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DE602005003023T2 - Platten-wärmetauscher - Google Patents

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DE602005003023T2
DE602005003023T2 DE602005003023T DE602005003023T DE602005003023T2 DE 602005003023 T2 DE602005003023 T2 DE 602005003023T2 DE 602005003023 T DE602005003023 T DE 602005003023T DE 602005003023 T DE602005003023 T DE 602005003023T DE 602005003023 T2 DE602005003023 T2 DE 602005003023T2
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heat exchanger
plate
tube
shaped heat
inner tube
Prior art date
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DE602005003023T
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English (en)
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Ermanno Filippi
Enrico Rizzi
Mirco Tarozzo
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Casale SA
Original Assignee
Methanol Casale SA
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Publication date
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Description

  • Gebiet der Anmeldung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich in ihrem allgemeinsten Aspekt auf einen Wärmetauscher für eine Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere einen plattenförmigen Wärmetauscher, der einen im Wesentlichen kastenförmigen, abgeflachten Aufbau hat, mit einer im Wesentlichen quaderförmigen, rechteckigen Auslegung, eine Innenkammer bildend, sowie einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss für ein Wärmeaustausch-Betriebsfluid in die Kammer hinein und aus dieser heraus, und ein Verteilrohr des Betriebsfluids in der Kammer, das sich in dem Aufbau an einer Längsseite von dieser erstreckt.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Wärmetauschereinheit, die eine Vielzahl von plattenförmigen Wärmetauschern der vorgenannten Art enthält.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, dass zum Erhalt eines optimalen Abschlusses von exothermen oder endothermen chemischen Reaktionen, wie zum Beispiel Synthesereaktionen von Ammoniak, Methanol, Formaldehyd bzw. Styrol, von einer Reaktionsumgebung, bei der es sich allgemein um ein katalytisches Bett handelt, Wärme abgezogen bzw. dieser zugeführt werden muss, um die Temperatur in einem begrenzten Bereich um einen vorab berechneten, theoretischen Wert zu steuern.
  • Es ist auch bekannt, dass zu diesem Zweck eine Wärmetauschereinheit verwendet wird, die eine Vielzahl von plattenförmigen Wärmetauschern umfasst, wobei die Einheit in dem katalytischen Bett angeordnet ist; die plattenförmigen Wärmetauscher werden innen von einem Wärmeaustausch-Betriebsfluid zum Beispiel in einer radialen oder in einer axialen Richtung durchquert.
  • Das Wärmeaustausch-Betriebsfluid, das von einem Einlassanschluss her eintritt, läuft in ein Verteilrohr; das Betriebsfluid wird dann durch ein Sammelrohr gesammelt, das an einem Auslassanschluss endet.
  • Es ist bekannt, dass für eine gute Leistung der Wärmetauschereinheit es vorzuziehen ist, dass die vorstehend erwähnten Verteilrohre und Sammelrohre thermisch isoliert sind, um jeglichen sogenannten parasitären Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeaustausch-Betriebsfluid, das die vorstehend erwähnten Rohre durchquert, und dem Reagensfluid außerhalb der plattenförmigen Wärmetauscher zu verhindern.
  • Ein solcher parasitärer Wärmeaustausch ruft zum Beispiel bei einer exothermen Reaktion eine unerwünschte Erwärmung des Wärmeaustausch-Betriebsfluids hervor, das durch das Verteilrohr fließt, wobei ein nicht gleichmäßiges Temperaturfeld entlang der Gesamtlänge der Längsseiten des plattenförmigen Wärmetauschers erzeugt wird, dessen Länge manchmal beträchtlich sein kann, und infolgedessen entsteht ein nicht gleichmäßiges Temperaturfeld im katalytischen Bett. Mit anderen Worten beeinflusst der parasitäre Wärmeaustausch das in den plattenförmigen Wärmetauscher eintretende Wärmeaustausch-Betriebsfluid so, dass das Fluid an verschiedenen Höhen des plattenförmigen Wärmetauschers verschiedene Temperaturen hat, womit sich der Reaktionswirkungsgrad verschlechtert.
  • Darüber hinaus muss, was den parasitären Wärmeaustausch anbelangt, auch der Einfluss der Durchflussmenge berücksichtigt werden. Im Falle einer exothermen Reaktion wird das Wärmeaustausch-Betriebsfluid im Verteilrohr durch das Fluid außerhalb des plattenförmigen Wärmetauschers erwärmt, wenn es nach und nach weiterwandert. Dieser Effekt ist umso stärker, je weiter man sich vom Einlassanschluss des Verteilrohrs oder vom Auslassanschluss des Sammelrohrs entfernt, und zwar wegen der Verringerung der Durchflussmenge des Fluids, welches das infrage kommende Rohr durchströmt.
  • Dadurch tritt wegen der Verringerung der Durchflussmenge des Wärmeaustausch-Betriebsfluids, das innerhalb der Verteil- und Sammelrohre strömt, ein ungleichmäßiger Wärmeaustausch in den Bereichen des katalytischen Betts auf, die diese Rohre umgeben, wobei in diesen Bereichen die gewünschte Temperatursteuerung verhindert ist.
  • Im Stand der Technik wurde zur Erreichung dieser thermischen Isolierung vorgeschlagen, die Verteil- und Sammelrohre mit einer Lage einer Beschichtung mit niedriger Wärmeleitfähigkeit zu überziehen. Im Allgemeinen werden keramische Beschichtungen verwendet, mit einer Werkstoffgrundlage wie zum Beispiel Zirkon, Yttrium, Aluminiumoxid, Cerium, Magnesiumoxiden und deren Mischungen.
  • Plattenförmige Wärmetauscher einer chemischen Reaktor-Wärmetauschereinheit, die gemäß der vorstehenden schematischen Beschreibung ausgeführt sind, bieten eine hervorragende thermische Isolierung, welche den Zweck in perfekter Weise erfüllt. Dagegen hat es sich in vielen Fällen herausgestellt, dass die Isolierung in Anbetracht der betriebsbedingten Erfordernisse für ein korrektes Arbeiten des Wärmetauschers sogar zu weit perfektioniert ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, einen plattenförmigen Wärmetauscher für eine Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors bereitzustellen, der in der Lage ist, die vorstehend genannte Anforderung zu erfüllen, während gleichzeitig die Durchführung irgendwelcher Arbeiten vereinfacht ist und die vorstehend in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Nachteile relativiert sind.
  • Dieses Problem wird gemäß der Erfindung durch einen Wärmetauscher der vorstehend genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verteilrohr ein erstes Rohr und ein zweites Rohr aufweist, die ineinander angeordnet sind, wobei zwischen den Rohren, bei denen es sich um ein Außenrohr bzw. ein Innenrohr handelt, ein Zwischenraum gebildet ist, der auf einer Seite über mehrere im Außenrohr des Verteilrohrs vorgesehene Öffnungen in Fluidverbindung mit der Kammer steht, und auf der anderen Seite mit dem Innenrohr desselben Verteilrohrs, wobei das Innenrohr hydraulisch mit dem Einlassanschluss für das Wärmeaustausch-Betriebsfluid verbunden ist.
  • Weitere Merkmale und die Vorteile des plattenförmigen Wärmetauschers für eine Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors ge mäß der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer Ausführungsform davon, die nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen geschrieben steht und als aufzeigendes und nicht einschränkendes Beispiel zur Verfügung gestellt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 stellt schematisch eine Längsschnittansicht eines chemischen Reaktors dar, der mit einer Wärmetauschereinheit ausgestattet ist, die plattenförmige Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • 2 stellt schematisch und in Perspektive eine vergrößerte Ansicht eines plattenförmigen Wärmetauschers der Wärmetauschereinheit von 1 dar.
  • 3 stellt schematisch eine geschnittene Draufsicht einer Einzelheit von 2 dar.
  • 4 stellt schematisch eine geschnittene Draufsicht eines Elements dar, von welchem man eine Komponente einer Ausführungsvariante eines plattenförmigen Wärmetauschers gemäß der Erfindung erhalten kann.
  • 5 stellt schematisch eine geschnittene Draufsicht der Komponente des plattenförmigen Wärmetauschers dar, die aus dem Element von 4 erhalten wurde.
  • 6 stellt schematisch eine geschnittene Draufsicht eines Verteilrohrs dar, das in der Ausführungsvariante des Wärmetauschers enthalten ist, wobei die Komponente von 5 in dem Verteilrohr verwendet wird, gezeigt während eines Montageschritts.
  • 7 stellt schematisch eine geschnittene Draufsicht des Verteilrohrs von 6 in einer Arbeitsposition dar.
  • Ausführliche Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
  • Mit Bezug auf die Figuren ist ein plattenförmiger Wärmetauscher für eine Wärmetauschereinheit 40 eines chemischen Reaktors 60 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt und insgesamt mit 20 angegeben.
  • Der chemische Reaktor 60 umfasst eine zylindrische Hülle 62, die an den entgegengesetzten Enden mit einem jeweiligen Boden verschlossen ist, und zwar mit einem unteren Boden 63 und oberen Boden 64. Innerhalb der Hülle 62 ist eine Reaktionsumgebung 69 vorgesehen, die ein ringförmiges – an und für sich bekanntes – katalytisches Bett 50 umfasst, das oben offen ist und Seitenwände mit Öffnungen zum Durchfluss eines Reagensfluids in einer radialen oder in einer axialen/radialen Richtung hat.
  • In der Reaktionsumgebung 69, und genauer gesagt innerhalb des katalytischen Betts 50 ist die Wärmetauschereinheit 40 – in einer an sich herkömmlichen Art und Weise – gehaltert, die dazu bestimmt ist, in eine Masse eines entsprechenden Katalysators eingetaucht zu werden, der in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Die Wärmetauschereinheit 40 hat eine im Wesentlichen zylindrische Auslegung und umfasst mehrere plattenförmige Wärmetauscher 20, die seitlich nebeneinander in einer radialen Anordnung platziert sind.
  • Jeder plattenförmige Wärmetauscher 20 umfasst ein kastenförmiges, abgeflachtes Element 22 mit einer quaderförmigen, rechteckigen Auslegung, das eine Innenkammer 24 definiert, und umfasst einen Einlassanschluss 28 und einen Auslassanschluss 29 für ein Wärmeaustausch-Betriebsfluid, das in die Kammer 24 hinein- und aus dieser herausströmt.
  • An Längsseiten 22a und 22b des Elements 22 sind ein Verteilrohr 10 und ein Sammelrohr 11 vorgesehen, die von einer Seite her in Fluidverbindung mit der Kammer 24 über mehrere Einlassöffnungen 26 und Auslassöffnungen 27 stehen, und auf der anderen Seite mit der Außenumgebung des plattenförmigen Wärmetauschers 20 durch den Einlassanschluss 28 beziehungsweise den Auslassanschluss 29.
  • Es wäre festzuhalten, dass als Alternative nur eines der beiden vorstehend erwähnten Verteilrohre 10 und Sammelrohre vorgesehen sein kann.
  • Die kurzen Seiten des Elements 22 sind mit 22c und 22d angegeben. Genauer gesagt ist jeder plattenförmige Wärmetauscher 20 vorzugsweise aus einem Paar metallischer Platten 20a und 20b gebildet, die in Gegenüberlage vorgesehen und miteinander in einem vorbestimmten Abstandsverhältnis durch eine Umfangsschweißung 20c verbunden sind, so dass zwischen ihnen die Kammer 24 gebildet ist.
  • Der Einlassanschluss 28 und der Auslassanschluss 29 für das Wärmeaustausch-Betriebsfluid sind wiederum mit den Öffnungen 66 bzw. 67 verbunden, die am oberen Boden 64 des Reaktors 60 vorgesehen sind.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen das Verteilrohr 10 und das Sammelrohr 11 jeweils ein erstes Rohr 30, 31 und ein zweites Rohr 32, 33, die ineinander angeordnet sind. Insbesondere umfassen das Verteilrohr 10 und das Sammelrohr 11 ein Außenrohr 30 bzw. 31, die über mehrere jeweilige Einlassöffnungen 26 und Auslassöffnungen 27 in Fluidverbindung mit der Kammer 24 stehen, und ein Innenrohr 32 bzw. 33.
  • Die Innenrohre 32 und 33 sind innerhalb der Außenrohre 30 bzw. 31 angeordnet, und zwar so, dass sie mit ihnen einen Zwischenraum bilden (der Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 32 und dem Außenrohr 30 ist in den Figuren mit 30a angegeben). Die Innenrohre 32 und 33 stehen in Fluidverbindung mit dem jeweiligen Innenraum über eine Vielzahl von weiteren Öffnungen 34 und 35, die am Innenrohr 32 bzw. 33 verteilt sind, und steht in Fluidverbindung mit der Außenumgebung des plattenförmigen Wärmetauschers 20 durch den jeweiligen Einlassanschluss 28 und Auslassanschluss 29 für das Wärmeaustausch-Betriebsfluid.
  • Die Außenrohre 30 und 31 und die Innenrohre 32 und 33 sind vorzugsweise im Wesentlichen geradlinig.
  • In dem in 3 gezeigten Beispiel hat das Innenrohr 32, zum Beispiel mit glatten Wänden, einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt in dem Bereich unter dem Einlassanschluss 28 und ist in das Außenrohr 30 eingeführt, das allgemein im Wesentlichen spindelförmig ist, mit anderen Worten eine Form hat, die ähnlich der Überschneidung zweier Kreise mit gleichen Durchmessern ist, und mit einem Abstand zwischen den Mittelpunkten, der kleiner als der Durchmesser ist. Das ovale Innenrohr 32 kann zum Beispiel hergestellt werden, indem man ein kreisförmiges Rohr presst oder indem man Rohre mit einem ellipsenförmigen Querschnitt verwendet, die im Handel erhältlich sind. Es wäre festzuhalten, dass für das Innenrohr 32 alternativ auch ein einfaches Rohr mit kreisförmigem Querschnitt verwendet werden kann, das dafür nicht in eine ovale Form gebracht ist.
  • Die am Innenrohr 32 vorgesehenen Öffnungen 34 sind allgemein kreisförmig und haben einen solchen Durchmesser, dass eine gute Verteilung des Wärmeaustausch-Betriebsfluids gewährleistet ist. Vorteilhafterweise kann der Durchmesser der Öffnungen 34 entlang der Länge des Innenrohrs 32 variieren, um den Druckverlust des im Innenrohr 32 strömenden Fluids auszugleichen.
  • Die Außenabmessungen des Innenrohrs 32 sind geringfügig kleiner als der Raum, der vom Außenrohr 30 umschlossen ist. Anders ausgedrückt ist der Zwischenraum 30a zwischen dem spindelförmigen Außenrohr 30 und dem ovalen Innenrohr 32 gebildet. Genauer gesagt sind das Innenrohr 32 und das Außenrohr 30, die im Wesentlichen in koaxialer Position angeordnet sind, in der Querrichtung zur Achse wechselseitig fest eingespannt.
  • Der Halt in Querrichtung wird durch gegenüberliegende Längsformteile 36 an der Innenfläche des Außenrohrs 30 erzeugt, die zum Beispiel hergestellt werden, indem man das Außenrohr 30 selbst mit einem Stempel eindrückt, der von außen in Richtung zum Außenrohr 30 bewegt wird. Es sind vorzugsweise vier Längsformteile 36 vorgesehen, zum Beispiel alle auf derselben Höhe des Außenrohrs 30, vorzugsweise an den vier Bereichen mit minimalem Abstand zwischen dem ovalen Innenrohr 32 und dem spindelförmigen Außenrohr 30. Es wäre festzuhalten, dass diese Sätze aus Längsformteilen 36 sich vorzugsweise an verschiedenen Höhen des Außenrohrs 30 wiederholen, zum Beispiel alle hundert Zentimeter des Außenrohrs 30. Alternativ sind die Längsformteile 36 auf verschiedenen Höhen des Außenrohrs 30 in geeigneter Weise versetzt in einer im Wesentlichen schraubenförmigen Anordnung vorgesehen.
  • Vorteilhafterweise ist der Aufbau des Sammelrohrs 11 natürlich vollständig identisch zum vorgenannten Aufbau, der sich auf das Verteilrohr 10 bezieht.
  • Die 4, 5, 6 und 7 zeigen einen plattenförmigen Wärmetauscher 120 gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, wobei insbesondere ein Verteilrohr 110 des plattenförmigen Wärmetauschers 120 dargestellt ist.
  • Es ist festzuhalten, dass in dieser Variante die Elemente, die vom Aufbau oder von der Funktion her ähnlich denjenigen des plattenförmigen Wärmetauschers 20 sind, mit derselben Bezugszahl angegeben sind, und der Kürze halber wird eine ausführliche Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
  • Der plattenförmige Wärmetauscher 120 umfasst das Verteilrohr 110, das ein Außenrohr 130 enthält und durch die mehreren Einlassöffnungen 26 in Fluidverbindung mit der Kammer 24 steht, und ein Innenrohr 132, das innerhalb des Außenrohrs 130 angeordnet ist und durch den Einlassanschluss 28 für das Wärmeaustausch-Betriebsfluid in Fluidverbindung mit der Außenumgebung des plattenförmigen Wärmetauschers 120 ist, wobei am Innenrohr 132 eine Vielzahl von allgemein kreisförmigen Öffnungen 34 vorgesehen ist.
  • Auch in diesem Fall hat das Innenrohr 132 Außenabmessungen im Wesentlichen in Form eines Ovals, und ist in das Außenrohr 30 eingeführt, das einen im Wesentlichen spindelförmigen Querschnitt hat.
  • Bei dieser Variante ist das Innenrohr 132 jedoch ausgehend von einem kreisförmigen Rohr hergestellt, das mit Lamellen 138 ausgestattet ist (4), von dem die Lamellen 138 zumindest teilweise an zwei entgegengesetzten Seiten entfernt werden (5), beispielsweise durch einen Frässchritt, durch den zwei gegenüberliegende und parallele Flachseiten 132a und 132b erzeugt werden.
  • Für den Rest der Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen bezieht sich der Ausdruck "Lamellen" allgemein auf einen vorstehenden Teil, der von der Außenfläche des kreisförmigen Rohrs entlang seines Umfangs absteht, wobei der vorstehende Teil vorzugsweise ringscheibenförmig ist.
  • Die Außenabmessungen des Innenrohrs 132 sind geringfügig kleiner als der vom Außenrohr 130 umschlossene Raum. Mit anderen Worten ist zwischen dem spindelförmigen Außenrohr 130 und dem ovalen Innenrohr 132 ein Zwischenraum 30a gebildet: genauer gesagt beträgt durch Positionierung des ovalen Innenrohrs 132 koaxial zum spindelförmigen Außenrohr 130 der Minimalabstand zwischen dem Innenrohr 132 und dem Außenrohr 130 ungefähr ein paar Millimeter.
  • Das Innenrohr 132 und das Außenrohr 130 sind in Querrichtung zur Achse wechselseitig fest eingespannt.
  • Der Halt in Querrichtung wird durch eine Fixierungsverbindung hergestellt. Genauer gesagt wird das Innenrohr 132 in das Außenrohr 130 so eingeführt, dass die beiden Flachseiten 132a und 132b im Wesentlichen parallel zur Richtung der breiteren Abmessung der Spindel des Außenrohrs 130 angeordnet sind (6), oder anders ausgedrückt parallel zu der Sehne, die durch die beiden Schnittpunkte der beiden Umfangskreisbögen definiert ist, die die Spindel bilden. Nach dem Einführen wird das Innenrohr 132 vorzugsweise um einen Winkel von ca. 90° gedreht (7), bis die entgegengesetzten Bereiche 132c und 132d des Innenrohrs 132, die immer noch vollständig mit Lamellen versehen sind, an Innenwände des Außenrohrs 130 anstoßen, vorzugsweise in einer zur vorgenannten breiteren Abmessung der Spindel senkrechten Richtung.
  • Vorteilhafterweise kann im Wärmetauscher 120 natürlich ein Aufbau für das Sammelrohr verwendet werden, der zum vorstehend erwähnten Aufbau, der sich auf das Verteilrohr 110 bezieht, absolut identisch ist.
  • Nachstehend wird die Funktionsweise des gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegten, plattenförmigen Wärmetauschers einer Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors beschrieben.
  • Ein Reagensfluid tritt in den chemischen Reaktor durch eine Öffnung 70 im oberen Boden 64 ein und erreicht das katalytische Bett 50. Hier wird gemäß einer endothermen oder exothermen Reaktion durch die Vielzahl der plattenförmigen Wärmetauscher 20 Wärme zugeführt bzw. absorbiert, was die im katalytischen Bett 50 im Gange befindliche chemische Reaktion unterstützt. Die Reaktionsprodukte treten aus dem Reaktor durch eine Öffnung 71 des unteren Bodens 63 aus.
  • Jeder plattenförmige Wärmetauscher 20 wird von einer Einlassöffnung 66 her durch den Einlassanschluss 28 mit einem Wärmeaustausch-Betriebsfluid versorgt, bis es das Verteilrohr 10 erreicht.
  • Das Wärmeaustausch-Betriebsfluid wird, nachdem es die Wärmetauscherkammer 24 innen durchquert hat, durch das Sammelrohr 11 gesammelt und erreicht durch den Auslassanschluss 29 eine Auslassöffnung 67 für das Wärmeaustausch-Betriebsfluid.
  • Die thermische Isolierung des Verteilrohrs 10 und des Sammelrohrs 11 des plattenförmigen Wärmetauschers der Erfindung wird durch den Zwischenraum erhalten, der zwischen dem Innenrohr 32, 33 und dem Außenrohr 30, 31 der Verteil- und Sammelrohre gebildet ist.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist das Innenrohr in das Außenrohr eingeführt und in ihm in der Querrichtung gehalten: dies wird vor allem deswegen gemacht, um jegliche Beschädigung zu verhindern, die durch Vibrationen des Innenrohrs an den Innenwänden des Außenrohrs verursacht werden.
  • Es ist wiederholenswert, dass das Innenrohr frei bzw. ungehindert in das Außenrohr eintreten muss, und zwar aufgrund der Tatsache, dass, da beide Elemente im Allgemeinen aus austenitischem Stahl bestehen, wenn ein gewisser Abstand nicht erhältlich ist, es leicht geschehen kann, dass zwischen den beiden Rohren während des Einführens des Innenrohrs in das Außenrohr ein Reibschweißen bzw. Festfressen auftreten kann.
  • Es sollte auch betont werden, dass bei Verwendung von Rohren mit ellipsenförmigem Querschnitt als Innenrohr die Spindelform des Außenrohrs optimal ausgenutzt wird.
  • Der Hauptvorteil, der durch den gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten plattenförmigen Wärmetauscher für eine Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors erzielt wird, besteht in der Tatsache, dass die thermische Isolierung auf ungewöhnlich einfache und zuverlässige Art und Weise erhalten wird.
  • Ein weiterer beträchtlicher Vorteil liegt darin, dass die Außenfläche des Außenrohrs der Verteil- und Sammelrohre vollständig als Wärmeaustauschfläche zwischen dem in dem plattenförmigen Wärmetauscher strömenden Wärmeaustausch-Betriebsfluid und dem Reaktionsfluid des Katalysators genutzt wird. Und zwar muss, indem man die im Innenrohr vorgesehenen Öffnungen in Richtung zum Außenrand des plattenförmigen Wärmetauschers richtet, das Wärmeaustausch-Betriebsfluid, um zum In neren des plattenförmigen Wärmetauschers zu strömen, durch den das Innenrohr umgebenden Zwischenraum fließen, wobei es auf diese Weise mit dem außerhalb des plattenförmigen Wärmetauschers befindlichen Reaktionsfluid in einwandfreier Weise Wärme austauscht; dabei ist das Wärmeaustausch-Betriebsfluid innerhalb des Innenrohrs geschützt.

Claims (22)

  1. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) für eine Wärmetauschereinheit (40) eines chemischen Reaktors (60), der einen im Wesentlichen kastenförmigen, abgeflachten Aufbau (22) hat, mit einer im Wesentlichen quaderförmigen, rechteckigen Auslegung, eine Innenkammer (24) bildend, sowie einen Einlassanschluss (28) und einen Auslassanschluss (29) für ein Wärmeaustausch-Betriebsfluid in die Kammer (24) hinein und aus dieser heraus, und ein Verteilrohr (10, 110) des Betriebsfluids in der Kammer (24), das sich in dem Aufbau (22) an einer Längsseite (22a) von dieser erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilrohr (10, 110) ein erstes Rohr (30, 130) und ein zweites Rohr (32, 132) aufweist, die ineinander angeordnet sind, wobei zwischen den Rohren, bei denen es sich um ein Außenrohr (30, 130) bzw. ein Innenrohr (32, 132) handelt, ein Zwischenraum (30a) gebildet ist, der auf einer Seite über mehrere im Außenrohr (30, 130) des Verteilrohrs (10, 110) vorgesehene Öffnungen (26) in Fluidverbindung mit der Kammer (24) steht, und auf der anderen Seite mit dem Innenrohr (32, 132) desselben Verteilrohrs (10, 110), wobei das Innenrohr (32, 132) hydraulisch mit dem Einlassanschluss (28) für das Wärmeaustausch-Betriebsfluid verbunden ist.
  2. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (30a) mit dem Innenrohr (32, 132) des Verteilrohrs (10, 110) durch mehrere weitere in ihm vorgesehene Öffnungen (34) in Verbindung steht.
  3. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren, am Innenrohr (32, 132) vorgesehenen Öffnungen (34) kreisförmig sind.
  4. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser der weiteren Öffnungen (34) entlang der Länge des Innenrohrs (32, 132) ändert.
  5. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (26) und die weiteren Öffnungen (34) entlang der gesamten Länge des jeweiligen Außenrohrs (30, 130) und Innenrohrs (32, 132) verteilt sind.
  6. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (30, 130) und Innenrohr (32, 132) im Wesentlichen geradlinig sind.
  7. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (32, 132) einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt hat.
  8. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (30, 130) einen im Wesentlichen spindelförmigen Querschnitt hat.
  9. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (32, 132) einen kreisförmigen Querschnitt hat.
  10. Plattenförmiger Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Sammelrohr (11) für das Betriebsfluid ausgestattet ist, das sich an der anderen Längsseite (22b) des Aufbaus (22) erstreckt und ein erstes (31) und zweites Rohr (33) aufweist, die ineinander angeordnet sind, wobei zwischen den Rohren, bei denen es sich um ein äußeres (31) bzw. inneres (33) handelt, ein Zwischenraum gebildet ist, auf einer Seite über mehrere im Außenrohr (31) des Sammelrohrs (11) vorgesehene Öffnungen (27) in Fluidverbindung mit der Kammer (24) steht, und auf der anderen Seite mit dem Innenrohr (33) desselben Sammelrohrs (11), wobei das Innenrohr (33) hydraulisch mit dem Auslassanschluss (29) für das Wärmeaustausch-Betriebsfluid verbunden ist.
  11. Verfahren zur Ausführung eines plattenförmigen Wärmetauschers (20, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das In nenrohr (32, 132) und das Außenrohr (30, 130), die im Wesentlichen koaxial angeordnet sind, wechselseitig in Querrichtung zur Achse fest eingespannt sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (132) ausgehend von einem kreisförmigen, mit Lamellen (138) ausgestatteten Rohr hergestellt wird, wobei die Lamellen (138) an zwei entgegengesetzten Seiten zumindest teilweise entfernt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Lamellen durch einen Frässchritt ausgeführt wird, um zwei entgegengesetzte und parallele Flachseiten (132a, 132b) zu erzeugen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (132) in das Außenrohr (130) eingeführt wird, wobei die beiden Flachseiten (132a, 132b) im Wesentlichen parallel zur Richtung der breiteren Abmessung der Spindel des Außenrohrs (130) angeordnet sind, wobei das Innenrohr (132) dann um einen Winkel von ca. 90° gedreht wird, bis entgegengesetzte Seiten (132c, 132d) des Innenrohrs (132), die noch vollständig mit Lamellen versehen sind, an die Innenwände des Außenrohrs (130) anstoßen.
  15. Plattenförmiger Wärmetauscher (20), ausgeführt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halt in Querrichtung durch gegenüberliegende Längsformteile (36) der Innenfläche des Außenrohrs (30) erzeugt wird.
  16. Plattenförmiger Wärmetauscher (20) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass vier Längsformteile (36) vorgesehen sind, die alle auf derselben Höhe des Außenrohrs (30) angeordnet sind.
  17. Plattenförmiger Wärmetauscher (20) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz von vier Längsformteilen (36) wiederholt auf verschiedenen Höhen des Außenrohrs (30) angeordnet ist.
  18. Plattenförmiger Wärmetauscher (20) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsformteile (36) auf verschiedenen Höhen des Außenrohrs (30) in einer im Wesentlichen schraubenförmigen Anordnung in geeigneter Weise versetzt angeordnet sind.
  19. Plattenförmiger Wärmetauscher (120), ausgeführt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Halt in Querrichtung durch eine Fixierungsverbindung gebildet ist.
  20. Wärmetauschereinheit (40) eines chemischen Reaktors (60), dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere plattenförmige Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 1 aufweist.
  21. Chemischer Reaktor (60) der Bauart, die eine zylindrische Hülle (62) umfasst, welche an den entgegengesetzten Enden mit jeweiligen Böden, einem unteren (63) und einem oberen (64) Boden verschlossen ist, wobei im Inneren der Hülle (62) eine Reaktionsumgebung (69) vorgesehen ist, die ein katalytisches Bett (50) aufweist, in dem eine Wärmetauschereinheit (40) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheit (40) mehrere plattenförmige Wärmetauscher (20, 120) nach Anspruch 1 aufweist.
  22. Chemischer Reaktor (60) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheit (40) eine im Wesentlichen zylindrische Auslegung hat und mehrere plattenförmige Wärmetauscher (20, 120) aufweist, die seitlich nebeneinander in radialer Anordnung platziert sind.
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