DE202006014116U1

DE202006014116U1 - Rohrbündelreaktor

Info

Publication number: DE202006014116U1
Application number: DE200620014116
Authority: DE
Original assignee: MAN DWE GmbH
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2016-09-15

Abstract

Rohrbündelreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen, mit einem Rohrbündel katalysatorgefüllter Reaktionsrohre, die von Reaktionsgas durchströmt werden und eine Reaktionszone durchlaufen, in der sie von einem flüssigen Wärmeträger umströmt werden, wobei die Reaktionsrohre Rohre mit gleicher Nennwandstärke sind und eine Durchmessertoleranz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsrohre Rohre mit gleichem Nenninnendurchmesser d_i sind und die Durchmessertoleranz auf den Innendurchmesser bezogen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrbündelreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen, mit einem Rohrbündel katalysatorgefüllter Reaktionsrohre, die von Reaktionsgas durchströmt werden und eine Reaktionszone durchlaufen, in der sie von einem flüssigen Wärmeträger umströmt werden, wobei die Reaktionsrohre Rohre mit gleicher Nennwandstärke sind und eine Durchmessertoleranz aufweisen.
Katalytische Gasphasenprozesse wie Oxidations-, Hydrierungs-, Dehydrierungs-, Nitrierungs-, Alkylierungsprozesse werden in der chemischen Industrie in Reaktoren in der Bauart von Rohrbündelreaktoren mit isothermen Festbetten erfolgreich durchgeführt.
Das Festbett – im Wesentlichen ein granularer Katalysator – befindet sich in den Reaktionsrohren eines allgemein ringförmigen, vertikal angeordneten Reaktionsrohrbündels, die von einem Reaktormantel umschlossen werden. Beide Enden jedes Reaktionsrohrs sind offen und in jeweiligen Durchgangslöchern eines oberen bzw. unteren Rohrbodens abgedichtet festgelegt. Das Reaktionsgasgemisch („Feedgas") wird den Reaktionsrohren über eine den betreffenden Rohrboden überspannende Reaktorhaube zu- und ebenso über eine den anderen Rohrboden überspannende Reaktorhaube als Produktgasgemisch abgeführt.
Stabile chemische Reaktionen werden erreicht, indem für den jeweiligen Prozess optimale Bedingungen sowohl rohrseitig innerhalb der Reaktionsrohre als auch mantelseitig außerhalb der Reaktionsrohre geschaffen werden. Auf der Mantelseite wird dies durch die Umwälzung eines flüssigen Wärmeträgers erreicht, durch den eine optimale Reaktionstemperatur eingestellt wird und bei exothermen Reaktionen die Wärme abgeführt wird bzw. bei endothermen Reaktionen die Wärme zugeführt wird. Der Wärmeträger wird hierzu mit einer Umwälzeinrichtung im Kreislauf durch den Rohrbündelreaktor und eine Wärmeaustauschvorrichtung geführt. Um möglichst gleiche Reaktionsbedingungen für alle Reaktionsrohre entlang des Gasströmungswegs zu erhalten, ist eine möglichst gute Gleichverteilung des Wärmeträgers innerhalb einer jeden Ebene senkrecht zur Reaktorachse anzustreben. Hierzu wird der Wärmeträger im Reaktor mit Umlenkblechen so geführt, dass er die Reaktionsrohre im wesentlichen quer anströmt und axial von Abschnitt zu Abschnitt durch den Reaktor geführt wird, so dass er global gesehen den Reaktor längs durchströmt. Durch die Queranströmung ergibt sich ein besonders guter Wärmeübergang. Dabei haben sich insbesondere für große Rohrbündelreaktoren, die heute oftmals über 30.000 und mehr Reaktionsrohre verfügen, ring- und scheibenförmige Umlenkbleche besonders bewährt, die den Wärmeträger mäanderförmig durch den Reaktor führen. In EP 1 569.745 A1 wird dies durch entsprechende Teilstromöffnungen in den Umlenkblechen erreicht. Unterstützt wird dies durch eine Vielzahl anderer Einrichtungen wie Mischer, Turbulenzerzeuger oder zusätzlicher Strömungsleiteinrichtungen. Die für den Betrieb des Rohrbündelreaktors notwendigen Nebenaggregate wie Pumpe, Wärmetauscher und Aufheizer liegen gewöhnlich außerhalb des Reaktormantels und sind an diesen mit Verbindungsleitungen angeschlossen. Entsprechend tritt der Wärmeträger in der Nähe eines Rohrbodens über einen Verteilerkanal in den Reaktormantel ein und in der Nähe des anderen Rohrbodens über einen anderen Verteilerkanal aus ihm aus. Solche Rohrbündelreaktoren sind beispielsweise aus DE 2 207 166 bekannt.
Der Wärmeübergang vom Reaktionsgas zum Wärmeträger, welcher die Reaktionsrohre umströmt, ergibt sich aus dem inneren Wärmeübergangskoeffizienten, der Wärmeleitung in der Reaktionsrohrwand und dem äußeren Wärmeübergangskoeffizienten. Der äußere Wärmeübergangskoeffizient liegt üblicherweise im Bereich zwischen 1000 W/(m²K) und 2000 W/(m²·K). Bei einer schlechten Wärmeleitfähigkeit des Rohrmaterials von angenommen 15 W/(m·K) und einer relativ großen Wandstärke von 3,0 mm ergibt sich für die Rohrwand ein äquivalenter flächenbezogener Wärmeübergangskoeffizient von ca. 5000 W/(m²·K). Der innere Wärmeübergangskoeffizient liegt meist in der Größenordnung von 100 bis 200 W/(m²·K). Mit diesen Zahlen wird deutlich, dass nahezu allein der innere Wärmeübergangskoeffizient begrenzend für den gesamten Wärmedurchgang vom Reaktionsgas zum Wärmeträger ist. Nur eine Verbesserung des inneren Wärmeübergangskoeffizienten führt zu einer messbaren Verbesserung des gesamten Wärmedurchgangs.
Der innere Wärmeübergangskoeffizient ergibt sich aus dem Zusammenwirken von mehreren sich beeinflussenden Größen. Er ist in erster Linie abhängig von der Gasgeschwindigkeit und der Art der Katalysatorschüttung. Bei gegebenem Gasdurchfluss ist die Leerrohrgeschwindigkeit konstant, jedoch werden die lokalen, den Wärmeübergang bestimmenden Geschwindigkeiten innerhalb der Katalysatorschüttung stark von der Art der Katalysatorschüttung beeinflusst.
Die Art der Katalysatorschüttung wird zunächst einmal von der Partikelform und von der Partikelgröße bestimmt, wobei die „Partikelgröße" praktisch die mittlere Partikelgröße einer statistischen Partikelgrößenverteilung ist. Zur vollständigen Beschreibung einer Katalysatorschüttung gehört also die Angabe von Form, Größe und Größenverteilung der Katalysatorpartikel.
Während die Eigenschaften einer Schüttung bei einem sehr großen Verhältnis von Schüttungsabmessungen zur Partikelgröße an jedem Ort der Schüttung praktisch gleich sind, so ist der Störeinfluss der begrenzenden Wand der Schüttung in einem Rohr nicht mehr vernachlässigbar. Der Einfluss steigt mit kleiner werdendem Verhältnis von Rohrinnendurchmesser zur Partikelgröße. Direkt an der Rohrinnenwand ist die Schüttdichte am kleinsten mit der Folge eines geringeren Druckverlustes und daraus folgend einer höheren Strömungsgeschwindigkeit als im Inneren der Schüttung. In direktem Zusammenhang mit der Schüttdichte stehen die korrespondierenden Größen Leerraumvolumen oder auch Lückengrad, welche das Verhältnis vom freien Gasvolumen zum Leerraumvolumen des Reaktionsrohrs bezeichnen. Dieser Effekt ist auch als Randgängigkeit bekannt. Die Aussage, dass die Schüttdichte mit der Annäherung an die Wand sinkt, gilt streng genommen nur für Partikel mit genau einer Größe. Dies ist, wie weiter oben beschrieben, meist nicht der Fall. Vielmehr liegt eine Partikelgrößenverteilung vor mit einer mehr oder weniger starken Abweichung aller Partikelgrößen von der mittleren Partikelgröße. Von Bedeutung ist, dass bei einer Partikelgrößenverteilung die Schüttdichte steigt, da sich hier Partikel mit einer kleineren Größe in die Lücken zwischen mehreren größeren Partikeln anordnen. Mit steigender Schüttdichte steigt auch der Druckverlust, und zwar in axialer als auch in radialer Richtung. Weiterhin verändern sich dadurch in radialer Richtung die Eigenschaften der Schüttung in Bezug auf Strömungsgeschwindigkeit, Mischungseigenschaften, Wechselwirkung mit dem Katalysator und Wärmetransport.
Solange nun alle Reaktionsrohre genau den gleichen Rohrinnendurchmesser haben und die Art der Partikelschüttung längs der Reaktionsrohre überall gleich ist, indem auch beim Einfüllen der Katalysatorpartikel in die Reaktionsrohre darauf geachtet wird, dass diese gut durchmischt sind, spielen diese ganzen Zusammenhänge kaum eine Rolle. In dem Moment jedoch, wo die Reaktionsrohre unterschiedliche Innendurchmesser haben, verändern sich, wie beschrieben, die Eigenschaften der Katalysatorschüttung und somit auch das Reaktionsverhalten. Da optimale Reaktionsbedingungen nur für ein bestimmtes Reaktionsrohr mit bestimmten Katalysatoreigenschaften eingestellt werden können, hat dies zur Folge, dass es nun eine Anzahl von Reaktionsrohren gibt, welche nicht optimale Reaktionsbedingungen haben, was zu einer Verschlechterung des Reaktionsergebnisses führt.
Der Innendurchmesser der Reaktionsrohre der meisten Rohrbündelreaktoren liegt meist in einem Bereich zwischen 18 und 50 mm, im Besonderen zwischen 20 und 25 mm. Bei bestimmten Reaktionen können die Durchmesser auch größer sein. Zu kleine Innendurchmesser der Reaktionsrohre vermindern die Menge des eingefüllten Katalysators und vergrößern die Anzahl der Reaktionsrohre bezüglich der notwendigen Katalysatormenge und erfordern dadurch einen großen Reaktor. Auf der anderen Seite führen zu große Innendurchmesser der Reaktionsrohre bei gleicher Gesamt-Katalysatormenge zu einer unzureichenden Wärmeübertragungsfläche der Rohrinnenwand für die Übertragung der erzeugten Reaktionswärme.
Üblicherweise werden für Rohrbündelreaktoren, ähnlich wie auch für Rohrbündel-Wärmeaustauscher, genormte Stahlrohre verwendet.
Für Stahlrohre gibt es eine Vielzahl von Normen. Diese gliedern sich in allgemeinere Normen, wie die
DIN EN 10220: Allgemeine Tabellen für Maße und längenbezogene Masse, oder
DIN EN ISO 1127: Nichtrostende Stahlrohre.
Für spezielle Anwendungsfälle gibt es entsprechende Spezialnormen, wie
DIN EN 10 216
DIN EN 10 217
DIN 28180: Nahtlose Stahlrohre für Rohrbündel-Wärmeaustauscher – Maße und Werkstoffe,
DIN 28181: Geschweißte Stahlrohre für Rohrbündel-Wärmeaustauscher – Maße und Werkstoffe,
DIN EN 10305-1: Präzisionsstahlrohre, Techn. Lieferbedingungen,
Teil 1: Nahtlose kaltgezogene Rohre
DIN EN 10305-2: Präzisionsstahlrohre, Techn. Lieferbedingungen,
Teil 2: Geschweißte kaltgezogene Rohre
DIN EN 10305-3: Präzisionsstahlrohre, Techn. Lieferbedingungen,
Teil 3: Geschweißte maßgewalzte Rohre
ASTM, SA-450/SA-450M v. 1998, Sec. II: Specification for general requirements for carbon, ferritic alloy, and austenitic alloy steel tubes
Allgemeine Rohrnormen für nahtlose oder längsnahtgeschweißte Rohre, wie z.B. DIN EN 10 216 bzw. DIN EN 10 217 sind wegen der großen Toleranzbereiche unbrauchbar zur Lösung der besonderen Aufgabenstellung bei Reaktionsrohren in Rohrbündelreaktoren. Speziellere Normen für Rohre für den Einsatz in Wärmeaustauschern legen engere Tolerierungen fest. Beispiele für solche Normen sind die US-amerikanische Norm ASTM, SA-450/SA-450M v. 1998, Sec. II oder die deutschen Normen DIN 28 180 und DIN 28 181 v. 07/2006. Sollen Reaktionsrohre mit ganz besonders kleinen Toleranzen verwendet werden, so bieten sich Präzisionsstahlrohre nach der Norm DIN EN 10 305-1. oder DIN EN 10 305-2 für nahtlose bzw. für geschweißte Rohre an.
In der Norm ASTM werden bei nahtlosen Rohren, insbesondere bei warmgezogenen nahtlosen Rohren, größere Toleranzen zum Rohraußendurchmesser und zur Wandstärke zugelassen als bei kaltgezogenen nahtlosen Rohre und bei geschweißten Rohren. Bei den hier interessierenden Rohren mit einem Rohraußendurchmesser kleiner 101,6 mm liegt die obere Toleranzgrenze bei +0,4 mm, die untere Toleranzgrenze bei –0,8 mm. Bei allen anderen Rohren liegt die Toleranz des Rohraußendurchmessers grundsätzlich bei +– 0,39. Durch die Abstufung der Toleranzgrenzen in den kleineren Rohrdimensionen in 0,5 mm-Schritten ergeben sich prozentuale Toleranzen zwischen +– 0,39% und +– 0,59 für Rohraußendurchmesser zwischen 16,9 mm und 76,2 mm. Die Wandstärke wird bei warmgezogenen nahtlosen Rohren in Abhängigkeit von der Nennwandstärke mit einer oberen Toleranzgrenze zwischen +28 und +40% toleriert, was zu Wandstärkentoleranzen zwischen 0,8 und 1,5 mm führt. Die oberen Toleranzgrenze für kaltgezogene nahtlose Rohre liegt zwischen +20 und +22%, bei geschweißten Rohren liegt sie für alle Durchmesser bei +18%. Für alle Rohre liegt die untere Toleranzgrenze bei –0%.
Die deutschen Normen DIN 28 180 und DIN 28 181 behandeln Stahlrohre für Rohrbündel-Wärmetauscher in der Ausführung als nahtlose bzw. geschweißte Rohre. Darin werden in einer Toleranzklasse 1 die kleinsten Toleranzen gefordert. Die Anforderungen in den Toleranzklassen 2 und 3 sind geringer. In der Toleranzklasse 1 gibt es keine Unterschiede zwischen beiden Normen. Im folgenden wird nur noch Toleranzklasse 1 betrachtet. Zusätzlich wird zwischen Rohren einerseits aus Stahl und andererseits aus austenitischem nichtrostendem Stahl unterschieden, wobei bei letzteren Stahlsorten größere Toleranzen zugelassen werden. Die schärfsten Anforderungen werden an Stahlrohre gestellt mit einer Toleranz von +– 0,08 mm für den Außendurchmesserbereich zwischen 16 mm und 30 mm, entsprechend +– 0,21 bis +– 0,50. Ab 38 mm ist die Toleranz +– 0,15 mm entsprechend maximal +– 0,39%. Die Toleranz der Wandstärke liegt für Wandstärken von höchstens 2,0 mm bei +– 0,20 mm, für Wandstärken über 2,0 mm bei +– 10%.
Bezüglich der Toleranzen der Rohrwandstärken gibt es fertigungsbedingt Unterschiede. So ist es bei vorgegebener Wandstärke bei längsnahtgeschweißten Rohren einfacher, vorgegebene Toleranzen bezüglich der Wandstärke einzuhalten, als dies bei nahtlos gezogenen Rohren der Fall ist. Diesem Umstand wird z.B. in der US-Norm ASTM, SA-450/SA-450M, dadurch Rechnung getragen, dass bei nahtlosen, warmgezogenen Rohren Wandstärkentoleranzen von +28% bis +40% und bei nahtlosen kaltgezogenen Rohre +20% bis +22% zulässig sind, in Abhängigkeit vom Rohraußendurchmesser. Die Toleranzangaben gehen in der Norm ASTM immer von einer Mindestwandstärke aus, also ist die Minustoleranz für alle Fertigungsverfahren und Durchmesser immer –0%. Die kleinste zulässige Wandstärkentoleranz wird bei geschweißten Rohren für alle Durchmesser mit +18% gefordert.
Bei Rohren mit einem Außendurchmesser von über 50,8 mm und einer Wandstärke von über 5,6 mm wird zusätzlich gefordert, dass die Wandstärken aller Rohre in einem Toleranzbereich von +– 10% bei nahtlosen Rohren und von +– 5% bei geschweißten Rohren liegen, bezogen auf die mittlere Wandstärke.
In der DIN 28180 von Aug. 1985 (übernommen vom Entwurf von Juli 2006) für nahtlose Stahlrohre für Rohrbündel-Wärmetauscher wird für die Toleranzklassen 1 und 2 für Rohrwandstärken kleiner gleich 2,0 mm eine Abweichung von –+ 0,20 mm und für Rohrwandstärken größer 2,0 mm eine Abweichung von –+ 10% zugelassen. Die gleichen zulässigen Abweichungen gelten auch für die DIN 28181 von Aug. 1985 (übernommen vom Entwurf von Juli 2006) für geschweißte Stahlrohre für Rohrbündel-Wärmetauscher, mit dem Unterschied, dass diese auch für die Toleranzklasse 3 gelten.
Die wesentlichen Unterschiede von ASTM und DIN-Normen bezüglich Rohre für Wärmetauscher liegen also im wesentlichen darin, dass DIN zumindest für Rohre aus Stahl wesentlich strenger als ASTM toleriert, bei der Tolerierung der Wandstärke legt ASTM strengere Maßstäbe an.
Daneben gibt es weitere Normen, die sehr enge Toleranzen festlegen. So sind beispielsweise die technischen Anforderungen an Präzisionsrohre in DIN EN 10 305-1 oder in DIN EN 10 305-2 für nahtlose bzw. für geschweißte Rohre beschrieben. Rohre nach diesen Normen sind durch genau definierte Grenzabmaße und eine festgelegte Oberflächenrauheit charakterisiert. Typische Anwendungsgebiete laut Angaben in diesen Normen sind der Fahrzeugbau, die Möbelindustrie und der Allgemeine Maschinenbau. Die Durchmessertoleranzen gehen grundsätzlich vom Außendurchmesser aus, jedoch ist der Bezug auf den Innendurchmesser ebenso möglich. Im oft verwendeten Außendurchmesserbereich zwischen 20 und 30 mm ist bis 2,0 mm die Toleranz für die Wandstärke mit +– 0,08 mm angegeben. Die Wandstärkentoleranz ist bei nahtlosen Rohren bei +– 10%, maximal jedoch 0,1 mm, bei geschweißten Rohren bei +–7,5% in den Grenzen von +– 0,05 mm bzw. +– 0,35 mm.
EP 1 471 046 A1 schlägt vor, einen Reaktor mit Reaktionsrohren zu verwenden, die u.a. Außendurchmesser und Wandstärken mit kleineren Toleranzen als die japanischen Rohrnormen JIS oder die amerikanischen Rohrnormen ASTM haben.
Die bei einem Rohrbündelreaktor verwendeten Reaktionsrohre werden dabei aus Rohren ausgewählt, die den gleichen Nenn-Außendurchmesser und die gleiche Nenn-Wandstärke haben, dabei eine Außendurchmessertoleranz von +– 0.62% und eine Wanddickentoleranz von +19% bis –0%, bevorzugt eine Außendurchmessertoleranz von +– 0.56% und eine Wanddickentoleranz von +17% bis –0%. Auf die Auswirkungen der unterschiedlichen Herstellungsverfahren wird hierbei in keiner Weise eingegangen (Rohre nahtlos oder längsnahtgeschweißt).
An einem Beispielrohr werden in EP 1 471 046 A1 die Auswirkungen der vorgeschlagenen Toleranzen näher dargestellt. Es wurden dabei Reaktionen mit Reaktionsrohren mit einem Nenn-Außendurchmesser von 30,4 mm und einer Nennwandstärke von 1,8 mm durchgeführt. Mit der bevorzugten Außendurchmessertoleranz von +– 0.56% ergibt sich eine Abweichung von +– 0,17 mm. Entsprechend ist der max. Rohraußendurchmesser 30,57 mm, der min. Rohraußendurchmesser 30,23 mm. Der Unterschied der beiden Außendurchmesser beträgt 0,34 mm, bezogen auf den Nenndurchmesser 1,12%. Hiervon ausgehend erhält man mit einer max. Wanddicke von +17% entsprechend 2,1 mm und einer min. Wanddicke von –0% entsprechend 1,80 mm einen Rohrinnendurchmesser in einem Bereich zwischen 26,03 mm und 26,97 mm. Der Rohrquerschnitt des max. Rohrinnendurchmessers ist im Vergleich zum Rohrquerschnitt des min. Rohrinnendurchmessers um 7,35 größer.
Zum Vergleich wird ein Rohr mit gleichen Nennabmessungen nach der US-amerikanischen Norm ASTM toleriert unter der Voraussetzung, bei dem Rohr handelt es sich um ein geschweißtes Rohr in einem in der Norm angegebenen Werkstoff. Die Außendurchmessertoleranz wird dort mit +– 0,15 mm entsprechend +– 0,49 angegeben. Entsprechend ist der max. Rohraußendurchmesser 30,55 mm, der min. Rohraußendurchmesser 30,25 mm. Der Unterschied der beiden Außendurchmesser beträgt 0,30 mm, bezogen auf den Nenndurchmesser 0,99%. Hiervon ausgehend erhält man mit einer max. Wanddicke von +18% entsprechend 2,12 mm und einer min. Wanddicke von –0% entsprechend 1,80 mm einen Rohrinnendurchmesser in einem Bereich zwischen 26,01 mm und 26,95 mm. Der Rohrquerschnitt des max. Rohrinnendurchmessers ist im Vergleich zum Rohrquerschnitt des min. Rohrinnendurchmessers um 7,36% größer.
In einem weiteren Vergleich wird ein Rohr mit gleichen Nennabmessungen nach der deutschen Norm DIN 28 181 für geschweißte Rohre in der Toleranzklasse 1 toleriert. Die Außendurchmessertoleranz wird dort mit +– 0,08 mm entsprechend +– 0,26 angegeben. Entsprechend ist der max. Rohraußendurchmesser 30,48 mm, der min. Rohraußendurchmesser 30,32 mm. Der Unterschied der beiden Außendurchmesser beträgt 0,16 mm, bezogen auf den Nenndurchmesser 0,53%. Hiervon ausgehend erhält man mit, einer max. Wanddicke von +0,20 mm entsprechend 2,00 mm und einer min. Wanddicke von –0,20 mm entsprechend 1,60 mm einen Rohrinnendurchmesser in einem Bereich zwischen 26,32 mm und 27,28 mm. Der Rohrquerschnitt des max. Rohrinnendurchmessers ist im Vergleich zum Rohrquerschnitt des min. Rohrinnendurchmessers um 7,43% größer.
Im Vergleich an einem Ausführungsbeispiel führen die Vorschläge von EP 1 471 046 A1 im wesentlichen zu den gleichen Verhältnissen der zulässigen Innendurchmesser wie bei den Vorschriften aus ASTM und DIN. Im Unterschied dazu ergibt sich jedoch ein größeres Verhältnis der zulässigen Außendurchmesser, was zu größeren Toleranzen der Ringspalte zwischen Reaktionsrohren und Bohrungen führt.
Bei Rohren in Wärmeaustauschern, die nicht nur dem Wärmeaustausch dienen, sondern in denen zusätzlich chemische Reak tionen mit Wärmeentwicklung stattfinden, im speziellen bei Rohrbündelreaktoren, ist es von großer Wichtigkeit, möglichst gleiche Strömungs- und Reaktionsbedingungen in den Reaktionsrohren zu erhalten.
Um die hierfür notwendigen möglichst gleichen Querschnittsabmessungen der verwendeten Reaktionsrohre zu erzielen, werden im Stand der Technik Toleranzen für den Außendurchmesser der Reaktionsrohre vorgegeben. Nach der Tolerierung des Rohraußendurchmessers wird die Rohrwandstärke toleriert. Durch diese Vorgehensweise wird in erster Linie den Belangen der Fertigung solcher Apparate Rechnung getragen, bei der ein möglichst gleicher Rohraußendurchmesser von Vorteil ist. Der Rohrannendurchmesser ergibt sich aus der Addition der Toleranzen von Rohraußendurchmesser und Rohrwandstärke und wird dadurch immer größer. Bei reinen Rohrbündel-Wärmeaustauschern spielt diese Tatsache keine Rolle, da es für den Gesamtvorgang unwesentlich ist, ob nun in einem Rohr etwas mehr oder etwas weniger Fluid strömt. Bei Reaktionsapparaten, bei denen in den Reaktionsrohren chemische Reaktionen mit Wärmeerzeugung stattfinden, hat dies jedoch einen beträchtlichen Einfluss auf Strömungs- und Reaktionsbedingungen in den Reaktionsrohren.
Hier nun soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Ihr liegt von daher die Aufgabe zu Grunde, einen Rohrbündelreaktor mit Reaktionsrohren bereit zu stellen, welcher für jedes Reaktionsrohr möglichst gleiche Reaktionsbedingungen schafft, einen gleichen Wärmeübergang zur Reaktionsrohrwand bewirkt und dadurch zu einer Erhöhung der Ausbeute und Selektivität führt, verbunden mit einer Erhöhung der Lebensdauer des Katalysators, und dies zudem auf kostengünstige Weise.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Rohrbündelreak tor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Reaktionsrohre Rohre mit gleichem Nenninnendurchmesser d_i sind und die Durchmessertoleranz auf den Innendurchmmesser bezogen ist.
Die Unteransprüche geben darüber hinaus vorteilhafte Ausführungsformen an.
Die Wandstärke aller Reaktionsrohre mit den erfindungsgemäßen Merkmalen liegt bei nahtlosen Rohren in einem Toleranzbereich von bevorzugt +– 15% und ganz bevorzugt von +– 10%, bei längsnahtgeschweißten Rohren in einem Toleranzbereich von bevorzugt +– 8% und ganz bevorzugt von +– 5%, bezogen auf die Nennwandstärke.
Die Größe der Rohre ist nicht besonders eingeschränkt. Die erfindungsgemäßen Merkmale werden bevorzugt angewendet bei Reaktionsrohren mit einem Rohrinnendurchmesser in einem Bereich von 13 mm bis 110 mm, bevorzugt bei Reaktionsrohren mit einem Rohrinnendurchmesser in einem Bereich von 15 mm bis 50 mm und ganz bevorzugt bei Reaktionsrohren mit einem Rohrinnendurchmesser zwischen 18 mm und 28 mm.
Durch die erfindungsgemäße Tolerierung mit Bezug auf den Rohrinnendurchmesser wird den prozesstechnischen Belangen direkt Rechnung getragen. Die entsprechend tolerierten Reaktionsrohre können ohne Einschränkung in jedem bekannten Rohrbündelreaktor eingebaut werden. Besonders geeignete Ausführungen sind z.B. in DE 2 201 528 , DE 2 207 166 , DE 198 06 810 , EP 1 439 901 , EP 1 569 745 , EP 1 590 076 , EP 1 587 612 , EP 1 586 370 oder EP 1 627 678 beschrieben.
Aus prozesstechnischer Sicht macht es hinsichtlich der Toleranzen zu Rohrinnendurchmesser und Wandstärke keinen Unter schied, ob die Reaktionsrohre aus nahtlosen oder geschweißten Rohren bestehen. In der Regel lassen sich jedoch geschweißte Rohre wirtschaftlicher herstellen und die Wandstärke ist genauer einzuhalten. Andererseits bietet nur ein nahtloses Reaktionsrohr ein ungestörtes Gefüge des Rohrwerkstoffs. Auch verbleibt kein Schweißnahtrest an der Rohrinnenseite, die Rundheit ist besser. Nachteilig ist allerdings, dass durch das Herstellungverfahren bedingt die Wandstärke in Umfangsrichtung gewissen Abweichungen unterworfen ist. Daher wird erfindungsgemäß bei einem nahtlosen Reaktionsrohr eine etwas größere Toleranz des Innendurchmessers zugelassen. Die Rohrinnendurchmesser lassen sich bei beiden Rohrtypen etwa gleich gut fertigen. Je höher die Anforderungen an einen gleichförmigen Reaktionsablauf gestellt werden umso mehr ist der Einsatz von geschweißten Rohren vorzuziehen. In jedem Fall müssen die Kosten einer engen Tolerierung und die wirtschaftlichen Vorteile einer Prozessverbesserung gegeneinander abgewogen werden. Die Entscheidung über die Art des Reaktionsrohrtyps muss im Einzelfall vom Betreiber des Rohrbündelreaktors getroffen werden.
Mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ergeben sich die Vorteile geringerer Abweichungen im Querschnitt aller Reaktionsrohre zueinander. Dadurch werden für alle Reaktionsrohre gleichförmigere Randbedingungen für die Reaktion geschaffen, die nachfolgend näher beschrieben werden. Dadurch kommt es zu einer Steigerung von Umsatz, Selektivität und Ausbeute und die Stabilität und Sicherheit des Prozesses wird erhöht.
In diesem Zusammenhang wird zunächst noch einmal auf die EP 1 471 046 A1 Bezug genommen.
Die dort enthaltenen Vorschläge führen gegenüber den Angaben in einschlägen Normen im Ergebnis zu keiner Verbesserung be züglich des Rohrinnendurchmessers: Bei einem Rohr mit gleichen Nennabmessungen ergibt sich der Bereich der zulässigen Rohrinnendurchmesser aus der Addition der Toleranzen für den Rohraußendurchmesser und der Wandstärke. Dabei ist der Querschnitt des max. Rohrinnendurchmessers bei einem Ausführungsbeispiel nach dem Anspruch 2 von EP 1 471 046 A1 , der die strengeren Anforderungen stellt, um 7,35% größer als der des min. Rohrinnendurchmessers. Als Vergleich werden Rohre mit einer dem Stand der Technik entsprechenden Tolerierung herangezogen, die zu einem Querschnittsunterschied von 9,67% führen. Die Tolerierungen nach einschlägigen Normen führen zum Vergleich z.B. nach ASTM zu einem entsprechenden Querschnittsunterschied von 7,36% bei den meist verwendeten geschweißten Rohre, die Tolerierung nach DIN 28 181 führt zu einem entsprechenden Querschnittsunterschied von 7,43 bei unlegiertem und legiertem Stahl bzw. von 8,56% bei austenitischem nichtrostendem Stahl. Die Verbesserung bezüglich der Konstanz des freien Rohrquerschnitts liegt also in einem so kleinen Bereich, dass er vernachlässigt werden kann. Anders sieht es beim Verhältnis der Rohraußendurchmesser aus. Während der Unterschied der Rohraußendurchmesser bei EP 1 471 046 A1 bei 0,34 mm liegt, entsprechend einem Durchmesserunterschied 1,12%, liegt dieser Unterschied bei ASTM nur bei 0,30 mm entsprechend 0,99% und bei DIN 28 181 nur bei 0,16 mm entsprechend 0,53. Insgesamt führen die Vorschläge von EP 1 471 046 A1 in Bezug auf ein selbst gewähltes Vergleichsbeispiel also zu Verbesserungen, in Bezug auf bestehende Normen insgesamt eher zu Verschlechterungen.
Auf der anderen Seite gibt es zwar Normen für Rohre mit besonders genauen und engen Grenzabmessungen, beispielsweise die DIN EN 10 305-1 oder DIN EN 10 305-2. Solche Rohre vermögen die Bedürfnisse aus prozesstechnischer Sicht sehr gut zu befriedigen. Die Realisierung solch enger Toleranzen ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, was durch die große Anzahl der Reaktionsrohre zu einem deutlichen Kostenfaktor wird.
Zusammenfassend bieten weder die Normen in Bezug auf Rohre für Wärmetauscher noch anderer Stand der Technik eine Lösung für die besonderen Anforderungen an die Reaktionsrohre in Rohrbündelreaktoren.
Die erfindungsgemäßen Festlegungen der Rohrtoleranzen führen zu einer Reduzierung der benötigten Katalysatormenge. In dem Bestreben, das Volumen der Reaktionsrohre bestmöglich zu nutzen, werden diese unter Berücksichtigung von verschiedenen Randbedingungen so vollständig wie möglich mit Katalysator gefüllt. Damit es während des Füllvorgangs zu keinen zeitlichen Verzögerungen kommt, muss vor dem Einfüllvorgang die Katalysatormenge vorgehalten werden, die sich bei größtem entsprechend der Tolerierung zu erwartenden Volumen ergibt. Liegen jedoch die ausgeführten Innendurchmesser am anderen Ende des Toleranzbereichs, so bleibt eine Menge an Katalysator übrig. Ist beispielsweise das maximal einzufüllende Katalysatorschüttvolumen 50,0 m³ und ist die Querschnittsfläche des entsprechend der Tolerierung größten Innendurchmessers um 7% größer als die Querschnittsflüche des kleinsten Innendurchmessers, und haben weiterhin tatsächlich alle Reaktionsrohre den kleinsten Innendurchmesser entsprechen der zulässigen Toleranz, so passen in diese Rohre nur 93% des Katalysatorvolumens, entsprechend 46,5 m³, wenn man einmal den Einfluss des Verhältnisses von Rohrinnendurchmesser zum Durchmesser eines Katalysatorpartikels vernachlässigt. Es würde eine Katalysatormenge von 3,5 m³ übrig bleiben. Durch die erfindungsgemäße Tolerierung ist das Flächenverhältnis des zulässigen größten zur kleinsten Innendurchmesser und damit die überschüssige Katalysatormenge höch stens etwa halb so groß, wodurch die Kosten entsprechend vermindert werden.
In diesem Zusammenhang führen die erfindungsgemäßen Festlegungen bei gleicher Katalysatorfüllmenge pro Rohr zu einer wesentlich gleichmäßigeren Katalysatorfüllhöhe in einem jeden Rohr. Möchte man nämlich gleiche Reaktionen in jedem Reaktionsrohr dadurch erreichen, dass in jedes Reaktionsrohr die gleiche Katalysatormenge eingefüllt wird, so wiegt man für jedes Reaktionsrohr die gleiche Katalysatormenge ab. Gibt es nun zwischen den Reaktionsrohren Unterschiede in den Querschnittsflächen der Reaktionsrohre von beispielsweise 7%, so ergeben sich dadurch unmittelbar Unterschiede von 7% in den Füllhöhen der Katalysatorschüttungen. Bei einer maximalen Schütthöhe von beispielsweise 6000 mm bedeutet dies eine Höhendifferenz von maximal 420 mm! Dies hat Auswirkungen auf den Druckverlust, der zu unterschiedlichen Durchströmungsmengen in den einzelnen Reaktionsrohren führt, und damit zu unterschiedlichen und möglicherweise unerwünschten und unkontrollierten Reaktionsabläufen.
Legt man nach einer anderen Strategie Wert darauf, dass der Druckverlust in jedem Reaktionsrohr gleich ist, so wird während des Einfüllvorgangs der Druckverlust eines jeden Rohres gemessen. Durch Hinzufügen bzw. Wegnahme einer entsprechenden Menge an Katalysator werden Abweichungen vom gewünschten Druckverlust korrigiert. Da der Druckverlust in erster Linie durch die Katalysatorfüllhöhe bestimmt wird, ergeben sich im wesentlichen gleiche Katalysatorfüllhöhen. Durch dieses Verfahren erreicht man zwar einen gleichen Druckverlust in einem jeden Rohr, bei unterschiedlichen Rohrquerschnitten haben die Reaktionsrohre jedoch unterschiedliche Mengen an Katalysator. Da das Volumen mit steigendem Rohrinnendurchmesser mit dem Quadrat desselben steigt, die Fläche der Rohrin nenwand jedoch nur linear, kann weniger Reaktionswärme abgeführt werden, die Temperatur steigt, der Reaktionsablauf verändert sich. Bei gleichem Druckverlust in einem jeden Rohr erhält man durch die erfindungsgemäßen Merkmale geringere Abweichungen beim Verhältnis Katalysatormenge zu Wärmeübertragungsfläche.
Der Katalysator wird in die erfindungsgemäßen Reaktionsrohre mit einem bekannten Verfahren eingefüllt, bei dem sich ein möglichst gleicher Schüttungsaufbau innerhalb eines jeden Reaktionsrohrs einstellt. Natürlich werden dabei die Schüttungen auf Grund einer immer vorliegenden Partikelgrößenverteilung und zufälligen Anordnung immer unregelmäßig sein und es werden lokale Abweichungen vom Durchschnitt des Schüttungsaufbaus, der Partikelgrößenverteilung, des Lückengrades, der Leitfähigkeit, des Druckverlustes, der Mischungswirkung, der katalytischen Aktivität und anderer Größen vorliegen. In der Summe jedoch werden sich immer Verhältnisse einstellen, die in der Nähe des statistischen Durchschnitts der betrachteten Größe liegen.
Aus diesen Zusammenhängen ergibt sich, dass es wichtig ist, das Verhältnis von Rohrinnendurchmesser zur Partikelgröße des Katalysators von Rohr zu Rohr möglichst konstant zu halten. Dies wird mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht.
Kleine Unterschiede unter den Innendurchmessern der Reaktionsrohre wirken sich wie beschrieben nicht nur positiv auf den Wärmeübergang und den Reaktionsablauf aus, ebenso bewirken sie verringerte Unterschiede im Druckverlust durch die Katalysatorschüttung, wodurch die Gasvolumenströme in jedem einzelnen Reaktionsrohr geringere Abweichungen zueinander haben. Die Folgen sind eine Steigerung des Umsatzes und der Ausbeute am Zielprodukt sowie eine verlängerte Katalysator lebensdauer.
Eine gleichmäßige Katalysatorschüttung wirkt sich auch dahin gehend positiv aus, dass die Entstehung von abnormalen Hot Spots in den Reaktionsrohren unterdrückt wird, die die Reaktion außer Kontrolle bringen und dadurch einen Dauerbetrieb behindern können. Die abnormalen Hot Spots können Katalysatorpartikel teilweise oder ganz zusammen schmelzen. Die zusammen geschmolzenen Katalysatorpartikel verstopfen teilweise das Reaktionsrohr, und führen zu einem deutlich erhöhten Strömungswiderstand und nachteiligen Folgen bezüglich Strömungsgeschwindigkeit, Wärmeübergangswerten, Ausbeute und Katalysatorlebensdauer.
Wird der Rohrbündelreaktor mit ring- und scheibenförmigen Umlenkblechen ausgestattet, so werden diese im Gegensatz zu der in EP 1 471 046 A1 beschriebenen Ausführung so ausgeführt, dass sie bevorzugt alle Reaktionsrohre entweder ganz oder teilweise unterstützen. Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise ein Querströmung des Wärmeträgers in Bezug auf die Reaktionsrohre erreicht, wodurch sich gute Wärmeübergangswerte über die gesamte Länge eines jeden Reaktionsrohrs erreichen lassen und wodurch die Schwingungsneigung der Reaktionsrohre auf ein Minimum reduziert wird.
Hierzu werden die Toleranzen der Bohrungen in den Rohrböden und in den Umlenkblechen an die Rohraußentoleranzen entsprechend angepasst. Da sich innerhalb eines Fertigungsschrittes die Rohrabmessungen üblicherweise in einem sehr engen Rahmen bewegen, kann der Ringspalt zwischen Reaktionsrohr und Bohrungen dadurch minimiert werden, dass zuerst der Rohraußendurchmesser gemessen wird und daraufhin der endgültige Bohrungsdurchmesser festgelegt wird. Durch den Bezug des Bohrungsdurchmessers auf den ausgeführten Rohraußendurchmesser werden in vorteilhafter Weise sehr enge Ringspalte erreicht.
Rohrbündelapparate werden üblicherweise auf Rohrschwingungen nachgeprüft, beispielsweise mit dem im VDI-Wärmeatlas, Ausg. 2002, Abschnitt Oc, angegebenen Verfahren. Dieses Verfahren hat nur dann Gültigkeit, wenn die üblichen Durchmesserdifferenzen von Reaktionsrohr und Bohrungen in den Umlenkblechen in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,6 mm liegen. Werden diese Durchmesserdifferenzen wesentlich größer, so besteht die Gefahr von Rohrschwingungen. Bei der Festlegung der Toleranzen für Rohrinnendurchmesser, Wandstärke und Bohrungsdurchmesser ist zu gewährleisten, dass diese Durchmesserdifferenzen eingehalten werden. Ist dies nicht möglich, so müssen die Rohre in die Umlenkbleche eingedichtet werden.
Bei den Umlenkblechen im Rohrbündelreaktor und bei den Trennplatten innerhalb von Mehrzonenreaktoren müssen für eine optimale Arbeitsweise des Reaktors die Reaktionsrohre ohnehin ganz oder teilweise in die entsprechenden Bohrungen eingedichtet werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass eine Aufweitungsvorrichtung in ein Reaktionsrohr hineingeführt wird, bis das Funktionsteil auf Höhe der Bohrung angelangt ist. Nun legen sich flexible Dichtungen vor und hinter der Bohrung an die Rohrinnenwand an. Der Raum zwischen diesen Dichtungen wird nun hydraulisch aufgeweitet. Bei dieser Verfahrensweise ist die Aufweitung des Reaktionsrohrs, genauer gesagt das Anlegen der Rohraußenwand an die Bohrungswand und damit die Dichtwirkung umso besser, je fester die Dichtungen der Aufweitungsvorrichtung an der Rohrinnenwand anliegen. Wegen der begrenzten Platzverhältnisse können sich die Dichtungen nur in einem engen Bereich bewegen. Ergeben sich wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Rohren durch die Addition der Toleranzen vom Außendurchmesser und der Wandstärke relativ große Innendurchmes ser, so haben besagte Dichtungen nicht mehr die volle Dichtkraft und das Rohr wird nicht vollständig bis zur Bohrungswand aufgeweitet. Zur Lösung dieses Problems müssen mehrere Aufweitvorrichtungen, unterschiedlichen Durchmessern bereit gehalten werden.
Bei Reaktionsrohren mit auf den Innendurchmesser bezogener Durchmessertoleranz bewegt sich der Innendurchmesser in einem viel engeren Bereich. Man kommt mit nur einer Aufweitvorrichtung aus, die Arbeitsvorgänge werden schneller und genauer, die Reproduzierbarkeit steigt. Überdies hat sich gezeigt, dass sich die vorgegebenen Innendurchmesser besser einhalten lassen, wodurch automatisch auch die Außendurchmesser in nur einem kleinen Bereich schwanken. Die resultierenden Toleranzen am Rohraußendurchmesser können noch weiter reduziert werden, indem geschweißte Rohre verwendet werden, da diese bei gleichem Nenndurchmesser fertigungsbedingt immer kleinere Wanddickentoleranzen als nahtlose Rohre haben.
Die erfindungsgemäßen Merkmale sind bei einer deutlichen Prozessverbesserung entweder kostenneutral oder führen nur zu geringen Mehrkosten.
Die erfindungsgemäßen Merkmale wirken sich in dieser Hinsicht besonders vorteilhaft in Reaktoren mit besonders langen Reaktionsrohren aus, wie sie z.B. in Mehrzonenreaktoren mit mehreren Reaktionsstufen innerhalb des selben Reaktionsrohrs.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von 3 Ausführungsbeispielen näher erläutert. Ferner werden 3 Vergleichsbeispiele mit Rohren aus dem Stand der Technik angegeben.
Beispiel 1:
Für einen Versuchs-Rohrbündelreaktor werden zwei längsnahtgeschweißte Reaktionsrohre einer Vielzahl von Rohren mit einem Nenninnendurchmesser von 25,0 mm und einer Nennwandstärke von 2,5 mm bei einer zulässigen Toleranz des Innendurchmessers von +– 1,35 (≙ 0,338 mm) entnommen. Der Nennaußendurchmesser ergibt sich zu 30,0 mm.
Das Rohr 1 hat einen Ist-Innendurchmesser von 25,33 mm, das Rohr 2 hat einen Ist-Innendurchmesser von 24,67 mm. Der lichte Ist-Querschnitt von Rohr 1 beträgt 503,9 mm², das Rohr 2 hat einen lichten Ist-Querschnitt von 478,0 mm². Der Ist-Querschnitt von Rohr 1 ist um 5,4% größer als der Ist-Querschnitt von Rohr 2.
Es ist ebenso gut möglich, nahtlose Rohre zu verwenden. Diese haben die gleichen Toleranzen des Innendurchmessers wie bei längsnahtgeschweißten Rohren. Der Unterschied liegt in den etwas größeren Wanddickentoleranzen.
Beispiel 2:
Für einen Versuchs-Rohrbündelreaktor werden zwei längsnahtgeschweißte Reaktionsrohre einer Vielzahl von Rohren mit einem Nenninnendurchmesser von 25,0 mm und einer Nennwandstärke von 2,5 mm bei einer zulässigen Toleranz des Innendurchmessers von +– 0,85% (≙ 0,213 mm) entnommen. Der Nennaußendurchmesser ist 30,0 mm.
Das Rohr 1 hat einen Ist-Innendurchmesser von 25,21 mm, das Rohr 2 hat einen Ist-Innendurchmesser von 24,79 mm. Der lichte Ist-Querschnitt von Rohr 1 beträgt 499,2 mm², das Rohr 2 hat einen lichten Ist-Querschnitt von 482,7 mm². Der Ist-Querschnitt von Rohr 1 ist um 3,4% größer als der Ist-Querschnitt von Rohr 2.
Beispiel 3:
Für einen Versuchs-Rohrbündelreaktor werden zwei längsnahtgeschweißte Reaktionsrohre einer Vielzahl von Rohren mit einem Nenninnendurchmesser von 25,0 mm und einer Nennwandstärke von 2,5 mm bei einer zulässigen Toleranz des Innendurchmessers von +– 0,45% (≙ 0,113 mm) entnommen. Der Nennaußendurchmesser beträgt 30,0 mm.
Das Rohr 1 hat einen Ist-Innendurchmesser von 25,11 mm, das Rohr 2 hat einen Ist-Innendurchmesser von 24,89 mm. Der lichte Ist-Querschnitt von Rohr 1 beträgt 495,2 mm², das Rohr 2 hat einen lichten Ist-Querschnitt von 486,6 mm². Der Ist-Querschnitt von Rohr 1 ist um 1,8% größer als der Ist-Querschnitt von Rohr 2.
Vergleichsbeispiel 1
Für einen Versuchs-Rohrbündelreaktor werden zwei längsnahtgeschweißte Reaktionsrohre einer Vielzahl von Rohren mit einem Nennaußendurchmesser von 30,0 mm und einer Nennwandstärke von 2,5 mm. Sie sind ausgewählt aus Rohren, die die Forderungen von EP 1 471 046 A1 , Anspruch 1 erfüllen.
Das Rohr 1 hat einen Ist-Außendurchmesser von 30,18 mm und eine Ist-Wandstärke von 2,5 mm, somit einen Ist-Innendurchmesser von 25,18 mm. Das Rohr 2 hat einen Ist-Außendurchmesser von 29,82 mm und eine Ist-Wandstärke von 2,97 mm, somit einen Ist-Innendurchmesser von 23,88 mm. Der lichte Ist-Querschnitt von Rohr 1 beträgt 498,0 mm², das Rohr 2 hat einen lichten Ist-Querschnitt von 447,9 mm². Der Ist- Querschnitt von Rohr 1 ist um 11,2% größer als der Ist-Querschnitt von Rohr 2.
Vergleichsbeispiel 2
Für einen Versuchs-Rohrbündelreaktor werden zwei längsnahtgeschweißte Reaktionsrohre einer Vielzahl von Rohren mit einem Nennaußendurchmesser von 30,0 mm und einer Nennwandstärke von 2,5 mm. Sie sind ausgewählt aus Rohren, die die Forderungen von EP 1 471 046 A1 , Anspruch 2 erfüllen.
Das Rohr 1 hat einen Ist-Außendurchmesser von 30,16 mm und eine Ist-Wandstärke von 2,5 mm, somit einen Ist-Innendurchmesser von 25,16 mm. Das Rohr 2 hat einen Ist-Außendurchmesser von 28,84 mm und eine Ist-Wandstärke von 2,92 mm, somit einen Ist-Innendurchmesser von 24,00 mm. Der lichte Ist-Querschnitt von Rohr 1 beträgt 497,2 mm², das Rohr 2 hat einen lichten Ist-Querschnitt von 452,4 mm². Der Ist-Querschnitt von Rohr 1 ist um 9,9% größer als der Ist-Querschnitt von Rohr 2.
Vergleichsbeispiel 3
Für einen Versuchs-Rohrbündelreaktor werden zwei längsnahtgeschweißte Reaktionsrohre einer Vielzahl von Rohren mit einem Nennaußendurchmesser von 30,0 mm und einer Nennwandstärke von 2,5 mm. Sie erfüllen die Anforderungen nach ASTM.
Das Rohr 1 hat einen Ist-Außendurchmesser von 30,15 mm und eine Ist-Wandstärke von 2,5 mm, somit einen Ist-Innendurchmesser von 25,15 mm. Das Rohr 2 hat einen Ist-Außendurchmesser von 28,85 mm und eine Ist-Wandstärke von 2,95 mm, somit einen Ist-Innendurchmesser von 23,95 mm. Der lichte Ist-Querschnitt von Rohr 1 beträgt 496,8 mm², das Rohr 2 hat einen lichten Ist-Querschnitt von 450,5 mm². Der Ist- Querschnitt von Rohr 1 ist um 10,3% größer als der Ist-Querschnitt von Rohr 2.

Claims

Rohrbündelreaktor für katalytische Gasphasenreaktionen, mit einem Rohrbündel katalysatorgefüllter Reaktionsrohre, die von Reaktionsgas durchströmt werden und eine Reaktionszone durchlaufen, in der sie von einem flüssigen Wärmeträger umströmt werden, wobei die Reaktionsrohre Rohre mit gleicher Nennwandstärke sind und eine Durchmessertoleranz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsrohre Rohre mit gleichem Nenninnendurchmesser d_i sind und die Durchmessertoleranz auf den Innendurchmesser bezogen ist.
Rohrbündelreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranz für den Innendurchmesser +– 1,35% beträgt.
Rohrbündelreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranz für den Innendurchmesser +– 0,85% trägt.
Rohrbündelreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranz für den Innendurchmesser +– 0,45% beträgt.
Rohrbündelreaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszone durch mindestens eine Trennplatte in mindestens zwei Reaktionszonen geteilt ist.