DE2250036C2 - Reaktor für exotherme katalytische Gasphasenreaktionen - Google Patents

Reaktor für exotherme katalytische Gasphasenreaktionen

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Description

«_· Abdeckung verhindert eine Verwirbelung des ersten Katalysatorbett und fördert eine gleichmütige Verteilung des Gases. Am unteren Teil des ersten Bettes ist ein gelochter, tellerförmiger Boden vorgesehen, der mit einem inerten Material gefüllt ist, durch den die Gase nach unten in die Abschreckkammer strömen. Der untere Teil des ersten Katalysatorbettes dient als Auflage für den Katalysator. Eine Abschreckflüssigkeit wird nach unten in die Abschreckkammer auf eine weitere Schicht aus inertem Material gespritzt, die als benetzte Oberfläche wirkt und dadurch die Verdampfung von Flüssigkeitströpfchen fördert; diese Schicht bedeckt einen Boden in Form eines umgekehrten Tellers, durch den das beim Abschrecken des Gases erhaltene Dampf-Gas-Gemisch in einen unteren Raum strömt, der durch die Unterseite des gewölblen Bodens und die unlere Stirnwand des Reaktors begrenzt ist. In der unteren Stirnwand des Reaktors ist ein Abzugsstutzen vorgesehen. Ein Steigrohr gehl durch die Mille der Abschreckkammer, der ersten und der zweiten Katalysalorkammer nach oben und ist mit einem gelochten oberen Ende versehen, durch das das Dampf-Gas-Gemisch in einen oberen Raum geführt wird, der durch die obere Stirnwand des Reaktors und eine Abdeckung aus inertem Material für das zweite Katalysatorbett begrenzt ist. Das Gemisch strömt dann nach unten durch die Abdekkung in die zweite Katalysatorkammer, die in ihrem unteren Teil ebenfalls einen tellerförmigen Boden hat. der mit einem inerten Material gefüllt ist. Das Steigrohr ist gegenüber dem tellerförmigen Boden im zweiten Katalysatorbett abgedichtet. In dem tellerförmigen Boden wird durch gelochte Siebplalten ein Produktsammclraum gebildet, der durch das inerte Material abgedeckt ist; die in diesem Raum gesammelten Reaklionsgase strömen dann durch ein Austrittsrohr aus dem Reaktor.
Alle Innenrohre sind im Reaktor so angebracht, daß eine ungehinderte thermische Ausdehnung möglich ist. so daß mechanische Störungen infolge Behinderung der thermischen Ausdehnung ausgeschlossen sind. Die Vorrichtung genäß der Erfindung ist also ein -zweistufiger Reaktor mit Zwischenkühlung, der zuverlässig und wirksam arbeilet und der mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand hergestellt werden kann.
Der in der Zeichnung dargestellte Reaktor 10 gemäß der Erfindung weist vertikale Scitcnwände 12 auf. die am oberen und unteren Ende dichts-ihließend durch die Stirnwände 14 bzw. 16 abgeschlossen sind. Das Gas. das im Reaktor umgesetzt werden soll, strömt durch die Gas/.uleitung 18 in den Reaktor. Die Gas/uleitung steht mit dem ringförmigen Giiscinleitungsrohr 20 in Verbindung, das in der Nähe der Mitte der Gaseinlehungskammer 22 de~ Reaktors angeordnet ist. Das ringförmige Gaseinleitungsrohr 20 ist an seiner Oberseite gelocht, so daß das eintretende Gas in der Gaseinleiiungskammer 22 nach oben gerichtet ist, wobei es auf die Oberfläche des innen nach unten gekrümmten Bodens 24 einer zweiten Katalysatorkammer auftrifft und in seiner Strömungsrichtung umgekehrt wird, so daß es im Reaktor nach unten in die erste Katalysatorkammer 26 strömt. Die Kammer 26 ist mit einer gasdurchlässigen Abdekkung 28 aus einem inerten Material verschen, wodurch das aus der Gaseinleitungskammer strömende Gas gleichmäßig in der ersten Katalysatorkammer verteilt wird.
Unterhalb der eisten Katalysatorkammer ist ein gelochter Boden 30 vorgesehen, der mit inertem Material 32 bedeckt ist, durch da., das Gas auf seinem Wege zur Abschreckkammer34 strömt. Eine Absdireckflüssigkeit wird über eine /iilcituitg /u dem ringförmigen Verteilerrohr 36 in der Kammer 34 geleitet. Das Verteilerrohr 36 für die Abschreckflüssigkeit hat mehrere, nach unter, gerichtete Sprühdüsen 38, durch die die Abschreckflüssigkeit im Gasstrom gegen eine weitere Schicht 40 aus inertem Material gespritzt wird, die sich auf der Oberseite des gelochten und tellerförmigen Bodens 42 befindet, der innen nach oben gekrümmt ist. Das Dampf-Gas-Gemisch, das durch die öffnungen im Boden 42 hindurchgeht, gelangt in den unteren Raum 44, der durch die untere Stirnwand 16 des Reaktors und die Unterseite des Bodens 42 begrenzt ist. Die untere Stirnwand 16 des Reaktors weist einen Abzugsstutzen 46 auf. Das Dampf-Gas-Gemisch ändert dann seine Strömungsrichtung an der gekrümmten Innenfläche der unteren Stirnwand 16 und strömt durch das Steigrohr 48, das axial in der Abschreckkammer 34, in der ersten Katalysatorkammer 26, in der Gaseinleitungskammer 22. in der zweiten Katalysatorkammer 50 angeordnet ist. nach oben in dch oberen Raum 52, der durch die Innenfläche der oberen Stirnwand 14 und die gasdurchlässige Abdeckung 54 der zweiten Katalysatorkonmer 50 begrenzt ist. Das obere Ende des Steigrohres 48 ist mil Öffnungen versehen, durch welche das aus dem Steigrohr 48 austretende Dampf-Gas-Gemisch verteilt wird, worauf Jas Gemisch durch die Abdeckung 54 aus inertem Material in die zweite Katalysatorkammer nach unten strömt.
Die Decke der Gaseinleitungkammer 22 ist durch eincn ungelochten, tellerförmigen Boden 24 gebildet, der auch die untere Begrenzung der zweiten Katalysatorkammer bildet; der Boden 24 ist ebenfalls mit inertem Material 56 bedeckt, das den aus gelochtem Blech gebildeten Produktsammeiraum 58 umgibt. Das Dampf-Gas-Gemisch ist beim Erreichen des Raumes 58 vollständig umgesetzt und wird durch die Gasableitung 60. die durch die Reaktorwand in den Raum 58 reicht, aus dem Reaktor entfernt.
Es handelt sich also um einen zweistufigen Konvertierungsrcaklor mit einer zwischengeschalteten Abschreckkammer. bei dem die Abschreckflüssigkeit nicht in das zweite Katalysatorbett gelangen kann, wobei das gesamte Verfahren in einem einzigen Reaktor durchgeführt wird. Während der Umsetzung eines Gases beschleunig! das inerte Material 40, das ein keramisches Material darstellt, die Verdampfung der Abschreckflüssigkeit, und das Gemisch hat im unteren Raum 44 eine verhältnismäßig lange Verwcilzeit, bevor es durch das Steigrohr 48 nach oben strömt. Da das Steigrohr 48 durch die Mitte der auf einer hohen Temperatur gehaltenen Kaialysatorkammern 26 und 50 verläuft, wird es etwas erhitzt, so daß alle Tröpfchen, die durch das aufsteigende Dampf-Gas-Gemisch mitgerissen werden, verdampfen.
Alle InncnverbinHungen zwischen den bohren, den Kammcrciementen und dem Reaktoraufbau sind so ausgebildet, daß mechanische Störungen infolge einer Behinderung der thermischen Ausdehnung vermieden werden, wodurch eier Reaktor wirksam und zuverlässig
w) arbeitet.
Bei jedem System, bei dem der Reaktor genäß der Erfindung verwendet wird, muß das Abscltreckmedium an der jeweiligen Reaktion teilnehmen. Beispielsweise bewirkt bei der Konvertierung von Synthesegas die di-
b5 rektc Einspritzung von Wasser zur Kühlung des aus der ersten Stufe austretenden Gemisches eine höhere Wasserstoffausbeute einmal dadurch, daß das Wasser das nachstehende Gleichgewicht nach rechts verschiebt und
zum anderen die Reaktionswärme abführt.
CO + H2O CO2 + H- + O
Wird der Reaktor für eine mehrstufige Verbrennung ι (Oxydation) verwendet, so hat die Einleitung von Kaltluft ebenfalls diese doppelte Wirkung.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
κι
Vi
20

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Reaktor für exotherme katalytische Gasphasenreaktionen, enthaltend zwei Katalysatorbetten mit zwischengeschalteter Abschreckkammer innerhalb einer vertikal angeordneten zylinderförmigen Seitenwand, eine obere und eine untere Stirnwand, eine Gaszuleitung durch die Seitenwand in eine Gaseinleitungskammer mit einer für Gase undurchlässigen Decke, eine unterhalb der Gaseinleitungskammer angeordnete erste Katalysatorkammer und eine oberhalb der Gaszuleitung angeordnete zweite Katalysatorkammer, wobei die erste Katalysatorkammer bis zu einem gelochten Boden gasdurchlässig ist, eine auf die erste Katalysatorkammer folgende Abschreckkammer mit einem durch die Seitenwand hindurchgeführten Verteilerrohr für Kühlflüssigkeit bzw. -luft, einem oberen Raum zwischen der zweiten Katalysatorxammer und der oberen Stirnwand des Reaktors und einer Ableitung für die Reaktionsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Katalysatorkammer (26) eine obere gasdurchlässige Abdeckung (28) aufweist und unterhalb der ersten Katalysatorkammer (26) die Abschreckkammer (34) mit gelochtem Boden (42) vorgesehen ist, wobei sich ferner unterhalb davon ein unterer Raum (44) bis zur unteren Stirnwand (16) anschließt, weiterhin im Reaktor (10) ein sich vertikal erstreckendes Steigrohr (48) vom unteren (44) zum oberen Raum (52) angeordnet ist, an den sich die zweite Katalysatorkammer (fjO) mit gasdurchlässiger Abdeckung (54) und einem ungelochten Boden (24) anschließt, und der Boden (24) gHchzeitig die Decke der Gaseinleitungskammer (22) bildet und oberhalb des Bodens (24) der zweiten Katalysatorkaminer (50) ein mit öffnungen versehener Produkt-Sammelraum (58) angeordnet ist, an den sich die durch die Seitenwand (12) hindurchgeführte Ableitung (60) für die Reaktionsprodukte anschließt.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (26) und die zweite Kalalyä.v torkammer (50) je eine gasdurchlässige Abdeckung (28,54) aus inertem Material aufweisen.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abschreckkammer (34) an dem Verteilerrohr (36) für die Kühlflüssigkeit Sprühdüsen (38) nach unten gerichtet sind und daß der Boden der Kammer (34) eine Schicht (40) aus inertem Material aufweist.
4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Gascinleitungsrohr (20), das horizontal in der Gascinleitungskammer (22) angeordnet ist und mit der Gaszuleitung (18) in Verbindung steht, wobei das Einleilungsrohr (20) mehrere, nach oben gerichtete öffnungen zur Einführung des Gases in die Gascinlcitungskammer aufweist.
5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (48) in der Mitte des Reaktors (10) angeordnet ist.
6. Reaktor nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hoden (24) innen nach unten und der Boden (42) innen nach oben gekrümmt ist.
Die Erfindung geht aus von einem Reaktor für exotherme kalalytische Gasphasenreaktionen, der zwei Katalysatorbetten mit zwischcngeschalteter Abschreckkammer enthält. Reaktoren dieser Gattung enthalten auch die im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmale. Ein bekannter Reaktor dieser Gattung ist in der US-PS 28 35 559 beschrieben. Bei diesem Reaktor erfolgt die Abschreckung der Reaktionsgase in Abschreckkammern, die um die Kalalysatorkammorn angeordnet sind. Dieser Reaktor ist in seiner Konstruktion, insbesondere wegen der außerhalb der Katalysatorbetten angebrachten Abschreckkammern, aufwendig.
Bei Versuchen, einen Konvertierungsreaktor für ho- ;ie Temperaturen und hohe Drucke zu konstruieren, wurde von der Überlegung ausgegangen, ein einziges Reaktionsgefäß zu verwenden, in welchem oben ein erstes Katalysatorbett (1. Stufe) angeordnet ist, se. daß das Gas zuerst nach unten durch dieses Bett, anschließend nach unten durch eine direkte Kühl- oder Abschreckzone und anschließend durch ein zweites Katalysatorbett (2. Stufe) strömt. Hierbei war es nötig, die Abschreckzone mit Vorrichtungen zu versehen, die ein Einströmen des flüssigen Kühl- oder Abschreckmittels in die zweite Kalalysaiorstufe verhindern sollten. Bei einer anderen versuchten Konstruktion eines Konvertierungsreaktors war die Abschrcckkii-mmer räumlich von den Katalysatorbetten der ersten und der zweiten Stufe getrennt, wodurch außen angebrachte Hochdruck- und Hochtempcraturrohrc prforderlich waren, um das Gas in die Abschreckkammer und aus der Abschreckkammer zu leiten.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Reaktor der eingangs definierten Gattung zur Verfü- K gung zu stellen, der einmal ohne die außen angebrachten Hochdruck- und Hochtemperaturrohre und zum anderen ohne die aufwendigen Vorrichtungen zur Verhinderung des Eintritts der Abschreckflüssigkeit in das v.wcite Katalysatorbett auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Katalysatorkammer eine obere gasdurchlässige Abdeckung aufweist und unterhalb der ersten Katalysatorkammer die Abschreckkammer mit gelochtem Boden vorgesehen ist, wobei sich ferner unterhalb davon ein unterer Raum bis zur unteren Stirnwand anschließt, weiterhin im Reaktor ein sich vertikal ersirekkcndcs Steigrohr vom unteren zum oberen Raum angeordnet ist, an den sich die /weite Katalysatorkammer mit gasdurchlässiger Abdeckung und einem ungelochten Boden anschließt, und der Boden gleich/eilig die Decke der Gascinleilungskammer bildet und oberhalb des Bodens der /weiten Katalysatorkammer ein mit Öffnungen versehener Produkt-Sammelraum angeordnet ist, an den sich die durch die Seitenwand hindurchgcführte Ableitung für die Reaktionsprodukte anschließt.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reaktors sind in den Untcransprüchen angegeben.
Da bei dem erfindungsgemäßen Reaktor die Ab-M) schreckkammgr im unteren Teil und das /weite Katalysatorbett im oberen Teil des Reaktors angeordnet ist. besteht keine Gefuhr, dall die Abschreckflüssigkcil in die /weile Kutulysiiiorkanimer eindringt. Insbesondere ist der Reaktor in der Mitte mit einer Gaszulciiung hr> versehen, wobei das in den Reaktor eintretende (iiis nach abwärts in die erste Kalalysatorkammcr strömt, und zwar durch eine Schicht aus inertem Material, die die Abdeckung des ersten Kalalysatorbcttcs bildet. Die-
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