DE69612204T2

DE69612204T2 - Verfahren zur katalytischen Konvertierung von Kohlenmonoxid mit hohem Wirkungsgrad

Info

Publication number: DE69612204T2
Application number: DE69612204T
Authority: DE
Inventors: Gianfranco Bedetti; Ermanno Filippi
Original assignee: Ammonia Casale SA
Current assignee: Casale SA
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: MX9709584A; AU4520497A; AU733699B2; DE69612204D1; PT846653E; EP0846653A1; US5985231A; US6610259B1; CA2221815A1; RU2186023C2; BR9706225A; UA44778C2; ES2155573T3; EP0846653B1; JPH10182120A

Description

Gebiet der Anmeldung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO&sub2;) mit hohem Wirkungsgrad des Typs, der die Schritte umfasst:
- Einleiten einer Kohlenmonoxid und Dampf umfassenden, gasförmigen Strömung mit einer · vorgegebenen Geschwindigkeit in einen Reaktionsraum:
- Umsetzen von Kohlenmonoxid in dem Reaktionsraum, wodurch eine Kohlendioxid umfassende, gasförmige Strömung erhalten wird.
In der nachstehenden Beschreibung und den folgenden Ansprüchen soll der Begriff "Reaktionsraum" im Allgemeinen für einen Raum stehen, der eine katalysatorhaltige Einrichtung umfasst, in dem die Umwandlungsreaktion von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid gemäß der nachstehenden Formel
CO + H&sub2;O (Dampf) CO&sub2; + H&sub2;
stattfindet.
Die Umwandlungsreaktion von Kohlenmonoxid ist für die Industrie sehr wichtig, da durch sie einer der grundsätzlichen Reaktionspartner für viele Herstellungsreaktionen (z. B. die Herstellung von Ammoniak), das heißt Wasserstoff (1-19), erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Reaktor bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens und ein Modernisierungsverfahren für einen Reaktor bzw. eine Vorrichtung zur katalytischen Umwandlung von Kohlenmonoxid.
Auf dem Gebiet der katalytischen Umwandlung von Kohlenmonoxid wird bekanntlich der Bedarf immer größer, leicht durchzuführende Umwandlungsverfahren bereitzustellen, die die Erzielung immer höherer Produktionskapazitäten bei geringen Betriebs- und Investitionskosten und einem geringen Energieverbrauch ermöglichen.

Stand der Technik

Um diese Forderung zu erfüllen, wurden in der Industrie Verfahren zur Umwandlung von Kohlenmonoxid vorgeschlagen, bei denen man gasförmige Reaktionspartner mit einer im Wesentlichen axialen, radialen oder axial-radialen Bewegung durch einen Reaktionsraum strömen läßt, der mindestens ein Katalysatorbett umfasst.
Ein Verfahren dieses Typs ist z. B. EP-A-0 372 453 beschrieben.
Obwohl die herkömmlichen Verfahren in gewisser Weise vorteilhaft sind, zeigen sie alle einen ernstlichen Nachteil, der mit dem Vorhandensein von Wasser - z. B. in Form von Tropfen verbunden ist, das in der Kohlenmonoxid umfassenden gasförmigen Strömung mitgerissen wird.
Tatsächlich beschädigt das zusammen mit Kohlenmonoxid in den Reaktionsraum eingeführte Wasser die Oberflächenschicht des darin enthaltenen Katalysators irreversibel und sie wird extrem kompakt oder gepackt.
Das beruht insbesondere auf dem örtlichen Wärmeschock, der durch das sofortige Verdampfen des Wassers beim Kontakt mit dem Katalysator mit hoher Temperatur verursacht wird, und teilweise auf dem mechanischen Aufprall des auf den Katalysator treffenden Wassers.
Eine wichtige Folge des Packens der Oberflächenschicht des Katalysators ist ein deutlicher Druckabfall der gasförmigen Strömung, die die Katalysatormasse durchquert, und eine Abnahme der Aktivität des Katalysators mit einer damit verbundenen Abnahme der Ausbeute der Umwandlung (und folglich der Produktionskapazität) und ein hoher Energieverbrauch. Dieser wichtige Nachteil der herkömmlichen Verfahren zur Umwandlung von Kohlenmonoxid ist nunmehr seit mehr als zwei Jahrzehnten bekannt, und die einzige bis jetzt vorgeschlagene Lösung besteht in der manuellen Beseitigung der gepackten Katalysatorschicht und ihrem Austausch durch neuen Katalysator.
Außerdem kann die Erzeugung der gepackten Katalysatorschicht so häufig sein und das gesamte Verhalten des Verfahrens belasten, dass die vorstehend genannte Behandlung innerhalb sehr kurzer Zeiträume, im Allgemeinen weniger als ein Jahr (3 bis 9 Monate) notwendig wird.
Wie bereits dargestellt, kann die gegenwärtige Lösung für den vorstehenden Nachteil für den industriellen Bedarf nicht als befriedigend angesehen werden, da sie das Unterbrechen der Anlage die für die Durchführung des Umwandlungsverfahrens bestimmt ist, und folglich das Unterbrechen der Produktion, hohe Wartungs- und Betriebskosten und einen hohen Energieverbrauch beinhaltet.

Zusammenfassung der Erfindung

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Umwandlung von Kohlenmonoxid, mit dem hohe Produktionskapazitäten erhalten werden können und dessen Durchführung weder hohe Betriebs- und Investitionskosten noch hohe Wartungskosten und einen hohen Energieverbrauch beinhaltet.
Insbesondere besteht das der Erfindung zugrundeliegende Problem in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Umwandlung von Kohlenmonoxid, bei dem kein Packen der Oberfläche des Katalysators auftritt, wie es bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist.
Das vorstehend genannte Problem wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Umwandlung von Kohlenmonoxid des verstehend genannten Typs gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es den vorherigen Schritt einschließt:
- Beschleunigen der Kohlenmonoxid umfassenden gasförmigen Strömung stromaufwärts des Reaktionsraums.
Vorteilhafterweise ist es Dank des Schrittes der Beschleunigung der Kohlenmonoxid umfassenden, gasförmigen Strömung, die in den Reaktionsraum eingeleitet werden soll, möglich, dass sich das darin mitgerissene Wasser in Tropfen mit geringem Durchmesser, z. B. zwischen 100 und 600 um, teilt, so dass zumindest eine teilweise Verdampfung der Letzteren in der eingeleiteten gasförmigen Strömung gefördert wird, die im Allgemeinen nicht mit Dampf gesättigt ist.
Außerdem wurde überraschenderweise festgestellt, dass alle durch die Teilung entstehenden Wassertropfen nach dem Beschleunigungsschritt dazu neigen, sich - aus strömungsmechanischen Gründen - in der Mitte der eingeleiteten gasförmigen Strömung zu konzentrieren, so dass sie nur auf einen kleinen, begrenzten Teil der im Reaktionsraum enthaltenen Katalysatormasse treffen, wobei der Druckabfall aufgrund des Packens des Katalysators deutlich begrenzt wird.
Schließlich wird als Folge der vorstehend genannten Teilung des Wassers in Tropfen mit geringem Durchmesser irgendeine Beschädigung des Katalysators durch einen mechanischen Aufprall wesentlich eliminiert.
Folglich bietet das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise einerseits zumindest eine teilweise Eliminierung des in der eingeleiteten gasförmigen Strömung enthaltenen Wassers und andererseits eine deutliche Verringerung des Teils des Katalysators, der von diesem Mitgerissenen getroffen wird, als auch seiner schädigenden Wirkung.
Vorzugsweise ist die vorstehend genannte Beschleunigung derart, dass die Geschwindigkeit der Kohlenmonoxid umfassenden, gasförmigen Strömung um einen Faktor zwischen dem 1,5- und dem 5-fachen erhöht wird, wodurch eine wirksame und vollständige Teilung des gesamten in der gasförmigen Strömung mitgerissenen Wassers erreicht wird.
Vorteilhafterweise strömt die Kohlenmonoxid umfassende, gasförmige Strömung mit einer im Wesentlichen radialen oder axial-radialen Bewegung durch den Reaktionsraum. Auf diese Weise führen in der eingeleiteten gasförmigen Strömung vorhandene Wasserspuren nicht zu bestimmten Packungsproblemen und folglich nicht zu einem Druckabfall, da der von diesem restlichen Mitgerissenen getroffene Teil des Reaktionsraums ziemlich sekundär und nebensächlich ist.
Für die Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens steht durch die vorliegende Erfindung ein Reaktor für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid mit hohem Wirkungsgrad des Typs bereit, welcher umfasst:
- einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel;
mindestens ein Katalysatorbett, das in dem vorstehend genannten Mantel gehaltert ist;
- eine Einlassdüse in Fluidverbindung mit dem vorstehend genannten Mantel, wodurch dem zumindest einen Katalysatorbett eine Kohlenmonoxid umfassende, gasfömige Strömung zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst:
- eine Einrichtung zum Beschleunigen der gasförmigen Strömung, die stromaufwärts des zumindest einen Katalysatorbettes gehalten wird.
Als eine Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise von einer Vorrichtung zur katalytischen Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid mit hohem Wirkungsgrad des Typs durchgeführt, welcher umfasst:
- einen Umwandlungsreaktor, der einen im Wesentlichen zylindrischen Mantel und mindestens ein in diesem Mantel gehaltenes Katalysatorbett umfasst;
- eine Leitung, um dem Reaktor eine Kohlenmonoxid umfassende, gasförmige Strömung zuzuführen;
und dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner umfasst:
- eine Einrichtung zum Beschleunigen der gasförmigen Strömung, die in der Leitung gehalten wird.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung steht auch ein Verfahren zur Modernisierung eines Reaktors für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid des Typs bereit, welcher umfasst:
einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel;
- mindestens ein in dem vorstehend genannten Mantel gehaltertertes Katalysatorbett; eine Einlassdüse in Fluidverbindung mit dem Mantel, wodurch dem zumindest einen Katalysatorbett eine Kohlenmonoxid umfassende, gasfömige Strömung zugeführt wird, und dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte einschließt:
- Anordnen einer Einrichtung zum Beschleunigen der gasförmigen Strömung stromaufwärts des zumindest einen Katalysatorbettes.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung steht auch ein Verfahren zur Modernisierung einer Vorrichtung zur katalytischen Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid des Typs zur Verfügung, welcher umfasst:
- einen Umwandlungsreaktor, der einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel und mindestens ein in diesem Mantel gehaltenes Katalysatorbett umfasst;
- eine Leitung, um dem Reaktor eine Kohlenmonoxid umfassende, gasförmige Strömung zuzuführen;
und dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt einschließt:
- Anordnen einer Einrichtung zum Beschleunigen der gasförmigen Strömung.
Dank der vorstehend genannten Modernisierungsverfahren für einen vorhandenen Reaktor bzw. eine vorhandene Vorrichtung ist es möglich, ein Verfahren zur Umwandlung von Kohlenmonoxids zu erhalten, das sich leicht durchführen läßt und eine hohe Produktionskapazität bei geringen Verfahrenskosten und einem geringen Energieverbrauch erreichen kann und bei dem kein Packen der Oberfläche des in dem zumindest einen Katalysatorbett enthaltenen Katalysators auftritt.
Die Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform davon anhand der beigefügten Zeichnung als nicht · begrenzendes Beispiel aufgeführt.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Reaktors zur Umwandlung von Kohlenmonoxid.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Einzelnen

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 kennzeichnet die Bezugsziffer 1 insgesamt einen Reaktor für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid mit hohem Wirkungsgrad.
Im Allgemeinen findet diese Umwandlungsreaktion bei Temperaturen zwischen 180 und 500ºC und Drücken zwischen 1 bar und 100 bar statt.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel 2, der im Inneren einen Reaktionsraum 3 definiert, in dem ein Katalysatorbett 4 gehaltert ist, das den Katalysator 5 enthält.
Im Beispiel von Fig. 1 ist der gesamte Katalysator 5 in einem einzigen Katalysatorbett 4 enthalten. Es ist jedoch möglich, einen Reaktionsraum 3 bereitzustellen, in dem der Katalysator 5 auf eine Anzahl von Katalysatorbetten 5, zum Beispiel zwei oder drei Betten, aufgeteilt ist. Das Katalysatorbett 4 ist vom axial-radialen Typ, wobei das obere Ende 6 und die Seitenwand 7 gasdurchlässig sind.
Im Katalysatorbett 4 ist auch eine gasdurchlässige Seitenwand 8 in Fluidverbindung mit einem Verteiler 9 vorgesehen, um das das Katalysatorbett 4 verlassende Gas aufzufangen. Ein Katalysatorbett dieses Typs ist z. B. in EP-A-0 372 453 beschrieben.
Um das unerwünschte Entweichen des Katalysators 5 zu verhindern, ist das Ende 6 im Allgemeinen mit einem Abdeckgitter vom bekannten Typ ausgestattet, das nicht gezeigt ist.
In einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Katalysatorbett 4 vom reinen radialen Typ sein, wobei das Ende 6 gasundurchlässig ist. Die Bezugsziffern 10 und 11 bezeichnen eine Gaseinlassdüse bzw. eine Gasauslassdüse, die am oberen bzw. unteren Ende des Mantels 2 angeordnet sind.
Vorteilhafterweise befinden sich stromaufwärts des Katalysatorbettes 4 geeignet gehaltene Einrichtungen - im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 12 gekennzeichnet - zur Beschleunigung der in den Reaktionsraum 3 eingeleiteten gasförmigen Strömung.
In Beispiel von Fig. 1 ist die Einrichtung 12 an der Gaseinlassdüse 10 und vorzugsweise in der Nähe des Mantels 2 angeordnet.
Diese Anordnung ist besonders bevorzugt, da sie es ermöglicht, eine Einrichtung 12 zu erhalten, die sich leicht aufbauen läßt, eine geringe Größe hat und für die Wartung leicht zugänglich ist.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass im Mantel 2 in der Nähe der Gaseinlassdüse 10 im Allgemeinen eine Öffnung (nicht gezeigt), die in der Industrie als "Arbeitsloch" bezeichnet wird, zur Inspektion und Wartung des Umwandlungsreaktors 1 vorgesehen ist.
Die Einrichtung 12 umfasst ein verengendes Element 13, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Gaseinlassdüse 10 ist. Elemente vom Venturi-Typ oder vom Typ einer geeichten Scheibe können zum Beispiel als verengende Elemente 13 verwendet werden.
Besonders befriedigende Ergebnisse wurden bei einem Verhältnis zwischen den vorstehend genannten Innendurchmessern von 0,45 bis 0.85 erhalten.
Dank der Beschleunigungseinrichtung 12 ist es möglich, das Teilen des in der eingeleiteten gasförmigen Strömung mitgerissenen Wassers in Tropfen mit geringem Durchmesser zu erreichen, wodurch das zumindest teilweise Verdampfen des Wassers erleichtert wird und die Gefahr einer Beschädigung des Katalysators in jedem Fall deutlich abnimmt.
In Fig. 1 kennzeichnen die Pfeile Fg die verschiedenen Wege, denen die gasförmige Strömung im Umwandlungsreaktor 1 folgt, während die Bezugsziffer die in dieser Strömung mitgerissenen Wassertropfen kennzeichnet.
Die Zusammensetzung der gasförmigen Strömung Fg, die in den Reaktionsraum 3 eingeleitet wird und Kohlenmonoxid und Dampf umfasst, ändert sich während der Durchquerung des Katalysatorbettes 4 nach der Umwandlungsreaktion, so dass sie am Auslass aus dem Reaktor 1 hauptsächlich Kohlendioxid und Wasserstoff umfasst.
Aufgrund der Beschleunigung, die die gasförmige Strömung Fg durch die Einrichtung 12 erhält, werden die Tropfen 14 in der mittleren Zone des Reaktionsraums konzentriert und treffen nur auf einen kleinen und begrenzten Teil der Oberfläche des Katalysators 5.
Da die Tropfen 14 in Tropfen mit vernachlässigbarer Größe aufgebrochen werden, führt ihr Aufprall auf die Katalysatormasse außerdem nicht zu bestimmten Packungsproblemen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen katalytischen Umwandlungsverfahren wird eine Kohlenmonoxid umfassende, gasförmige Strömung Fg mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in den Reaktionsraum 3 geleitet, worin das Kohlenmonoxid umgesetzt wird, wodurch eine Kohlendioxid umfassende, gasförmige Strömung Fg bereitgestellt wird.
Nach dem vorherigen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kohlenmonoxid umfassende gasförmige Strömung Fg vorteilhafterweise stromaufwärts des Reaktionsraums 3 beschleunigt.
Folglich werden die in der eingeleiteten gasförmigen Strömung Fg mitgerissenen Wassertropfen 14 geteilt, was zumindest zu ihrem teilweisen Verdampfen führt, so dass die Erzeugung einer gepackten Oberflächenschicht des im Reaktionsraum 3 enthaltenen Katalysators verhindert oder zumindest wesentlich vermindert wird.
Die Verfahrensbedingungen bezüglich Druck und Temperatur des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die vorstehend aufgeführten und entsprechen den typischen Verfahrensbedingungen von Verfahren zur katalytischen Umwandlung von Kohlenmonoxid aus dem Stand der Technik.
Es wurde vorteilhafterweise festgestellt, dass es durch eine geeignete Erhöhung der Geschwindigkeit der gasförmigen Strömung Fg möglich ist, ein nahezu vollständiges Verdampfen der Wassertropfen 14 zu erreichen. Das findet insbesondere dann statt, wenn die Beschleunigung derart ist, dass die Geschwindigkeit der gasförmigen Strömung Fg um einen Faktor zwischen dem z. B. 4- und 5-fachen erhöht wird.
Unter Bezugnahme auf den Reaktor von Fig. 1 wurde der vorstehend genannte Bereich der Geschwindigkeitserhöhung dadurch erreicht, dass vorzugsweise ein verengendes Element 13 vom Venturi-Typ mit einer Verhältnis des Innendurchmessers des Elementes 13 zum Innendurchmesser der Gaseinlassdüse 10 zwischen 0,45 und 0,50 verwendet wurde.
Dank des Vorhandenseins eines Katalysatorbettes 4 vom axial-radialen Typ im Reaktionsraum 3 strömt die eingeleitete gasförmige Strömung Fg vorteilhafterweise mit einer im Wesentlichen axialen-radialen Bewegung in den Umwandlungsreaktor 1.
Auf diese Weise werden zwei Vorteile erreicht: Einerseits werden durch das verengende Element 13 verursachte Druckabfälle kompensiert und andererseits muss falls erforderlich nur ein sekundärer oder vernachlässigbarer Bereich der Oberfläche des Katalysators 5 geopfert werden, falls dieser gepackt wird.
Tatsächlich werden die Druckabfälle, die dadurch entstehen, dass die gasförmige Strömung Fg die Katalysatonnasse durchquert, im Verhältnis zum reinen axialen Durchqueren des Katalysatorbettes deutlich verringert, so dass man selbst hohen Druckabfällen, die durch den Durchgang der gasförmigen Strömung Fg durch das verengende Element 13 verursacht werden, ohne bestimmte Einschränkungen der Produktionskapazität begegnen kann.
Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die Wassertropfen 14 außerdem zu einer geringfügigen oder vernachlässigbaren Zone des Katalysatorbettes 4, d. h. der mittleren Zone des axialen Teils des Bettes 4, befördert, so dass irgendeine Beschädigung des restlichen Teils des Katalysators 5 verhindert wird und folglich die Erzeugung weiterer unerwünschter Druckabfälle am Katalysatorbett 4 vermieden wird.
Im Falle eines reinen radialen Katalyasorbettes werden in Bezug auf ein axial-radiales Bett die gleichen Vorteile aus dem Druckabfall erzielt, die Ausnutzung der Katalysatormasse und folglich der Produktionskapazität des Reaktors sind jedoch bei gleichen Bedingungen geringer, da es aufgrund des Fehlens der axialen Komponente keine optimale Ausnutzung der Katalysatormasse gibt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Beschleunigungseinrichtung 12 ein Venturi-Element 13, das die gewünschte Geschwindigkeitserhöhung der eingeleiteten gasförmigen Strömung Fg bei einem minimalen Druckabfall in Bezug auf den Druckabfall bietet, der durch verengende Elemente vom Typ einer geeichten Scheibe oder ähnliche verursacht wird.
In einer anderen Ausführungsform der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens steht auch eine Vorrichtung (nicht gezeigt) eines Typs zur Verfügung, welcher umfasst:
- einen Umwandlungsreaktor, der einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel und mindestens ein in diesem Mantel gehaltertes Katalysatorbett umfasst;
eine Leitung, um dem Reaktor eine Kohlenmonoxid umfassende, gasförmige Strömung zuzuführen.
Die Leitung hat im Allgemeinen die Funktion, den Reaktor mit einem stromaufwärts des Reaktors angeordneten Verfahrenskessel zu verbinden.
Der Begriff "Verfahrenskessel" steht für einen Kessel zur Erzeugung von Dampf mittels eines indirekten Wärmeaustauschs zwischen einer erwärmten Strömung, die Kohlenmonoxid umfasst, und einer Wasserströmung. Diese Kessel sind im Allgemeinen vom Rohrbündel-Typ, wobei die beiden Enden der Rohre an entsprechende Rohrplatten angebracht sind.
Vorteilshafterweise umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Beschleunigung der eingeleiteten gasförmigen Strömung Fg, die in der Leitung gehalten wird.
Die Beschleunigungseinrichtung umfasst vorzugsweise ein verengendes Element, dessen Innendurchmesser geringer als der Innendurchmesser der Leitung ist.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen den vorstehend genannten Innendurchmessern zwischen 0,45 und 0,85 und das verengende Element ist eine Venturi-Öffnung.
In Hinblick auf das Problem des Packens des Katalysators sind die durch eine Vorrichtung dieses Typs erreichten Vorteile jenen vergleichbar, die vorstehend anhand des Reaktors von Fig. 1 erläutert wurden.
Da die Beschleunigungseinrichtung für die eingeleitete gasförmige Strömung in diesem Fall jedoch innerhalb einer Leitung liegt, sind ihr Einsetzen und ihre Wartung schwieriger.
Die vorliegende Erfindung stellt auch entsprechende Modernisierungsverfahren eines Reaktors und einer Vorrichtung für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid bereit.
Vorteilhafterweise umfassen diese Verfahren einen Schritt zur Anordnung einer Einrichtung stromaufwärts des Reaktionsraums für eine geeignete Beschleunigung der eingeleiteten, Kohlenmonoxid umfassenden, gasförmigen Strömung.
Auf diese Weise ist es möglich, vorhandene Reaktoren oder eine vorhandene Vorrichtung in einer technisch einfachen Weise und bei geringen Verfahrenskosten zu verändern, um die vorstehend genannten Vorteile zu erreichen und die unter Bezugnahme auf den Stand der Technik aufgeführten Nachteile zu beseitigen.
Vorzugsweise ist die Beschleunigungseinrichtung in einer Gaseinlassdüse oder in einer Beschickungsleitung enthalten und umfasst ein verengendes Element, z. B. vom Venturi-Typ, mit einem Innendurchmesser, der geringer als der Innendurchmesser des diese enthaltenden Elementes ist.
Die zahlreichen, durch die vorliegende Erfindung erreichten Vorteile werden aus der vorstehenden Erläuterung deutlich, insbesondere die Möglichkeit, das Problem des Packens der Oberfläche des im Reaktionsraum enthaltenen Katalysators mittels eines Umbauverfahrens wirksam zu neutralisieren, wenn nicht vollständig zu beseitigen, das sich leicht durchführen lässt und zu einer hohen Produktionskapazität bei geringen Betriebskosten und einem geringen Energieverbrauch führt.

Claims

1. Verfahren für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO&sub2;) mit hohem Wirkungsgrad des Typs, der die Schritte umfasst:

- Einleiten einer Kohlenmonoxid und Dampf umfassenden, gasförmigen Strömung mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in einen Reaktionsraum (3);

- Umsetzen von Kohlenmonoxid und Dampf in dem Reaktionsraum (3), wodurch eine Kohlendioxid umfassende, gasförmige Strömung erhalten wird; dadurch gekennzeichnet, dass es den vorherigen Schritt einschließt:

- Beschleunigen der gasförmigen Strömung stromaufwärts des Reaktionsraumes (3), so dass sich mögliche, in der gasförmigen Strömung mitgerissene Wassertropfen in kleinere Wassertropfen teilen, die entweder zur Mitte der gasförmigen Strömung wandern oder zu Dampf werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigen derart ist, dass die Geschwindigkeit der Kohlenmonoxid umfassenden, gasförmigen Strömung um einen Faktor zwischen dem 1,5- und dem 5-fachen zunimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenmonoxid umfassende, gasförmige Strömung mit einer im Wesentlichen radialen oder axial-radialen Bewegung durch den Reaktionsraum (3) strömt.

4. Reaktor für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO&sub2;) mit hohem Wirkungsgrad des Typs, der umfasst:

- einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel (2);

- mindestens ein Katalysatorbett (4), das in dem Mantel (2) gehaltert ist;

- eine Einlassdüse (10) in Fluidverbindung mit dem Mantel (2), wodurch dem zumindest einen Katalysatorbett (4) eine Kohlenmonoxid und Dampf umfassende, gasfömige Strömung zugeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst:

- eine Einrichtung (12) zum Beschleunigen der gasförmigen Strömung, die stromaufwärts des zumindest einen Katalysatorbettes (4) gehalten wird, so dass sich mögliche, in der gasförmigen Strömung mitgerissene Wassertropfen in kleinere Wassertropfen teilen, die entweder zur Mitte der gasförmigen Strömung wandern oder zu Dampf werden.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12) in der Düse (10) angeordnet ist.

6. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12) ein verengendes Element (13) einschließt, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Düse (10) ist.

7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des verengenden Elementes (13) und dem Innendurchmesser der Düse (10) zwischen 0,45 und 0,85 liegt.

8. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das verengende Element (13) eine Venturi-Öffnung ist.

9. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Katalysatorbett (4) vom radialen oder axial-radialen Typ ist.

10. Vorrichtung für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO&sub2;) mit hohem Wirkungsgrad des Typs, der umfasst:

- einen Umwandlungsreaktor, der einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel und mindestens ein in diesem Mantel gehaltenes Katalysatorbett umfasst;

eine Leitung, um dem Reaktor eine Kohlenmonoxid und Dampf umfassende, gasförmige Strömung zuzuführen;

dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner umfasst:

- eine Einrichtung zum Beschleunigen der gasförmigen Strömung, die in der Leitung gehalten wird, so dass sich mögliche, in der gasförmigen Strömung mitgerissene Wassertropfen in kleinere Wassertropfen teilen, die entweder zur Mitte der gasförmigen Strömung wandern oder zu Dampf werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtung ein verengendes Element einschließt, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Leitung ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des verengenden Elementes und dem Innendurchmesser der Leitung zwischen 0,45 und 0,85 liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das verengende Element eine Venturi-Öffnung ist.

14. Verfahren zur Modernisierung eines Reaktors für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO&sub2;) mit hohem Wirkungsgrad des Typs, der umfasst:

- einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel (2);

- mindestens ein in dem Mantel (2) gehaltenes Katalysatorbett (4);

- eine Einlassdüse (10) in Fluidverbindung mit dem Mantel (2), wodurch dem zumindest einen Katalysatorbett (4) eine Kohlenmonoxid und Dampf umfassende, gasfömige Strömung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte einschließt:

- Anordnen einer Einrichtung (12) zum Beschleunigen der gasförmigen Strömung stromaufwärts des zumindest einen Katalysatorbettes (4), so dass sich mögliche, in der gasförmigen Strömung mitgerissene Wassertropfen in kleinere Wassertropfen teilen, die entweder zur Mitte der gasförmigen Strömung wandern oder zu Dampf werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12) in der Düse (10) angeordnet ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12) ein verengendes Element (13) einschließt, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Düse (10) ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das verengende Element (13) eine Venturi-Öffnung ist.

18. Verfahren zur Modernisierung einer Vorrichtung für die katalytische Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO&sub2;) mit hohem Wirkungsgrad des Typs, der umfasst:

- eine Leitung, um dem Reaktor eine Kohlenmonoxid und Dampf umfassende, gasförmige Strömung zuzuführen;

dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt einschließt:

- Anordnen einer Einrichtung zum Beschleunigen der gasförmigen Strömung in der Leitung, so dass sich mögliche, in der gasförmigen Strömung mitgerissene Wassertropfen in kleinere Wassertropfen teilen, die entweder zur Mitte der gasförmigen Strömung wandern oder zu Dampf werden.