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Vorrichtung für die Erhitzung von flüssigen, dampfförmigen, gasförmigen
oder festen Stoffen und Verfahren zu deren Betrieb Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung für die Erhitzung von flüssigen, dampfförmigen, gasförmigen oder
festen Stoffen mit Hilfe eines Heizmittels. das brennbare Stoffe enthält und das
durch katalytische Verbrennung der brennbaren Stoffe oder eines Teiles derselhen
auf eine gewünschte Temperatur gehracht wird. Sie eignet sich beispielsweise für
die Aufheizung solcher Stoffgemische, die in einem optimalen Temperaturbereich verlaufenden
Reaktionen unterworfen werden sollen, z. B. für die Erhitzung auf Reaktionstemperatur
von Benzol, Benzinen oder anderen höher- oder tiefersiedenden Fraktionen von aromatischen
und aliphatisehen Kohlenwasserstoffen. wie Erdölkohlenwasserstoffen, Destillationsprodukten
aus festen Brennstoffen oder anderen organischen oder anorganischen Produkten, oder
deren Gemischen zwecks katalytischer hydrierender Raffination oder mehr oder weniger
weitgehender Spaltung bzw. l;'mwandlung in andere chemische Verbindungen. wobei
sie den Vorteil hat. daß die RVärmeübertragung so geregelt werden kann. daß unerwünschte
thermische Zersetzungen. z. B. Verkokungen. Krackungen od. dgl., unterbleiben oder
auf ein gewünschtes WIaß eingeschränkt werden. Ferner kann die Vorrichtung gemäß
der Erfindung zur Erhitzung von Gasen. z. B. in Verbindung mit dem Gasturhinenbetrieh
od. dgl.. dienen.
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Die Vorrichtung zur mittelbaren Erhitzung von gas- oder dainpfförmigen
oder flüssigen Stoffen oder Gemiscllen dieser Stoffe. die auch noch feste Stoffe
enthalten können. oder von körnigen Stoffen in einem N'ärni eaustauscher mittels
Gasen. die durch Verbrennung von in ihnen enthaltenen oder ihnen zugeführten lrennbaren
5 toffen an Katalysatoren erhitzt werden. wird erfindungsgemäß derart ausgebildet.
daß zwei oder mehrere Katalysatoreinheiten. vorteillhaft in Form von mit Abstand
aufeinanderfolgende Schichten oder von Rohren bzw. Rohrgruppen. die mit dem Katalysator
gefüllt sind, zu einer technischen Einheit mit gemeinsamer Zuführung für mindestens
den der wärmeliefernden Realition zu unterwerfenden brenn-I,al-en Stoff und rnit
gemeinsamem Gehäuse verbunden sind. Auch der Wärmeaustauscher, in dem das am Katalysator
durch katalytische Verbrennung erhitzte Heizmittel seine Wärrne an das zu erhitzende
Mittel abgil)t. kann in diesem Gehäuse untergebracht sein.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin. daß die Erhitzungstemperaturen
des Heizmittels und der aufzuheizenden Stoffe sdhr genau geregelt werden können
und daß man diese Regelungsmöglichkeit mit ungewöhnlicher 13etriebssicherheit in
der Hand hat, wobei gleichzeitig durch die flammenlose Verbrennung die Gefährdung
der Betriebe durch Brand wesentlich verringert wird. Weitere Vorteile bestehen in
der
Einfachheit der Apparatur. in der Wirtsclhaftlicthkeit der Aufheizung und in
der Älöglichkeit. Gase mit verhältnismäßig geringen Gehalten an brennbaren Stoffen
nutzl)ringend zu verwerten.
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Als Katalysatoren können die üblichen Katalysatoren verwendet werden.
z.n. Kohalt-. Molybdän-oder ähnliche schwefelfeste Katalysatoren. oder Platinmetallkatalysatoren.
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Beispielsv.-eise kann der Wärmeaustauscher in Form eines Rohrbündels
oder auch mehrere Rohrbündel, durch die das zu erhitzende Mittel geführt wird, in
einem Gehäuse untergebradht sein in dem gleichzeitig mehrere Katalysatorschiehten
übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, die die Rohre des oder der Rohrbündel
umgehen, wobei die Katalysatorschichten auf bzw. zwischen Rosten angeordnet sind,
die zwecks leidhteren Ausbaues oder Ersatzes auch geteilt sein können. Das brennbare
Bestandteile enthaltende Heizmittel wird nacheinander durch alle Katalysatorschichten
geführt und auf diese Weise um eine durch die SIenge der zugesetzten Luft, sauerstoffangereicherter
Luft. Sauerstoff od. dgl. bestimmte Temperaturspanne erhitzt. Schon in der Schicht
selbst und in dem Raum zwischen dieser Schicht und der nächsten gibt es Wärme mittelbar
an das aufzuheizende Mittel ab. und es wiederholt sich dieser Vorgang in und zwischen
den folgenden Schichten.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung werden die Katalysatorschichten
in einem Gehäuse auf gegebenenfalls unterteilten Rosten untergebracht und der Wärmeaustauscher
für sich in einem anderen. Die Katalysatorschichten sind dabei voneinander
getrennt.
und es wird das in einer Katalysatorschicht erhitzte Heizmittel durch eine Abteilung
des Wärmeaustauschers geleitet. Von dieser geht es nach Wärmeabgal>e an das aufzu,heizende
Mittel in die zweite Katalysatorschicht, um darauf in einer folgenden Abteilung
des Wärmeaustauschers zur weiteren Erhitzung des aufzuheizenden Mittels zu dienen.
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Diese Vorgänge können sich noch einmal oder noch mehrere Male wiederholen,
z. B. entsprechend den Mengen des aufzuheizenden Mittels und der Temperatur. auf
die dieses gebracht werden soll.
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Man kann auch die Wärmeaustauschrohre, die. einzeln oder zweckmäßig
zu zwei oder mehreren zu Bündeln zusammengefaßt. mit z. B. zylindrischen Mänteln
versehen sind, oben und unten mit einem Gehäuse umgehen. in dem einmal oder mehrmals
unterteilte Katalysatorschichten und ebenfalls unter teilte Gasräume über und unter
den Katalysatorschichten vorgesehen sind. Das Heizmittel, das in einer Katalysatorschicht
durch katalytische Verbrennung erhitzt worden ist. wird dann durch ein Rohr oder
Rohrbündel geleitet, in dem es Wärme an das aufzuheizende Mittel abgibt. Am anderen
Ende des Rohres oder Rohrhündels gelangt es wieder zwecks Aufheizung in eine Katalysatorschicht,
aus dieser in ein Rohr oder Rohrbündel, und es können sich diese Erhitzungs- und
Wärmeaustauschvorgänge in einem gewünschten Ausmaße wiederholen. Das aufzuheizende
Mittel kann parallel durch die Rohre oder Rohrbündel oder nacheinander durch zwei
oder mehrere geführt werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin. daß der
Katalysator in zwei oder mehreren Rohren oder Rohrgruppen untergebracht ist, durch
die das Heizmittel nacheinander geführt werden kann.
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Das zu erhitzende Mittel wird durch ein die Rohre umgehendes Gehäuse
geleitet und nimmt von den Rohrwänden die erforderliche Wärme auf.
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In den die Rohre umgebenden Räumen bzw. zwischen den Katalysatorschichten
können Leitbleche zur Begünstigung des Wärmeaustausehes vorgesehen sein.
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Auch kann man die Roste, auf denen oder zwischen denen der Katalysator
untergebracht ist, zwecks leichteren Ausbaues bzw. Auswechselns unterteilen und
die Rohre des Wärmeaustauschers bzw. die mit Kontakt gefüllten Rohre mit Kompensatoren,
die z. B. aus geschweißten Wellrohrstücken bestehen können, zum Ausgleich der Wärmedehnungen
ausstatten.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung
gemäß der Erfindung veranschaulicht. An Hand dieser Ausführungsformen soll Linie
Erfindung näher erläutert werden.
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Ahl). 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine erfintlungsgemaße
Vorrichtung stehender Bauart und Al>h. 2 ein Schnitt nach Linie A-A in Abb. 1;
in Ahh. 3 und 4 ist eine entsprechende Vorrichtung liegender Bauart in der gleichen
Weise dargestellt; dabei ist Abt). 4 ein Schnitt nach Linie B-B in Abb. 3; Abb.
5 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine andere Ausführungsform mit getrennten
Gehäusen für die Katalysatorschichten und den Wärmeaustauscher, während Abb. 6.
wieder im senkrechten Schnitt, eine weitere Ausführungsform stehender Bauart wiedergibt;
Abh. 7 und 8 sind Schnitte nach den Linien C-C bzw. D-D von Abb. 6; in der Vorrichtung
nach Abb. 9 ist der Katalysator in den Rohren eines Rdhrhündels untergebracht, während
das aufzuheizende Mittel den Raum um die Rohre durchzieht; Abb. 10 ist ein Schnitt
nach Linie E-E in Ahb. 9.
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Die Vorrichtung nach Abb. 1 und 2 besteht aus einem druckfesten.
z. B. zylindrischen Mantel 1 mit an seinen beiden Enden angeschweißten Rohrplatten
2, welche an ihrem Umfang als Flansche ausgebildet sind, einem oder mehreren Röhrenbündeln
3 zur l>ertragung von Wärme aus dem die Rohre umgebenden Raum an das in den Rohren
aufzuheizende Mittel und den beiden Deckeln 4 und 5 mit Flanschen 6 zum Anschluß
an den Behälter 1. Die Deckel haben Stutzen 7 und 8 zur Verbindung mit den Zu- und
Abführungen für das zu erhitzende Mittel. In dem vom Mantel 1 umgebenen Raum 9 sind
ein Rost oder mehrere Roste 10 zur Halterung von Katalvsatorschichten 11 vorgesehen.
ferner Leitbleche 12 zur Führung der wärmeabgebenden Gase um die Wärmeaustauschrohre
3. Die Stutzen 13 dienen zum Einfüllen, die Stutzen 14 zur Entleerung des Katalysators
und die Stutzen 15 und 16 zum Anschluß der Leitungen für den Eintritt und die Abfiirhrung
des Heizmittels. Durch die Stutzen 17 kann Verbrennungsluft vor den einzelnen Katalysatorschichten
zugeleitet werden.
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Das auf die erforderliche Zündtemperatur von etwa 200 bis 2500 C,
z. B. durch Wärmeaustausch mit dem austretenden Verbrennungsgas aufgewärmte Heizgas.
z. B. Kokereigas. Stadtgas, Generatorgas, Erdgas.
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Gase von Erdöl- oder Teeröl- od. ä. Raffinationsanlagen, oder andere
Gase, die ausreichende Mengen brennbarer Bestandteile enthalten, tritt durch den
Stutzen 15 oben in den Raum 9 ein. in dem es je nach den örtlichen Betriebsverhältnissen
auch schon Wärme aufnehmen oder abgehen kann. Es vermischt sich darin mit der durch
den obersten Stutzen 17 zugeführten Verbrennungsluft und gelangt in die um die Wärmeaustauschrohre
3 gelagerte erste Katalysatorschicht 11. Hier wird der im Gemisch von Luft und Heizmittel
enthaltene Sauerstoff infolge der Anwesenheit des Katalysators hei verhältnismäßig
niedriger Zündtemperatur von etwa 200 bis 2500 C für die flammenlose Verbrennung
eines Teiles der brennbaren Gashestandteile verbraucht. Die frei gewordene Wärme
bewirkt eine Temperaturerhöhung des Heizgases entsprechend der zugeführten Luftmenge.
Dabei kann Wärme schon innerhalb der Katalysatorschicht an die Wärmeanstauschrohre
3 abgegeben werden.
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Das aus der ersten Katalysatorschicht mit Temperaturen von z. B.
etwa 350. 400 oder 4500 C austretende Heizmittel wird zwecks guter Wärmeabgabe an
das in den Rohren 3 strömende. aufzuheizende Mittel in dem folgenden Teil des Raumes
9 durch die Leitbleche 12 wiederholt umgelenkt und im wesentlichen quer zum Röhrenbündel
geführt. Die Temperatur des Heizmittels nimmt dabei entsprechend ab.
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Vor Erreichen der zweiten Katalysatorschicht wird dem Heizmittel
durch den zmeitol>ersten Stutzen 17 wieder Verbrennungsluft zugemischt. Das Gemisch
durchströmt hiernach die zweite Katalysatorschicht und wird darin erneut durch katalytische
Verbrennung erwärmt. Die durch katalytische Verbrennung von im Heizmittel enthaltenen
brennbaren Bestandteilen gebildete Wärmemenge wird. ebenso wie nach der ersten Aufheizung.
bereits im Kontakt und dann im darauffolgenden Teil des Raumes 9 mittelbar an das
aufzuheizende Mittel abgegeben. Diese katalytische Vertrennung und die anschließende
Wärmeabgabe an das aufzuheizende Mittel wiedecholen sich in der in der Abb. 1 dargestellten
Vorrichtung beispielsweise noch zweimal. Die Zahl dieser Wiederholungen kann aber
auch größer als insgesamt drei oder auch kleiner gehalten werden. Nach der letzten
Stufe verläßt das Heizmittel durch den Stutzen 16 den Apparat.
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Das zu erhitzende Medium wird durch den Stutzen 7 in den Raum über
dem unteren Deckel 4 geleitet. strömt durch die Wärmeaustauschmhre 3 und verläßt
am gegenüberliegenden Ende des Raumes 9 den Apparat mit der gewünschten Temperatur.
Das zu erhitzende Mittel kann auch in einem Teil der Rohre aufwärts und einem anderen
Teil der Rohre abwärts geführt werden. Statt des einen Rohrbündels nach Ahh. 1 und
2 sind dann zwei. drei oder noch eine größere Anzahl von Rohrbündeln vorgesehen.
Beispielsweise strömt das zu erhitzende Mittel im ersten Rohrbündel aufwärts. im
zweiten abwärts und im dritten wieder aufwärts, um dann aus dem Erhitzer abgeleitet
zu werden. oder es werden nur zwei Rohrbündel vorgesehen. Dann hat das erhitzte
Mittel die gewünschte Temperatur bereits am Ende des zweiten Rohrbündels erreicht.
aus dem es den Erhitzer verläßt. Sind noch mehr Rohrbündel als drei vorhanden, so
kann das zu erhitzende Mittel entweder nacheinander durch alle Rohrbündel geleitet
werden, oder es können zwei oder mehrere Rohrbündel in bezug auf den Gasdurchgang
parallel geschaltet werden.
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Für die Vorrichtung nach Ahb. 3 und 4 mit liegender Bauart sind ein
großer Teil derselben Konstruktionselemente verwendet worden. die auch die Vorrichtung
nach Abb. 1 und 2 aufweist. So stimmen in beiden Ausführungsformen der Mantel 1
mit dem von ihm umgebenen Heizraum 9. mit der Zuführung 15 und der Abführung 16
für das Heizmittel und den Leitblechen 12 sowie die Konstruktion der Deckel 4 und
5 mit den Flanschen 6 und den Zu- und Abfülhrungen 7 und 8 für das aufzuheizende
Mittel sowie die Rolhrplatten 2. die Rohre 3 und die Leitbleche 12 und die Ausbildung
der Luftzuführungen 17 überein Nur sind statt der waagerechten Roste 10. auf denen
die Katalysatorschicht 11 nach Abb. 1 und 2 ruht. in Abb. 3 senkrechte Rostpaare
18 vorgesehen. und es liegt zwischen jedem Rostpaar eine Katalysatorschicht. Ferner
ist die (5ffnung 14 für den Austrag des Katalysators unter der Öffnung 13 angeordnet.
durch die der Katalysator eingefüllt wird.
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Die Führung der aufzuheizenden Mittel und die des Heizmittels sowie
die Zuführung der Verbrennungsluft können bei diesen beiden Ausführungsformen der
Erfindung in der gleichen Weise gestaltet werden.
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In der Vorrichtung nach Abb. 5 erfolgt die katalytische Verbrennung
einerseits und der Wärmeaustausch andererseits in getrennten Behältern 21 und 22.
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Der z. B. zylindrische, stehende Katalysatorhehälter 21 hat unten
den Boden 23 und oben den mit dem Anschluß 25 für die Zuführung des Heizmittels
ausgestatteten Boden 24. Die Katalysatorschichten 26 ruhen auf den Rosten 27. Am
Mantel des Behälters 21 sind die Stutzen 28 zum Einfüllen des Katalysators und die
Stutzen 29 zum Abziehen des Katalysators vorgesehen. und es ist der Behälter 21
durch die Zwischenböden 30 in mehrere Abteilungen 31. 32. 33, 34 geteilt. Von diesen
Abteilungen führen Leitungen 35, 36, 37, 38 zu den entsprechenden Abteilungen 39,
40, 41, 42 des Wärmeaustauschers. Diese Abteilungen sind in dem druckfesten Mantel
22 durch Zwischenböden 43 geschaffen. Dabei werden zweckmäßig die Zwischenböden
43 sowie 30 an ihren Außenrändern mit den Mänteln 22 bzw. 21 durch Schweißen verbunden
und die Abdichtung der Zwischenböden 43 gegen die Rohre 46 durch Aufweiten der Rohre
hergestellt.
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Am druckfesten Mantel 22 sind oben und unten Rohrplatten 44 und 45
angeschweißt. in denen die Wärmeaustauscherrolire 46 befestigt sind und deren Ränder
47 und 48 als Flansche ausgebildet sind. In den beiden
Deckeln 49 und 50 des Wärmeaustauschers
sind die Stutzen 51 bzw. 52 für die Zuführung bzw. Abführung des zu erhitzenden
Mittels vorgesehen. Ferner sind die Räume 53 des Wärmeaustauschers mit Umlenkblechen
54 ausgestattet. Aus den Abteilungen 39, 40, 41 des Wärmeaustauschers führen Leitungen
55, 56, 57 zu der jeweils nächsttieferen Katalysatorschicht. Aus der letzten Abteilung
42 des Wärmeaustauschers wird das Heizmittel durch den Stutzen 58 abgezogen.
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59, 60. 61 sind die Zuführungen für Verbrennungsluft zu den Verbindungsleitungen
55, 56 und 57.
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Das auf die erforderliche Zündtemperatur von etwa 200 bis 2500 C,
z. B. durch Wärmeaustausch mit dem austretenden Verbrennungsgas vorgewärmte Heizmittel
tritt durch den Stutzen 25 in die erste Abteilung 31 des Kontaktbehälters, vermischt
sich mit der durch den Stutzen 62 zugeführten Verbrennungsluft und gelangt in die
erste Katalysatorschicht. In dieser wird der im Gemisch von Luft und Heizmittel
enthaltene Sauerstoff für die Verbrennung eines Teiles des gasförmigen Heizmittels
verbraucht.
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Die dabei entwickelte Wärme bewirkt eine Temperaturerhöhung des Heizmittels.
entsprechend der eingespeisten Luftmenge. Das erhitzte Heizmittel gelangt durch
die Leitung 35 in die erste Abteilung 39 des Wärmetauschers und gibt dort seine
Wärme an das in den Rohren 46 strömende Medium ab. Es wird dabei auf etwa 200 bis
2500 C abgekühlt und geht durch die Leitung 55 vor die nächste Katalysatorschicht
32. Unterwegs wird ihm durch den Stutzen 59 wieder Verbrennungsluft zugemischt.
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Das Gemisch durchströmt die zweite Katalysatorschicht. wird durch
teilweise Verbrennung wieder erwährt und setzt seinen Weg in analoger Weise durch
alle Abteilungen des Wärmeaustauschers und alle Kontaktschichten fort. bis es als
Restgas durch den Stutzen 58 die Vorrichtung verläßt. Die Zahl der Kontaktscghichten
und der Abteilungen des Wärmetauschers ist nicht auf vier beschränkt. Sie kann vielmehr
in weiten Grenzen geändert werden.
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Das zu erhitzende Medium wird bei 51 durch den Boden 49 in den Wärmetauscher
eingeleitet, strömt durch die Wärmetauscherrohre46 und verläßt durch den Stutzen
52 den Wärmeaustauscher mit der gewünschten Temperatur. Statt eines Rohrbündels
können auch hier zwei oder mehrere, z. B. in der oben in Verbindung mit Abb. 1 und
2 beschriebenen Weise, zur Anwendung gelangen.
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In der Vorrichtung nach Abb. 6, 7 und 8 umgeben zwei Katalysatorschichtengehäuse
70 und 71 vier Rohrbündel 72. 73, 74. 75, die in druckfesten, zweckmäßig zylindrischen
Mänteln 76, 77, 78, 79 untergebracht sind. Die Katalysatorschichten in den Gehäusen
70 und 71 und die Räume über und unter den Katalysatorschichten sind durch Wände
80 und 81 unterteilt. und zwar derart, (laß die Wände 80 in einem Winkel von 900
zu den Wänden 81 sich erstrecken. Dadurch entstehen die Katalysatoreinheiten oder
-teilschichten 82, 83, 84 und 85, die von gegebenenfalls unterteilten Rosten 110
getragen werden. Diese sind außerdem durch Wände 86, 87, 88, 89 bzw. 90, 91. 92.
93 gegen die Räume 94 und 95 bzw.
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96 und 97 abgegrenzt. Ferner werden durch die Trennwände 80 und 81
über der obersten Katalysatorschicht die Gasräume 111 und 113 und über der untersten
Katalysatorschicht die Gasräume 131 und 133 gebildet, während unter den Katalysatorschichten
im Gehäuse 70 die Gasräume 112 und 114 und im Gehäuse 71 die Gasräume 132 und 134
sich ergeben. Eine Zuführung 135 für das Heizmittel ist am Raum 111
und
eine Abführung 136 für das Heizmittel ist am Rohrbündel 73 vorgesehen. 98, 99, 123
und 124 sind Luftzufiihrungen. Mehrere Stutzen 100 dienen in der obersten und in
der untersten Katalysatorschicht für das Einfüllen und das Austragen des Katalysators.
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Die Rohrbündel 72, 73, 74 und 75 und ihre Mäntel 76, 77, 78 und 79
sind oben und unten in den Rohrplatten 101 bzw. 102 befestigt. Diese haben an ihren
Rändern Flansche 103 und 104, an denen die Deckel 105 und 106 befestigt werden können.
107 ist die Zuführung für das aufzuheizende und 108 die Abführung für das aufgeheizte
Mittel. Der Raum zwischen dem Deckel 106 und dem Rohrboden 101 ist durch die \NTan(l
109 unterteilt. die den Weg zur Leitung des zu erhitzenden Mittels durch die Rohrbündel
herstellt.
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Das auf Zündtemperatur vorgewärmte gasförmige Heizmittel. das durch
den Stutzen 135 in den Raum 111 gelangt, strömt nach Mischung mit durch den Stutzen
98 zugeführter Verbrennungsluft in die erste Katalvsatorteilschicht 82. Darin wird
der im Gemisch enthaltene Sauerstoff für die katalytische Verbrennung eines Teiles
der im Heizmittel enthaltenen hrennbaren Bestandteile verbraucht, und es steigt
die Heizgastemperatur entsprechend, z. B. um 100 bis 2500 C.
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Das Heizmittel gelangt aus der Katalysatorschicht 82 durch die Gasräume
112 und 95 und tritt aus 95 oben durch die Öffnung 115 in den Mantel 76 des Rohrbündels
72 ein. Es bewegt sich darin abwärts, wobei es Wärme an das durch die Rohre geleitete
zu erhitzende Mittel abgibt. Aus dem Rohrbündel 72 tritt es, nachdem ihm durch die
Zuführung 99 Luft für eine meitere Teilverbrennung zugemischt ist, unten durch die
Öffnung 116 in den Gasraum 96 über. Durch diesen und den Gasraum 131 gelangt es
in die Katalysatorteilsehicht 84 und nach Verbrennung eines weiteren Teiles seiner
brennbaren Bestandteile und entsprechende Wiedererhitzung durch den Raum 132 und
die Öffnung 117 in den Mantel 79 des Rohrbündels 75. In diesem strömt es aufwärts
und geht seinen NVeg nach einem dritten Luftzusatz aus der Zuführung 123 weiter
durch Öffnungen 118 in der Wand des Mantels 79, durch den Gasraum 113 in die Teilschicht
83. Aus dieser tritt es nach Wiedererhitzung durch Teilverl)renllung durch die Gasräume
114 und 94 und die Öffnung 119 in den Mantel 78 des Rohrl)iindels 74. In diesem
wiederholt sich die weitere Erhitzuiig des durch die Rohre geführten Mittels in
der gleichen Weise, wie sie in den Rohren der Bündel 72 und 75 geschah und dann
in den Rohren des Bündels 73 fortgesetzt wird. Das Heizmittel strömt mit entsprechend
verminderter Temperatur und nach einem vierten Zusatz von Verbrennungsluft bei 124
aus dem Rohrhündel 74 durch eine Öffnuiig 120 im Mantel 78 und die Gasräume 97 und
133 in die Teilschicht 85 und aus dieser durch den Raum 134 und die Öffnung 121
in den Mantel 77 des Rohrbündels 73, aus dessen oberen Ende es durch die Abführung
136 den Erhitzer verläßt. Das zu erhitzende Mittel, das durch den Stutzen 107 zugeführt
wird. kann entweder parallel alle oder, wie in den Abb. 6. 7, 8 dargestellt. hintereinander
zwei oder auch mehrere Rohrbündel durchströmen. Durch den Stutzen 108 verläßt das
erhitzte Mittel den Wärmetauscher. Zum Beispiel kann die Vorrichtung so ausgestaltet
werden, daß der Weg des zu erhitzenden Mittels aus dem Raum 137 unter dem Deckel
106 durch die Rohre der Bündel 74 und 75 abwärts geht. Aus diesen Bündeln tritt
das erhitzte Mittel in den Raum über dem Deckel 105 aus, strömt durch die Rohrbündel
72 und 73 aufwärts, um oben durch den Raum 129 und den Stutzen 108 mit
der gewünschten
Temperatur den Erhitzer zu verlassen. Der Raum unter dem Deckel 106 ist dann durch
die Wand 109 in die Räume 137 und 129 unterteilt.
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Soll das zu erhitzende Mittel nacheinander durch alle Rohrhündel
hindurchgehen. so werden die Räume unter den Deckeln 105 und 106 mit entsprechenden
Trennwänden ausgestattet.
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Die Zahl der Kolltalitliammern sowohl als die der Rohrbündel kann
auch größer oder kleiner, als in den Abb. 6, 7. 8 dargestellt. gewählt werden.
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Die mit dem Katalysator gefüllten Rohrgruppen 138, 139, 140 der Ausfiihrungsform
der Erfindung nach Abh. 9 und 10 sind in den Rohrplatten 141 und 142 hefestigt.
Mit den Rohrplatten, deren Ränder z. B. als Flansche ausgebildet sind. sind die
Deckel 143 und 144 gasdicht verbunden. 145 ist der Beshältermantel. der oben und
unten von den Rohrplatten abgeschlossen ist. Die Räume unter dem Deckel 143 und
über dem Deckel 144 sind, z. B. durch eingeschweißte Trenubleche 146 und 147. unterteilt.
Der obere Rost 148 und tiiitere Rost 149 dienen zur Halterung des Kontaktes. Das
auf Zündtemperatur vorgewärmte Heizgas tritt durch den Stutzen 150 in die Kammer
151 unter dem oberen Deckel 143, vermischt sich mit der durch Stutzen 152 zugegebenen
Verbrennungsluft und gelangt in die ersten mit Katalysator gefüllten Rohre 138.
Hier wird der im Gemisch enthaltene Sauerstoff durch katalytische Verbrennuiig umgesetzt.
Die dabei frei gewordene Wärme wird durch die Rohrwandung an das um die Rohre strömende
Medium abgegeben. Nach Austritt der Heizgase aus den ersten Kontaktrohren 138 in
den Umleitungsraum 159 wird ihnen eine gewiinschte Luftmenge durch den Anschluß
153 zugesetzt. Aus dem Raum 159 strömen die Heizgase durch die Katalysatorrohre
der zweiten Gruppe 139. aus dieser in den Umleitungsraum 160 und darauf nach Zuführung
von Verbrennungsluft durch die Zuleitung 161 in die Katalysatorrohre der dritten
Rohrgruppe 140. In der zweiten Rdhrgruppe 139 und der dritten Rohrgruppe 140 wiederholen
sich die Wärmeerzeugungs- und -austauschvorgänge in der gleichen Weise wie in Gruppe
138, und das Heizmittel verläßt durch den Stutzen 154 den Apparat. Die einzelnen
Gruppen 138, 139, 140 können mit einer größeren Anzahl von Rohren, als zeichnerisch
dargestellt, ausgestattet sein. und es können auch mehr als drei Gruppen vorgesehen
sein. Das aufzuheizende Medium tritt durch den Stutzen 155 in den Raum 156. strömt,
durch Leitbleche 157 geführt. im wesentlichen quer zu den Kontaktrohren, wird dabei
aufgeheizt und verläßt durch den Stutzen 158 den Erhitzer.
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Zur Aufnahme der Wärmedehnungen der Kontakt-bzw. Wärmeaustauscherrohre
können Wellrohrstücke od. dgl. Kompensatoren an den Rohren vorgesehen, z. B. angeschweißt
sein.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch zur Erhitzung körniger
Stoffe, z. B. von Katalysatoren, verwendet werden, die dann an Stelle der zu erhitzenden
gas- oder dampfförmigen Mittel durch die dafür vorgesehenen Räume geleitet werden
oder in diesen ruhend angeordnet sind.
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Bei den Vorrichtungen gemäß der Erfindung, die z. B. angewendet werden
können, um Gase, z. B.
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Kokereigas, oder ein Gemisch von Kohlenwasserstoffdämpfen, z. B. Benzoldampf,
mit Kokereigas oder mit einem anderen wasserstoffenthaltenden Gas z. B. auf die
Reaktionstemperatur der anschließenden hydrierenden Raffination etwa von 200 bis
2500 C auf 300
bis 400° C aufzuheizen, kann die Temperatur des zu
erhitzenden Mittels nach verschiedenen Methoden geregelt werden, Beispielsweise
gibt ein Fernthermometer in der Austrittsgasleitung des erhitzten Gases den Meßwert
auf einen Temperaturregler. Von diesem Temperaturregler wird durch beispielsweise
pneumatische Übertragung die von jeder Kontaktkammer dem Gas zugemischte Luftmenge
durch einzelne Mengenregelventile gleichmäßig verteilt und gesteuert.
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Die durchgeführte Heizmittelmenge bleibt hierbei konstant und wird
nur teilweise verbrannt.
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Oder es wird von der Temperatur des erhitzten Gases über einen üblichen
Temperaturregler die Gesamtluftmenge durch Regelventil pneumatisch gesteuert. Die
Verteilung der Verbrennungsluft für die einzelnen Kontaktkammern erfolgt z. B. durch
in jeden Teilstrom eingebaute Handdrosselventile.
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Es ist aber auch eine getrennte Temperaturregelung an jeder Katalysatorschicht
möglich. Die Temperatur des Verbrennungsgases unmittelbar am Austritt einer Kontaktschicht
gibt dann z. B. den Impuls zum Regler, durch welchen die Luftmenge am Eintritt der
zugehörigen Kontaktschicht entsprechend dosiert wird.
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Bei der teilweisen katalytischen Oxydation von organischen Verbindungen,
besonders Kohlenwasserstoffen, z. B. Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid oder Benzol
zu Maleinsäure, durch ein Sauerstoff enthaltendes Gas hat man schon den Katalysator
durch Rohre gekühlt, die mit einer hochsiedenden Flüssigkeit, z. B. Quecksilber,
gefüllt waren. Die mit Flüssigkeit gefüllten Rohre ragten ein Stück aus der Katalysatorschicht
heraus, und es wurde dieser Teil der Rohre gekühlt. so daß das Rohrsystem als Rückflußkühler
wirkte und in der Katalysatorenmasse die zweckmäßigste Reaktionstemperatur aufrechterhielt.
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Die Kühlung der freien Rohrenden wurde auch schon dadurch bewirkt.
daß diese in einem besonderen Gefäß mit den Gasen oder Dämpfen umspült wurden, die
dann vorgewärmt zur Reaktion gelangten. Diese bekannte Anordnung gibt aber keine
Richtlinien dafür, wie man ein zu erhitzendes gas- oder dampfförmiges, flüssiges
oder festes Mittel oder Gemische dieser Mittel durch mittelbare Wärmeübertragung
von den Oxydationsgasen auf eine genau bestimmte Temperatur bringen kann und wie
man dabei die Wärmeübertragung am zweckmäßigsten ausgestaltet.
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PATENTANSPROCHE: 1. Wärmeaustauscher zur mittelbaren Aufheizung fließfähiger
Stoffe mittels durch katalytische Oxydation brennbarer Anteile erhitzter Gase mit
Strömungswegen zur Aufnahme des aufzuheizenden Stoffes und Katalysatorbetten, gekennzeichnet
durch eine Mehrzahl in Strömungsrichtung des Heizgases in einem gemeinsamen Gehäuse
hintereinander angeordneter Katalysatorbetten mit jeweils vorgeschalteten Einführungen
für Gase und jeweils im Heizgasweg zwischen den Katalysatorbetten befindliche Abschnitte
des Strömungsweges für den aufzuheizenden Stoff.