DE1667161C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Gasführung in katalytischen Hochdruck syntheseanlagen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Gasführung in katalytischen Hochdruck syntheseanlagenInfo
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Description
Bei katalytischen Ammoniak-Hochdrucksyntheseanlagen mit mehreren hintereinander angeordneten
axial durchströmten Katalysatorlagen ist es bekannt, im Sinne der Stromungsrichtung des zur Umsetzung
gelangenden Gases eine Endkatalvsatorlage zu schalten, die im Verhältnis zu den vorhergehenden Lagen
besonders lang ausgebildet ist. Dadurch wird eine noch befriedigende NH3-B ildung erreicht, obwohl
die NH.,-Bildungsgeschwindigkeit an dieser Stelle infolge
des hohen NH3-Gehaltes des Synthesegases schon sehr niedrig ist.
Es ist weiter bekannt, daß der Druckverlust in einem solchen Syntheseofen in erster Linie vom Katalysator
verursacht wird und daß die lange Endkatalysatorlage maßgeblich an dem Druckverlust des
Ofens beteiligt ist.
Andererseits sind z.B. in der französischen Patentschrift 1 409 120 auch öfen mit 1 bis 3 Katalysatorlagen
beschrieben, die vom Synthesegas nur radial durchströmt werden, um den Druckverlust des Katalysatorbettes
herabzusetzen. Bei dieser Bauweise strömt das Synthesegas radial vom Zentrum nach
außen und in der nächsten Schicht von außen nach innen durch das Katalysatorbett.
Durch diese Oasführung treten aber bei der Formierung
des Kontaktes unangenehme Nebenerscheinungen auf. Durch die Strömung des Gases von
außen nach innen bilden sich innen viel größere Gasgeschwindigkeiten aus, dadurch wird in der Zeiteinheit
eine wesentlich größere Menge an Wasserstoff mit dem Katalysator in Berührung gebracht, so daß
auch bei etwas geringerer Temperatur eine beträchtliche Reduktion des Kontaktes stattfindet. Da dadurch
die Reduktion teilweise auch gegen die Gasströmungsrichtung erfolgt, ist der inn anliegende
Kontakt bereits aktiv, während der in der Außenschicht noch reduziert werden muß. Durch die Formierung
des äußeren inaktiven Katalysators entsteht aber Wasser, das dann mit dem Formierungsgas nach
innen strömt, wodurch der innenliegende, bereits reduzierte
Kontakt eine starke Schädigung seiner Aktivität erfährt.
Der Einsatz des Radialstromes käme außerdem infolge der kurzen radialen Weglänge nur für sehr
große Einheiten in Frage und abgesehen von den Formierungsgeschwindigkeiten des Katalysators wäre
ίο der konstruktive Aufwand für diese Bauart besonders
hoch.
In der deutschen Auslegeschrift 1 128409 werden
Reaktoren mit radialer Gasströmung beschrieben, in denen der Gasfluß ebenfalls abwechselnd von innen
nach außen und von außen nach innen erfolgt.
Bei der Hintereinanderschaltung solcher radial durchströmter Reaktoren wird empfohlen, die Katalysatorschichten
der am Schluß der Reihe liegenden Reaktoren zu unterteilen, um eine höhere Gasgeschwindigkeit
zu erreichen. Damit soli der Druckabfall in den Katalysatorschichten gesteigert und eine
bessere Gasverteilung erreicht werden.
Für die Ammoniaksynthese ist eine solche Anordnung jedoch unbrauchbar, weil es gerade darauf anas
kommt, den Druckabfall in der letzten Katalysatorschicht möglichst gering zu halten.
Es wurde nun gefunden, daß durch die Kombination von Axialstrom in den ersten Katalysatorlagen
und Radialstrom in der Endkatalysatorlage eine schädliche Gasführung von außen nach innen vermieden
werden kann und trotzdem ein geringerer Druckverlust gegenüber den bekannten, nur axial
durchströmten öfen zu verzeichnen ist. Auf diese Weise gelingt es auch hier, den Umsatz wesentlich zu
erhöhen, da es durch den Radialstrom in der Endkatalysatorlage möglich wird, dort Katalysatoren mit
geringerer Korngröße und daher größerer Aktivität zur Ausreaktion des Gasgemisches einzusetzen, ohne
den Druckverlust zu erhöhen und ohne zu Beginn der Reaktion auf die axiale Durchströmung von Katalysatorlagen
mit zwischengeschalteten Kühlzonen verzichten zu müssen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Gasführung in katalytischen
Hochdrucksyntheseanlagen unter Verwendung eines einzigen Reaktors mit zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten
Katrlysatorlagen, die nacheinander vom Synthesegas durchströmt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß das Synthesegas mindestens die erste Katalysatorlage axial von oben nach unten oder
von unten nach oben und zumindest die letzte Katalysatorlage radial von innen nach außen durchströmt,
wobei die Höhe der radial durchströmten, letzten Katalysatorschicht ein Vielfaches des Reaktordurchmessers
beträgt.
Um den Reaktionsablauf schneller und vollständiger zu gestalten, wird allgemein, wie schon erwähnt,
die Verwendung einer möglichst geringen Katalysatorkorngröße in der Endkatalysatorlage angestrebt.
Der Einsatz von Katalysatoren mit kleinen Korngrößen ist aber nur deshalb möglich, weil beim Radialstrom
der Druckverlust wesentlich geringer ist als beim Axialstrom und daher der durch den feineren
Katalysator verursachte höhere Druckverlust geduldet werden kann.
Durch die Gasführung in Radialrichtung von innen nach außen treten bei der Formierung des Katalysators
keine Schwierigkeiten auf, da das Gas den
Kontakt so durchströmt, daß die Formierung gleich- die oberen axial J"*'11' einen möglicherweise,
mäßig erfolgt und das entstehende Wasser mit dem nen. Um beim KaQ1<"b talvsators in der Endkata-
Gas nur auf noch nicht reduzierten Kontakt auftrifft. durch das Absinken ""^^kurzschluß zu vermei-
Die Länge der radial durchströmten Endkatalysa- lysatorlage £Uttretenae" unterhalb des oberen Be-
türlage beträgt in der Regel das 4 bis 6fache des in- 5 rien, sind erfindungsge^^ dn oder meh.
neren Ofendurchmessers. hälterbodens3kon e ^ Blechringe5 angeordnet,
Das erfradungsgemäBe Verfahren soll an Hand der rere in sich g^cniroχ artenden Setzung in die
Zeichnung, die Beispiele für eine geeignete Vorrich- die nach Maßgabe der^zu
tung zur Durchführung des Verfahrens darstellt, er- Katalysatorschicht emtaucnen
läutert werden. 10 Beispiel
Das teilweise ausreagierte Synthesegasgemisch v*r««>ni1iine einer Vorrichtung für die Am-
kommt aus den axial durchströmten vorangeschalte- Unter Verwen°u"^ F j 3 gezeigten Art werden
ten Katalysatorlagen, tritt bei dem achsennahen Gas- ^η^™^" Svnthesegemisches durch die er-
durchlaß? in die lange Endkatalysatorlage ein und 70 000 Nm3/n «nesS>ntns ^ und durch die
durchströmt diese dann radial von innen nach außen. 15 sten beiden Kawiy * .^n nach außen gc.
Die Endkatalysatorlage befindet sich im Ringraum EndkatiysalO'!fnniak Synthese wird bei 300 atm,
zwischen zwei konzentrisch angeordneten gelochten fuhrt. Die Ammo , Katalysators mit einer
Blechmänteln 1 und 2 und ist oben mit dem Behälter- unter ye™en™ng Kom2röße von 6 mm und be.
boden 3 und unten mit dem Behälterboden 4 abge- ^ d^hs^"^" £,„ 4OO bis 500 C vorgenom-
Das völlig ausreagierte Synthesegas tritt dann bei 8 men. vor Eintritt ,n die Endkata-
aus der Endkatalysatorlage aus und durchströmt den , γΓ mit 17m3 Katalysator gefüllt ist,
angeschlossenen Wärmetauscher. In der Zeichnung lysatorlage,'αι.am , g VolumprOzent und einen
bedeutete ein zentrales Gasführungsrohr für das im einen lnertg^ge Volumprozent auf. Die
Hauptwärmetauscher vorgewärmte Frischgas, das as Ammoniakgeha_ll ^ T^h vor Eintritt in das 3.
zur Eingangskatalysatorlage geführt wird. iTf'Cbett befrlgt 440" C. Am Ofenausgang
Außerdem sind in den Fig. Ibis 3 weitere Mog- ^jj^^ ^Volumprozent NH,.
lichkeiten angedeutet, wie das Reaktionsgas zwischen enthaIt ^ ^ Endkatalysatorlage, während in den
den einzelnen Katalysatorlagen abgekühlt werden Wird nun die: tna >rchströmten Katalysatorlakann.
Dadurch wird gezeigt, daß die erfindungsge- 30 vorang«.«haUetouχ £iner Korngröße VOn 6 mm
mäße Gasführung und die hierzu dienende appara- ge:n e'n ^13^ mit einem Katalysator der eine
tive Anordnung unabhängig von verschiedenen Be- beibe!han^^n Γ 'R öße Von 2 mm aufweist, getriebsweisen
eines solchen Mehrschichtenreaktors an- J»«hs™"SC„a„ bei den angeführten Bedingungen
wendbar sind. Prinzipiell kann jede übliche Ausge- fullt^° ^"^n Gas mit 18,5 Volumprozent
stellung, wie sie bei bekannten axial durchströmten 35 am Ofenausgang ein
Ammoniak-Syntheseöfen angewendet wird, auch fur NH.,.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Gasführung in katalytischen
Hochdrucksyntheseanlagen unter Verwendung eines einzigen Reaktors mit zwei oder mehreren
hintereinander geschalteten Katalysatorlagen, die nacheinander vom Synthesegas durchströmt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Synthesegas mindestens die erste Katalysatorlage axial von oben nach unten oder von unten nach
oben und zumindest die letzte Katalysatorlage radial von innen nach außen durchströmt, wobei
die Höhe der radial durchströmten, letzten Katalysatorschicht ein Vielfaches des Reaktordurchmessers
beträgt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die an die axial durchströmten Katalysatorlagen anschließende lange Endkatalysatorlage
im Ringraum zwischen zwei um das Zentralrohr (6) konzentrisch angeordneten gelochten Blechmänteln
(1. 2) befindet, wobei der obere Behälterboden (3) einen achsennahen (7) und der
untere einen wandnahen (8) Gasdurchlaß aufweist.
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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