DE1150362B - Kontaktofen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

U6431IVa/12g

ANMELDETAG: 24. DEZEMBER 1955

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 20. JUNI 1963

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Kontaktofens, der zur Durchführung exothermer Reaktionsverfahren dient. Ein derartiger Kontaktofen besteht in der üblichen Aüsführungsform aus einem stehenden, z. B. zylindrischen Behälter, der mit Rohren variablen Querschnitts ausgestattet ist, durch welche die der Reaktion unterworfenen Gase oder Gasgemische hindurchgeführt werden. Zwischen den Rohren, die in möglichst geringem Abstand voneinander angeordnet und an ihren Enden starr miteinander oder mit einem starren Kopfstück oder Bodenstück verbunden werden, wird eine Kühlflüssigkeit, ζ. B. Quecksilber oder eine Salzlösung, vorgesehen. Um die Menge der Kühlflüssigkeit, die z. B. in Form von Quecksilber kostspielig ist, zu verringern, kann man in dem Raum zwischen den Rohren Füllstäbe, sogenannte »Verdrängerstäbe«, einsetzen. Auch hat man bereits vorgeschlagen, die Rohre, die mit geringstem Abstand nebeneinander verlaufen, an ihren Enden aufzuweiten und die aufgeweiteten Enden miteinander zu verschweißen. Eine besonders sparsame Ausbildung der Zwischenräume zwischen den Rohren ergibt sich in dem Falle, wenn man die Rohre mit sechseckigem Querschnitt ausbildet. Unabhängig von der besonderen Gestaltung der Rohre und der Art der zu ihrer Kühlung verwendeten Stoffe treten beim Betrieb eines solchen Kontaktofens erhebliche Wärmedehnungen auf, die an den Verbindungsstellen des Rohrbündels mit der Ofenwandung aufgenommen werden müssen. Diese Wärmedehnungen sind insbesondere dann sehr beträchtlich, wenn der Kontaktofen zur Durchführung exothermer Reaktionen verwendet wird.

Um die infolge der Wärmedehnungen an den Verbindungsstellen zwischen dem Rohrbündel und der Ofenwandung auftretenden erheblichen Kräfte aufzunehmen, hat man die Verbindung an dieser Stelle bereits in Form sehr dicker Stahlplatten von z. B. 10 cm Stärke ausgeführt. Dennoch hat sich gezeigt, daß selbst solche Abmessungen nicht ausreichen, um in allen Fällen die bei einem Kontaktprozeß auftretenden Dehnungskräfte aufzunehmen. Es werden vielfach in der Praxis Risse und Brüche an den Verbindungsstellen beobachtet.

Es sind auch mehrere Versuche bekannt, die Verbindung zwischen Rohrbündel und Wand bei Wärmetauschern elastisch auszubilden. So ist z. B. die Konstruktion eines Gasreaktionsofens bekanntgeworden, bei welcher die rohrförmigen Elemente in genügender Entfernung von der Erhitzungszone durch Dichtungen hindurchgeführt und mit HiKe elastisch ausgebildeter Verbindungsrohre an Sammelkammern ange-Kontaktofen

Anmelder:

Union-Chemie Ernst Paul Jäger,
Import-Export chemischer Anlagen

und Rohstoffe,
Düsseldorf-Reisholz, Oerschbachstr. 35-39

Ernst Jäger, Düsseldorf-Reisholz,
ist als Erfinder genannt worden

schlossen sind. Bei einer anderen bekannten Ausbildung eines Röhrenofens mit Wärmeaustauscher für hohe Drücke und hohe Temperaturen in gemeinsamem Druckraum, der insbesondere zur Ausführung chemischer Reaktionen dient, ist die Verbindung zwisehen Röhrenofen und Wärmeaustauscher durch dehnungsfähige Verbindungsstücke, nämlich durch blattförmig gestaltete Rohrstücke, bewirkt, die mit den Böden des Ofens und der Wärmeaustauscher gasdicht verbunden sind.

Die Erfindung geht demgemäß von einem an sich bekannten Kontaktofen für exotherm verlaufende Reaktionen mit einem in einem stehenden zylindrisch gestalteten Gehäuse untergebrachten, gegenüber dem Gehäuse elastisch gelagerten Rohrbündel mit an ihren Enden nicht aufgeweiteten Rohren aus, wobei in den Zwischenräumen zwischen den Rohren Kühlstoff vorgesehen wird.

Um bei einem solchen Kontaktofen die durch die erheblichen, bei Temperaturänderungen auftretenden Dehnungskräfte verursachten Deformationen und Zerstörungen zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen dem starren Kopfstück oder Bodenstück des Rohrbündels und der äußeren Behälterwandung eine elastische Verbindung in Form von das Kopfstück oder Bodenstück umgebenden elastischen Ringen oder Laschen vorzusehen, die einerseits mit dem Kopfstück oder Bodenstück des Rohrbündels, andererseits mit der äußeren Behälterwandung verschweißt sind. Eine solche elastische Verbindung wird erfindungsgemäß wenigstens an einem Ende des Rohrbündels, gegebenenfalls an beiden Enden desselben, vorgesehen.

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Vorzugsweise können die elastischen Verbindungsglieder schleifenförmig, z. B. in S-förmig gekrümmter Form, als Stahllaschen oder Stahlringe derart ausgebildet werden, daß diese Verbindungsteile unter dem Einfluß der Temperaturänderungen federn oder sich, z. B. seitlich oder in Richtung der Rohrachsen, verschieben können, so daß eine Zerstörung dieser Teile wirksam verhindert wird.

Vorteilhaft kann man dabei den mittleren, das Rohrbündel enthaltenden Teil des Kontaktofens mit einem starren, widerstandsfähigen Außenmantel ausbilden, an welchem die Gaszuführungsräume sowie die Gasabführungsräume in Form aufgeflanschter, abnehmbarer Hauben angeschlossen sind, während sämtliche andere Leitungen, z. B. für die Zuführung von Kühlstoffen sowie für die Ableitung derselben, in den starren Ofenmantel eingeführt sind.

In der Zeichung sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Reaktionsofen im senkrechten Schnitt;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch diesen Ofen nach Linie A-B;

Fig. 3 stellt den Anschluß des Rohrbündels des Reaktors an den Mantel des Kontaktofens dar;

Fig. 4 und 5 stellen weitere Ausbildungsformen eines solchen Anschlusses dar.

Im einzelnen bezeichnet das Bezugszeichen 1 die äußere Wandung eines Reaktionsofens, die z. B. in Form eines stehenden Zylindermantels ausgebildet ist. Der Reaktionsofen ist mit einer trichterförmig gestalteten, abnehmbaren Haube 2 und einem ebenfalls trichterförmig gestalteten Boden 3 versehen. Die Zuführung des in Reaktion zu bringenden Gasgemischs erfolgt z. B. von oben durch eine Leitung 4, die Abführung der Reaktionsprodukte durch eine Leitung 5. Doch kann die Zuführung auch im unteren Teil des Reaktors, die Abführung der gebildeten Produkte im oberen Teil desselben erfolgen.

Durch besondere Leitungen 6 und 7 können Kühlflüssigkeiten, z. B. Quecksilber, eingeführt werden. Durch eine weitere im unteren Teil des Reaktors angeordnete Leitung 8 können die Kühlstoffe abgelassen werden.

Der von dem Mantel 1 umschlossene Raum des Kontaktofens ist mit senkrecht stehenden Rohren 9 beliebigen Querschnitts ausgestattet. Die Rohre können z. B. kreisrund, quadratisch, sechseckig oder vieleckig gestaltet sein. An ihren Enden 10,11 (vgl. Fig. 3) werden die Rohrbündel derart miteinander vereinigt, z. B. in starre Kopfplatten bzw. Bodenplatten eingebunden, oder miteinander, gegebenenfalls unter Einfügung von Zwischenstücken verschweißt, daß zwischen den Rohren nur verhältnismäßig enge Zwischenräume 12 verbleiben, so daß eine möglichst sparsame, der Wärmeentwicklung beim Reaktionsvorgang angepaßte Menge des Kühlstoffes aufgenommen wird.

Im Ausführungsbeispiel der Zeichnung sind die Rohre an ihren Enden z. B. durch Schweißnähte 13 miteinander verbunden, so daß eine starre, das Rohrbündel enthaltende Kopfplatte und eine ebenfalls starre Bodenplatte entstehen.

Das ganze Rohrbündel ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an seinem unteren Ende 11 mit einem starren Ring 14 versehen, der einerseits mit dem Rohrbündel, andererseits mit der Wandung 1 des Kontaktofens verschweißt wird. Am oberen Ende dagegen besteht die Verbindung zwischen dem Rohrbündel und der Wandung 1 erfindungsgemäß aus unter dem Einfluß der Temperatur ihre Form derart ändernden Gliedern, daß das ganze Rohrbündel der Temperaturerhöhung entsprechende Formänderungen, insbesondere Längsdehnungen ausführen kann, so daß also die Verbindungsstellen 14 und 15 nicht wesentlich beansprucht werden und deshalb nicht zerstört werden können. Zu diesem Zwecke genügt es, wenn die oberen Verbindungsglieder 15 in Form eines das Rohrbündel umgebenden stark gekrümmten elastischen Ringes oder auch in Form mehrerer einzelner gekrümmter Laschen ausgeführt werden, die unter dem Einfluß der Temperaturänderungen ihre Form verhältnismäßig leicht ändern. Die Verbindungsstücke könnten auch andere Form, z. B. S-Form oder Schleifenform, besitzen.

Gemäß Fig. 4 sind sowohl die unteren Rohrenden 11 wie die oberen Rohrenden 10 des Rohrbündels mittels solcher elastischer Verbindungen an die Wandung 1 des Kontaktofens angeschlossen. Die untere Verbindung ist hier beispielsweise in Form gekrümmter Laschen gestaltet, während die obere Verbindung S-Form besitzt, so daß also ein elastisches Arbeiten sowohl der unteren wie der oberen Verbindungsstellen unter dem Einfluß der Temperaturänderungen ermöglicht wird.

In der Ausgestaltung der elastischen Verbindungsglieder ist man nicht beschränkt. So könnten gemäß der in Fig. 5 gezeigten Draufsicht auf die oberen Verbindungsstellen des Kontaktofens die Verbindungsglieder auch aus exzentrisch oder etwa tangential an das Rohrbündel 9 angeschlossenen Laschen 16 bestehen, deren Länge und Krümmung eine Längsbewegung des Rohrbündels in axialer Richtung ermöglicht.

Die Rohre können dabei — wie eingangs erwähnt — jede beliebige Gestaltung besitzen. Auch können Kopf und Boden des Rohrbündels, in dem die einzelnen Rohre vereinigt sind, beliebig, indes starr, ausgestaltet werden.

Infolge der elastischen Beweglichkeit des gesamten Rohrbündels ist ein solcher Kontaktofen nicht nur weitgehend unabhängig von Temperaturänderungen, auch wenn dieselben in außergewöhnlichem Maße auftreten, sondern es wird auch die Lebensdauer der Rohre des Rohrbündels wie auch der Verbindungsteile erhöht. Ferner ist man in der Lage, die mit dem Ofenmantel 1 verbundenen Teile₃ z. B. die Haube 2 und den Boden 3, auch abnehmbar auszubilden, da infolge der starken Verringerung der auf die Ofenkonstruktion wirkenden mechanischen Beanspruchungen diese Teile zur Stabilität der ganzen Ofenkonstruktion nicht wesentlich beizutragen brauchen. Man kann also die Gaszuführungshaube 2 wie den Boden 3 in Form einfacher aufgeflanschter Trichter ausbilden.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kontaktofen für exotherm verlaufende Reaktionen mit einem in einem stehenden zylindrisch gestalteten Gehäuse untergebrachten, gegenüber dem Gehäuse elastisch gelagerten Rohrbündel mit an ihren Enden nicht aufgeweiteten Rohren, wobei in den Zwischenräumen zwischen den Rohren Kühlstoffe vorgesehen werden, dadurch gekenn zeichnet, daß eine elastische Verbindung zwischen dem starren Kopfstück oder Bodenstück des

Rohrbündels und der äußeren Behälterwandung in Form von das Kopfstück oder Bodenstück umgebenden, mit demselben wie mit der äußeren Behälterwandung verschweißten elastischen Ringen oder Laschen ausgebildet ist.

2. Kontaktofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungsglieder schleifenförmig ausgebildet sind.

3. Kontaktofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere das Rohrbündel enthaltende Teil des Kontaktofens mit starrem, widerstandsfähigem Außenmantel

(1) ausgebildet ist, an dem die Gaszuführungsräume und Gasabführungsräume in Form aufgeflanschter, abnehmbarer Hauben (2,3) angeschlossen sind, während alle anderen Zu- und Ableitungen in den starren Ofenmantel (1) eingeführt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 806 790;
österreichische Patentschrift Nr. 116 364;
französische Patentschrift Nr. 745421;
britische Patentschrift Nr. 166 930.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen