieden.
In dem kompakten, gut skalierbaren erfindungsgemäßen Reaktor können preiswerte Schüttkatalysatoren zum Einsatz kommen, die sich im Gegensatz zu beschichteten Rohr-, Waben- oder Mehrphasenkatalysatoren einfach austauschen lassen.
The reactor described in Example A is used. That in the cross flow in the flow spaces 12th as a cooling medium K guided thermal oil ensures an exactly adjustable reaction temperature over the entire area of the flow channels 9 , which leads to low by-product formation and thus to a very good methane yield. The resulting reaction heat of approx. 260 kW can be dissipated very well both radially and axially and decoupled with the thermal oil and used well for further energetic use. Local overheating of the catalytic converter is avoided by the uniform dissipation of heat.
In the compact, easily scalable reactor according to the invention, inexpensive bulk catalysts can be used which, in contrast to coated tubular, honeycomb or multiphase catalysts, can be easily exchanged.

Die zwischen den Strömungskanälen 9 bestehenden Strömungsübergänge 17 erlauben mindestens eine Bypassströmung BS in die benachbarten Strömungskanäle 9. Dies ermöglicht, eine beginnende Verblockung der Strömungskanäle aufzulösen und gleichzeitig die Reaktionsbedingungen in den einzelnen Strömungskanälen trotz der Toleranzunterschiede in den Innenabmessungen der Strömungskanäle 9 und damit nicht gleichen Schüttmengen an Katalysator zu vergleichmäßigen. Die
in den Strömungskanälen 9 angeordneten Strömungsschikanen 19 wirken außerdem durch die Erzeugung von Turbulenzen der Randgängigkeit in den Strömungskanälen 9 entgegen.
The one between the flow channels 9 existing flow transitions 17th allow at least one bypass flow BS into the adjacent flow channels 9 . This enables an incipient blockage of the flow channels to be resolved and, at the same time, the reaction conditions in the individual flow channels despite the tolerance differences in the internal dimensions of the flow channels 9 and thus not to equalize the same bulk quantities of catalyst. The
in the flow channels 9 arranged flow chicanes 19th also act through the generation of turbulence of the edge accessibility in the flow channels 9 opposite.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

Modifizierter Kreuzstrom-

1
Plattenwärmeaustauscher
1a
Baueinheit
2
Gehäuse
2a
Gehäusemantel von 2
3
zuflussseitiger Verteilraum von 1
4
Zuführleitung für Prozessgas G
5
abströmseitiger Sammelraum von 1
6
Abführleitung für Reingas RG
7a, 7b
Wellblech
7c
Wellblechpaar
8
Wellprofil von 7a, 7b
9
Vertikale Strömungskanäle in 1
10a, 10b
Stege von 7a, 7b
11
Sieb
12
Strömungsräume zwischen Wellblechpaaren 7c
13
Peripherer Verteilraum für Kühlmedium
14a, 14b
Einsenkung/Rille
15
Spalt
16a
Schweißnaht in LR
16b
Schweißnaht in QR
16c
Hartlötverbindung in QR und LR
17
Strömungsübergänge
18
Durchtrittsöffnungen von 17
19
Strömungsschikanen
20
Wandung von 9
21
Ausprägungen
22
Strömungsleit- und Abstandsblech
23
Abstandshalterprofil
24
Versatz der Wellblechpaare 7c
25
Lücken zwischen WB von 22
26
Kopfseitiger Boden von 1a
26.1-26.n
Formteile von 26
27
Fußseitiger Boden von 1a
27.1-27.n
Formteile von 27
28
Kopfteil von 1
29
Wandung von 2a
30
Fußteil von 1
31
Gebläse bzw. Verdichter
32
Erhitzer
33
Reaktionsgasleitung
34
Erste Messsonde
35
Zweite Messsonde
36
Regelstrecke
37
Absperrklappe
38
Schaltventil
39
Regelventil
40
Steuerleitungen
41
Steuereinheit
42
Absperrarmatur in 43
43
Zuführleitung für Kühlmedium
44
Absperrarmatur in 45
45
Abführleitung für Kühlmedium
46
Absperrarmatur in 47
47
Entleerungsleitung
48
Kühler
49
Kondensatablass
50
Absperrarmatur in 4
BS
Bypassstrom
G
Prozessgas
GR
Reaktionsgas
K
Kühlung/Kühlmedium
KS
Katalysator/Katalysatorschüttung
LR
Längsrichtung von 10a, 10b
QR
Querrichtung von 10a, 10b
QF
Querschnittsfläche von 18
RG
Reingas
SF
Strömungspfade für Kühlmedium
SRR
Strömungsrichtung der Teilströme TG von G und GR
T
Tiefe von 14a, 14b
TG
Teilströme von G und GR
W
Lichte Weite von 9
Modified cross flow
1
Plate heat exchangers
1a
Unit
2
casing
2a
Housing jacket of 2
3
Inflow-side distribution space from 1
4th
Feed line for process gas G
5
Downstream collecting space from 1
6th
Discharge line for clean gas RG
7a, 7b
Corrugated iron
7c
Corrugated iron pair
8th
Corrugated profile of 7a, 7b
9
Vertical flow channels in 1
10a, 10b
Ridges of 7a, 7b
11
Sieve
12th
Flow spaces between pairs of corrugated iron 7c
13th
Peripheral distribution space for cooling medium
14a, 14b
Recess / groove
15th
gap
16a
Weld in LR
16b
Weld in QR
16c
Brazed joint in QR and LR
17th
Flow transitions
18th
Passages from 17
19th
Flow chicanes
20th
Wall of 9
21
Expressions
22nd
Flow guide and spacer plate
23
Spacer profile
24
Offset of the corrugated iron pairs 7c
25th
Gaps between WB from 22
26th
Head-side bottom of 1a
26.1-26.n
Molded parts from 26
27
Bottom floor of 1a
27.1-27.n
Molded parts from 27
28
Headboard of 1
29
Wall of 2a
30th
Foot part of 1
31
Blower or compressor
32
Heater
33
Reaction gas line
34
First measuring probe
35
Second measuring probe
36
Controlled system
37
Butterfly valve
38
Switching valve
39
Control valve
40
Control lines
41
Control unit
42
Shut-off valve in 43
43
Supply line for cooling medium
44
Shut-off valve in 45
45
Discharge line for cooling medium
46
Shut-off valve in 47
47
Drain line
48
cooler
49
Condensate drain
50
Shut-off valve in 4
BS
Bypass flow
G
Process gas
GR
Reaction gas
K
Cooling / cooling medium
KS
Catalyst / catalyst bed
LR
Longitudinal direction of 10a, 10b
QR
Cross direction of 10a, 10b
QF
Cross-sectional area of 18
RG
Clean gas
SF
Flow paths for cooling medium
SRR
Direction of flow of the partial flows TG from G and GR
T
Depth of 14a, 14b
TG
Partial flows of G and GR
W.
Clear width of 9

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 3318098 A1 [0003]DE 3318098 A1 [0003]
  • DE 3505351 A1 [0003]DE 3505351 A1 [0003]
  • DE 19754185 C1 [0003]DE 19754185 C1 [0003]
  • DE 19809200 A1 [0003, 0006]DE 19809200 A1 [0003, 0006]
  • DE 10361515 A1 [0003]DE 10361515 A1 [0003]
  • EP 0534295 A1 [0003]EP 0534295 A1 [0003]
  • EP 2718086 B1 [0003]EP 2718086 B1 [0003]
  • EP 1284813 B1 [0003]EP 1284813 B1 [0003]
  • DE 60317545 A2 [0003]DE 60317545 A2 [0003]
  • DE 202006014118 U1 [0004]DE 202006014118 U1 [0004]
  • DE 3411675 A1 [0005]DE 3411675 A1 [0005]
  • EP 1975539 A2 [0007]EP 1975539 A2 [0007]
  • EP 1195193 B1 [0008]EP 1195193 B1 [0008]
  • EP 1361919 B1 [0008]EP 1361919 B1 [0008]
  • EP 1430265 B1 [0008]EP 1430265 B1 [0008]
  • DE 112006000447 T5 [0008]DE 112006000447 T5 [0008]
  • EP 1434652 B1 [0008]EP 1434652 B1 [0008]
  • WO 03/095924 A1 [0008]WO 03/095924 A1 [0008]
  • WO 2006/075163 A2 [0008]WO 2006/075163 A2 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • K.Salem, Dissertation „Instationäre Temperatur- und Konzentrationsfelder in hochbelasteten Festbettadsorbern“, Cuvillier-Verlag Göttingen, 2006 [0060]K.Salem, dissertation "Unsteady temperature and concentration fields in highly loaded fixed bed adsorbers", Cuvillier-Verlag Göttingen, 2006 [0060]
  • BAKER ET AL („The Course of Liquor Flow in Packed Towers“, Trans AIChE 31(1935), S. 296-315 [0060]BAKER ET AL ("The Course of Liquor Flow in Packed Towers", Trans AIChE 31 (1935), pp. 296-315 [0060]

Claims (29)

Verfahren zur exothermen Reaktion zwischen Gasen, beispielsweise zum katalytischen Behandeln eines mit unerwünschten gasförmigen Bestandteilen belasteten Gases, insbesondere Prozessgase, bei dem ein Reaktionsgas (GR) wie Sauerstoff, Wasserstoff oder Kohlenmonoxid dem Prozessgas (G) zugemischt oder Kohlendioxid mit Wasserstoff an einem Katalysator zur Reaktion gebracht wird, das Gasgemisch in einem Erhitzer (23) auf Reaktionstemperatur erhitzt wird und über einen zufuhrseitigen Verteilraum (3) mindestens eines Plattenwärmeaustauschers (1) eine Vielzahl von mit einer Katalysatorschüttung (KS) gefüllte Strömungskanäle (9), die von spiegelbildlich aufeinander liegenden durch Stege (10a, 10b) verbundene, zu Well- oder Profilblechpaaren (7c) zusammengefasste Well- und/oder Profilblechen (7a, 7b) gebildet sind, in parallel aufgeteilten Teilströmen (TG) durchströmt, wobei die unerwünschten Bestandteile am Katalysator der Katalysatorschüttung (KS) oxidiert bzw. verbrannt werden und die Reaktionswärme durch ein in Verteilräumen (13), die zwischen den Well- oder Profilblechpaaren (7c) ausgebildet sind, im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (9) geführtes Kühlmedium (K) indirekt abgeführt wird, und die Teilströme (TG) nach ihrem Verlassen der Strömungskanäle (9) über einen abströmseitigen Sammelraum (5) als Reingas (RG) abgeführt werden, gekennzeichnet durch ein Verwenden mindestens eines modifizierten Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauschers (1) mit vom Verteilraum (3) zum Sammelraum (5) durchströmungsoffenen Strömungskanälen (9) mit einer lichten Weite (W) von mindestens 10 bis maximal 80 mm, Strömungsübergängen (17) zwischen benachbarten Strömungskanälen (9), in den Strömungskanälen (9) positionierte Strömungsschikanen (19) und in den Strömungsräumen (12) befindliche Strömungspfade (SF) für das Kühlmedium (K) bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche (22) in folgenden Schritten: a) gleichzeitiges Erzeugen von Turbulenzen in den Teilströmen des Gemisches aus Prozessgas (G) und Reaktionsgas (RG) innerhalb der Strömungskanäle (9) und im Kühlmedium (K) innerhalb der Strömungsräume (12), b) Aufteilen des Gasgemisches aus Prozessgas und Reaktionsgas in Bypassströme (BS) während der katalytischen Reaktion und Einleiten der Bypassströme (BS) in die Durchtrittsöffnungen (18) der Strömungsübergänge (17) seitwärts gerichtet in die benachbarten Strömungskanäle (9). Process for the exothermic reaction between gases, for example for the catalytic treatment of a gas contaminated with undesired gaseous components, in particular process gases, in which a reaction gas (GR) such as oxygen, hydrogen or carbon monoxide is added to the process gas (G) or carbon dioxide is mixed with hydrogen on a catalyst for reaction is brought, the gas mixture is heated in a heater (23) to reaction temperature and via a supply-side distribution space (3) of at least one plate heat exchanger (1) a large number of flow channels (9) filled with a catalyst bed (KS), which are mirror-inverted through Strips (10a, 10b) connected, corrugated and / or profiled sheets (7a, 7b) combined to form pairs of corrugated or profiled sheets (7c) are formed, flows through in parallel divided partial flows (TG), the undesired constituents on the catalyst of the catalyst bed (KS ) are oxidized or burned and the reaction s heat is indirectly removed by a cooling medium (K) conducted in cross-flow to the flow channels (9) in distribution spaces (13) formed between the corrugated or profiled sheet metal pairs (7c), and the partial flows (TG) after they leave the flow channels (9) are discharged as clean gas (RG) via a collecting space (5) on the downstream side, characterized by the use of at least one modified cross-flow plate heat exchanger (1) with flow channels (9) open to flow from the distribution space (3) to the collecting space (5) with a clear Width (W) of at least 10 to a maximum of 80 mm, flow transitions (17) between adjacent flow channels (9), flow baffles (19) positioned in the flow channels (9) and flow paths (SF) for the cooling medium (12) in the flow spaces (12) K) forming flow guide and spacer plates (22) in the following steps: a) simultaneous generation of turbulence in the partial flows of the mixture of process gas (G) and rea ction gas (RG) within the flow channels (9) and in the cooling medium (K) within the flow spaces (12), b) dividing the gas mixture of process gas and reaction gas into bypass flows (BS) during the catalytic reaction and introducing the bypass flows (BS) into the Passage openings (18) of the flow transitions (17) directed sideways into the adjacent flow channels (9). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzen im Gasgemisch aus Prozessgas (G) und Reaktionsgas (RG) durch Strömungsschikanen (19) erzeugt werden, die als Ausprägungen (21) senkrecht und/oder quer zur Strömungsrichtung (SRR) in der Wandung (20) des Strömungskanals (9) gleichzeitig mit dem Wellbiegen bzw. Wellwalzen der Wellbleche ausgebildet werden, wobei die Ausprägungen (21) nach innen in den Strömungskanal (9) und/oder nach außen in den Strömungsraum (12) ausgerichtet sind.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the turbulence in the gas mixture of process gas (G) and reaction gas (RG) is generated by flow baffles (19), which are designed as expressions (21) perpendicular and / or transverse to the flow direction (SRR) in the wall (20) of the Flow channel (9) are formed at the same time as the corrugated bending or corrugated rolling of the corrugated sheet metal, the embossments (21) being aligned inwards into the flow channel (9) and / or outwards into the flow space (12). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzichnet, dass die Turbulenzen im Kühlmedium (K) durch in den Strömungsräumen (13) zwischen den Wellblechpaaren (7c) positionierte Strömungsleit- oder Abstandbleche (22) erzeugt werden, wobei das Kühlmedium (K) während der katalytischen Reaktion im Kreuzstrom zu den Strömungskanälen (9) ein- oder mehrgängig geführt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the turbulence in the cooling medium (K) is generated by flow guide or spacer plates (22) positioned in the flow spaces (13) between the pairs of corrugated sheets (7c), the cooling medium (K) flowing into the cross-flow during the catalytic reaction Flow channels (9) is guided one or more threads. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Durchtrittsöffnung (18) für die Bypasströme (BS) durch die Anzahl der Strömungsübergänge (17) im jeweiligen Strömungskanal (9) bestimmt wird, wobei die jeweilige Durchtrittsöffnung (18) auf eine Größe und Form angepasst wird, die kleiner als die Abmessung und Form der kleinsten Partikelgröße der Katalysatorschüttung ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the size of the passage opening (18) for the bypass flows (BS) is determined by the number of flow transitions (17) in the respective flow channel (9), the respective passage opening (18) being adapted to a size and shape, which is smaller than the size and shape of the smallest particle size of the catalyst bed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsübergänge (17) gleichmäßig oder unterschiedlich über die Länge der Strömungskanäle (9) beabstandet und verteilt werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that several flow transitions (17) are evenly or differently spaced and distributed over the length of the flow channels (9). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung (18) eines Strömungsübergangs (17) eine Querschnittsfläche (QF) definiert, über die eine bestimmte Menge des vom in den jeweiligen Strömungskanal (9) eintretenden Teilstroms (TG) des Gases (G) als Bypassstrom in den benachbarten Strömungskanal (19) gelangt, so dass mit der Querschnittsfläche aller Durchtrittsöffnungen (18) die Größe bestimmt und deren Verteilung eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Verteilung der Bypassströme (BS) über die Katalysatorschüttung (KS) im jeweilig benachbarten Strömungskanal (9) erreicht wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the passage opening (18) of a flow transition (17) defines a cross-sectional area (QF) over which a certain amount of the partial flow (TG) of the gas (G) entering the respective flow channel (9) as a bypass flow into the adjacent flow channel (19) so that the size is determined by the cross-sectional area of all passage openings (18) and their distribution results in a uniform or uneven distribution of the bypass flows (BS) over the catalyst bed (KS) in the respective adjacent flow channel (9). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (17) aus einer beim Wellwalzen der Well- oder Profilbleche (7a,7b) in deren Stege (10a, 10b) eingeformten Einsenkung/Rille (14a,14b) gebildet wird, die beim seitenverkehrten Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche (7a, 7b) vom darüber oder darunterliegenden Bereich der Stege (10a, 10b) abgedeckt wird und die aufeinanderliegenden Stege (7a, 7b) durch Laserschweißen oder Hartlöten stoffschlüssig verbunden werden, wobei eine Schweißnaht (16a) in Längsrichtung der Stege (10a,10b) von der Einsenkung (14a,14b) durchdrungen wird und die Einsenkung (14a,14b) durch Schweißnähte in Querrichtung der Stege (10a,10b) gasdicht abgedichtet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the flow transition (17) is formed from a recess / groove (14a, 14b) formed in the webs (10a, 10b) when the corrugated or profiled sheets (7a, 7b) are corrugated rolling - or profiled sheets (7a, 7b) is covered by the area of the webs (10a, 10b) above or below and the webs (7a, 7b) lying on top of one another are materially connected by laser welding or brazing, with a weld seam (16a) in the longitudinal direction of the webs ( 10a, 10b) is penetrated by the depression (14a, 14b) and the depression (14a, 14b) is sealed gas-tight by weld seams in the transverse direction of the webs (10a, 10b). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (17) beim losen Übereinanderlegen der Well- oder Profilbleche (7a,7b) aus einem flachen Spalt (15) zwischen den Stegen (10a, 10b) gebildet wird, indem die Stege (10a,10b) miteinander durch Laserlinienschweißen mit Schweißnähten (16a, 16b) stoffschlüssig so verbunden werden, wobei der Spalt (15) die Scheißnaht (16a) in Längsrichtung (LR) der Stege (10a,10b) unterbricht und der Spalt (15) durch beidseitig parallel verlaufende Schweißnähte (16b) in Querrichtung (QR) der Stege (10a,10b) gasdicht abgedichtet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the flow transition (17) is formed when the corrugated or profiled sheets (7a, 7b) are loosely superposed from a flat gap (15) between the webs (10a, 10b) by the webs (10a, 10b) together are connected by laser line welding with weld seams (16a, 16b) so that the gap (15) interrupts the weld seam (16a) in the longitudinal direction (LR) of the webs (10a, 10b) and the gap (15) is interrupted by weld seams running parallel on both sides ( 16b) is sealed gas-tight in the transverse direction (QR) of the webs (10a, 10b). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reingas (RG) einem Kühler (39) zugeführt und auskondensiertes Wasser aus dem Reingas (RG) abgeschieden wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the clean gas (RG) is fed to a cooler (39) and condensed water is separated from the clean gas (RG). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reingas (RG) anschließend adsorptiv getrocknet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the clean gas (RG) is then dried by adsorption. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Katalysatorschüttungen verwendet werden, die Palladium, Platin, Vanadium, Wolfram, Chrom, Molybdän, Titan, Mangan, Kobalt, Nickel, Silber, Kupfer, Zink, Eisen, Aluminium, Silizium, Magnesium, Phosphor, Beryllium und dessen Oxide, Barium, Ruthenium oder deren Gemische mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 0,6 bis 6,0 mm umfassen.Procedure according to Claim 1 , characterized in that catalyst beds are used, the palladium, platinum, vanadium, tungsten, chromium, molybdenum, titanium, manganese, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, iron, aluminum, silicon, magnesium, phosphorus, beryllium and its oxides , Barium, ruthenium or mixtures thereof with an average particle size between 0.6 and 6.0 mm. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium (K) Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein Thermalöl verwendet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that water or a water-glycol mixture or a thermal oil is used as the cooling medium (K). Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem Plattenwärmeaustauscher, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten mit einer Katalysatorschüttung (KS) gefüllten Strömungskanälen (9) und dazu senkrecht liegenden Strömungsräumen (12) umfasst, die von spiegelbildlich aufeinanderliegenden, durch Stege (10a, 10b) verbundene, zu Wellblechpaaren (7c) zusammengefasste Well- und/oder Profilbleche (7a, 7b) gebildet sind, wobei die Strömungsräume (12) zwischen den Wellblechpaaren (7c) angeordnet sind, und die Strömungskanäle (9) für den Durchtritt der vom Prozessgas (G) und Reaktionsgas (GR) abgeteilten Teilströme (TG) zuströmseitig und abströmseitig des Plattenwärmeaustauschers mit einem Verteilraum (3) durchströmungsoffen verbunden sind, wobei der zuströmseitige Verteilraum (3) mit einer Zufuhrleitung (4) für ein Gemisch aus Prozessgas (G) und Reaktionsgas (GR) und der abströmseitige Sammelraum (5) mit einer Reingasleitung (6) in Verbindung steht, und die Strömungsräume (12) in einen Verteilraum (13) zum Zu- und Abführen eines Kühlmediums (K) zum indirekten Kühlen der Katalysatorschüttung (KS) durchströmungsoffen münden, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenwärmeaustauscher ein modifizierter Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1) mit vom Verteilraum (3) zum Sammelraum (5) durchströmungsoffenen Strömungskanälen (9) mit folgenden Merkmalen ist: a) die Strömungskanäle (9) haben eine lichte Weite (W) von mindestens 10 bis 80 mm, b) benachbarte Strömungskanäle (9) sind durch in den Stegen (10a,10b) eingeformte Strömungsübergänge (17) zum seitwärts gerichteten Einleiten von Bypassströmen (BS) des Gasgemisches in die Strömungskanäle (9) verbunden, c) in den Strömungskanälen (9) sind Strömungsschikanen (19) zum Erzeugen von Turbulenzen im Gasgemisch innerhalb der Strömungskanäle (9) angeordnet und d) in den Strömungsräumen (12) zwischen den Wellblechpaaren (7c) sind Strömungspfade (SF) bildende Strömungsleit- und Abstandsbleche (22) zum Erzeugen von Turbulenzen im Kühlmedium (K) angeordnet.Reactor for carrying out the process according to Claim 1 , with at least one plate heat exchanger, which comprises a plurality of juxtaposed flow channels (9) filled with a catalyst bed (KS) and flow spaces (12) which are perpendicular to them and which are connected to one another by webs (10a, 10b) to form pairs of corrugated sheets ( 7c) combined corrugated and / or profiled sheets (7a, 7b) are formed, the flow spaces (12) being arranged between the pairs of corrugated sheets (7c), and the flow channels (9) for the passage of the process gas (G) and reaction gas ( GR) divided partial flows (TG) on the inflow side and outflow side of the plate heat exchanger are connected to a distribution space (3) with open flow, the inflow side distribution space (3) with a supply line (4) for a mixture of process gas (G) and reaction gas (GR) and the The collecting space (5) on the downstream side is in communication with a clean gas line (6), and the flow spaces (12) in a distribution space (13) for the inlet and outlet Discharge of a cooling medium (K) for indirect cooling of the catalyst bed (KS) open-flow, characterized in that the plate heat exchanger is a modified cross-flow plate heat exchanger (1) with flow channels (9) open to flow from the distribution space (3) to the collecting space (5) with the following features is: a) the flow channels (9) have a clear width (W) of at least 10 to 80 mm, b) adjacent flow channels (9) are through flow transitions (17) formed in the webs (10a, 10b) for the sideways introduction of Bypass flows (BS) of the gas mixture connected into the flow channels (9), c) in the flow channels (9) flow baffles (19) for generating turbulence in the gas mixture are arranged within the flow channels (9) and d) in the flow spaces (12) between the corrugated sheet metal pairs (7c) are arranged flow path (SF) forming flow guide and spacer sheets (22) for generating turbulence in the cooling medium (K). Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleit- und Abstandsblech (22) ein dünnes Wellblech mit in die Wellenberge (WB) eingeformte, die Höhe der Wellenberge (WB) übersteigende Abstandshalterprofile (23) umfasst, die zueinander von Wellenberg zu Wellenberg auf Lücke (25) versetzt angeordnet sind, wobei die Abstandshalterprofile (23) in den von den Stegen (10a,10b) der über- und untereinanderliegenden Wellblechpaare (7c) gebildeten Versatz (24) abstützend eingreifen und das jeweilige Abstandshalterprofil (23) jeweils endseitig am dazugehörigen Wellblechpaar (7c) stoffschlüssig fixiert ist.Reactor after Claim 13 , characterized in that the flow guide and spacer plate (22) comprises a thin corrugated metal sheet with spacer profiles (23) formed in the wave crests (WB) and exceeding the height of the wave crests (WB), which are spaced from wave crest to wave crest on gap (25). are arranged offset, the spacer profiles (23) engaging in a supporting manner in the offset (24) formed by the webs (10a, 10b) of the corrugated sheet metal pairs (7c) lying one above the other and the respective spacer profile (23) at each end on the associated corrugated sheet pair (7c) ) is firmly fixed. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsschikanen (19) aus Ausprägungen (21) gebildet sind, die quer und/oder parallel zur Strömungsrichtung (SRR) des Teilstroms (TG) aus Prozessgas (G) und Reaktionsgas (RG) in die Wandung (20) der Strömungskanäle (9) nach innen und/oder von der Wandung (20) nach außen gerichtet eingeformt sind.Reactor after Claim 13 , characterized in that the flow baffles (19) are formed from expressions (21) which transversely and / or parallel to the flow direction (SRR) of the partial flow (TG) of process gas (G) and reaction gas (RG) in the wall (20) of the flow channels (9) are formed inwardly and / or outwardly from the wall (20). Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (17) quer zur Längsrichtung (LR) der Stege (10a,10b) angeordnet ist, dessen Durchtrittsöffnungen (18) jeweils in die benachbarten Strömungskanäle (9) münden, wobei der Strömungsübergang (17) aus mindestens einer im Steg (10a, 10b) eingeformten Einsenkung/Rille) (14a, 14b) gebildet ist, die vom darüber- oder darunterliegenden Bereich des dazu seitenverkehrt angeordneten Stegs (10a, 10b) abgedeckt ist, wobei die Stege (10a, 10b) in Längs- und Querrichtung (LR, QR) stoffschlüssig verbunden sind.Reactor after Claim 13 , characterized in that the flow transition (17) is arranged transversely to the longitudinal direction (LR) of the webs (10a, 10b), the passage openings (18) each opening into the adjacent flow channels (9), the flow transition (17) consisting of at least one in the web (10a, 10b) formed recess / groove) (14a, 14b) is formed, which is covered by the area above or below of the web (10a, 10b) arranged laterally reversed, the webs (10a, 10b) in longitudinal - and transverse direction (LR, QR) are firmly connected. Reaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Stegen (10a, 10b) Schweißnähte (16a, 16b) oder Hartlötverbindungen (16c) sind.Reactor after Claim 16 , characterized in that the cohesive connection between the webs (10a, 10b) are weld seams (16a, 16b) or brazed connections (16c). Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsübergang (17) aus mindestens einem flachen Spalt (15) mit Durchtrittsöffnungen (18) zwischen den in Längsrichtung (LR) mit einer Schweißnaht (16a) stoffschlüssig und gasdicht verbundenen Stegen (10a, 10b) besteht, wobei die Stege (10a, 10b) in Querrichtung (QR) durch parallel zum Spalt (15) verlaufenden Schweißnähte (16b) gasdicht verbunden sind.Reactor after Claim 13 , characterized in that the flow transition (17) consists of at least one flat gap (15) with passage openings (18) between the webs (10a, 10b) connected in a gas-tight manner in the longitudinal direction (LR) with a welded seam (16a), the The webs (10a, 10b) are connected in a gas-tight manner in the transverse direction (QR) by weld seams (16b) running parallel to the gap (15). Reaktor nach Anspruch 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die der Einsenkung/Rille (14a,14b) oder dem Spalt (15) zugeordneten Durchtrittsöffnungen (18) eine Geometrie oder Form haben, die kleiner als die Abmessung und Form der kleinsten Partikelgröße der Katalysatorschüttung ist.Reactor after Claim 16 or 18th , characterized in that the passage openings (18) assigned to the depression / groove (14a, 14b) or the gap (15) have a geometry or shape which is smaller than the dimension and shape of the smallest particle size of the catalyst bed. Reaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsübergänge (17) gleichmäßig oder unterschiedlich lang voneinander beabstandet und verteilt in Längsrichtung des Stegs (10a, 10b) angeordnet sind, wobei die Durchtrittsöffnung (18) eine Geometrie und Form hat, die kleiner als die kleinste Korngröße des Adsorptionsmittels (AM) ist.Reactor after Claim 12 , characterized in that several flow transitions (17) are spaced apart from one another uniformly or of different lengths and distributed in the longitudinal direction of the web (10a, 10b), the passage opening (18) having a geometry and shape that is smaller than the smallest grain size of the adsorbent (AM) is. Reaktor nach Anspruch 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (18) des Strömungsübergangs (17) eine Querschnittsfläche (QF) aufweisen, über die eine bestimmte Menge des abgeteilten Teilstroms (TS) als Bypassstrom (BS) in den jeweils benachbarten Strömungskanal (9) gelangt.Reactor after Claim 16 or 18th , characterized in that the passage openings (18) of the flow transition (17) have a cross-sectional area (QF) via which a certain amount of the divided partial flow (TS) reaches the respective adjacent flow channel (9) as a bypass flow (BS). Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (9) zuström- und abströmseitig mit einem vom Prozessgas (G), Reaktionsgas (GR) und Reingas (G, RG) durchströmbaren Sieb (11) abgedeckt sind, dessen Maschengröße kleiner ist als die kleinste Partikelgröße der Katalysatorschüttung ist.Reactor after Claim 13 , characterized in that the flow channels (9) on the inflow and outflow side are covered with a screen (11) through which the process gas (G), reaction gas (GR) and clean gas (G, RG) can flow, the mesh size of which is smaller than the smallest particle size of the Catalyst bed is. Reaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Well- oder Profilbleche (7a,7b) ein halbrundes, ovales, dreieckiges, trapezoides oder viereckiges Profil (8) besitzen, so dass beim Übereinanderlegen der Profil- oder Wellbleche (7a,7b) die entstehenden Strömungskanäle (9) einen rohrförmigen, wellenartigen, rhombischen, rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen.Reactor after Claim 12 , characterized in that the corrugated or profiled sheets (7a, 7b) have a semicircular, oval, triangular, trapezoidal or square profile (8), so that when the profiled or corrugated sheets (7a, 7b) are placed on top of one another, the flow channels (9 ) have a tubular, wave-like, rhombic, rectangular or polygonal cross-section. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1) eine rechteckige Baueinheit (1a) bildet, die im Innenraum eines rechteckigen oder zylindrischen Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei der Verteilraum (3) als ein Kopfteil (28), der Sammelraum (5) als ein Fußteil (30) ausgebildet ist und der Verteilraum (13) für das Kühlmedium (K) alle Strömungsräume (12) durchströmungsoffen umschließt.Reactor after Claim 13 , characterized in that the modified cross-flow plate heat exchanger (1) forms a rectangular structural unit (1a) which is arranged in the interior of a rectangular or cylindrical housing (2), the distribution space (3) as a head part (28), the collecting space (5) is designed as a foot part (30) and the distribution space (13) for the cooling medium (K) encloses all flow spaces (12) open to flow. Reaktor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1a) einen zuströmseitigen Boden (26) und einen abströmseitigen Boden (27) aufweist, wobei die Böden (26,27) aus jeweils einem einzigen Formteil oder aus mehreren an die Kontur der Wellblechpaare (7c) angepasste Formteile (26.1-26.n;27.1-27.n) bestehen, die untereinander und mit den Wellblechpaaren (7c) stoffschlüssig verbunden sind.Reactor after Claim 24 , characterized in that the structural unit (1a) has an inflow-side base (26) and an outflow-side base (27), the bases (26,27) each made of a single molded part or of several adapted to the contour of the corrugated sheet metal pairs (7c) Molded parts (26.1-26.n; 27.1-27.n) exist which are firmly connected to one another and to the corrugated sheet metal pairs (7c). Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzzeichnet, dass der Katalysator (KS) eine Partikelgröße hat, die auf die Abmessung, den Querschnitt und die Form der Strömungskanäle (9) so abgestimmt ist, dass die Katalysatorpartikel einen geringen Abstand zur Wand (20) des Strömungskanals (9) für eine hohe Wärmeleitung haben.Reactor after Claim 13 , characterized in that the catalyst (KS) has a particle size which is matched to the dimensions, the cross section and the shape of the flow channels (9) so that the catalyst particles are a small distance from the wall (20) of the flow channel (9) for have a high thermal conductivity. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzzeichnet, dass der Katalysator (KS) eine lose Schüttung von Partikeln umfasst, die Palladium, Platin, Vanadium, Wolfram, Chrom, Molybdän, Titan, Mangan, Kobalt, Nickel, Silber, Kupfer, Zink, Eisen, Aluminium, Silizium, Magnesium, Phosphor, Beryllium und dessen Oxide, Barium, Ruthenium oder deren Gemische mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 0,6 bis 6,0 mm enthalten.Reactor after Claim 13 , characterized in that the catalyst (KS) comprises a loose bed of particles, the palladium, platinum, vanadium, tungsten, chromium, molybdenum, titanium, manganese, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, iron, aluminum, silicon, Magnesium, phosphorus, beryllium and its oxides, barium, ruthenium or their mixtures with an average particle size between 0.6 and 6.0 mm. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Baueinheiten (1a) senkrecht übereinander in einem gemeinsamen Gehäuse (2) angeordnet sind und dass jede Baueinheit (1a) mit einem zuflussseitigen Verteilraum (3), einem abströmseitigen Sammelraum (5) und einem Verteilraum (13) für das Kühlmedium (K) versehen ist, wobei die Verteilräume (3) und die Sammelräume (5)) untereinander durch die Strömungskanäle (9) strömungsverbunden sind.Reactor after Claim 13 , characterized in that several structural units (1a) are arranged vertically one above the other in a common housing (2) and that each structural unit (1a) has an inflow-side distribution space (3), an outflow-side collection space (5) and a distribution space (13) for the Cooling medium (K) is provided, the distribution spaces (3) and the collecting spaces (5)) being flow-connected to one another through the flow channels (9). Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Kreuzstrom-Plattenwärmeaustauscher (1) aus dünnem Edelstahl-, Kohlenstoffstahl-, Kupfer- oder Aluminiumblech besteht.Reactor after Claim 13 , characterized in that the modified cross-flow plate heat exchanger (1) consists of thin stainless steel, carbon steel, copper or aluminum sheet.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114042363B (en) * 2021-10-28 2024-04-09 西安建筑科技大学 Adsorption tower and method for inhibiting spontaneous combustion of desulfurization and denitrification active carbon
DE102022000430A1 (en) 2022-01-26 2023-07-27 Apodis Gmbh Fuel cell system for a fuel cell vehicle
DE102022000431A1 (en) 2022-01-26 2023-07-27 Apodis Gmbh Fuel cell system for a fuel cell vehicle
CN115871198A (en) * 2022-12-27 2023-03-31 广东联塑机器制造有限公司 A polyolefin cooling device
CN116589115B (en) * 2023-04-25 2024-05-31 山东岱岳制盐有限公司 Deep well bittern water purifying treatment system
AU2025201465A1 (en) * 2024-03-01 2025-09-18 Sagentia Ltd. Modular grooved contactor stacks for carbon dioxide removal
CN118743962B (en) * 2024-07-24 2025-09-12 上海交通大学 An electric heating integrated ammonia reforming hydrogen production system with waste heat utilization

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL266305A (en) 1960-09-16 1900-01-01
DE1601215B2 (en) 1967-11-03 1971-11-18 Linde Ag, 6200 Wiesbaden PLATE HEAT EXCHANGER IN PARTICULAR AS NITROGEN GAS COOLER
GB1572737A (en) 1977-01-17 1980-08-06 Exxon France Heat pump
DE3049889A1 (en) 1979-09-20 1982-03-04 Tech Ind Therm Cetiat Centre REFRIGERATION PROCESS AND DEVICE
DE3318098A1 (en) 1983-05-18 1984-11-22 Linde Ag, 6200 Wiesbaden A process and reactor for carrying out an endothermic or exothermic reaction
DE3411675A1 (en) 1984-03-27 1985-10-10 Josef Hubert 5203 Much Schick DEVICE FOR EXCHANGING HEAT AND FUEL BETWEEN TWO OR MORE FLOWABLE MEDIA
DE3505351A1 (en) 1985-02-15 1986-08-21 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Adsorber unit or catalyst unit, and process for the adsorptive or catalytic treatment of a fluid stream
FR2590356B1 (en) 1985-11-19 1989-06-02 Jeumont Schneider DEVICE FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF HOT AND COLD
DE3710823A1 (en) 1987-04-01 1988-10-13 Bavaria Anlagenbau Gmbh METHOD FOR PRODUCING WELDED PLATE HEAT EXCHANGERS, IN PARTICULAR CROSS-CURRENT PLATE HEAT EXCHANGERS
AU581825B1 (en) 1987-08-28 1989-03-02 Union Industry Co., Ltd Adsorption refrigeration system
DE3729517A1 (en) 1987-09-03 1989-03-16 Siemens Ag ADSORPTION DEVICE FOR GAS SEPARATION
US5441716A (en) * 1989-03-08 1995-08-15 Rocky Research Method and apparatus for achieving high reaction rates
DE4132015A1 (en) 1991-09-26 1993-04-01 Basf Ag THERMOPLASTIC POLYURETHANE ELASTOMERS WITH A LOW ORGANIC CARBON DELIVERY VALUE, METHOD FOR THEIR PRODUCTION AND THEIR USE
DE19644938A1 (en) 1996-10-29 1998-04-30 Lutz Johannes Adsorption chiller and method for its operation
DE19754185C1 (en) 1997-12-06 1999-02-04 Deg Engineering Gmbh Chemical catalytic reactor assembly has cushion-like internal heat exchangers
DE19809200A1 (en) 1998-03-04 1999-09-09 Linde Ag Flow-through apparatus and method for operating such an apparatus
DE19944426C2 (en) * 1999-09-16 2003-01-09 Balcke Duerr Energietech Gmbh Plate heat exchangers and evaporators
EP1153653A1 (en) 2000-05-11 2001-11-14 Methanol Casale S.A. Reactor for exothermic or endothermic heterogeneous reactions
DE10049194A1 (en) 2000-10-05 2002-04-11 Xcellsis Gmbh Ractor structure in heat exchanger layer stack construction
DE10108380A1 (en) * 2001-02-21 2002-09-05 Deg Intense Technologies & Ser Reactor for carrying out catalyzed reactions
GB2372462A (en) 2001-02-21 2002-08-28 Univ Newcastle Reactor for conducting endothermic reactions
SE520006C2 (en) 2001-09-20 2003-05-06 Catator Ab Device, method of manufacture and method of conducting catalytic reactions in plate heat exchangers
BR0213170B1 (en) 2001-10-12 2012-08-07 catalytic reactor and method for steam reforming a hydrocarbon.
GB0210794D0 (en) 2002-05-10 2002-06-19 Chart Heat Exchangers Ltd Heat exchangers
WO2003038363A2 (en) 2001-10-29 2003-05-08 Chart Heat Exchangers Lp Heat exchangers
JP4212888B2 (en) * 2002-12-26 2009-01-21 三菱化学エンジニアリング株式会社 Plate type catalytic reactor
DE10361515A1 (en) 2003-12-23 2005-07-28 Basf Ag Regulation of thermal chemical reaction by reference to inner temperature in presence of a particulate heterogenic particulate catalyst
WO2006075163A2 (en) 2005-01-12 2006-07-20 Chart Heat Exchangers Lp Removable heat exchanger inserts
GB0504622D0 (en) 2005-03-05 2005-04-13 Accentus Plc Catalytic reactors
DE102006011409B4 (en) 2005-12-07 2008-02-28 Sortech Ag Adsorption machine with heat recovery
DE102006008786B4 (en) * 2006-02-24 2008-01-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Adsorption heat pump, adsorption chiller and adsorber elements contained therein based on an open-pore heat-conducting solid
DE202006014118U1 (en) 2006-09-14 2006-11-16 Krause, Roman Tunnel awning system for viewing purposes and providing protection from the weather on balconies and for shops comprises an awning or tent material pulled onto a number of struts each having a rod and a pole
US7731782B2 (en) * 2007-05-18 2010-06-08 Exxonmobil Research And Engineering Company Temperature swing adsorption of CO2 from flue gas utilizing heat from compression
DE102008053828A1 (en) * 2008-10-30 2010-05-12 Airbus Deutschland Gmbh Improved adsorption cooling system and adsorption cooling process for an aircraft
US8936727B2 (en) * 2009-03-06 2015-01-20 Uop Llc Multiple bed temperature controlled adsorption
WO2012170713A1 (en) 2011-06-07 2012-12-13 3M Innovative Properties Company Slot die position adjustment
WO2015007274A1 (en) 2013-07-19 2015-01-22 Invensor Gmbh Adsorption cooling machine having an adsorption agent, a method for generating cold, and the use of a dealuminised zeolite as adsorption agent in an adsorption cooling machine
PL3094928T3 (en) 2014-01-10 2022-03-21 Bry-Air (Asia) Pvt. Ltd. Hybrid adsorber heat exchanging device and method of manufacture
JP6200911B2 (en) * 2015-03-03 2017-09-20 株式会社豊田中央研究所 HEAT PUMP AND CRYSTAL GENERATION METHOD
DE102015214374A1 (en) 2015-07-29 2017-02-02 Vaillant Gmbh Adsorption heat pump with plate heat exchanger

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