DE1927850A1 - Device for carrying out exothermic catalytic gas reactions - Google Patents
Device for carrying out exothermic catalytic gas reactionsInfo
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Description
Kralovopolska stro^irna, narodni podnik, Brno, Kralovo Pole, CSSRKralovopolska stro ^ irna, narodni podnik, Brno, Kralovo Pole, CSSR
Vorrichtung zur Durchführung von exothermen katalytisehenDevice for carrying out exothermic catalytic processes
GasreaktionenGas reactions
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von exothermen katalytischen Gasreaktionen, z. B. der Ammoniakoder Methanolsynthese, mit einem mehrkugeligen äußeren Hochdruckmantel, einem in diesem mit Spiel angebrachten und mit ihm kongruenten inneren Einbaumantel, einem in der Längsachse des Einbaumantels angebrachten Einführungsmantel und einem oder mehreren, in dem Einführungsmantel übereinander angeordneten Wärmeaustauschern. Die Vorrichtung soll sich zur Durchführung von exothermen katalytischen Gasreaktionen eignen, die unter erhöhten Temperaturen bzw. erhöhten Drücken geführt werden.The invention relates to an apparatus for carrying out exothermic catalytic gas reactions, e.g. B. the ammonia or Methanol synthesis, with a multi-spherical outer high pressure jacket, one in this with play attached and with it congruent inner built-in jacket, one in the longitudinal axis of the installation jacket and one or more, in the insertion jacket arranged one above the other Heat exchangers. The device should be suitable for carrying out exothermic catalytic gas reactions, which are carried out at elevated temperatures or elevated pressures.
Mit der Problematik der Bauart und Konstruktion von Reaktoren und Konvertoren dieses Typs befassen sich die meisten Erzeuger von chemischen Vorrichtungen und Anlagen. Die Konzentrierung der Produktion in Großleistungseinheiten hat sich nämlich als einer der möglichen Wege, die zur Erniedrigung der Herstellungskosten führen könnten, erwiesen.With the problem of the design and construction of reactors and converters of this type are dealt with by most chemical equipment manufacturers. The concentration the production in large-capacity units has namely proved to be one of the possible ways that could lead to lower manufacturing costs.
Die meisten Großvolumenvorrichtungen, die bereits in Betrieb sind, wurden einfach durch eine Vergrößerung der geometrischen Abmessungen der in der Industrie laufend benutzten Zylinderreaktoren abgeleitet, wobei deren charakteristische Züge erhalten blieben. Das bedeutet, daß ihre Katalysatorfüllung meistens durch feste, mechanische Böden in mehrere selbständige,Most of the large volume devices that are already in use have been made simply by enlarging the geometric Dimensions of the cylinder reactors currently used in industry derived, whereby their characteristic features have been preserved. That means that their catalyst filling mostly through solid, mechanical floors in several independent,
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gegeneinander abgetrennte und übereinander angeordnete Schichten verteilt wurde, die von dem Synthesegemisch in axialer oder radialer Richtung durchströmt wurden. In den Boden wurden dann entweder Mittel zur indirekten Kühlung des fortschreitenden Gasgemisches oder Mischkanmern zum direkten Wärmeaustausch zwischen dem heißen, teilweise durchreagierten und dem kalten, frischen Synthesegemisch eingebaut. layers separated from one another and arranged one on top of the other were distributed through which the synthesis mixture flowed in the axial or radial direction. Either means for indirect cooling of the advancing gas mixture or mixing channels for direct heat exchange between the hot, partially reacted and the cold, fresh synthesis mixture were then built into the soil.
Die Nachteile dieser klassischen Einbautypen, die bisher fast ausschließlich für niedrigere Leistungen benutzt wurden, sind bekannt. In erster Linie ist es die feste Auflagerung der Tragroste und/oder der Kühl- bzw. Mischböden in dem inneren Einbau sowie ihre Kompliziertheit. Beim Einfüllen oder Entleeren des Katalysatorbettes müssen nämlich die einzelnen Tragroste und Böden zusammen mit den in ihnen eingebauten Kühlvorrichtungen und mit den üblichen Einbauteilen schrittweise demontiert werden, Der Austausch des desaktivierten Katalysators sowie eventuelle Reparaturen des Einbaues werden dadurch ziemlich schwierig und zeitraubend. Die Montagearbeiten in dem staubigen Raum im Innern eines schlanken Einbaues sind außerdem auch gefährlich. Und, was die Hauptsache ist, die Mnntage und Demontage der oben beschriebenen klassischen Einbautypen erfordern unbedingt, daß der ganze Querschnitt des Hochdruckraumes frei blieb. The disadvantages of these classic built-in types, which have so far been used almost exclusively for lower outputs , are known. First and foremost , it is the fixed support of the support grids and / or the cooling or mixed floors in the internal installation and their complexity. When filling or emptying the catalyst bed, the individual support grids and floors must be dismantled step by step together with the cooling devices installed in them and with the usual built-in parts. This makes replacing the deactivated catalyst and any repairs to the installation quite difficult and time-consuming. The assembly work in the dusty room inside a slim installation is also dangerous. And, what is the main thing, the assembly and dismantling of the classic installation types described above absolutely require that the entire cross-section of the high-pressure chamber remains free.
Bei einer einfachen Übertragung der bisher benutzten mehrschichtigen Einbautypen auf einen Großvolumenmktor treten diese Nachteile noch mehr in den Vordergrund. Dazu hat sich gezeigt, daß der bloßen Vergrößerung der bekannten zylinderförmigen Reaktoren auch Hindernisse technologischen oder konstruktiven Charaktere im Wege stehen. In erster Linie ist es die Tatsache, daß die Erzeugung eines Hochdruckdeckels, der das vergrößerte Mannloch, d. h. praktisch den ganzen Querschnitt des Druckraumes abschließen und zugleich Längsspannungen, die durch Unterschiede in der Wärmedilatation in den Druckkörperwänden hervorgerufen werden, auffangen soll, Über gewisse Grenzen nicht realisierbar ist. With a simple transfer of the previously used multi-layer installation types to a large-volume motor, these disadvantages come to the fore even more. In addition, it has been shown that the mere enlargement of the known cylindrical reactors are also obstacles of technological or constructive character. First and foremost, it is the fact that the creation of a high pressure lid covering the enlarged manhole, i. H. practically complete the entire cross-section of the pressure space and at the same time absorb longitudinal stresses that are caused by differences in the thermal expansion in the pressure hull walls, beyond certain limits it is not feasible.
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An zweiter Stelle wächst aber bei der geometrischen Vergrößerung der Dimensionen und bei den normalen Betriebsdrücken, etwa 300 att auch die Wanddicke des den Deckel tragenden Hochdruckmantels bis über einen tragbaren Wert.In the second place, however, with the geometrical enlargement of the dimensions and with the normal operating pressures, around 300 at t , the wall thickness of the high-pressure jacket supporting the cover also increases to an acceptable value.
Den bisherigen Erfahrungen nach beträgt die durch die oben angeführten Hindernisse beeinflußte Kapazitätsbeschränkung und Grenzleistung bei Ammoniaknsaktoren ungefähr 1000 t Ammoniak pro Tag, was heute nicht mehr als genügend angesehen werden kann.Experience so far shows that the capacity limitation influenced by the above-mentioned obstacles is and Limit power for ammonia actuators around 1000 t of ammonia per day, which is no longer considered sufficient today can.
Eine der wenigen Möglichkeiten der konstruktiven Lösung von Großvolumenreaktoren zur Durchführung von exothermen katalytisehen Gasreaktionen stellt die Vorrichtung gemäß des tschechoslowakischen Patents 116 440 dar. Der Druckkörper wird durch Verbindung von wenigstens einem kugeligen und zwei zylinderfönnigen Bauelementen gebildet. Diese Gestaltung hat die günstigen Festigkeitseigenschaften und die hydrodynamischen Eigenschaften der Kugelform. Dank dieser vorteilhaften Festigkeitsbedingungen kann der aus mehreren Kugelelementen ausgebildete Hochdruckkörper der klassischen Zylinderform gegenüber ein größeres funktionelles Volumen bei einer geringeren Wanddicke und dadurch auch bei geringerem Gesamtgewicht aufweisen. Die großen Zusatzspannungen in Richtung der Längsachse, die bei den Zylinderbehältern vorkommen und durch den Druckdeckel bzw. durch ein System von Hilfsquerabstützungen beseitigt werden müssen, werden bei den Kugelbehältern in stellenmäßig niedrigere radiale Spannungen übersetzt. Die Gefahr der Entstehung von Rissen in der Außentragschicht und des Verziehens der mittleren Schichten, die in der Regel eine höhere Wärmedilatation aufweisen, wird demnach auf ein Minimum reduziert. Daraus ergeben sich auch geringere Ansprüche an die Ausführung des Druckdeckels, des Hochdruckmantels sowie des inneren Einbaues.One of the few possibilities of the constructive solution of large volume reactors for the implementation of exothermic catalytisehen The device according to the Czechoslovak patent 116 440 represents gas reactions. The pressure body is formed by connecting at least one spherical and two cylindrical components. This design has the favorable strength properties and the hydrodynamic properties of the spherical shape. Thanks to these advantageous strength conditions can be compared to the high pressure body formed from several spherical elements of the classic cylindrical shape have a larger functional volume with a smaller wall thickness and therefore also with a lower overall weight. The large additional stresses in the direction of the longitudinal axis, the occur in the cylinder containers and eliminated by the pressure cover or by a system of auxiliary cross supports need to be in places with the spherical tanks translates lower radial stresses. The risk of cracks in the outer support layer and warping the middle layers, which usually have a higher degree of thermal expansion, are therefore reduced to a minimum. This also results in lower demands on the design of the pressure cover, the high-pressure jacket and the inner one Built-in.
Im Vergleich mit einem einfachen raumgleichen Kugelreaktor, in dem sich ein Katalysatorbett von demselben Umfang befindet,In comparison with a simple spherical reactor of the same space, in which has a catalyst bed of the same size,
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ermöglicht die mehrkugelige Ausstattung eine wirksamere und gleichmäf3igere Kühlung des fortschreitenden Gasgemisches und dadurch auch eine viel bessere und empfindlichere Betätigung des Wärraeregimes während der Konversion. Und es kommt noch dazu, daß in einem einfachen Kugelreaktor die Ausbildung eines mehrschichten Katalysatorbettes einen ziemlich komplizierten Einbau bedingt.The multi-spherical equipment enables a more effective and more uniform cooling of the advancing gas mixture and thereby also a much better and more sensitive actuation of the heat regime during the conversion. And it is yet to come to the fact that the formation of a multilayer catalyst bed in a simple spherical reactor is quite complicated Installation conditional.
Die konstruktive Bearbeitung des inneren Einbaues für ein mehrschichtiges, in einem mehrkugeligen Hochdruckkörper gelagertes Katalysatorbett bildet den Gegenstand des tschechoslowakischen Patents 120 180. Hiernach besteht der Synthesereaktor aus zwei oder mehreren Kugelbehältern, die mit selbständigen, jeweils auf einem Tragrost gelagerten Katalysatorschichten gefüllt und durch zylinder- oder ringförmige Verbindungselemente aneinander angeschlossen sind. Die Querschnitte der Verbindungselemente sind dabei kleiner als die der Kugelbehälter und der Mannlöcher. In der Längsachse des inneren Einbaues ist in einem Einführungsmantel ein Wärmeaustauscher gelagert, der das mehrschichtige Katalysatorbett im wesentlichen in seiner ganzen Länge, also alle selbständigen, sich in den'einzelnen Kugelbehältern befindlichen Katalysatorschichten, durchsetzt. Zur Regelung und zum Gleichrichten des Wärmeregimes während der Reaktion erfolgt ein direkter Wärmeaustausch zwischen dem teilweise durchreagierten, von einer in die funktionell nachfolgende Katalysatorschicht übertretenden Gasgemisch und dem kalten Frischgas. Dieser Austausch geschieht in Mischkammern, die sich in dem Niveau der zylinderförmigen Verbindungselemente zwischen dem Tragrost der einen und der Oberfläche der nächstfolgenden Katalysatorschicht befinden.The structural processing of the internal installation for a multi-layer, Catalyst bed stored in a multi-spherical high-pressure body forms the subject of the Czechoslovakian Patent 120,180. According to this, the synthesis reactor consists of two or several spherical containers filled with independent catalyst layers, each mounted on a support grid and to each other by cylindrical or ring-shaped connecting elements are connected. The cross-sections of the connecting elements are smaller than those of the spherical container and the Manholes. In the longitudinal axis of the internal installation, a heat exchanger is mounted in an introductory jacket Catalyst bed is essentially in its entire length, that is to say all of its own, in the individual spherical containers located catalyst layers, interspersed. For regulating and rectifying the thermal regime during the Reaction there is a direct heat exchange between the partially reacted, from one to the functionally subsequent one Catalyst layer overflowing gas mixture and the cold fresh gas. This exchange takes place in mixing chambers, which are at the level of the cylindrical connecting elements between the support grid of one and the surface of the next Catalyst layer are located.
Obwohl durch diese Ausstattung günstige Voraussetzungen zur Realisation der Hochleistungsreaktoren gegeben waren, gelang es jeddh nicht, die bemängelten Nachteile der klassischen Zylinderreaktoren zu beseitigen. Es sind hier nämlich die fest eingebauten Tragroste geblieben, die beim Füllen und Entleeren des Katalysators wieder Schwierigkeiten verursachen« Zum ZweckAlthough this equipment provides favorable conditions for Realization of the high-performance reactors were given, it did not succeed, however, the criticized disadvantages of the classic Eliminate cylinder reactors. The fixed support grids that were used during filling and emptying have remained here of the catalyst again causing trouble «For the purpose
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der Demontage und Montage der Tragroste muß vor allem der Einführungsmantel des Wärmeaustauschers zwischen den einzelnen Katalysatorschichten unterbrochen ausgebildet werden. Die herausnehmbaren, meist ringförmigen Mantelteile werden dann durch lösbare Verbindungsstücke aneinander angeschlossen.the dismantling and assembly of the support grids must above all Introductory jacket of the heat exchanger between the individual catalyst layers are formed interrupted. the removable, mostly ring-shaped casing parts are then connected to one another by releasable connecting pieces.
Der Austausch des desaktivierten Katalysators stellt also auch hier einen komplizierten und zeitraubenden Vorgang dar. Dazu benötigt man wieder ein Mannloch von genügend großem Querschnitt, das den Querschnitt der engsten Stellen des Einbaues, d. h. der zylinderförmigen Verbindungselemente, überschreitet. Einen wesentlichen Nachteil stellt auch die Tatsache dar>" daß die zwischen den einzelnen Kugelbehältern im Niveau der Verbindungselemente ausgebildeten Mischräume bzw. Mischkammern nur schlecht zugänglich sind, obwohl hier die Zuführungsleitungen des Frischgases einmünden und obwohl diese Teile des Hochdruckkörpers einer erhöhten Wirkung des aggressiven Mediums ausgesetzt sind. Kein Wunder, daß diese Tatsache zahlreiche ernste Defekte und oft das Aussetzen der ganzen Produktionseinheit zur Folge hat, was insbesondere bei den Hochleistungseinheiten höchst unerwünscht ist. The replacement of the deactivated catalyst thus represents also a complicated and time-consuming process is. This requires again a manhole of a sufficiently large cross section, which means the cross-section of the narrowest points of the incorporation exceeds the cylindrical connecting elements. Another significant disadvantage is the fact that the mixing spaces or mixing chambers formed between the individual spherical containers at the level of the connecting elements are poorly accessible, although the supply lines of the fresh gas open here and although these parts of the high-pressure body are exposed to an increased effect of the aggressive medium It is no wonder that this fact results in numerous serious defects and often the breakdown of the entire production unit, which is highly undesirable, especially with the high-performance units.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Durchführung von exothermen katalytisehen Gasreaktionen auch die übriggebliebenen Nachteile des mehrkugeligen, mit einem mehrschichtigen Katalysatorbett ausgestatteten Reaktors zu unterdrücken· The invention is based on the object of suppressing the remaining disadvantages of the multi-spherical reactor equipped with a multi-layer catalyst bed in a device for carrying out exothermic catalytic gas reactions.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Durchführung von exothermen katalytischen Gasreaktionen, z. B. der Ammoniak- oder Methanolsynthese, mit einem mehrkugeligen äußeren Hochdruckmantel, einem in diesem mit Spiel angebrachten und mit ihm kongruen-ten, inneren Einbaumantel, einem in der Längsachse des Einbaumantels angebrachten Einführungsmantel und einem oder mehreren, in dem Einführungsmantel übereinander angeordneten Wärmeaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Einführungsmantel To solve this problem, a device for carrying out exothermic catalytic gas reactions, for. For example, the ammonia or methanol synthesis, with a mehrkugeligen external high-pressure shell, an attached in this with play and with it kongruen-th inner mounting shell, one mounted in the longitudinal axis of the mounting shell introduction sheath and one or more, one above the other in the insertion sheath arranged heat exchangers, characterized in that the space between the introductory sheath
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und dem Einbaumantel durch ein ununterbrochenes Katalysatorbett ausgefüllt ist, das auf einem, in dem untersten der Kugelbehälter eingebauten Tragrost ruht, und daß zwischen den einzelnen Kugelbehältern ringförmige Verbindungselemente vorgesehen sind, die Einführungsstutzen für das Frischgas tragen, wobei die Einführungsstutzen zu inneren Verteilungsringen und an diese anknüpfende Verteilungsrohrsysteme mit einzelnen radialen Röhren führen, die den ganzen Querschnitt des Kata lysatorbettes durchsetzen und in ihm einzelne technologische Schichten abgrenzen. and the installation jacket is filled by an uninterrupted catalyst bed which rests on a support grate built into the lowermost of the spherical containers, and that annular connecting elements are provided between the individual spherical containers, which carry inlet nozzles for the fresh gas, the inlet nozzles to inner distribution rings and to these connecting distribution pipe systems lead with individual radial tubes that penetrate the entire cross-section of the catalyst bed and delimit individual technological layers in it.
Auf diese Weise ergibt sich eine' Konstruktion, die ein großes funktionelles Volumen aufweisen kann und deshalb auch für Hochleistungseinheiten verwendbar ist. Die Lösung beruht dabei auf dem Prinzip eines ununterbrochenen Katalysatorbettes, das jedoch als ein mehrschichtiges Bett arbeitet, von dem Synthesegasgemisch in axialer Richtung durchflossen wird und mit einer direkten Zwischenschichtkühlung ausgestattet ist.In this way, a 'construction results that can have a large functional volume and therefore also for High performance units is usable. The solution is based on the principle of an uninterrupted catalyst bed, however that works as a multilayer bed from which Syngas mixture flows through in the axial direction and is equipped with direct interlayer cooling.
Der Einbaumantel kann an seiner das Katalysatorbett kontaktierenden Innenwand mit einer Schutzschicht versehen und sein kleinster, dem äe» Innendurchmesser der Verbindungselemente entsprechender Durchmesser größer als der Innendurchmesser des Mannloches im obersten Kugelbehälter sein.The built-in jacket can contact the catalyst bed at its The inner wall is provided with a protective layer and its smallest, the outer inner diameter of the connecting elements corresponding diameter must be larger than the inner diameter of the manhole in the uppermost spherical container.
In einem Reaktor, der auf die erfindungsgemäße Weise hergestellt ist, gibt es die Möglichkeit, die Korngröße des Katalysators flieBend oder stufenweise zu wechseln, und zwar in einer indirekten Abhängigkeit von dem Durchflußquerschnitt des Katalysatorbettes· Mit dem zunehmenden Querschnitt des Katalysatorbettes kann die Korngröße des Katalysators zweck voll herabgesetzt werden und umgekehrt. Dadurch wird ein relativ regelmäßiger Durchfluß des Gasgemisches durch den ganzen, einen veränderlichen Querschnitt aufweisenden Katalysatorraum erzielt.In a reactor which is produced in the manner according to the invention, there is the possibility of changing the grain size of the catalyst continuously or in stages, namely in an indirect dependence on the flow cross section of the catalyst bed be fully reduced for the purpose and vice versa. As a result, a relatively regular flow of the gas mixture through the entire catalyst space, which has a variable cross section , is achieved.
Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erörtert,The subject of the invention is discussed in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawing,
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Der hier dargestellte Hochdruckreaktor besteht aus drei Kugelbehältern, die mittels zweier ringförmiger Verbindungselemente zu-Rammengeaetzt sind. In dem axial angeordneten Einführungsraantel ist ein einziger Röhrenaustauscher gelagert. Die Zeichnung zeigt teilweise einen axialen Längsschnitt, teilweise eine Seitensicht.The high-pressure reactor shown here consists of three spherical tanks, which are rammed together by means of two ring-shaped connecting elements are. In the axially arranged introduction frame a single tube exchanger is stored. The drawing shows partly an axial longitudinal section, partly a side view.
Ein Hochdruckmantel 1 des Synthesereaktors ist durch drei Kugelbehälter 18 gebildet, die durch ringförmige, im Querschnitt trapezförmige Verbindungselemente 19 verbunden sind. In dem Hochdruckmantel 1 ist ein Niederdruckmantel 2 des Einbaues mit einem notwendigen Spiel gelagert. Der Einbaumantel 2 weist eine mit dem Hochdruckmantel kongruente Gestalt auf. Die Innenwand des Einbaumantels ist mit einer Schutzschicht, beispielsweise aus reinem Asbest, aus expandiertem Perlit oder keramischen, wärmeisolierenden Stoffen, z. B. Perobeton, versehen. Im obersten der drei Kugelbehälter des Hochdruckkörpers ist ein Mannloch 21 ausgebildet, das mit einem Hochdruckdeckel h abgeschlossen ist. In ähnlicher Weise ist auch der Einbaumantel 2 mit einem dem Mannloch 21 entsprechenden Mannloch versehen, das einen Niederdruckdeckel 5 trägt.A high-pressure jacket 1 of the synthesis reactor is formed by three spherical containers 18 which are connected by annular connecting elements 19 with a trapezoidal cross-section. In the high-pressure jacket 1, a low-pressure jacket 2 of the installation is mounted with a necessary clearance. The built-in jacket 2 has a shape that is congruent with the high-pressure jacket. The inner wall of the built-in jacket is covered with a protective layer, for example made of pure asbestos, expanded perlite or ceramic, heat-insulating materials, e.g. B. Perobeton provided. In the uppermost of the three spherical containers of the high-pressure body, a manhole 21 is formed which is closed with a high-pressure cover h . In a similar way, the built-in jacket 2 is also provided with a manhole corresponding to the manhole 21 and bearing a low-pressure cover 5.
In der Längsachse des Hochdruckkörpers 1, und zwar über die ganze Länge des Ununterbrochenen Katalysatorbettes 8 ist ein Einführungsmantei 6 angeordnet. Der Einführungsmantel stützt sich mit seinem unteren Ende auf einen Tragrost 7, der in dem Bodenteil des untersten Kugelbehälters eingebaut ist. In den Einführungsmantel ist unten ein Wärmeaustauscher 9 und oben ein elektrischer Erhitzer 10 eingebrachte Unter dem Tragrost 7 befindet sich eine undurchlässige Scheidewand 11, in die ein Wärmeaustauschermantel 12 mit seinem unteren Ende einmündet.In the longitudinal axis of the high pressure body 1, over the whole An introduction jacket 6 is arranged along the length of the uninterrupted catalyst bed 8. The introductory sheath is also supported its lower end on a support grid 7, which is installed in the bottom part of the lowermost spherical container. In the introductory coat is a heat exchanger 9 at the bottom and an electric heater 10 at the top Partition 11, into which a heat exchanger jacket 12 opens at its lower end.
Die einzelnen Funktionsschichten des Katalysatorbettes sind nicht mechanisch durch Roste oder Kühlböden abgetrennt, sondern das ganze Kontaktbett ist als eine ununterbrochene Katalysatorsäule ausgebildet»The individual functional layers of the catalyst bed are not separated mechanically by grids or cooling floors, but that whole contact bed is designed as an uninterrupted catalyst column »
Die zwischenzeitliche Kühlung des heißen* teilweise durchreagierten Gasgemisches erfolgt durch Einspritzung von kaltem Frischgas in den verengten Querschnitt des Katalysatorbettes, d. h. im Niveau der ringförmigen Verbindungselemente 19. DasThe intermittent cooling of the hot * partially reacted Gas mixture is made by injecting cold Fresh gas into the narrowed cross section of the catalyst bed, d. H. at the level of the annular connecting elements 19. The
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Frischgas wird dorn Hochdruckkörper 1 durch Einführungsstutzen 13 zugeführt und in der Katalyiiatormasse gleichmäßig durch ein System von radial angebrachten Verteilungsröhren 17 verteilt. Zu jedem Verteilungsrohrsystem gehört ein Verteilungsring 20, an dessen Innenumfang die Verteilungsröhren 17 angeschlossen sind. Zwecks einer regelmäßigen Verteilung des Frischgases durchsetzen die Verteilungsröhren den ganzen Flußquerschnitt der Katalysatorsäule und sind auf ihrer ganzen Oberfläche mit Öffnungen versehen. Ihre Anzahl wird so gewählt, daß einerseits eine vollkommene Abkühlung des fortschreitenden Synthesegemisches in dem ganzen Querschnitt des Katalysatorbettes erzielt wird und daß andererseits die Abstände zwischen den einzelnen radialen Verteilungsröhren so groß sind, daß der Katalysator frei und ungestört durchfallen kanri*-Fresh gas is fed into the high-pressure body 1 through inlet connection 13 and through the catalyst mass evenly a system of radially mounted distribution tubes 17 distributed. Each distribution pipe system has a distribution ring 20, to the inner circumference of which the distribution pipes 17 are connected are. For the purpose of a regular distribution of the fresh gas, the distribution tubes penetrate the entire cross-section of the river the catalyst column and are provided with openings on their entire surface. Their number is chosen so that on the one hand a complete cooling of the advancing synthesis mixture in the whole cross section of the catalyst bed is achieved and that on the other hand the distances between the individual radial distribution tubes are so large that the catalyst can fall through freely and undisturbed * -
Die ununterbrochene Katalysatorsäule wird von oben durch das obere Mannloch 21 eingeschüttet und von unten durch einen oder mehrere Austrittsstutzen 14 entleert.The uninterrupted catalyst column is fed from above through the The upper manhole 21 is poured in and emptied from below through one or more outlet nozzles 14.
Das in die Synthese geführte und in einem in einem selbständigen Druckkörper untergebrachten Hauptwärmeaustauscher vorgeheizte Frischgas wird dem Hochdruckkörper durch einen Stutzen 15 zugeführt. Es tritt in den Rohrraum des Wärmeaustauschers 9, wo es sich auf die Temperatur erhitzt, die beim Eintritt in die erste technologische Schicht des Katalysatorbettes gefordert wird. Von hier wird es über den elektrischen Erhitzer 10, der meistens nur während des Inbetriebsetzens des Reaktors eingeschaltet wird, auf die erste technologische Schicht geleitet. The fresh gas fed into the synthesis and preheated in a main heat exchanger housed in an independent pressure body is fed to the high-pressure body through a connection 15. It enters the tube space of the heat exchanger 9, where it is heated to the temperature that is required when entering the first technological layer of the catalyst bed. From here it is passed to the first technological layer via the electrical heater 10, which is mostly only switched on when the reactor is being started up.
Die Zwischenschichtkühlung des Synthesegeraisches geschieht, wie es schon oben angeführt wurde, durch den direkten Wärmeaustausch mit dem Frischgas, das durch die Einführungsstutzen 13 in die Verteilungsringe 20 und dann durch die Verteilungsröhren in den Katalysatorraum geführt wird.The intermediate layer cooling of the synthesis is done, as already mentioned above, through the direct heat exchange with the fresh gas that passes through the inlet port 13 is passed into the distribution rings 20 and then through the distribution tubes into the catalyst room.
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Von der letzten Katalysatorschicht wird das heiße durchreagierte Gasgemisch durch den Spalt zwischen dem Einführungsmantel 6 und dem Wärmeaustauschermantel 12 in den Röhrenzwischenraum des Wärmeaustauschers 9 geführt, wo es in einem indirekten Gegenstrom-Wärmeaustausch mit dem durch die Wärmeaustauscherröhre 1 geleiteten Frischgas gekühlt wird. Aus dem Röhrenzwischenraum fließt das gekühlte Gasgemisch in den Sammelraum unter der undurchlässigen Zwischenwand 11, von wo es durch den Stutzen 18 den Hochdruckkörper 1 verläßt. Wenn hinter dem Reaktor Dampf erzeugt werden soll, wird das durchreagierte Synthesegemisch dann einem Dampfkessel zugeführt und von hier in einen angebrachten Hauptwärmeaustauscher mit selbständigem Druckkörper geleitet, wo es nachgekühlt wird. Wenn keine Dampf erzeugung gewünscht wird, ist es leicht möglich, durch eine relativ einfache Anordnung die gesamte Wäraeaustauschfläche in den Druckkörper des Reaktors unterzubringen· Dazu gelangt man durch die geometrische Vergrößerung der Wärmeaustauschflache, die aber selbstverständlich auf Kosten des Katalysatorraumes geschieht· In diesem Falle wird die überflüssige Warne in der Regel zur Speisewasservorwärmung benutzt.From the last catalyst layer, the hot, fully reacted gas mixture is guided through the gap between the inlet jacket 6 and the heat exchanger jacket 12 into the space between the tubes of the heat exchanger 9, where it is cooled in an indirect countercurrent heat exchange with the fresh gas passed through the heat exchanger tube 1. The cooled gas mixture flows from the space between the tubes into the collecting space under the impermeable partition 11, from where it leaves the high-pressure body 1 through the nozzle 18. If steam is to be generated downstream of the reactor, the fully reacted synthesis mixture is then fed to a steam boiler and from here into an attached main heat exchanger with an independent pressure body, where it is subsequently cooled. If no steam generation is desired, it is easily possible to accommodate the entire heat exchange surface in the pressure hull of the reactor by means of a relatively simple arrangement.In this case, the geometric enlargement of the heat exchange is flat, which of course takes place at the expense of the catalyst space the superfluous warning is usually used to preheat the feed water .
In de« erfindungsgeeäßen Synthesereaktor verbinden sich die günstigen Fettigkeitieigenecheften der kugeligen bzw. ■ehrkugeligen Gestalt »it den Vorteilen der ununterbrochenen Katalysator säule, die Jedoch unter Anwendungen relativ einfachen Mitteln als ein funktionell eehrschichtiges Katalysatorbett arbeitet. _ -■ /'. ■'■■_■[ r\'- -\- ■ '-' . In the synthesis reactor according to the invention, the favorable fatty properties of the spherical or spherical shape combine with the advantages of the uninterrupted catalyst column, which, however, uses relatively simple means as a functional multi-layer catalyst bed. _ - ■ / '. ■ '■■ _ ■ [r \' - - \ - ■ '-'.
Die Herstellung des Hochdruckbehälters durch das ZussMiensetzen und Schweißen der einzelnen Kugelbehälter, die «it ringförmigen, die Verbindungaeleeente bildenden Endf lsnschen verseilen eind, stellt kein· großen Ansprüche. Auch dem Auflegen und dem Herauenehaen des Wlraeaustauichers oder des elektrischen Erhitzers «us dem Binführungeeantel bzw. der Demontage des Einführungsm*ntele steht nichts im Wege» so daß das obere Mannloch und der ihn abschließende Hochdruckdeckel sowie auch der Einbaudeckel mit einem Durchmesser ausgebildet werden können, der nur umThe manufacture of the high-pressure container by adding the mold and welding of the individual spherical containers, which are ring-shaped, the connecting elements are stranded together, does not make great demands. Also putting on and hooking up the heat exchanger or the electric heater «Nothing stands in the way of the entry tunnel or the dismantling of the entry system» so that the upper manhole and the the high-pressure lid closing it as well as the built-in lid can be formed with a diameter that is only around
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ein notwendiges Spiel den Durchmesser des Einführungsmantels übersteigt, aber doch kleiner ist als der kleinste, engste Durchmesser der ununterbrochenen Katalysatorsäule. Die wesentliche Herabsetzung der Ansprüche an die Größe und Dicke des Hochdruckdeckels ist von dem Standpunkt der Herstellung aus eine der Hauptbedingungen für die Realisation der Großvolumenreaktoren·a necessary game exceeds the diameter of the introductory sheath, but is still smaller than the smallest, narrowest Diameter of the uninterrupted catalyst column. The essential reduction of the demands on the size and thickness the high pressure lid is one of the main conditions for the realization of large volume reactors from the manufacturing point of view
Die Gestaltung des Mannloches mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der kleinste Durchmesser des Einbaues, ermöglicht neben der leichten Weise des Aufschüttens und der Entleerung der Katalysatoreäule es auch, daß die Schutzschicht, die nicht nur den Einbaueantel, sondern vor allem die innere Wand des Hochdruckmantels vor den schädlichen Einflüssen der hohen Temperaturen und vor dem Kontakt mit dem aggressiven Medium schützt, nicht an der inneren Wand des Hochdruckmantels oder an der äußeren Wand do Einbaumantel· angebracht ist, wie es bisher ieeer gewesen war, sondern an der inneren Wand des Einbaueantels. Ihre Beschädigung Wird dadurch leicht feetstellbar, und die beschädigten Stellen sind vom Innenraum des Reaktors her leicht zugänglich. Die Reparatur der Schutzschicht erfordert darum kein Auseinandernehmen des ganzen Einbaues, wozu ein entsprechend größeres Montagemannloch unbedingt notwendig wäre. Die Schutzschicht an der inneren Wand des Einbau-■antala verlängert Tialfach aalbst dia Lebensdauer dt« Einbau-■antels. , " _. . . : ' \· ;. ■"";"' ■"- ■ . : ■ ■The design of the manhole with a diameter that is smaller than the smallest diameter of the installation allows, in addition to the easy way of filling and emptying the catalyst column, that the protective layer, not only the installation jacket, but above all the inner wall of the High-pressure jacket protects against the harmful effects of high temperatures and against contact with the aggressive medium, is not attached to the inner wall of the high-pressure jacket or to the outer wall of the built-in jacket, as it was previously, but to the inner wall of the built-in jacket . Damage to them is thus easily legible, and the damaged areas are easily accessible from the interior of the reactor. The repair of the protective layer therefore does not require the entire installation to be dismantled, for which a correspondingly larger assembly man's hole would be absolutely necessary. The protective layer on the inner wall of the built-in ■ antel also extends the service life of the built-in ■ antel. , "_... : '\ ·;. ■"";"' ■ "- ■.: ■ ■
Durch eine Abänderung dta Durchmessers der Kugelbehälter sowie der Verbindungselement·, insbesondere durch die Abänderung ihrer Verhältnisse wird eine gante Reihe von konstruktiven Modifikationen entwickelt. In einer extremen Gestaltung, wo sich der Durchmesser der Verbindungselemente dem Durchmesser der Kugelbehälter nähert» entsteht ein Hochdruckkörper, dessen mittlerer Teil zylindrisch wird. Dadurch kann die mechanische Erzeugung des Hochdruckkörpers noch mehr vereinfacht werden, zugleich aber werden sich hier schon einige Nachteile der zylindrischen Form, namentlich die verschlechterten Festigkeits-By changing the diameter of the spherical container as well the connecting element ·, in particular by changing its proportions, becomes a whole range of constructive elements Modifications developed. In an extreme configuration, where the diameter of the connecting elements is equal to the diameter the spherical container approaches »a high pressure body is created, its middle part becomes cylindrical. As a result, the mechanical generation of the high-pressure body can be simplified even more, at the same time, however, there are some disadvantages of the cylindrical shape, especially the deteriorated strength
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bedingungen zeilen* Dazu treten noch die Schwierigkeiten bei dernkonstruktiven Lösung der Verteilungssysteme für das Frisch gas.., die die Grenze zwischen den einzelnen technologischen Schichten des ununterbrochenen Katalysatorbettes bilden sollen.conditions lines * In addition, there are difficulties The constructive solution of the distribution systems for the fresh gas .., which form the boundary between the individual technological layers of the uninterrupted catalyst bed should.
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