DE2502274C2

DE2502274C2 - Fluidbettreaktor

Info

Publication number: DE2502274C2
Application number: DE2502274A
Authority: DE
Inventors: Paolo Bortolini; Vittorio Milano Penzo
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1974-01-23
Filing date: 1975-01-21
Publication date: 1983-09-22
Also published as: JPS50114385A; AT348493B; DE2502274A1; NL176640B; ES433989A1; IT1007028B; US3991096A; NL176640C; CA1076323A; BR7500378A; NL7500557A; FR2258217B3; JPS5816933B2; BE824702A; FR2258217A1; GB1480655A; ATA42375A

Description

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen, vertikalen Fluidbettreaktor, in dessen Innerem vertikale und zueinander parallele, koaxiale doppelwandige Rohre angeordnet sind, von denen die Innenrohre an wenigstens ein horizontales Zuleitungs-Sammelrohr angeschlossen sind und die Außenrohre an wenigstens ein horizontales Auslaß-Sammelrohr.

Einen derar'^;qen Fluidbettreaktor beschreibt die FR-PS 10 12 829. Dort ist keine Vorsorge für eine Druckverminderung zwischen dv.m Zuleitungs-Sammelrohr und dem Innenrohr getroffen, so daß nicht immer und unter allen Betriebsbedingungen eine einheitliche Wasserverteilung sicher gestellt ist. Im Betrieb eines solchen Reaktors ergeben sich verhältnismäßig hohe Temperaturdifferenzen. Weil die Rohre beim genannten Stand der Technik gerade ausgebildet sind, können hierdurch bedingt erhebliche thermische Spannungen im Material der Rohrs auftreten, die die Lebensdauer des Reaktors herabsetzen können, wenn die Spannungen nicht geeignet aufgefangen werden. Die Außenrohre sind glatt ausgebildet und haben daher keine sehr gute Kühlwirkung. Die Haupt-Sammelleitungen sind als durchgehende und horizontal abgeführte Rohre ausgebildet, von denen vertikale Abzweigungen abgehen. Hierdurch kann die Verteilung des Mediums auf die einzelnen Rohre innerhalb des Reaktors ungleichmäßig erfolgen.

Die Erfindung verbessert diesen Stand der Technik. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fluidbettreaktor der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der sich insbesondere durch einen hohen Wirkungsgrad und eine verbesserte Lebensdauer auszeichnet.

/'ur Losung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre über eine Düse an das /.uleituriüs-Sammelrohr angeschlossen sind, und zwar zunächst nach oben verlaufend und dann in einer Schleife nach unten, daß die Außenrohre je mit t>o ,vorzugsweise zwei bis zehn Kühlrippen versehen sind fund daß die beiden Sämmelrohre arigrößereiringförmi- ■ ge, horizontale Haupt-Sammelleitungen angeschlossen sind, die sich außerhalb des Reaktors befinden.

Über die zwischen den Innenrohren und dem Zuleitungs-Sammelrohr vorgesehenen Düsen kann der dort jeweils herrschende Druck so eingestellt werden, daß die Rohre über den Reaktor verteilt gleichmäßig beschickt werden. Die erwähnte Schleife der Innenrohre ermöglicht deren thermisches Arbeiten bei dem Vorliegen von Temperaturdifferenzen. Die Kühlrippen bewirken eine sehr gute Kühlkapazität der Außenrohre, die dadurch als reguläre Kühlelemente wirken. Die horizontalen Haupt-Sammelleitungen sind den Temperaturänderungen nicht mehr in sehr großem Maße ausgesetzt, weil sie sich außerhalb des Reaktors befinden. Weil sie ringförmig um den Reak.ormantel gelegt sind, versorgen sie das Reaktorinnere ebenfalls sehr gleichmäßig mit dem von ihnen durchströmten Medium.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 — schematisch eine Anlage mit einem Fluidbettreaktor nach dem Stand der Technik;

F i g. 2a — ebenfalls schematisch einen Horizontalschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Fluidbettreaktors nach der Erfindung;

Fig. 2b — einen Schnitt entsprechend Fig.2a bei einem größeren Reaktor:

F i g. 3 rechts — schematisch eine Ansicht eines Reaktors nach der Erfindung;

F i g. 3 links — vergrößert eine Ansicht eines Kühlelements mit Innenrohr und Zuleitungs-Sammelrohr bei diesem Reaktor;

F i g. 4 — den Reaktor nach F i g. 3 rechts mit zugehörigen Leitungen;

Fig. 5 — vergrößert eine zwischen dem Innenrohr und dem Zuleitungs-Sammelrohr angeordnete Düse;

Fig. 6 oben — schematisch eine Ansicht eines Kühlelements mit Auslaß-Sammelrohr und Innenrohr;

F i g. 6 unten — einen Schnitt durch das Auslaß-Sammelrohr mit an es angesetzten Kühlrippen nach Fig. 6 oben.

Fig. 1 zeigt schematijch einen herkömmlichen Fluidbettreaktor mit zugehörigen Leitungen. Wasser wird über eine Leitung 1 einem Bett 3 eines Fluidbettreaktors zugeleitet. Hierru strömt das Wasser von der Leitung 1 in eine Leitung 2, die im Reaktorinneren verlegt ist und sie durch das Bett 3 verläuft. Im Bett verläuft das Wasser in der Leitung 2 teilweise und reguliert dadurch die Temperatur im Fluidbett. Der hierbei hergestellte Wasserdampf verläßt den Reaktor über die Leitung 2. wo der Wasserdampf zu einen Phasentrenner geführt wird, so daß das dort abgeschiedene Wasser über eine Pumpe wieder in die Leitung 1 zurückgeleitet werden kann. Wasserdampf verläßt das System über eine Leitung 4.

Eine Anzahl von in gleichen Abständen vorgesehenen Zuleitungs-Sammelrohren 7 für Wasser gehen von einer ringförmigen Haupt-Sammelleitung 5 außerhalb eines Fluidbettreaktors 6 aus und treten alternierend von beiden Seiten in den Reaktor ein. Sie laufen durch dessen gesamte Breite (vergl. F i g. 2a).

Für sehr große Reaktoren 6 (Fig. 2b) können die Zuleitungs-Sammelrohre die Reaktormittellinie erreichen, und zwar symmetrisch von beiden Reaktorseiten ausgehend bezüglich eines Durchmessers des Reaktors. Der Abstand a zwischen den Rohren im Reaktorinneren soll mindestens 500 mm betragen, um einen Zugang zum :Reaktprinneren zu ermöglichen.

Vom Zuleitungs-Sammelrohr 7 steigen in regelmäßigen Abständen kleinere Innenrohre 8 auf, die dann entsprechend einem die thermische Expansion erlaubenden Verlauf abwärtsgebogen sind (vergl. F i g. 3 links).

Diese Innenrohre 8 laufen dann durch ein Auslaß-

Sammelrohr 9 für Wasserdampf der größer als das Sammelrohr 7 ist, und steigen abwärts innerhalb eines rtußenrohres 10, bis sie in einem bestimmten Abstand vom verschlossenen Ende dieses Außenrohres 10 aufhören. Das obere Ende des Außenrohres 10 ist mit dem Auslaß-Sammelrohr 9 verbunden.

Wasser wird in Fig.4 durch eine Pumpe 11 beim gewünschten Druck eingefünrt und in einer proportionierten, durch einen Temperaturregler 12 des katalytischen Bettes geregelten Menge zur ringförmigen to Haupt-Sammelleitung5 geführt. Von dort strömt es zum Zuleitungs-Sammelrohr 7 und von dort zu den einzelnen der Kühlung dienenden Außenrohren 10.

Um eine einheitliche Wasserverteilung in diesen Rohren sicherzustellen wird am Verteilerausgang eine ι ■> Düse angebracht, die in F i g. 5 gezeigt ist und die einen ausreichenden Druckabfall bewirkt. Der Durchmesser b dieser Düse kann in Abhängigkeit von der Reaktorgröße und der eingeführten Wassermenge variieren und liegt gewöhnlich zwischen 1 —3 mm.

Wasser strömt durch da* Innenrohr 8 des Kühlelements, wo es vorerhitzt wird und zu verdampfen beginnt, wobei die Verdampfung im unteren Teil des Außenrohres beendet wird. Im oberen Teil des Rohres wird der gebildete Wasserdampf übererhitzt und strömt in die Sammelleitung für Wasserdampf, durch welche er den Reaktor verläßt. Dann vird er in einer ringförmigen Haupt-Sammelleitung 13 gesammelt und fließt zu den Verbrauchsanlagen.

Um das Obererhitzen des Wasserdampfes richtig einzustellen, kann man das Wasser entsprechend vorerhitzen, bevor es in den Reaktor strömt, und zwar mittels eines Wasserdampfaustauschers 14.

Das Außenrohr 10 des Kühlelementes ist zur Erhöhung des Wärmeaustausches gerippt. Hierzu a vorgesehene Kühlrippen 15 stehen senkrecht, um die Bildung toter Punkte im Bett zu verhindern. Die Zahl der Kühlrippen liegt zwischen zwei und zehn. Geeignete Dimensionen der Kühlrippen sind:
Höhe Λ = 0,3-0,5 d\ Dicke s = 0,07—0,12 d; dabei ist d der äußere Durchmesser des Kühlelementes (vergl. F ig. 6).

Beispiel

In einer kontinuierlichen Synthese von Acrylnitril durch Propylenammoxidation wurden Propylen, Ammoniak und Luft in einen katalytischen Wirbelbettreaktor eingeführt; die Reaktionstemperatur betrug 450⁰C, der Druck etwa 2 bar. Die Wärmeregulierung der Reaktion erfolgte durch ein Kühlsystem der oben beschriebenen Art, das in das katalytische Bett eingetaucht war.

Wassei zur Wärmeregulierung in einer Menge zwischen 3—6 kg pro kg eingeführtem Propylen wurde in einem Wärmetauscher, der Wasserdampf bei 18 bar als Heizmedium verwendete, unter Druck bis zu 175—185°C vorerhitzt und dann zu eiüem Fluidbettreaktor der oben beschriebenen Art gefuhrt, der mit ringförmigen, in das katalytische Wirbelbett eingetauchten Elemente versehen war. Das Wasser wurde bei einem auf 34—38 bar gehaltenen Druck verdampft, und der Wasserdampf wurde auf 320—350⁰C übererhitzt. Dieser übererhitzte Wasserdampf wurde in Turbinen verwendet, die mit Luftkompressoren und Zentrifugalpumpen verbunden waren.

Die Reaktionstemperatur wurde durch Einstellung des Wasserstroms mittels eines Temperaturreglers geregelt, dessen Fühler in das katalytische Bett eingetaucht war. So wurde die Reaktionstemperatur im Wirbelbett mit einer Differenz von ±1°C auf einem vorherbestimmten Wert von 450°C gehalten.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Zylindrischer, vertikaler Fluidbettreaktor, in dessen Innerem vertikale und zueinander parallele, koaxiale, doppelwandige Rohre angeordnet sind, von denen die Innenrohre an wenigstens ein horizontales Zuleitungs-Sammelrohr angeschlossen sind und die Außenrohre an wenigstens ein horizontales Auslaß-Sammelrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (8) über eine Düse an das Zuleitungs-Sammelrohr (7) angeschlossen sind, und zwar zunächst nach oben verlaufend und dann in einer Schleife nach unten, daß die Außenrohre (10) je mit vorzugsweise zwei bis zehn Kühlrippen (15) versehen sind und daß die beiden Sammelrohre (7, 9) an größere, ringförmige, horizontale Haupt-Sammelleitungen (5, 13) angeschlossen sind, die sich außerhalb des Reaktors befinden.

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