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DE3026199A1 - Axial-radial-reaktor fuer heterogene synthese - Google Patents

Axial-radial-reaktor fuer heterogene synthese

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DE3026199A1
DE3026199A1 DE19803026199 DE3026199A DE3026199A1 DE 3026199 A1 DE3026199 A1 DE 3026199A1 DE 19803026199 DE19803026199 DE 19803026199 DE 3026199 A DE3026199 A DE 3026199A DE 3026199 A1 DE3026199 A1 DE 3026199A1
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reactor
zone
gas
wall
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DE19803026199
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English (en)
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Umberto Zardi
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Original Assignee
Ammonia Casale SA
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Publication date
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Priority claimed from IT22701/80A external-priority patent/IT1132092B/it
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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Reaktor für eine heterogene Synthese unter Druck, und insbesondere für eine Katalysatorsynthese von Ammoniak (aus Stickstoff und Wasserstoff) und Methanol (aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff), wobei dieser Reaktor die Verwendung eines granulierten Katalysators (in verschiedener Form und mit verschiedenen Anforderungen) erfordert, der in einer oder mehreren übereinanderliegenden Lagen angeordnet ist.
Die Probleme, welche Synthese-Reaktoren betreffen, sind bestens bekannt, insbesondere, falls es erforderlich ist, eine beträchtliche Menge eines Katalysators zu verwenden (Ammoniak und Methanol-Anlagen mit Hochdruck und hochkapazitivem Niederdruck).
Um einen Druckabfall vom Katalysator-Bett und somit einen Energieverlust zu verhindern, mußten einen axialen Strömungsverlauf aufweisende Reaktoren breit gestaltet werden, wodurch ihre Kapazität beschränkt wird und ihre Herstellungskosten vergrößert werden (beispielsweise ICI-Reaktoren für Ammoniak und Methanol).
Um diese Unzuträglichkeit zu beheben, weisen Radialstrom-Reaktoren (s. US-PS 4 181 701) mehrere Katalysator-Schichten und einen kreisförmigen Kopfabschnitt auf, wobei jede Schicht an beiden Enden abgedichtet werden muß (Dichtungsdrosseln) .
Das erfordert eine beschwerliche bauliche Gestaltung, um den Problemen zu entgehen, die durch die Ausdehnung des für die verschiedenen inneren Teile des Reaktors verwende-
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ten Materiales erwachsen, sowie auch um Komplikationen beim Beladen und Entladen des Katalysators zu vermeiden. Gemäß dieser bekannten Technik werden die Katalysatorlagen in einer sehr verwickelten einzelnen Metall-Konstruktion (Katalysatorkorb) angeordnet, die innerhalb der Reaktorhülle angebracht ist; üblicherweise sind hierbei beschwerliche Ausrüstungen erforderlich, um diese Konstruktionen bei der Wartung und beim Auswechseln des Katalysators anzuheben.
Andererseits beruhen diese, bei der Ammoniakherstellung laufend verwendeten verschiedenen Synthesekreise auf dem gleichen Herstellungsprinzip, so daß die verschiedenen Technologien grundlegend durch die Gestaltung des Reaktors und durch das Schema der Ausbeute der bei der Synthese erzeugten Wärme charakterisiert werden. Die inneren Teile des Reaktors (die Hülsen) sind ausgebildet, um einen Druckabfall zu mindern und eine bessere Gasverteilung durch das Bett des Katalysators sowie die Einführung von Austawschern für einen Wärmeaustausch zwischen genutztem und Frischgas zu gewährleisten.
Die Bauart des Reaktors soll auch einen bequemen Zugang für die Wartung und für ein bequemes Beladen und Entladen des Katalysators ermöglichen.
Gemäß einem energieschwachen System, bei welchem Niederdruckkreise in großen Reaktoren verwendet werden, sind die oben genannten Erfordernisse bedenklicher, da dann große Mengen von Umwälzgas verwendet werden müssen.
Die gebräuchlichsten Reaktore sind vertikal mit einem axialen Gasstrom (ühde-ICI-Kellogg) oder mit radialem
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Gasstrom angeordnet, mit Ausnahme eines einzelnen horizontalen Reaktors (Kellogg), der in einer großen Fertigungsanlage (in Japan) vorgesehen ist.
Ähnlich wie die Außenwandung ist die Hülse , d.h. der innere Teil des Reaktors üblicherweise einstückig gestaltet, wodurch jedoch wesentliche Nachteile während des Baus und während des Transportes sowie bei der Wartung, insbesondere bei großen Fertigungsanlagen, auftreten.
Bei bekannten üblichen Reaktoren mit einstückig gestalteter Außenwandung und einstückiger Hülse kann das Gas entweder einen radialen oder auch einen axialen Strömungsverlauf aufweisen: ein radialer Strömungsverlauf des Gases (s. US-PS 3 918 918 und 4. 181 701 sowie die Europ. Pat.-Anmeldung 0.007.743.1) scheint das geeignete bei großen Reaktoren in Niederdruck-Anlagen zu sein.
Bei Reaktoren mit axialem Strömungsverlauf ist es in Anbetracht des Druckabfalles erforderlich, großformatige Katalysatore zu verwenden, um dadurch das spezifische Volumen des Reaktors zu steigern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor zu schaffen, der die Nachteile der bisher bekannten Anordnungen vermeidet, der eine einfache innere bauliche Gestaltung aufweist und der einen bequemen Zugang für die Wartung und für ein Auswechseln des Katalysators ermöglicht, und der gleichzeitig einen Druckabfall begrenzt.
Die Aufgabe besteht auch darin, einen Reaktor zu schaffen, dessen Hülse vorteilhaft aus einer Anzahl von stapelbaren Teilhülsen gebildet ist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jede Katalysatorlage von einem Gas in einer ersten Zone mit vorherrschend axialem Strömungsverlauf und in einer anderen Zone mit vorherrschend radialem Strömungsverlauf durchströmt wird, wobei die Katalysator-Zone mit vorherrschend axialem Strömungsverlauf auch als Dichtungspolster zwischen den Katalysatorlagen wirkt.
Weitere Merkmale des Gegenstandes sind aus den Ansprüchen 2 bis 11 ersichtlich.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ammoniak-Synthese-Reaktor mit zwei Katalysator-Lagen und mit einem inneren Austauscher zur Vorerwärmung von in den Reaktor eintretendem Frischgas unter Abgabe von den Reaktor verlassenden heißen Reaktionsgasen.
Hinsichtlich der verschiedenen Installations-Schemen der Anlage kann der in Fig. 1 dargestellte Reaktor mehr als zv/ei Lagen enthalten und auch keinen inneren Wärmeaustauscher aufweisen.
Fig. 2 einen Teilausschnitt eines viele Lagen aufweisenden Reaktors für Niederdruck-Synthese von Methanol,
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Fig. 3 eine Vorderansicht auf den ganzen Reaktor gemäß Fig. 2,
Fig. 1-2-3 zeigen abwärts durchflossene, Axial-Radial-Reaktore,
Fig. 4 und 5 einen Teilausschnitt bzw. eine den
ganzen Reaktor zeigende Vorderansicht des in Fig. 2 und 3 dargestellten Reaktors, wobei jedoch der Gasstrom nun gegengerichtet verläuft, d.h. daß der Reaktor gemäß Fig. 4 und 5 ein aufwärts durchströmter Reaktor, jedoch der in Fig. 2 und 3 dargestellte ein abwärts durchströmter Reaktor ist,
Fig. 6, 7 und 8 einen schematischen Teilausschnitt
einer einzigen gesondert dargestellten Hülse, wobei mehrere Teilhülsen die innere Hülse des Reaktors bilden,
Fig. 6A und 7A schematische Längsschnitte durch den ganzen Reaktor gemäß Fig. 1 bzw. 2 mit einer inneren Hülse, die nun aus verschiedenen Teilhülsen besteht (wogegen die in Fig. 1 und 2 dargestellten Hülsen jeweils aus einem einzigen Stück bestanden).
Gemäß Fig. 1 besteht der Redaktor aus einer Schale M mit einem Deckel H, innerhalb welcher zwei Katalysatorkörper C und C„ angeordnet sind. Jeder Korb besteht aus einer Abstützung S bzw. S0 und aus zwei zylindrischen Wänden T- und T0, die für eine gleichmäßige Verteilung des Gases über die Katalysator-Lage in geeigneter Weise perforiert sind.
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Ein einen Durchtritt des Gases vom Boden zum Kopfteil
des Reaktors ermöglichender innerer Leitkanal T1- bildet die seitliche Abstützung für die obere Zone einer jeden Katalysator-Lage, wobei diese Zone ein, eine Verteilung des Gases über jede Lage ermöglichendes Abdichtungspolster bildet.
Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbexspiel ermöglicht ein Wärmeaustauscher E,das in den Reaktor eintretende
frische Synthese-Gas MSI aufgrund der vom austretenden
abgearbeiteten Gas GO abgegebenen Wärme vorzuwärmen.
Der Reaktor R ist auch mit einer inneren Hülse I ausgestattet, die mit der inneren Fläche der Außenwandung M
einen Luftraum "i" bildet, durch welchen das in den Reaktor durch 1 eingespeiste kalte Gas MSI strömt. Derart wird die Außenwandung M bei niedriger Temperatur gehalten, so daß eine Berührung mit den heißen, die Reaktion bewirkenden Gasen vermieden wird. Die beiden am Kopfende eines jeden Katalysatorkorbes C und C befindlichen freien Zonen Z und Z„ ermöglichen einen bequemen Zugang zu den Katalysator-Betten für eine Wartung und für das
Beladen und Entladen des Katalysators CG durch die Durchlassöffnungen H und H^.
Die Wirkungsweise des Reaktors ist folgende:
Das in den Reaktor eingespeiste frische Gas MSI tritt
durch die Eintrittsöffnung 1 ein und strömt entlang des Luftraumes "i" vom Kopfende zum Boden, erreicht dort den Wärmeaustauscher E im unteren Teil des Reaktors, strömt dann entlang des Wärmeaustauschers E vom Boden zum Kopfende in der außerhalb der Austauscherrohre ET gelegenen
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Zone und sammelt sich innerhalb des inneren Seitenkanales T5, welcher das (in E vorgewärmte) Gas PG zum Kopfende des ersten, den Katalysator CG (vorzugsweise in granulierter Form) enthaltenden Korbes C .
Ein Teil des Gases PG strömt durch die Zone Z der
X el
ersten Katalysator-Lage in vorwiegend radialem Strom AF und da3 verbleibende Gas strömt durch die Zone Z..,
I D
derselben Lage in vorherrschend radialem Strom GF.
Das heiße Gas PG, das im ersten Katalysator-Korb C eine Reaktion eingeht, sammelt sich im Luftraum i , vermischt sich dann mit durch einen ringförmigen Verteiler 2 zuc;eführtem frischen, eine niedrige Temperatur aufweisenden Kühlungsgas QG und sammelt sich da'nach im Kopfteil des, zweiten Katalysatorkorbes C .
Analog zum ersten Katalysator-Korb C strömt das Gas PG + QG durch die beiden Zonen des Katalysator-Bettes (Z
und Z_. ) , durch die erste Zone (Z„ ) mit vorwiegend 2b 2a
axialem Strömungsverlauf und durch die zweite Zone (Z„, ) mit vorwiegend radialem Strömungsverlauf.
Das Volumen der beiden Lagen Z, und Z1, (bzw. Z0 und
la Ib 2a
Z2,) in beiden Katalysator-Körben C und C , und somit die Menge des durch die Lagen durchtretenden Gases hängt von der Charakteristik (Größe und Form) des verwendeten Katalysators ab.
Im allgemeinen beträgt das Volumen der ersten Zone 5 f 40 % des Gesamtvolumens des Katalysator-Korbes.
Das heiße Gas PG geht im zweiten Katalysator-Korb C„ eine Reaktion ein, sammelt sich dann im Luftraum i und läuft durch den Wärmeaustauscher E innerhalb der Austauscherrohre
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ET vom Kopfteil zum Boden durch den Wärmeaustauscher E, wobei die Wärme an das eintretende Gas abgegeben wird. Zum Schluß verläuft das Gas den Reaktor durch die Austrittsöffnung 3.
Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt eines Niederdruck-Methanol-Reaktors, wobei M die Außenwandung des Reaktors ist, inner halb welcher mehrere Katalysator-Körbe angeordnet sind (im Teilausschnitt gemäß Fig. 2 ist lediglich der Korb C„ im ganzen dargestellt).
Dieser mit einer Abstützung S_ versehene Korb besteht aus zwei zylindrischen Wänden T„ ,Tp, ,die in geeigneter "feise perforiert sind, um eine gleichmäßige Verteilung von Gas in die Katalysator-Lage zu ermöglichen.
Hinsichtlich des Hauptmerkmales des Gegenstandes der Erfindung, ist der obere Teil t der inneren zylindrischen Wand T-, über eine Höhe, die der als Dichtungspolster dienenden oberen Zone (Z „ ) der Katalysator-Lage entspricht, fest (nicht perforiert) ausgeführt. Die freie Zone Z„ über dem Korb C_ (Z entspricht jedem Korb C ) ermöglicht einen bequemen Zugang zum Katalysator-Bett für die Wartung und für ein Be- und Entladen des Katalysators durch die Durchlaßöffnung H2 (H entspricht jedem Korb C ).
Die Wirkungsweise eines jeden Katalysator-Korbes C (und im vorliegenden Falle des Korbes C_) ist folgende:
Das Gas, welches im vorhergehenden Korb C1 (von dem in Fig. 2 nur- ein Teil dargestellt ist) eine Reaktion eingegangen war, und das sich im innerhalb der perforierten zylindrischen Wand T , befindlichen leeren zentralen Raum S . angesammelt hat, wird nachdem es sich mit dem frischen
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Kühlgas vermischt hat, das durch den Verteiler D zugeführt wurde, welcher in der engen, eine Gasvermischung erleichternden Durchtrittszone P angeordnet ist, in den darunterliegenden Korb C» eingespeist. Ein Teil des Gases geht durch die obere Zone Z0 der Katalysator-Lage mit vorwie-
gend axialem Strömungsverlauf hindurch und der verbleibende Teil des Gases geht durch die darunterliegende Zone Z?, derselben Lage mit vorwiegend radialem Strömungsverlauf hindurch.
Das Gas, das eine Reaktion bewirkt hat, sammelt sich dann im innerhalb der perforierten zylindrischen Wand T_, befindlichen leeren zentralen Raum S „ und wird in den darunter-
p2
liegenden Korb C (von dem in Fig. 2 nur ein Teil dargestellt ist) eingespeist, in welchem sich der obige Zyklus wiederholt.
Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht eines Methanol-Reaktors,
von dem in Fig. 2 nur ein Katalysator-Korb C dargestellt
Der in Fig. 3 dargestellte Reaktor ist als zylindrischer Körper gestaltet, mit einem Verhältnis eines (geringen) Durchmessers zur Höhe (eine sehr schlanke Innenausstattung in Form einer gefüllten Säule), wodurch bemerkenswerte bauliche und wirkungsgemäße Vorteile erzielbar sind (er weist eine einfache bauliche Gestaltung auf, ist mit geringem Kostenaufwand erstellbar und ist leicht zu warten, wobei das Auswechseln des Katalysators bequem durchführbar ist) .
Der aus Fig. 3 ersichtliche Katalysator weist vier Katalysatorkörbe mit drei dazwischenliegenden Kühlungszonen auf.
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In den Fig. 4 und 5 sind dieselben, wie in Fig. 2 und dargestellten Methanol-Reaktore ., jedoch mit gegengerichtetem Stromungsverlauf dargestellt (mit aufwärts gerichtetem Stromungsverlauf anstelle des aus Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlichen abwärts gerichteten Strömungsverlaufes) .
Beispiel 1
Ein erfindungsgemäß dargestellter Reaktor zur Erzeugung von 1000 Maßeinheiten/pro Tag Ammoniak, der bei 250 bar arbeitet, weist zwei Katalysator-Betten C und C~ mit axial-radialem Stromungsverlauf des Gases (Reaktor mit abwärts gerichtetem Stromungsverlauf) und mit einem Gesamtvolumen von 30 m auf, wobei ein hochergiebiger, aus klein gekörnten Partikeln (1,2 - 2 mm) bestehender Katalysator verwendet wird; in jedem Bett beträgt das Volumen des Katalysators (mit vorwiegend axialem Stromungsverlauf) 20 % des Volumens des Bettes, mit dazwischenliegender Kühlung zwischen zwei Betten und mit einem inneren Gas-Gas-Austauscher (Fig..l). Dieser Reaktor war mit einem zylindrischen Körper mit einem Verhältnis des inneren Durchmessers zur Höhe von weniger als 0,08 ausgebildet und wies einen Gesamtdruck von weniger als 2,5 bar auf. Hierbei wurde der Katalysator ohne einem Ausbauen der inneren Teile desselben in weniger als zwei Tagen ausgewechselt.
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Beispiel 2
Ein bei 150 bar arbeitender Reaktor zur Erzeugung von 1500 Maßeinheiten/täglich von Methanol mit vier Katalysatorbetten und mit einem axial-radialem Strömungsverlauf des Gases (abwärts durchströmter Reaktor)mit einem Gesamtvolumen des Katalysators für Methanol-Synthese bei Niederdruck bis 170 m3, bei dem jedes Bett das Volumen des Katalysators mit vorwiegend axialem Strömungsverlauf bis zu 15 % des Volumens des Bettes ausmachte, mit drei dazwischenliegenden Kühlungen (s. Fig. 2 und 3), war in einem einzelnen zylindrischen Körper mit einem Schlankheitsgrad, d.h. Verhältnis des inneren Durchmessers zur Höhe von weniger als 0,06 eingebaut und wies einen Gesamtdruckabfall im Reaktor von weniger als 5 bar auf. Hierbei würde der Katalysator ohne einem Ausbauen der inneren Teile in weniger als 3 Tagen ausgewechselt.
Ferner wurde gefunden, daß beim erfindungsgemäßen Reaktor mit axial-radial gerichtetem Strömungsverlauf die innere Hülse vortexlhafterwexse aus Teilen bestehen kann, während die Außenwandung M mit dem Deckel H des Reaktors R einen einzigen Teil bildet. Diese Teil-Hülse, welche bei den obigen Reaktoren als ein einzelnes Stück I gestaltet war, besteht nun aus einzelnen Hülsenteilen 0 , 0 ...0...0 ,
0,0,., von denen in den Fig. 6, 7 und 8 das Teilstück η n+i
0 dargestellt ist. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, bildet das einzelne Teilstück 0 einen zylindrischen Körper, der
folgende Teile enthält (in Richtung von außen nach innen): 1) eine erste feste Wand I , d.h. eine unperforierte Wand, welche mit der Innenfläche der Außenwandung M einen Luftraum (i) bildet;
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2) eine perforierte zweite Wand T .
3) eine dritte teilweise perforierte Wand T„ und
4) einen unteren Boden F .
Die äußere Wand I ist in Längsrichtung länger als die beiden Wände T und T und ist so geformt, daß sie am oberen Ende einen ringförmigen Schlitz Q und am unteren Ende ein vorstehendes abgeschrägtes Ende P aufweist. Der ringförmige Schlitz Q bildet eine Stütze und einen Sitz für das vorstehende/ abgeschrägte Ende P des oberen
Teilstückes O ., während der vorstehende Teil P in n-1 η
den Schlitz Q ., des unteren Teilstückes O ,, paßt. n+1 n+l
Die beiden perforierten Wände T und T„ bilden die Begrenzung des Korbes C , in welchem die Lage des granulierten Katalysators untergebracht ist. T und T_ entsprechen im wesentlichen den Wänden T, und T„ gemäß den Fig. 1 und 2 mit dem nicht außer acht zu lassenden Unterschied, daß während gemäß den Fig. 1 und 2 das innere Rohr Τς (das innen gelegen das Gas vom Boden zum Kopfteil befördert) die innere seitliche Stütze der oberen Zone jeder Katalysatorlage bildet (wobei
die Zone Z1 das Dichtungspolster bildet), und nun die la
innere Wand T_ immer vom Rohr Τς entfernt ist und an diesem mittels eines Befestigungsringes V befestigt ist, der in einen am Rohr T_ befestigten Flansch G hineinpaßt. Die innere Wand T ist im oberen (festen) Teil T' nicht perforiert, so daß die erste Zone Z
2n na
mit vorwiegend axialem Strömungsverlauf geschaffen wird und unmittelbar darunter, d.h. vom Beginn des. perforierten Teiles T an die Zone Z . mit radialem Strömungsverlauf gebildet wird.
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« f
yt-
Das zentrale Rohr T ist auch mit einer Dehnungskröpfung
D versehen. Der Boden F des Korbes C verbindet die η η η
Wände T, und T_ , während die Wände I und Tn durch In 2n' η In
einen unteren Vorsprung oder Ring A . miteinander verbunden sind.
Die feste äußere Wand I (welche den Luftraum "i" bildet),
endet am Kopfende mit einem Vorsprung oder Ring A , in
ins
welchem, wie bereits erwähnt, ein ringförmiger Schlitz
Q angeordnet ist, in welchen zentrierend das untere η
abgeschrägte Ende P _ eingreift und dort gehalten wird.
In Fig. 6 ist die feste Wand I mit einer Lage aus Isolationsmaterial W ausgefüttert, welches eine Wärmeübertragung vermindert.
Fig. 6A zeigt in schematischer Darstellung einen kompletten gekühlten Reaktor mit einer einstückig gestalteten Außenwandung M, jedoch mit einer aus drei Teilhülsen Ow O„ und O_ bestehenden Hülse; das abgeschrägte untere Ende P von O greift in einen , an einem unteren Schulterstück 50 der Außenwandung M des Reaktors ausgebildeten Schlitz Q' ein.
Der am oberen ülnde von 0, befindliche ochlitz Q, nimmt indessen die abgeschrägte ringförmige Basis P? von 0? auf,deren oberer Schlitz 2 die Basis P. von O1 aufnimmt. Das obere iünde von O1 ist mit einem Deckel 60 verbund en, der den Kopfteil der τοπ den 1IViIhUIsen gebildeten Hülse schließt.
In FigeöA ist der Einlass des Kühlgases mit QG-I bezeichnet,der Einlass des nauptstromes durch einen Pfeil Mol und der Auslasedes Gases durch den Pfeil GO bezeichnet; 2' und 2" bezeichnen den Toroidal-Verteiler des von QGT kommenden Kühlungsgases. In jeder Teilhülse ist granulierter Kutalisntor GG untergebracht.
i?ig.7 zeigt eine die Hülse eines Mederdruck-^eaktors bildende vereinfachte Teilhülse 0'ohne Luftraum zur Kühlung der Innenfläche der Aussenwandung M des in i"ig#7 dargestellten Reaktors. 03Q0 6 5/0895
-18-
BAD ORIGINAL
In diesem Falle unterscheiden sich die einzelnen Teilhülsen 0', 0'...O1 ...O1 , , O1 und 0' ., von den 1 2 η nl η n+1
in Fig. 6 und 7 dargestellten Anordnungen durch das Fehlen der äußeren Wand I ; die Teilhülsen O1 enthalten
η η
einen Boden F , Wände T und T und Ringe A ., weisen jedoch keine oberen Ringe A auf, die durch Stützringe
ns
A1 (bzw. A1 ) ersetzt sind, die an der inneren Wand η η—l
M1 der Außenwandung M vorspringend befestigt sind, wobei an der Außenwand M für einen bequemen Zugang für die Wartung und für das Beladen und Entladen des Katalysators am oberen Ende jeder Teilhülse O1 angeordnete Mannlöcher H und H angeordnet sind.
Fig. 8 zeigt eine Teilhülse für den Fall eines indirekten Austausches (durch den Wärmeaustauscher und nicht durch Kühlung durch ein Gasgemisch) zwischen Speisegas und vom Katalysatorbett kommende heiße Gas.
In diesem Fall enthält die Teilhülse O" außer den gemäß Fig. 6 beschriebenen Teilen eine feste innere Wand
P ., um das heiße Gas vom Katalysator Z an der Außenni η
seite der Rohre des Wärmeaustauschers E , durch den
sich die Speisegasrohre erstrecken, abzuleiten. An der Außenseite der Rohre angeordnete Drosseln D helfen dem Wirkungsgrad des Austauschers zu steigern.
Die Teilhülse 0" ist auch mit einer Verbindungsleitung C ausgestattet, in der eine Dehnungskröpfung D angeordnet ist. In diese Verbindungsleitung speist ein Gasverteiler G frisches Speisegas ein, um die Temperatur des Gases leichter überwachen zu können.
Bei Verwendung der oben beschriebenen Bauart ist es möglich, verschiedene Typen von Reaktor-Teilhülsen in Ab*r hängigkeit von den Erfordernissen der Synthese der An-" lage zu erhalten, beispielsweise solche für Ammoniak und Methanol, die bei verschieden hohem Druck (Hochdruck, Mitteldruck, Niederdruck) arbeiten.
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Es war technisch schwierig, eine Hülse mit mehreren Teilhülseneinheiten hinsichtlich der Lösung des Problemes einer guten Dichtung zwischen den Teilhülsen zu schaffen, um einen Gas-Nebenauslaß und dadurch eine erhebliche Verminderung des Wirkungsgrades des Reaktors zu verhindern.
Überraschenderweise hat es sich erwiesen, daß dank der durch den vereinfachten Gas-Kreislauf ermöglichten Verminderung eines Druckabfalles ein Gasnebenaustritt praktisch nicht vorhanden war und selbst dann, wenn verschiedene Teil-Hülsen einfach durch Schlitz-Dichtungen untereinander verbunden wurden, wie in den Figuren dargestellt ist. Eine Teil-Hülse ist auch hinsichtlich des, bei Verwendung von einstückigen Hülsen auftretenden Problemes vorteilhaft, das durch technische Dehnungen in den Hülsen begründet ist.
Es ist augenscheinlich, daß der Gegenstand der Erfindung nicht auf die in der Zeichnung dargestellten verschiedenen Ausführungsformen beschränkt ist und in jeder für den Fachmann verfügbaren Weise abgeändert werden kann.
Beispielsweise kann gemäß Fig. 7 und Fig. 7A die Gasströmung auch von oben zum Boden hin verlaufen, so daß das zentrale Rohr T und die entsprechenden Flansche G in Fortfall kommen und der Verbindungsring als feste Scheibe gestaltet werden kann.
Es ist auch augenscheinlich, daß die in Fig. 8 dargestellte Teilhülse ohne den Teil I gestaltet werden kann, der analog derjenigen gemäß Fig. 7 gestalteten Teilhülse einen Luftraum bildet.
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Die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile sind folgende:
1) ein geringerer Energieverbrauch durch den verringerten Druckabfall als Ergebnis eines vereinfachten Gasumlaufes innerhalb des Reaktors ,
2) minimale Investions- und Wartungskosten. Bei Bedarf kann jede einzelne Teilhülse bequem ersetzt werden,
3) eine leichte Zusairanenfügbarkeit der Teilhülsen und ein leichtes Beladen und Entladen des Katalysators.
Durch das im Vergleich mit dem Gewicht einer ganzen konventionellen Hülse geringere Gewicht der einzelnen Teilhülsen wird die Verwendung von kostenaufwendigen, auf dem Gelände angeordneten Hebekränen erübrigt, und werden die Transportkosten erheblich verringert. Einstückig gestaltete Reaktorhülsen erfordern auch üblicherweise ein teures Metallgestell für die Verpackung, das bei Verwendung von Teilhülsen erübrigt werden kann.
4) Billigere und bequemer erstellbare Hülsen. Die einzelnen Teilhülsen erfordern auch eine geringe Präzision bei der Herstellung als einstückig gestaltete Hülsen.
5) Durch das Erfordernis der Verwendung einer Dichtungsdrossel am Kopfende eines jeden Katalysatorkorbes von konventionellen Reaktoren mit radialem Strömungsverlauf ergibt sich bei diesen der weitere Nachteil, der darin besteht, daß für das Absetzen der Katalysatorlagen durch das Erfordernis der Einhaltung eines Abstandes zwischen dem Boden der Dichtungsdrossel und der oberen Fläche des Katalysators ein erheblicher Gasnebenschluß auftritt, wogegen die einen vorwiegend axialen Strömungsverlauf aufweisende Zone Z (die durch die un-
X el
perforierte Fläche T' des Korbes begrenzt wird, nun
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auch als Dichtungspolster wirkt, wodurch nicht nur die Verwendung einer konventionellen Drossel erübrigt wird, sondern auch die über dem oberen Ende der Katalysatorlagen zur Kompensierung eines Setzens erforderliche unwirksame obere Lage des Katalysators erübrigt wird, die lediglich zusätzliche Kosten verursacht, da sie nicht an einer Gasumsetzung teilnimmt.
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Leerseite

Claims (11)

Patentansprüche,
1. Reaktor für heterogene Synthese unter Druck, insbesondere für Katalysator-Synthese von Ammoniak, Methanol und ähnl., wobei dieser Reaktor die Verwendung eines granulierten Katalysators in verschiedener Form und verschiedenen Charakteristiken erfordert, der in einer oder mehreren übereinanderliegenden Lagen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß jede Katalysatorlage von einem Gas in einer ersten Zone mit vorherrschend axialem Strömungsverlauf und in einer anderen Zone mit vorherrschend radialem Strömungsverlauf durchströmt wird, wobei die Katalysator-Zone mit vorherrschend axialem Strömungsverlauf auch als Dichtungspolster zwischen den Katalysatorlagen wirkt.
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2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die von einem Gas mit vorwiegend axialem Strömungsverlauf durchströmte erste Zone eines jeden Katalysatorbettes 5 f 40 % des gesamten Katalysatorvolumens eines jeden Katalysatorbettes darstellt.
3. Reaktor für heterogene Synthese unter Druck, insbesondere für die Katalysatorsynthese von Ammoniak, Methanol und ähnl., wobei im Reaktor granulierter Katalysator in verschiedener Form mit verschiedener Charakteristik in einer oder mehreren übereinanderliegenden Lagen verwendet wird, dadurch gekennzeichn et, daß jede Katalysatorlage in einer ersten Zone von einem Gas mit vorherrschend radialem Strömungsverlauf und in einer zweiten Zone mit einem vorherrschend axialen Strömungsverlauf durchströmt wird, wobei diese zweite Katalysatorzone auch als Dichtungspolster zwischen den Katalysatorlagen wirkt (Radial-Axial-Reaktor mit aufwärts gerichtetem Gasfluß : Aufwärtsfluß).
4. Reaktor nach Anspruch 1, d»-a d u r c h gekennzeichnet, daß die von einem Gas mit vorherrschend axialem Strömungsverlauf durchströmte zweite Zone des Katalysator-Bettes 5 f 40 % des gesamten Katalysatorvolumens jedes Katalysator-Bettes beträgt.
5. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlungszone jeder Lage des Reaktionsgases auf einem begrenzten Sektor des Gesamtumlaufes begrenzt ist.
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6. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des inneren Durchmessers des zylindrischen Körpers zur Gesamthöhe des Reaktors weniger als 0,1 beträgt.
7. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,daß die innere Hülse aus einer Reihe von Teilhülsen in Modellbauweise besteht, deren jede eine Lage des Katalysator-Bettes enthält.
8. Reaktor nach Anspruch 7, bei dem jede Lage des Katalysator-Bettes in einer ersten Zone von einem Gas in vorherrschend axialem Strömungsverlauf und in einer anderen Zone mit einem vorherrschend radialen Strömungsverlauf durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilhülse (0 ) zumindest einen Boden (F ) enthält, der eine erste perforierte äußere Viand (T ) und eine nur in ihrem oberen Teil unperforierte zweite innere Wand (T ) verbindet, und einen unteren Ring mit abgeschrägter, geschlitzter Grundplatte und einen Befestigungsring (V ) am Kopfteil der innersten Wand (T„ ) aufweist, der mit einem am zentralen Gasrohr angeordneten Flansch (G ) versehen ist.
9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das abgeschrägte Ende des unteren Ringes in einen Schlitz eines von der Innenfläche der Außenwandung (M) vorspringenden Ringes (A1 ) eingreift.
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10. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilhülse auch eine feste unperforierte Wand (I ) aufweist, die mit der Innenfläche der Außenwandung einen Luftraum bildet und in einen Schlitz eines unteren Ringes (A .) eingreift, und am Kopfteil mit einem
anderen Ring (A ) endet, in welchem ein Schlitz (Q ) ausris n
gebildet ist, um in die abgeschrägte Basis (P )der vorhergehenden Teilhülse (O _ ) eingreift.
11. Reaktor nach Anspruch 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilhülse eine weitere feste, d.h. unperforierte Wand (P .) aufweist, die weiter nach innen, als die lediglich im oberen Teil unperforierte innere Wand (T ) angeordnet ist, sowie einen innerhalb der Teilhülse gelegenen Wärmeaustauscher (E ).
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