DK166772B1

DK166772B1 - Reguleringsindretning specielt til en ammoniakkonverter

Info

Publication number: DK166772B1
Application number: DK647587A
Authority: DK
Inventors: Hans-Joachim Herbort; Heinz Graeve
Original assignee: Uhde Gmbh
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1993-07-12
Also published as: NO875137L; EP0273231A3; DK647587D0; FI875417A7; EP0273231A2; AU8289987A; ZA879320B; CN1013664B; FI875417A0; AU602744B2; NO168020B; NO168020C; EP0273231B1; NO875137D0; DE3643856C2; DE3776634D1; DK647587A; JPS63248431A; CN87108165A; DE3643856A1

Description

DK 166772 B1

Opfindelsen angår et apparat til regulering af specielt en ammoniakkonverter med mindst en af procesgassen først bestrøget varmeveksler og mindst et af procesgassen efterfølgende bestrøget katalysatorleje, hvorhos procesgassen efter gennem-5 strømningen af katalysatorlejet igen som varmeudvekslingsgas strømmer gennem varmeveksleren, og hvor varmeveksleren og det omgivende første katalysatorleje er rotationssymmetrisk i forhold til et centralt placeret rør, gennem hvilket der strømmer en reguleringsgas med henblik på temperaturstyringen.

10

Fra EP-A-0 114 138 kendes et sådant apparat, i hvilket et centralt rør med henblik på temperaturstyringen går helt gennem en varmeveksler, som et reguleringsgastilføringsrør. Dog 15 sker iblandingen af reguleringsgassen først efter, at procesgassen allerede har gennemstrømmet det første katalysatorleje.

Det første katalysatorleje kan altså ikke selv blive bestrøget af reguleringsgassen.

20 Det er også ved apparater til gennemførelse af exoterme katalytiske gasreaktioner til ammoniak- eller methanolsyntese kendt, til regulering ved hjælp af en særskilt gastilførsel i trykbeholderen, at tilføre f.eks. kold friskgas til procesgasstrømmen i et forkammer til den pågældende varmeveksler, som 25 er tilknyttet det første katalysatorleje, hvorhos der ved det kendte apparat i trykbeholderen er anbragt to katalysatorlejer med hver sin koncentrisk i midten anbragte varmeveksler. Dette fremgår af DE-C-33 43 114.

30 Fra DE-C-27 10 247 kendes en fremgangsmåde, hvor procesgasstrømmen sammensættes af to delstrømme, og hvor mindst den ene af delstrømmene er indstillelig hvad angår temperatur og/eller mængde, så man kan opnå de ønskede procesbetingelser. Sammenføringen af gasstrømmene sker i alle tilfælde før de træder 35 ind i det første katalysatorleje.

Ved de kendte reguleringsindretninger er det i praksis ikke DK 166772 B1 2 muligt ved en omledning at lede reguleringsgassen fuldstændig forbi det første katalysatorleje og den dertil knyttede varmeveksler og dertil at tilsætte den gasstrøm, som allerede har gennemstrømmet det første katalysatorleje og den dertil knyt-5 tede varmeveksler.

Formålet med opfindelsen er at anvise en løsning, som gør det muligt, på ethvert sted i en reaktor, at føre en reguleringsgas, en bratkølingsgas eller en del af procesgasstrømmen med 10 en anden temperatur og/eller andre betingelser ind i den til enhver tid værende gasstrøm, idet løsningen skal være valgt således, at tilsætningskanalen henholdsvis omløbskanalen er udformet fuldstændig aflukkelig eller delvis gennemstrømmelig henholdsvis kan åbnes helt.

15

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at det centralt placerede rør går fuldstændigt igennem katalysatorlejet, og ved sin nedre ende er forsynet med regulerbare udløb med henblik på i det mindste delvis iblanding af reguleringsgas i 20 procesgasstrømmen, før dennes gennemstrømning af katalysatorlejet og med henblik på iblanding af reguleringsgasstrømmen i procesgasstrømmen efter dennes gennemstrømning af katalysatorlejet og varmeveksleren.

25 Med dette apparat bliver der ved hjælp af det centralt placerede regulerbare rør ikke blot opnået, at f.eks. reguleringsgassen i den ene yderstilling løber tværs igennem varmeveksleren, og først derefter bliver ledt ind i processtrømmen, når denne er strømmet igennem det første katalysatorleje og efter-30 følgende har gennemstrømmet varmeveksleren, dvs. f.eks. i den gasstrøm, der skal bestryge det efterfølgende katalysatorleje.

Men det er også muligt at lede reguleringsgas ind før det første katalysatorleje og i mellemstillinger såvel før det første katalysatorleje som også før det efterfølgende kataly-35 satorleje.

I en udførelsesform ifølge opfindelsen omgiver det gennem DK 166772 B1 3 varmeveksleren gående føringsrør for procesgassen det centralt placerede regulerbare rør i afstand. Denne opbygning har den fordel, at udformningen af såvel varmeveksleren som det centralt placerede gennemgående omløbsrør er forholdsvis enkel.

5 Som regel kan særlige rørbøjninger og lignende så undgås.

I en speciel fordelagtig udførelsesform for opfindelsen er fordelingsåbningerne i det centralt placerede rør udformet synkront styrbare i forhold til hinanden. Med denne regulering 10 er det ikke blot muligt at opnå enkelte reguleringsindstillinger, f.eks. på den måde, at et udløb på reguleringsrøret er fuldstændigt lukket, medens det andet er fuldstændigt åbent og omvendt, men man kan også indstille enhver mellemstilling synkront, dvs. reguleringsgassen kan i enhver ønsket delmængde 15 blandes i de til enhver tid værende procesgasstrømme.

Det har vist sig at være hensigtsmæssigt, at det centralt placerede rør med henblik på gennemstrømningsreguleringen har et med aksiale génnembrydninger forsynet lukkestempel, hvorved 20 reguleringsgassens gennemstrømning gennem åbninger i røret kan styres i en strømningskanal, som procesgassen kommer ind i efter den første gennemstrømning af varmeveksleren. Uden at det ville være en begrænsning af opfindelsen, kan denne styremulighed udføres særlig enkelt. Således kan det med aksiale 25 gennembrydninger forsynede stempel enten ved forskydning delvis åbne eller lukke sideåbningerne i den nederste del af det centralt placerede rør, eller det kan ske ved rotation ved en passende stempelopbygning.

30 Ved den før omtalte udførelsesform for opfindelsen med en del af styreorganet opbygget som en cylinder, er det hensigtsmæssigt, at den nedre frie ende af det centralt anbragte rør udmunder i et fordelerkammer for den procegas, som netop for anden gang har gennemstrømmet varme vekslenren, og via et med 35 stemplet forbundet tætningselement er udformet fuldstændig tætnelig.

DK 166772 B1 4

Specielt ved flere katalysatorlejer med dertil indvendigt koncentrisk anbragte varmevekslere, kan ifølge opfindelsen det centralt placerede rør og/eller funktionen af de regulerbare udløb i det mindste gå igennem en yderligere varmeveksler. Her 5 gælder stadigvæk det i indledningen fremførte, nemlig at den særlige fordel ved opfindelsen består i den enkle styring af reguleringsgasstrømmene, hvorved den til enhver tid herskende situation bliver ganske nøjagtig styrbar, da reguleringsgasstrømme altid vil kunne indsættes, der hvor de er påkrævede.

10 I en mere speciel udførelsesform for opfindelsen kan ved en centreret tilstrømning af beholdersvøbet afkølende kold procesgas nedefra gennem et tredje katalysatorleje i forkammeret til den anden varmeveksler være tilvejebragt et reguleringsor-15 gan, som muliggør iblanding af i det mindste en del af den koldere kappegas i procesgassen, før den strømmer ind i det tredje katalysatorleje. Herved kan den koldere kappegas ikke kun gå den sædvanlige opvarmningsvej gennem den anden og den første varmeveksler, men det er derved samtidig muligt at 20 anvende en del som reguleringsgas for det tredje katalysator-leje. Omvendt kan mængderne af kappegas, som bliver ført til ovenfor nævnte første og andet katalysatorleje, naturligvis også styres ved hjælp af dette kredsløb.

25. Endelig kan det være fordelagtigt, når et andet centralt placeret rør går gennem det første centralt placerede rør, hvorhos det andet centralt placerede rør er ført ned til under den følgende varmeveksler og tjener til iblandingen af reguleringsgas i procesgasstrømmen, før det tredje katalysatorleje.

30 På dette sted skal det bemærkes, at den trinvise opbygning af i hinanden anbragte centrerede rør, der muliggør tilstrømning af flere reguleringsgasstrømme, ikke kun er begrænset til den todelte opbygning. Afhængigt af antallet af trin kan der være 35 tilvejebragt flere sådanne koncentriske rør.

5 DK 166772 Bl

Opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et snit gennem et apparat ifølge opfindelsen med 5 to katalysatorlejer og en reguleringsindretning, fig. 2 snit gennem en anden udførelsesform med tre katalysatorlejer, 10 fig. 3 en anden udførelsesform for opbygningen vist i fig. 2, fig. 4 endnu en udførelsesform for opfindelsen, og fig. 5 en anden opbygning af en regulering som den, der anven-15 des i udførelsesformen i fig. 4.

Apparatet, som helhed betegnet med 1, består i det væsentlige af en trykbeholder 2, hvor der i det i fig. 1 viste eksempel er to katalysatorlejer. I de udførelsesformer, der er vist i 20 fig. 2 til 4, er tre katalysatorlejer anbragt koncentrisk i forhold til centeraksen 3. Det øverste og første katalysatorleje er betegnet med 4, det andet med 5 og det nederste og sidste (i den udførelsesform, der er vist i fig. 2 til 4) med 6.

25

Inden i det første katalysatorleje 4 er der anbragt en første varmeveksler 7, hvorhos der i udførelsesformerne ifølge fig.

2-4, er anbragt en anden varmeveksler 8 inden i det andet katalysatorleje 5, og hvor varmevekslerne 7 og 8 i sidstnævnte 30 tilfælde funktionsmæssigt er koblet efter hinanden. Katalysatorerne, inklusive varmevekslerne, er omgivet af en indhyld-ningsvæg 9, der er således afpasset, at der mellem den indvendige overflade af beholdervæggen og indhylningsvæggen 9 opstår et gennemgående ringformet hulrum 10.

35

Ved udførelsesformen i fig. 1 strømmer en kølegas ind fra oven i apparatet 1 gennem en studs 11, derefter gennem det ringfor- DK 166772 B1 6 mede hulrum 10 og kommer ud forneden sammen med kredsløbsgassen gennem en studs 12. Den øvre indgangsstuds for kredsløbs-gassen er betegnet med 13. Koncentrisk anbragt inden i varmeveksleren 7 er et rør 14, som gennem en tilførselsstuds 15 kan 5 forsynes med gas til reguleringen.

Dette centralt placerede rør udmunder i et fordelerkammer 16 for den procesgas, som allerede har gennemstrømmet det første katalysatorleje 4 både indvendigt og udvendigt på varmeveksle-10 ren 7 og føringsrørene 30.

Nedenfor den første varmeveksler 7 er tilvejebragt endnu et fordelerkammer 17 gastæt adskilt fra fordelerkammeret 16, hvortil procesgassen når, efter at den er strømmet udvendigt 15 på føringsrørene 30 i varmeveksleren 7, og hvorfra den tilføres katalysatorlejet 4. I dette område har det centralt placerede rør 14 åbninger 18, hvorigennem i det mindste en del af den gennem det centralt, placerede rør 14 strømmende reguleringsgas kan strømme ind i fordelerkammeret 17. Ved hjælp af 20 en styrestang 19, som i området ved slidserne 18 har et med aksiale gennemgående huller forsynet aflukningsstempel 20, og som i sin nedre frie ende har en lukkeprop 21, kan opnås en regulering af styregassen og en procentuel fordeling af del-strømme af styregassen til fordelerkammeret 16 og fordelerkam-25 meret 17.

Apparatet fungerer som følger:

Hvis f.eks. styrestangen 19 er blevet trukket helt op i ret-30 ning af dobbeltpilen 22, så lukker proppen 21 den nedre frie ende af det centralt placerede rør 14 samtidig med, at slidserne 18 er fuldstændigt åbne. Reguleringsgassen strømmer nu kun gennem slidserne 18 ind i rummet 17, dvs. den blandes med procesgasstrømmen, før dennes gennemstrømning af katalysator-35 lejet 4.

Bliver styrestangen 19 nu ført nedad, åbner aflukningsproppen DK 166772 B1 7 21 den nedre afgangsåbning, efterhånden som slidserne 18 bliver lukket, så at der ved den nedre hvilestilling aflukkes fuldstændigt for slidserne 18, medens den nedre åbning af det centralt placerede rør 14 er fuldstændigt åben ud mod forde-5 lerkammeret 16, således at den totale reguleringsgasstrøm faktisk tilføres i form af en omledning dertil og blandes med procesgasstrømmen, som både har gennemstrømmet det første katalysatorleje og varmeveksleren 7 indvendigt og udvendigt.

10 Dele i de efterfølgende udførelsesformer, der er funktionsmæssigt ens, er betegnet med det samme henvisningstal efterfulgt af små bogstaver:

Ved udførelsesformen ifølge fig. 2 er forholdene i det væsent-15 lige de samme, dog med den ændring, at procesgassen bliver tilført fra oven som en delstrøm centralt gennem en rørstuds 13a og en del gennem en rørstuds 11a som afkølende kappegas, der derefter gennemstrømmer det tredje katalysatorleje 6a nedefra gennem et i dennes midte placeret stigrør 23, og der-20 efter den anden varmeveksler 8 og til sidst ind i blandings-kammeret 17a. Fordelingen af styregassen løses her på samme måde, som i udførelsesformen ifølge fig. 1.

Det forholder sig på lignende måde med udførelsesformen i fig.

25 3; her bliver i hvert fald kredsløbsgassen tilført i tre del strømme via en øvre til føringsstuds 13b, en øvre første kap-pegastilføringsstuds llb og yderligere via en nedre kappegastilførselsstuds 24. Her bliver via radielle sammenføringskanaler 25 kappegasstrømmen fra oven og fra neden, nedenunder den 30 anden varmeveksler 8b, samlet i et fælles forkammer 26 og ført opefter. Iblandingen af reguleringsgas opnås her igen på samme vis.

I en anden udførelsesform består styringen ifølge fig. 4 i, at 35 styrestangen 19c der går fuldstændigt igennem den første varmeveksler 7c og den anden varmeveksler 8c og regulerer tilførselen af den nedefra gennem den centralt placerede tilførsels-

Claims

30 Patentkrav.
1. Apparat til regulering af især en ammoniakkonverter med mindst en af procesgassen først bestrøget varmeveksler (7) og 35 mindst et af procesgassen efterfølgende bestrøget katalysatorleje (4) , hvorhos procesgassen efter gennemstrømningen af katalysatorlejet, igen som varmeudviklingsgas strømmer gennem DK 166772 B1 9 varmeveksleren, og hvor varmeveksleren og det omgivende første katalysatorleje er rotationssymmetrisk i forhold til et centralt placeret rør (14), gennem hvilket der strømmer en reguleringsgas med henblik på temperaturstyringen, kende-5 tegnet ved, at det centralt placerede rør (14) går fuldstændigt igennem katalysatorlejet, (4, 5, 6), og ved sin nedre ende er forsynet med regulerbare udløb (18) til i det mindste delvis iblanding af reguleringsgassen i procesgasstrømmen før dennes gennemstrømning af katalysatorlejet (4) og til iblan-10 ding af reguleringsgasstrømmen i procesgasstrømmen efter dennes gennemstrømning af katalysatorlejet (4) og varmeveksleren (7) .
2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de 15 gennem varmeveksleren (7) gående føringsrør (30) for procesgassen i afstand omgiver det centralt placerede regulerbare rør (14 eller 28).
3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, 20 at fordelingsåbningerne i det centralt anbragte rør (14) er udformet synkront styrbare i forhold til hinanden. 1 2 Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-3, kende -tegnet ved, at det centralt placerede rør (14) med hen- 25 blik på gennemstrømningsregulering har et med aksiale huller forsynet lukkestempel (20), hvorhos reguleringsgassens gennemstrømning gennem åbningerne (18) i røret (14) kan styres i en strømningskanal (17) , hvortil procesgassen kommer efter den første gennemstrømning af varmeveksleren (7). 30 2 Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den nedre frie ende af det centralt anbragte rør (14) udmunder i et fordelerkammer (16) for den procesgas, som netop for anden gang har gennemstrømmet varmeveksleren, og ved hjælp af et med 35 stemplet (20) forbundet tætningselement (21) er udformet fuldstændigt tætnelig. DK 166772 B1 10
6. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-5, kendetegnet ved, at ved flere end to katalysatorlejer (4-6) med varmevekslere (7, 8) , gennemtrænger det centralt placerede rør (28) og/eller funktionen (19c) de regulerbare udløb i 5 mindst en yderligere varmeveksler (8).
7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at ved en centralt placeret tilstrømning (23) for beholderkappen (2) afkølende, kold procesgas nedefra gennem et tredje katalysa- 10 torleje (6) til forkammeret (26) for den anden varmeveksler (8), findes et reguleringsorgan (27), som muliggør iblandingen af i det mindste en del af den koldere kappegas i procesgassen før denne kommer ind i det tredje katalysatorleje (6c).
8. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-7. kende tegnet ved, at det første centralt placerede rør (14d) er gennemtrængt af et andet centralt placeret rør (28), hvor det andet centralt placerede rør (28) er ført ned til under den efterfølgende varmeveksler (8) og tjener til iblandingen af 20 reguleringsgas i procesgasstrømmen, før det tredje katalysatorleje (6) . 25