DE1542215C - Hochdruckreaktor mit Wärmeaustauscher und Katalysatorbett - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruckreaktor für katalytische Gasreaktionen mit innerhalb eines Einsatzes angeordnetem Hauptwärmeaustauscher und Katalysatorbett, durch welches sich Doppelkühlröhren und gegebenenfalls eine zentrale Gasleitung erstrecken.

Zweck der Erfindung ist es, die Temperaturverteilung in der festen Katalysatorschicht gleichmäßig zu machen und in Übereinstimmung mit einer optimalen Reaktionstemperaturverteilung zu bringen.

Es sind Versuche unternommen worden, bei einer exothermen katalytischen Reaktion in gasförmiger Phase, bei der eine feste Katalysatorschicht verwendet wird, die Temperatur im Inneren der Katalysatorschicht weitgehend konstant zu machen, um eine Verringerung der katalytischen Aktivität infolge übermäßiger Wärme zu verhindern. Jedoch haben sich bisher bekannte Reaktionsapparate dieser Art vom Standpunkt der Herbeiführung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung der Katalysatorschicht nicht als zufriedenstellend erwiesen.

Beispielsweise ist ein Reaktor vom Typ mit Selbstwärmeaustausch bekannt, der eine feste Katalysatorschicht für Gasphasenreaktionen aufweist, in die Kühlröhren eingesetzt sind, wobei diese Kühlröhren so angeordnet sind, daß ein durch die Innenräume der Kühlröhren fließendes Beschickungsgas in Parallelstrom oder Gegenstrom zu einem durch die Katalysatorschicht fließenden Reaktionsgas strömt. Wenn eine Gegenstrom-Selbstwärmeaustauscheinrichtung verwendet wird, bestehen jedoch Nachteile hinsichtlich einer Erhöhung der Temperatur im Mittelteil der Katalysatorschicht und einer Erniedrigung der Temperatur am Bodenteil der Katalysatorschicht. Wenn andererseits eine Parallelstrom-Selbstwärmeaustauscheinrichtung angewendet wird, bestehen die Nachteile, daß die Temperatur im Oberteil der Katalysatorschicht gesenkt und die Temperatur im Bodenabschnitt der Katalysatorschicht erhöht wird. Demgemäß war es in irgendwelchen dieser Einrichtungen unmöglich, die Temperaturverteilung in der Katalysatorschicht gleichmäßig zu machen.

Unter dem Ausdruck »Hochdruckreaktor mit Selbstwärmeaustausch«, wie er hier benutzt wird, ist eine Reaktionsapparatur zu verstehen, bei der ein Beschickungsgas durch das Innere von Kühlröhren fließt und das Beschickungsgas, das aus den Kühlröhren ausgeströmt ist, dann durch ein festes Katalysatorbett geht, das rund um die Kühlröhren angeordnet ist, um hierdurch eine Reaktion herbeizuführen.

Aus der deutschen Patentschrift 554 856 ist eine Reaktionsvorrichtung mit Selbstwärmeaustausch für die synthetische Herstellung von Ammoniak bekannt, bei der die Hälfte der Vorrichtung aus einem Wärmeaustauscher und die restliche Hälfte aus einem festen Katalysatorbett, das Doppelkühlröhren enthält, besteht. Mit einer solchen Reaktionsvorrichtung ist es jedoch ebenfalls nicht möglich, die Temperaturverteilung in Längsrichtung im Katalysatorbett gleichmäßig zu gestalten. Das Einlaßgas, das durch einen Wärmeaustauscher im unteren Teil der Reaktionsvorrichtung erwärmt wird, tritt durch das Innenrohr eines Doppelrohrs, das sich durch das Katalysatorbett erstreckt, und wird zu einem zentralen Sammelrohr über die Außenröhre geführt. Auf diesem Weg wird das durch das Katalysatorbett erwärmte Gas nochmals beim Einlaß des Innenrohres wärmeausgetauscht, d. h. bei dem Auslaß des Außenrohres. Bei dem Durchgang durch das Außenrohr wird das Gas, das durch das Katalysatorbett erwärmt wurde, wiederum durch das kühle Einlaßgas gekühlt. Da die Temperaturverteilung des Katalysatorbetts am gleichförmigsten wird, wenn das Einlaßgas auf eine Temperatur, die so nahe wie möglich bei der Temperatur des Katalysatorbettes liegt, erwärmt wird, ist es nicht erwünscht, daß das einmal erwärmte Gas wiederum gekühlt wird.

Gemäß der deutschen Auslegeschrift 1173 436 ist ein Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr des Kühlrohres vorgesehen, und das Gas geht nicht durch diesen Zwischenraum hindurch. Dieser Zwischenraum soll den Wärmeaustausch zwischen dem Gas, das durch das Innenrohr, und dem Gas, das durch das Außenrohr geführt wird, verhindern. Diese Ausbildung führt jedoch auch nicht zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung des Katalysatorbetts, da die Menge der im Katalysatorbett durch die katalytische Reaktion erzeugten Wärme nicht in jedem Teil in Längsrichtung des Katalysatorbetts einheitlich ist. ....

Aus der deutschen Patentschrift 638 978 ist eine Vorrichtung zur Verteilung von Gasen und Flüssigkeiten in Kontaktmassen bekannt, bei der zwei zu einer von Kontaktmassen umgebenen Einheit verbundene, koaxiale durchlochte Röhren, zwischen denen sich gegebenenfalls Stege befinden, vorgesehen sind, wobei das durchlochte innere Rohr an einem Ende mit der Zuleitung für den zuzuführenden Strom in Verbindung steht und am anderen Ende, gegebenenfalls durch den Boden des äußeren Rohres, geschlossen ist, während das über seine ganze Länge gleichmäßig verteilte Durchlochungen aufweisende äußere Rohr an beiden Enden derart geschlossen ist, daß der Strom nur durch die Durchlochungen in die Kontaktmasse austritt. Bei der bekannten Vorrichtung ist

keine Regelung der Temperaturverteilung in den Kontaktmassen vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochdruckreaktor für katalytische Gasreaktion mit innerhalb eines Einsatzes angeordnetem Hauptwärmeaustauscher und Katalysatorbett zu schaffen, der es ermöglicht, die Temperaturverteilung in dem Katalysatorbett im wesentlichen vollständig gleichmäßig zu machen und die Temperatur des gesamten Katalysatorbettes einer Optimaltemperatur anzupassen.

Der Hochdruckreaktor gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes Innenrohr an der dem Einlaß gegenüberliegenden Seite geschlossen ist und in Abständen vom Einlaß über die Rohrwand verteilte Öffnungen aufweist, während das Außenrohr einen Auslaß an dem dem Einlaß des Innenrohres entgegengesetzten Ende aufweist und am anderen Ende geschlosen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Doppelkühlröhren gerade, und die Einlasse liegen abwechselnd in symmetrischer Anordnung oberhalb und unterhalb der Katalysatorschicht.

Gegebenenfalls können die Doppelkühlröhren des Hochdruckreaktors U-förmig ausgebildet sein, wobei der Einlaß und der Auslaß unterhalb der Katalysatorschicht münden.

Der Hochdruckreaktor gemäß der Erfindung hat insbesondere den Vorteil, daß einmal erhitztes Gas nicht mit kühlem Gas in Berührung kommt und wiederum gekühlt wird. Es kann deshalb die Temperaturverteilung des Katalysatorbetts in Längsrichtung sehr gleichmäßig gestaltet werden. Eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung wird erreicht, wenn sowohl Gegenstrom-Kühlröhren als auch Gleichstrom-Kühlröhren verwendet werden. Es wird dadurch die Ausbeute, bezogen auf die Katalysatormenge, erhöht, und hierdurch wird die auf die Kapazität eines Reaktors bezogene Ausbeute auf einen Maximalwert gebracht.

Gemäß der Erfindung ist es erforderlich, daß ein Einlaß und ein Auslaß für das Beschickungsgas,, die in den Kühlröhren vorgesehen sind, im Gebiet außerhalb der festen Katalysatorschicht des festen Katalysatorbettes liegen. Demgemäß verteilt sich das Beschickungsgas gleichmäßig in die Kühlröhren vom Gebiet außerhalb des festen Katalysatorbettes, es fließt aus den Auslassen der Kühlröhren, die außerhalb des Katalysatorbettes angeordnet sind, heraus, und es tritt durch die Oberfläche des Katalysatorbettes in die Katalysatorschicht ein. Ein Reaktor, bei dem sich der Einlaß eines Kühlrohres nicht bis in das Gebiet außerhalb des Katalysatorbettes erstreckt und demgemäß das Beschickungsgas im Inneren einer Schicht eingeführt wird, ist unerwünscht, da die wirksame Schichtdicke des Katalysatorbetts verringert wird.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es dagegen möglich, den Wärmeübertragungskoeffizienten und die Wärmeübertragungstemperaturdifferenz in Abhängigkeit von der relativen Stelle der Kühlröhren zu dem umgebenden Katalysator zu regeln.

Die Doppelkühlröhren, die in zufriedenstellender Weise bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung benutzt werden können, umfassen ein Außenrohr in räumlichem Abstand von der Umfläche des inneren Rohrs und einen im Querschnitt ringförmigen Kühlkanal, der zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr gebildet ist und an dem Ende, das dem Einlaß des Innenrohrs entgegengesetzt ist, einen Beschikkungsauslaß aufweist und am anderen Ende, wo sich der Einlaß des Innenrohres befindet, geschlossen ist. Ein Beschickungsgas, das zur Reaktion gebracht werden soll, fließt zunächst vom Einlaß eines Kühlrohres in das innere Rohr und strömt dort um eine gewisse Strecke voran. Danach tritt es durch kleine Öffnungen, die an verschiedenen Stellen der Wand des Innenrohrs in Abständen vom Beschickungsgaseinlaß verteilt angeordnet sind, fließt dann durch den ringförmigen Kanal zwischen der Innenwand und der Außenwand und kühlt über die Wand des äußeren Rohrs das Katalysatorbett. In dieser Weise ist es erfindungsgemäß möglich, die Kühlleistung der Doppelkühlröhre zu regeln und hierdurch Unterschiede der Reaktionstemperaturverteilung im Katalysatorbett zu verringern, und zwar durch Wahl eines geeigneten Verhältnisses des Durchmessers des Außenrohrs zu dem des Innenrohrs, die Anordnung der Öffnungen in der Wand des Innenrohrs und die Größe und die Zahl der Öffnungen.

Das Verhältnis des Durchmessers des Außenrohrs zu dem des Innenrohrs sollte bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise 0,3 bis 0,8 betragen. Andererseits sollte das Verhältnis zwischen dem Durchmesser einer Öffnung in der Wand des Innenrohrs zu dem Durchmesser eines Innenrohrs vorzugsweise 0,1 bis 0,5 betragen. Die Verteilung der Öffnungen in der Wand des Innenrohrs in Richtung der Achse kann auf Grund von Erfahrungen bestimmt werden; beispielsweise können die Öffnungen in der Nähe eines Teils des Katalysatorbettes, der bei Anwendung eines Kühlrohrs in Form eines normalen Einfachrohrs auf eine Temperatur über einer Optimaltemperatur erhitzt würde, dicht angeordnet werden, während sie in einem Gebiet des Katalysatorbettes, das eine Temperatur unterhalb der optimalen Reaktionstemperatur hat, in weitem Abstand verteilt werden. Da der Durchmesser einer Öffnung des Innenrohrs im allgemeinen in umgekehrter Beziehung zu der Anzahl der Öffnungen steht, ist es auch möglich, die gleiche Wirkung durch Änderung des Durchmessers der Öffnung an Stelle der Anzahl der Öffnungen zu erzielen.

Es können ein oder mehrere der vorstehend erläuterten Doppelröhren angewendet werden. Im allgemeinen wird es bevorzugt, eine Mehrzahl von Doppelröhren zu benutzen. In diesem Falle ist es zweckmäßig, daß eine gleiche Menge des Beschickungsgases in den Einlaß einer jeden Doppelkühlröhre fließt. Wenn der Auslaß der Doppelkühlröhre auf der entgegengesetzten Seite zu der Gaseinführungsseite der Katalysatorschicht liegt, ist es notwendig, einen Durchgang vorzusehen, vorzugsweise einen Mittelkanal, durch den Beschickungsgas, das aus dem oder den Auslassen ausfließt, zu der Gaseinführungsseite des Katalysatorbettes geleitet wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine gerade Doppelkühlröhre verwendet wird, ist ein Auslaß des Doppelkühlrohrs für das Beschickungsgas auf der Gaseinführungsseite des Katalysatorbettes angeordnet, so daß das durch die Kühlrohre fließende Gas im Gegenstrom zu dem durch das Katalysatorbett fließenden Gas strömen kann.

Bei der einen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die geraden Doppelkühlröhren abwechselnd für Gegenstrom und Parallelstrom zu

einem festen Katalysatorbett angeordnet. Unter dem Ausdruck »Gegenstrom«, wie er hier benutzt wird, ist eine Anordnung zu verstehen, bei der ein Gasauslaß eines Doppelkühlrohrs auf der Gaseinführungsseite des Katalysatorbettes liegt und ein Gaseinlaß auf der entgegengesetzten Seite angeordnet ist, so daß das durch ein Kühlrohr fließende Beschikkungsgas im Gegenstrom zu einem durch das Katalysatorbett fließenden Reaktionsgas strömt. Andererseits bedeutet »Parallelstrom« eine Anordnung, bei der der Gaseinlaß eines Doppelkühlrohrs auf der Gaseinführungsseite des Katalysatorbettes und ein Gasauslaß auf der entgegengesetzten Seite angeordnet sind, so daß das Beschickungsgas in Parallelstrom zu dem Reaktionsgas fließt. Weiterhin wird es bevorzugt, daß die Gegenstromkühlröhren und die Parallelstromkühlröhren symmetrisch angeordnet sind.

Bei der anderen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind U-förmige Doppelkühlröhren so angeordnet, daß die Auslässe und die Einlasse der Doppelkühlröhren auf der der Gaseinführungsseite entgegengesetzten Seite liegen. Weiterhin sind die U-förmigen Doppelkühlröhren für einen Fluß umgekehrt zu dem Fluß der dichtesten Röhren der Doppelkühlröhren angeordnet. Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen ist es nicht nur möglich, die Temperatur des Teils eines Katalysatorbettes, der übermäßig erhitzt wird, zu erniedrigen, sondern auch die Temperaturverteilung in dem Katalysatorbett im wesentlichen gleichmäßig zu machen.

Der Hochdruckreaktor gemäß der Erfindung wird in Kombination mit einem geeigneten Hauptwärmeaustauscher benutzt, der innerhalb eines Außenzylinders des Reaktors angeordnet ist. Hierdurch wird es möglich, die Temperaturverteilung im Katalysatorbett noch weitgehender gleichmäßig zu machen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der gerade Doppelkühlröhren abwechselnd für Gegenstrom und Parallelstrom angeordnet sind;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie A-A der Fig. 1, von oben gesehen;

F i g. 3 zeigt einen Teilschnitt nach der Linie C-C der F i g. 1 in vergrößertem Maßstab mit Blickrichtung von oben;

F i g. 4 zeigt eine Vorderansicht, wobei Teile weggeschnitten sind, eines Teils B der Reaktionsvorrichtung gemäß Fig. 1, d. h. eines Teils einer Doppelkühlröhre, in dem öffnungen vorgesehen sind;

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der U-förmige Doppelkühlröhren angeordnet sind;

F i g. 6 zeigt einen Teilschnitt durch die Reaktionsvorrichtung gemäß F i g. 5 nach der Linie D-D in vergrößertem Maßstab, von unten gesehen;

F i g. 7 ist ein. Diagramm, das die Temperaturverteilung in einem Katalysatorbett bei Anwendung des Hochdruckreaktors gemäß Fig. 1 für die Herstellung von Methanol zeigt.

Gemäß den F i g. 1 und 2 sind in einem äußeren Hochdruckgehäuse 1 ein Katalysatorgefäß 2 im oberen Teil und ein Hauptwärmeaustauscher 3 im unteren Teil angeordnet. Parallelstrom-Doppelkühlröhren 5 und Gegenstrom-Doppelkühl röhren 6 sind abwechselnd in einem Katalysatorbett 4 angeordnet, das in das Katalysatorgefäß 2 eingefüllt ist.

Jede Parallelstrom-Doppelkühlröhre 5 besteht aus einem Innenrohr 14 und einem Außenrohr 15. Das Innenrohr 14 weist Löcher oder Öffnungen 16 auf, die in Abständen verteilt angeordnet sind, wie das in F i g. 4 gezeigt ist. Die Gegenstrom-Doppelkühlröhren 6 bestehen gleichfalls aus einem Außenrohr 24 und einem Innenrohr 23, das mit Öffnungen versehen ist. Wie am besten aus den F i g. 3 und 1 hervorgeht, ist das Gegenstrom-Doppelkühlrohr 6 mit einem Gasauslaß 25 versehen, der sich zur Seite eines Gaseinführungsteils 19 an der oberen Fläche des Katalysatorbettes 4 öffnet, und auf dieser Seite ist das innere Rohr 23 geschlossen. Ein Beschickungsgaseinlaß 22 des Innenrohrs 23 ist auf der entgegengesetzten Seite vorgesehen. Die Parallelstrom-Doppelkühlröhren 5 sind umgekehrt wie die Gegenstrom-Doppelkühlröhren 6 angeordnet.

Das Beschickungsgas fließt durch eine Zuführungsleitung 7 und ein Kreuzventil 8 und wird in zwei Ströme aufgeteilt, von denen einer durch ein Rohr 9 und der andere durch ein Rohr 10 fließt. Der durch das Rohr 9 fließende Strom wird mittels eines Kreuzventils 11 in zwei Ströme unterteilt/Ein Strom fließt direkt in einen Einlaß 13 des Innenrohrs 14 der Parallelstrom-Doppelkühlröhre 5. Der andere Strom fließt durch einen ringförmigen Kanal 12 zwischen der Innenwand des Außengehäuses 1 und der Außenwand des Katalyeatorgefäßes 2 und des Hauptwärmeaustauschers 3, danach durch einen Beschickungsgaseinlaß 20 in den Hauptwärmeaustauscher 3, wo er vorerhitzt wird, und der Strom tritt dann aus einem Auslaß 21 aus und erreicht schließlich einen Einlaß 22 des Gegenstrom-Doppelkühlrohrs 6.

Gleichzeitig fließt der Strom, der durch das Rohr 10 geht, durch ein Nebenwegrohr 28 und erreicht den Einlaß 22 des Gegenstrom-Doppelkühlrohrs 6, wo er mit dem Strom gemischt wird, der über den Hauptwärmeaustauscher 3 ankommt. Durch Regelung der Kreuzventile 8 und 11 ist es möglich, die Temperatur eines dem Gegenstrom-Doppelkühlrohr 6 zugeführten Beschickungsgases zu steuern. Das in den Einlaß 22 des Gegenstrom-Doppelkühlrohrs 6 eingeführte Gas fließt in dem Innenrohr 23 aufwärts, tritt durch die Öffnungen 16, die in der Wand des Innenrohrs in Abständen von dem Einlaß 22 verteilt angeordnet sind, und geht weiter aufwärts durch einen Kühlkanal von ringförmigem Querschnitt, der zwischen dem Außenrohr 24 und dem Innenrohr 23 gebildet ist. Es kühlt das in der Umgebung durch das Katalysatorbett 4 strömende Reaktionsgas über die Wand des Außenrohrs 24 und erreicht über den Beschickungsgasauslaß 25 die obenliegende Oberfläche 19 des Katalysatorbettes.

Gleichzeitig fließt das in den Gaseinlaß 13 des Innenrohrs 14 des Parallelstrom-Doppelkühlrohrs 5 eingeführte Gas durch das Innenrohr 14 abwärts und tritt durch die im Innenrohr 14 vorgesehenen Öffnungen 16, fließt dann weiter abwärts durch einen ringförmigen Kühlkanal zwischen dem Außenrohr 15 und dem Innenrohr 14, kühlt dabei das Katalysatorbett 4 über die Wand des Außenrohrs 15, und erreicht einen Beschickungsgasauslaß 17. Das. aus dem Auslaß. 17 austretende Beschickungsgas fließt zusammen in einem Mittelkanal 18 aufwärts, der durch das Zentrum des Katalysatorbettes führt, und erreicht die obere Fläche 19 des Katalysatorbettes.

Die Beschickungsgase, die durch die Doppelkühlröhre 5 und 6 gegangen sind, sind auf eine Tempera-

tür zur Einleitung der Reaktion vorerhitzt, und sie werden im Abschnitt 19 über dem Katalysatorbett; miteinander vermischt. Danach wird das Beschik^ kungsgas, während es abwärts durch das feste Katalysatorbett 4 strömt, umgesetzt und das Reaktionsprodukt strömt in der Richtung des Pfeils durch eine Katalysatortrageeinrichtung 26 und dann durch den Hauptwärmeaustauscher 3, worauf es von einem Reaktionsproduktauslaß 27 nach außen abgezogen wird. ίο

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform ist die bauliche Ausbildung etwa die gleiche wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß als Doppelkühlrohr ein U-förmiges Doppelkühlrohr 29 vorgesehen ist; dies kann in der dargestellten Weise so angeordnet sein, daß der Beschikkungsgaseinlaß 22 und der Auslaß 17 des Doppelkühlrohrs auf der entgegengesetzten Seite zu der Gaseinführungsseite 19 des Katalysatorbettes 4 liegen.

Das U-förmige Doppelkühlrohr 29 besteht aus einem Gegenstromteil 23 des Innenrohrs mit einem Beschickungsgaseinlaß 22 am Boden des Katalysatorbettes und Öffnungen, die in gewissen Abständen von dem Einlaß über die Wand verteilt sind, einem Gegenstromteil 24 des Außenrohrs, einem Parallel-. stromteil 14 des Innenrohrs, der am Boden des Katalysatorbettes geschlossen ist und Poren in der Wand des Rohrs aufweist, und einem Parallelstromteil 15 des Außenrohrs, wobei der Teil 23 und der Teil 24 mit dem Teil 14 bzw. dem Teil 15 verbunden sind. Der ringförmige Kanal zwischen dem Parallelstromteil 14 des Innenrohrs und dem Parallelstromteil 15 des Außenrohrs weist einen Beschickungsgasauslaß am Boden des Katalysatorbettes auf, wie das in Fig. 6 gezeigt ist.

Das Beschickungsgas fließt durch das Rohr 7 und das Kreuzventil 8 und wird in zwei Ströme aufgeteilt, von denen einer durch das Rohr 9 und der andere durch das Rohr 10 fließt. Der durch das Rohr 9 gehende Strom fließt abwärts durch den Ringkanal 12 zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und der Außenwand des Katalysatorgefäßes 2 und des Hauptwärmeaustauschers 3 und wird vorerhitzt, während er vom Gaseinlaß 20 des Hauptwärmeaustauschers 3 durch den Hauptwärmeaustauscher fließt, er tritt dann aus dem Auslaß 21 aus und erreicht den Gaseinlaß 22 des U-förmigen Doppelkühlrohrs 29.

Gleichzeitig fließt der durch das Rohr 10 gehende Strom durch das Nebenwegrohr 28 und erreicht ebenfalls den Gaseinlaß 22 des U-förmigen Doppelkühlrohrs 29, wo er mit dem Strom gemischt wird, der durch den Hauptwärmeaustauscher gegangen ist.

Durch Regelung des Kreuzventils 8 ist es möglich, die Temperatur des Beschickungsgases, das dem U-förmigen Doppelkühlrohr zugeführt werden soll, zu regeln.

Das in den Einlaß 22 des U-förmigen Doppelkühlrohrs eingeführte Beschickungsgas fließt in dem Gegenstromteil 23 des Innenrohrs aufwärts. Ein Teil davon geht durch die in der Wand des Innenrohrs vorgesehenen Öffnungen, fließt in dem ringförmigen Kühlkanal zwischen dem Gegenstromteil 24 des Außenrohrs und dem Gegenstromteil 23 des Innenrohrs aufwärts und kühlt das Katalysatorbett 4 über die Wand des Außenrohrs. Dieses Kühlgas kehrt seine Richtung am Oberteil des Katalysatorbettes um, fließt durch einen ringförmigen Kühlkanal zwischen dem Parallelstromteil 15 des Außenrohrs und dem Parallelstromteil 14 des Innenrohrs und tritt aus dem Gasauslaß 17 aus. Das restliche Gas fließt durch den Gegenstromteil des Innenrohrs, dreht seine Richtung im oberen Teil des Katalysatorbettes um, fließt durch den Parallelstromteil 14 des Innenrohrs abwärts, tritt aus den in der Wand des Innenrohrs vorgesehenen Öffnungen in den Parallelstrom-Ringkanal aus und vereinigt sich mit dem vorstehend genannten Kühlgas und kühlt das Katalysatorbett 4 durch .das Außenrohr 15.

Das Beschickungsgas, das aus dem Auslaß 17 ausgetreten ist, fließt.in dem Mittelkanal 18 nach oben und erreicht den oberen Teil 19 des Katalysatorbettes. Das Beschickungsgas, das durch das Doppelkühlrohr gegangen ist, ist auf eine Temperatur zur Einleitung der Reaktion vorerhitzt. Das Gas reagiert, während es im Inneren des festen Katalysatorbettes abwärts strömt, und das gebildete Reaktionsprodukt fließt in der Richtung des Pfeils und wird aus dem Reaktionsproduktauslaß 27 aus der Vorrichtung abgeführt, nachdem es durch den Hauptwärmeaustauscher 3 gegangen ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich für exotherme katalytische Gasphasenreaktionen, besonders für die Herstellung von Ammoniak und Methanol bei hoher Temperatur und hohem Druck, und es ist möglich, die Temperaturverteilung in dem Katalysatorbett im wesentlichen gleichmäßig zu halten.

Die Fig. 7 zeigt die Temperaturverteilung der Reaktionstemperatur in dem Katalysatorbett, wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung für die Herstellung von Methanol benutzt wird; aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß Änderungen der Reaktionstemperatur nicht über einen Bereich von 5° C hinausgehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

209 582/329

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hochdruckreaktor für katalytische Gasreaktionen mit innerhalb eines Einsatzes angeordnetem Hauptwärmeaustauscher und Katalysatorbett, durch welches sich Doppelkühlröhren und gegebenenfalls eine zentrale Gasleitung erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Innenrohr (14, 23) an der dem Einlaß (13, 22) gegenüberliegenden Seite (25) geschlossen ist und

in Abständen vom Einlaß über die Rohrwand verteilte Öffnungen (16) aufweist, während das Außenrohr (15, 24) einen Auslaß (17, 25) an dem dem Einlaß (13, 22) des Innenrohres entgegengesetzten Ende aufweist und am anderen Ende geschlossen ist.

2. Hochdruckreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelkühlröhren gerade sind und ihre Einlasse (13, 22) abwechselnd und in symmetrischer Anordnung oberhalb und unterhalb der Katalysatorschicht (4) liegen.

3. Hochdruckreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelkühlröhren (29) U-förmig ausgebildet sind und Einlaß (22) und Auslaß (17) unterhalb der Katalysatorschicht (4) münden.