DE3240089A1 - SPHERICAL REACTOR WITH A VARIETY OF CYLINDRICAL REACTION CHAMBERS AND METHOD FOR CARRYING OUT REACTIONS IN THIS REACTOR - Google Patents
SPHERICAL REACTOR WITH A VARIETY OF CYLINDRICAL REACTION CHAMBERS AND METHOD FOR CARRYING OUT REACTIONS IN THIS REACTORInfo
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Description
Beanspruchte Priorität: 02.November 1981, Japan,Claimed Priority: November 02, 1981, Japan,
Patentanmeldung No. 174547/1981Patent application no. 174547/1981
Anmelder:Applicant:
TOYO ENGINEERING CORPORATION No. 2-5, Kasumigaseki 3-choine,
Chiyoda-ku,
Tokyo, JapanTOYO ENGINEERING CORPORATION No. 2-5, Kasumigaseki 3-choine, Chiyoda-ku,
Tokyo, Japan
Kugelförmiger Reaktor mit einer Vielzahl zylindrischer Reaktionskainmern und Verfahren zur Durchführuna von Reaktionen in diesem Reaktor.Spherical reactor with a multitude of cylindrical reaction chambers and methods for carrying out Reactions in this reactor.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an einem Reaktor, der so ausgelegt ist, daß in ihm ein zugeführtes Gas eine chemische Reaktion unter erhöhten Drücken und unter Verwendung eines Festbettes aus einem granulatförmigen Katalysator eingeht, so daß ein gasförmiges Reaktionsprodukt erhalten werden kann. Spezieller bezieht sich diese Erfindung auf einen Reaktor mit einem kugelförmigen oder im wesentlichen kugelförmigen oder ganz allgemein sphäroidalen (hier im folgenden einfach als "kugelförmig" bezeichnet)The invention relates to an improvement in a reactor which is designed so that a gas supplied in it chemical reaction under elevated pressures and using a fixed bed of a granular catalyst enters into, so that a gaseous reaction product can be obtained. More particularly, this invention relates to a reactor with a spherical or substantially spherical or more generally spheroidal (hereinafter referred to simply as "spherical")
und druckbeständigen äußeren Mantel. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Durchführung einer Reaktion, die unter Verwendung eines derartigen kugelförmigen, im wesentlichen kugelförmigen oder allgemein sphäroidalen Reaktors durchgeführt wird.and pressure resistant outer jacket. The invention relates also relates to a method of carrying out a reaction using such a spherical, im essentially spherical or generally spheroidal reactor is carried out.
Wie es bereits auf vielerlei Art in die Praxis umgesetzt worden ist, angeführt sei z.B. bei der Erzeugung von Ammoniak, Methanol und dergleichen, wurde routinemäßig ein Hochdruckgas mit einem Festbett aus einem granulatförmigen Katalysator (hier im folgenden einfach als "Katalysator" bezeichnet) bei der Arbeitstemperatur des Katalysators in Kontakt gebracht, so daß das Gas gezwungen wurde, eine chemische Reaktion zu durchlaufen, um dadurch ein gasförmiges Reaktionsprodukt zu erhalten. Es sind bereits unzählig viele Beispiele für Reaktoren zum Durchführen einer derartigen chemischen Reaktion beschrieben worden. Viele dieser bekannten Reaktoren sind jeweils für die Abkühlung ihres Katalysators und des Gases, das als Folge einer exothermen Reaktion aufgeheizt worden ist, mit einer oder mehreren öffnungen für die Zuführung eines Zustromgases mit einer niedrigen Temperatur direkt an eine oder mehrere gewünschte Stellen in eine Reaktionskammer, die innerhalb desselben Reaktors vorgesehen und mit dem Katalysator bepackt ist und wahlweise in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt sein kann, oder an eine Stelle zwischen abgeteilten Reaktionskammern und/oder einer oder mehreren Wärmeübergangsflächen versehen, welche so ausgelegt sind, daß ein indirekter Wärmeaustausch mit dem Zustromgas mit der niedrigen Temperatur oder einem anderen Kühlmittel als dem Zustromgas bewirkt werden kann.As it has already been put into practice in many ways, it should be mentioned, for example, in the production of ammonia, Methanol, and the like, routinely became a high pressure gas with a fixed bed of granular catalyst (hereinafter referred to simply as "catalyst") at the working temperature of the catalyst in Brought into contact so that the gas was forced to undergo a chemical reaction, thereby becoming a gaseous one To obtain reaction product. There are already innumerable many examples of reactors for carrying out such a chemical reaction have been described. Many these known reactors are each for the cooling of their catalyst and the gas, which as a result of an exothermic Reaction has been heated, with one or more openings for the supply of a feed gas with a low temperature directly to one or more desired locations in a reaction chamber that is inside the same reactor is provided and packed with the catalyst and optionally divided into two or more sections can be, or at a point between divided reaction chambers and / or one or more heat transfer surfaces provided, which are designed so that an indirect heat exchange with the feed gas with the low Temperature or a different coolant than the feed gas can be effected.
In derartigen herkömmlichen Reaktoren ist jede Reaktionskammer, die in dem jeweiligen Reaktor vorgesehen und mit einem Katalysator für den Gebrauch bepackt ist, im allgemeinen in einer zylindrischen oder interzylindrischen Gestalt ausgeformt, vor allem im Hinblick auf die Ausbil-In such conventional reactors, each reaction chamber, which is provided in the respective reactor and with a catalyst is packaged for use, generally in a cylindrical or inter-cylindrical shape Shape, especially with regard to the training
dung eines gleichmäßigen Strömungsdurchganges für ein Gas durch das Katalysatorbett und zur Erleichterung ihrer Herstellung. Der Ausdruck "interzylindrische11 Form soll, wie er hier verwendet wird, eine Form bezeichnen, wie sie zwischen zwei Zylindern entsteht, die verschiedene Durchmesser besitzen und koaxial angeordnet sind, mit anderen Worten eine Gestalt, die durch die äußere Umfangsoberflache des inneren Zylinders und die innere Umfangsflache des äußeren Zylinders festgelegt ist. Als Strömungsrichtung eines Gases jeweils durch diese Reaktionskammern wird, wie allgemein bekannt 1st, das Gas gezwungen, in axialer Richtung der zylindrischen oder interzylindrischen Reaktionskammer (d.h. in axialer Durchströmung) oder in radialer Richtung der gleichen Reaktionskammer (d.h. in radialer Durchströmung) zu strömen. Demzufolge wurde ein zylindrischer äußerer Mantel, der mit Deckeln an beiden Enden versehen ist, in einem herkömmlichen Reaktor als druckbeständiger äußerer Mantel zum Einschließen einer zylindrischen oder interzylindrischen Reaktionskammer verwendet. Nach Kenntnis der Erfinder wurde bisher kein druckbeständiger äußerer Mantel vorgeschlagen, der anders als diese zylxndrischen druckbeständigen äußeren Mäntel aufgebaut war.creation of a uniform flow passage for a gas through the catalyst bed and to facilitate its production. The term "inter-cylindrical 11 shape, as used herein, is intended to mean a shape that arises between two cylinders which have different diameters and are arranged coaxially, in other words a shape defined by the outer peripheral surface of the inner cylinder and the As the direction of flow of a gas through each of these reaction chambers, as is generally known, the gas is forced to flow in the axial direction of the cylindrical or inter-cylindrical reaction chamber (ie in axial flow) or in the radial direction of the same reaction chamber (ie Accordingly, a cylindrical outer jacket provided with lids at both ends has been used in a conventional reactor as a pressure-resistant outer jacket to enclose a cylindrical or inter-cylindrical reaction chamber Proposed permanent outer jacket, which was constructed differently than these cylindrical pressure-resistant outer jackets.
Hauptaufgabe dieser Erfindung ist es, die Wanddicke eines druckbeständigen Aussenmantels eines Reaktors zu verringern, um so das Gewicht des Reaktors zu erniedrigen, und den Reaktor kürzer auszubilden, um so die Längen der zugehörigen Leitungssysteme zu verkürzen, wodurch Halterungen und Fundamente, die für die Installation des Reaktors erforderlich sind, kleiner gemacht werden und dementsprechend die Baukosten für den Reaktor verringert werden.The main task of this invention is to reduce the wall thickness of a pressure-resistant outer jacket of a reactor, so as to reduce the weight of the reactor, and to make the reactor shorter, so as to reduce the lengths of the associated Shorten piping systems, creating the supports and foundations required for the installation of the reactor are made smaller and accordingly the construction cost of the reactor can be reduced.
Wie eingangs schon angegeben wurde, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Reaktor mit einem kugelförmigen, näherungsweise kugelförmigen oder sphäroidalen und druckbeständigen Aussenmantel. Im Falle gleichen innerenAs already indicated at the beginning, the present invention relates to a reactor with a spherical, approximately spherical or spheroidal and pressure-resistant outer jacket. In the case of same inner
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Volumens und inneren Gasdrucks besitzt ein kugelförmiges druckbeständiges Gefäß eine kleinere Oberfläche und gestattet den Einsatz eines dünneren Stahlmaterials für seinen druckbeständigen äußeren Mantel im Vergleich zu einem zylindrischen druckbeständigen Gefäß. Beispielsweise kann bei einem kugelförmigen druckbeständigen Gefäß und einem zylindrischen druckbeständigen Gefäß, die den gleichen inneren Durchmesser besitzen und bei dem gleichen Druck verwendet werden, die Dicke eines Stahlmaterials für das erstere Gefäß auf etwa die Hälfte von dem des Stahlmaterials, das für das letztere Gefäß erforderlich ist, gesenkt werden. Dementsprechend ist es bekannt, daß das Gewicht eines druckbeständigen äußeren Mantels per se leichter gemacht werden kann, wenn seine Gestalt in eine kugelförmige umgeändert wird. Unter Ausnutzung dieses Vorteils werden viele kugelförmige druckbeständige Gefäße z.B. als Speichertanks für flüssiges Erdgas verwendet. Es ist jedoch nichts darüber bekannt geworden, wie der innere Raum ausgenutzt wird, wenn ein kugelförmiges druckbeständiges Gefäß als äußerer Mantel eines druckbeständigen Reaktors verwendet wird.Volume and internal gas pressure, a spherical pressure-resistant vessel has a smaller surface and allows the use of a thinner steel material for its pressure-resistant outer jacket as compared to a cylindrical pressure-resistant vessel. For example, a spherical pressure-resistant vessel and a cylindrical pressure-resistant vessels that have the same inner diameter and are used at the same pressure become the thickness of a steel material for the former Vessel can be lowered to about half that of the steel material required for the latter vessel. Accordingly, it is known that the weight of a pressure-resistant outer jacket is made lighter per se can be if its shape is changed to a spherical one. Taking advantage of this, many will spherical pressure-resistant vessels e.g. used as storage tanks for liquid natural gas. However, there is nothing about it it has become known how the inner space is used when a spherical pressure-resistant vessel is used as the outer Shell of a pressure-resistant reactor is used.
Die Erfinder haben Untersuchungen über die Ausnutzung des Innenraumes eines kugelförmigen druckbeständigen äußeren Mantels als Reaktor durchgeführt. Als Folge davon wurde die vorliegende Erfindung fertiggestellt.The inventors have made studies on the utilization of the inner space of a spherical pressure-resistant outer Mantle carried out as a reactor. As a result, the present invention has been completed.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor geschaffen, der so ausgelegt ist, daß ein Zuführungsgas mit einem Festbett aus einem granulatförmigen Katalysator unter erhöhten Drücken in Kontakt gebracht wird, so daß das Zuführungsgas gezwungen wird, eine chemische Reaktion zu durchlaufen, und ein gasförmiges Reaktionsprodukt auf diese Weise erhalten wird, wobei dieser Reaktor dadurch gekennzeichnet ist, daß er einen druckbeständigen Außenmantel· und wenigstens zwei Reaktionskammern umfaßt, die innerhalb des Außenmantels eingeschlossen sind, dabei ist derIn one embodiment of the invention, a reactor is provided, which is designed so that a feed gas with a fixed bed of a granular catalyst under elevated pressures is brought into contact so that the feed gas is forced to undergo a chemical reaction pass through, and a gaseous reaction product is obtained in this way, this reactor being characterized is that it comprises a pressure-resistant outer jacket · and at least two reaction chambers, the inside of the outer jacket are included, this is the
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Aussenmantel entweder (a) eine Kugel oder ein Sphäriod (bzw. angenähertesOuter jacket either (a) a ball or a spheroid (resp. approximate
/Rotationsellipsoid),<3as aus einem Zylinder mit einer/ Ellipsoid of revolution), <3as from a cylinder with a
Länge, die gleich oder kürzer als dreiviertel seines Durchmessers ist, und halbkugelförmigen Endplatten mit dem gleichen Durchmesser wie der Zylinder gebildet ist, wobei die halbkugelförmigen Endplatten an beiden Enden des Zylinders vorgesehen sind, oder (b) eine andere Kugel oder ein anderes Sphäriod mit den gleichen Konfigurationen wie die vorher angegebene Kugel oder das vorher angegebene Sphäroid und dabei mit wenigstens einem zylindrischen Vorsprung versehen/ der ein Viertel der Gesamtoberfläche der genannten Kugel oder des Sphäroid oder weniger bedeckt; und die Reaktionskammern sind von zylindrischer, interzylindrischer, kegelstumpfförmiger und/oder inter-kegelstumpfförmiger (d.h. zwischen den Kegelstümpfen gelegener) Gestalt und/oder besitzen Formen, die jeweils durch Teile oder alle Teile der äußeren Oberflächen der zylindrischen, interzylindrischen, kegelstumpfförmigen oder inter-kegelstumpfförmigen Formen und der inneren Oberfläche des äußeren Mantels festgelegt und begrenzt sind und ringförmige Querschnitte in Schnittebenen entlang Ebenen, die sich senkrecht zu ihren Achsen erstrecken, aufweisen, und in einer derartigen Beziehung angeordnet sind, daß die Reaktionskammer mit einem kleineren äußeren Durchmesser innerhalb der Reaktionskammer mit einem größeren inneren Durchmesser gelegen ist.Length equal to or less than three-quarters of its diameter and hemispherical end plates of the same diameter as the cylinder, the hemispherical end plates being provided at both ends of the cylinder, or (b) another sphere or spheroid with the the same configurations as the aforesaid sphere or spheroid, provided with at least one cylindrical protrusion / covering a quarter of the total surface area of said sphere or spheroid or less; and the reaction chambers are cylindrical, intercylindrical, frustoconical and / or inter-frustoconical (i.e., located between the truncated cones ) in shape and / or have shapes respectively defined by parts or all of the outer surfaces of the cylindrical, intercylindrical, frustoconical or inter-frustoconical Shapes and the inner surface of the outer shell are defined and limited and annular cross-sections in cutting planes along planes extending perpendicular to their axes, and are arranged in such a relationship that the reaction chamber with a smaller outer diameter within the reaction chamber with a larger inner diameter is located.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Inkontaktbringen eines Zuführungsgases mit einem Festbett aus einem granulatförmigen Katalysator unter erhöhten Drücken geschaffen, so daß das Zuführungsgas gezwungen wird, eine chemische Reaktion einzugehen, und ein gasförmiges Reaktionsprodukt auf diese Weise erhalten wird, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reaktion unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Reaktors durchgeführt wird und das Zuführungs-In another embodiment of the invention is also a method of contacting a feed gas created with a fixed bed of a granular catalyst under increased pressures, so that the feed gas is forced to enter into a chemical reaction, and a gaseous reaction product is thus obtained, said process being characterized is that the reaction is carried out using the reactor described above and the feed
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gas gezwungen wird, nacheinander durch wenigstens zwei Reaktionskammern in dem Reaktor zu strömen.gas is forced successively through at least two reaction chambers to flow in the reactor.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht jeweils von einem zylindrischen Reaktor und einem kugelförmigen Reaktor, wodurch das Prinzip der Erfindung erläutert wird;Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical reactor and a spherical reactor Reactor, whereby the principle of the invention is explained;
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Reaktors gemäß der Erfindung, bei dem der kugelförmige äußere Mantel mit einem zylindrischen Vorsprung versehen ist und der kugelförmige Mantel eine zylindrische Reaktionskammer und zwei interzylindrische Reaktionskammern umschließt; Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the reactor according to the invention, in which the spherical outer shell with a cylindrical Protrusion is provided and the spherical jacket has a cylindrical reaction chamber and enclosing two inter-cylindrical reaction chambers;
Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Reaktors nach der Erfindung, bei dem der äußere Mantel aus einer Kugel gebildet ist und zwei Reaktionskammern enthält, von denen eine einem Kegelstumpf ähnelt und die andere eine inter-kegelstumpfförmige (oder zwischen Kegelstümpfen gelegene) Gestalt aufweist;Figure 3 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the reactor according to the invention, in which the outer shell is formed from a sphere and contains two reaction chambers, one of which one resembles a truncated cone and the other an inter-frustoconical (or between truncated cones located) shape;
Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Reaktors gemäß der Erfindung, bei dem der äußere Mantel eine Kombination aus einer Kugel und einem zylindrischen Vorsprung ist und zwei Reaktionskammern einschließt, von denen die eine zylindrisch ist und die andere im wesentlichen toroidal oder ringförmig ist;Figure 4 is a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the reactor according to the invention, in which the outer jacket is a combination of a ball and a cylindrical projection and includes two reaction chambers, one of which is cylindrical and the other of which is im is substantially toroidal or annular;
Figur 5 eine schematische Querschnittsdarstelluncr einer noch weiteren Aus führungs form des Reaktors cremäßFigure 5 is a schematic cross-sectional representation of a still another embodiment of the reactor cream
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der Erfindung, bei dem der äußere Mantel aus einer Kugel oder Kugelschale hergestellt ist und zwei interzylindrische Reaktionskammern einschließt und ein Zuführungsgas gezwungen wird, radial durch die Reaktionskammern zu strömen; undof the invention, in which the outer shell is made from a ball or ball socket and two includes inter-cylindrical reaction chambers and a feed gas is forced radially through the To flow reaction chambers; and
Figur 6 eine schematische Querschnittsansicht noch einer weiteren Ausführungsform des Reaktors nach der Erfindung, bei dem der äußere Mantel aus einer Kugel oder Kugelschale gebildet ist und eine zylindrische Reaktionskammer und zwei interzylindrische Reaktionskammern enthält, und bei der der Reaktor mit externen Wärmeaustauschern versehen ist.FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of yet another embodiment of the reactor according to FIG Invention, in which the outer jacket is formed from a ball or spherical shell and a cylindrical one Contains reaction chamber and two inter-cylindrical reaction chambers, and in which the Reactor is provided with external heat exchangers.
Das fundamentale Merkmal der Verwendung des Innenraumes eines kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels als Reaktor gemäß dieser Erfindung liegt in dem Vorsehen wenigstens zweier Reaktionskammern in dem Innenraum, wobei diese Reaktionskammern im einzelnen jeweils zylindrische, interzylindrische, kegelstumpfförmige und/oder inter-kegelstumpfförmige Gestalt und/oder toroidale oder ringförmige Gestalt aufweisen, die jeweils zwischen Teilen oder allen Teilen der äußeren Oberflächen der zylindrischen, interzylindrischen, kegelstumpfförmigen oder inter-kegelstumpfförmigen Formen und der inneren Oberfläche des äußeren Mantels liegen und durch diese begrenzt sind. Aufgrund der obigen fundamentalen Eigenschaft kann der Innenraum eines kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels in wirkungsvoller Weise für einen Reaktor ausgenutzt werden und das Gewicht des Reaktors kann im Vergleich zu jeglicher Art der bekannten zylindrischen Reaktoren verringert werden. Die Grundmerkmale der Erfindung werden zuerst unter Bezugnahme auf Fig.1 erläutert.The fundamental feature of using the interior of a spherical and pressure-resistant outer shell as The reactor according to this invention consists in providing at least two reaction chambers in the interior space, these Reaction chambers in detail each cylindrical, intercylindrical, frustoconical and / or inter-frustoconical Shape and / or toroidal or annular shape, each between parts or all parts the outer surfaces of the cylindrical, intercylindrical, frustoconical or inter-frustoconical Shapes and the inner surface of the outer shell lie and are limited by these. Because of the above fundamental Property can be the interior of a spherical and pressure-resistant outer jacket in an effective way can be used for a reactor and the weight of the reactor can be compared to any kind of known cylindrical reactors are reduced. The basic features of the invention are first described with reference to Fig.1 explained.
Figur 1 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Vergleich der Oberflächengröße eines kugelförmigen Außenmantels A mit dem eines zylindrischen Außenmantels B, der drei Reak-Figure 1 is a schematic cross-sectional view for comparing the surface area of a spherical outer shell A with that of a cylindrical outer jacket B, the three react
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tionskammern einschließt, die jeweils die gleiche horizontale Querschnittsgröße besitzen. Der Buchstabe C bezeichnet eine zylindrische Reaktionskammer, die im Kontakt mit der inneren Oberfläche des kugelförmigen Reaktors A angeordnet ist und so ausgelegt ist, daß sie einen Katalysator in einem Packungszustand enthält. Gemäß der Darstellung ist die Reaktionskammer C den beiden Außenmänteln gemeinsam. Der Buchstabe D bezeichnet eine interzylindrische Reaktionskammer, die im Kontakt mit der inneren Oberfläche des kugelförmigen Reaktors A außerhalb der Reaktionskammer C angeordnet ist und die gleiche horizontale Querschnittsgröße wie die Reaktionskammer C besitzt. Mit dem Buchstaben D1 ist eine andere zylindrische Reaktionskammer bezeichnet, die das gleiche innere Volumen und die gleiche horizontale Querschnittsgröße wie die Reaktionskammer D besitzt und auf der Reaktionskammer C angebracht ist. Das Innenvolumen der Reaktionskammern D und D1 ist kleiner als das der Reaktionskammer C. Der Buchstabe E ist eine weitere interzylindrische Reaktionskammer, die im Kontakt mit der inneren Oberfläche des kugelförmigen Reaktors A außerhalb der Reaktionskammer D angeordnet ist und die gleiche horizontale Querschnittsfläche wie die Reaktionskammern C und D besitzt. Der Buchstabe E1 bezeichnet eine weitere zylindrische Reaktionskammer, deren inneres Volumen und deren horizontale Querschnittsfläche gleich der Reaktionskammer E ist und die auf der Reaktionskammer D1 innerhalb des zylindrischen Reaktors B angebracht ist. Das Volumen der Reaktionskammern E und E1 ist jeweils kleiner als das der Reaktionskammern D und D1. Aufgrund dieser Anordnung kann der kugelförmige Reaktor A mit einem Katalysator mit dem gleichen Volumen wie der zylindrische Reaktor B bepackt werden. Weiterhin wird die lineare Geschwindigkeit, die von einem Gas, das durch die einzelnen Reaktionskammern C, D und E strömt, erreicht werden soll, gleich der linearen Geschwindigkeit eines Gases, das axial durch den zylindrischen Reaktor B strömt, wenn ein Zuführungsgas gezwungen wird, axial in der Reihenfolge C-D-E odertion chambers, each having the same horizontal cross-sectional size. The letter C denotes a cylindrical reaction chamber which is arranged in contact with the inner surface of the spherical reactor A and is designed to contain a catalyst in a packed state. According to the illustration, the reaction chamber C is common to the two outer jackets. The letter D denotes an inter-cylindrical reaction chamber which is disposed outside the reaction chamber C in contact with the inner surface of the spherical reactor A and has the same horizontal cross-sectional size as the reaction chamber C. The letter D 1 denotes another cylindrical reaction chamber, which has the same internal volume and the same horizontal cross-sectional size as the reaction chamber D and is mounted on the reaction chamber C. The inner volume of the reaction chambers D and D 1 is smaller than that of the reaction chamber C. The letter E is another inter-cylindrical reaction chamber which is arranged in contact with the inner surface of the spherical reactor A outside the reaction chamber D and has the same horizontal cross-sectional area as the reaction chambers C and D owns. The letter E 1 denotes another cylindrical reaction chamber, the inner volume and the horizontal cross-sectional area of which is the same as the reaction chamber E and which is mounted on the reaction chamber D 1 within the cylindrical reactor B. The volume of the reaction chambers E and E 1 is smaller than that of the reaction chambers D and D 1 . Due to this arrangement, the spherical reactor A can be packed with a catalyst having the same volume as the cylindrical reactor B. Further, the linear velocity to be achieved by a gas flowing through the individual reaction chambers C, D and E becomes equal to the linear velocity of a gas flowing axially through the cylindrical reactor B when a feed gas is forced axially in the order CDE or
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E-D-C durch den kugelförmigen Reaktor A zu strömen. Demzufolge ist der kugelförmige Reaktor A dem zylindrischen Reaktor B gleich in Bezug auf das Katalysatorvolumen und den Druckverlust, der sich beim Durchgang eines Gases durch den Reaktor hindurch einstellt. Wenn man bekannte Deckel sowohl am oberen als auch am unteren Ende des zylindrischen Reaktors B befestigt (halbkugelförmige Endplatten in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform) und die Oberflächengröße der beiden Reaktoren nach an sich bekannten Verfahren berechnet, sieht man leicht, daß die Oberflächengröße des kugelförmigen Reaktors A beträchtlich kleiner als die des zylindrischen Reaktors B ist. Unter der Annahme, daß die beiden Reaktoren jeweils mit Hochdruckgasen des gleichen Druckes beschickt werden," kann der druckbeständige Außenmantel des kugelförmigen Reaktors 10 bis 20 % leichter gemacht werden als der des zylindrischen Reaktors oder eventuell noch leichter, selbst wenn das zusätzliche Gewicht eines unten beschriebenen Kühlsystems, das zwischen den Reaktionskammern vorgesehen werden soll, in Betracht gezogen wird. Solch eine Gewichtsabnahme eines druckbeständigen Außenmantels wird dadurch erreicht, daß seine Wanddicke dünner gemacht wird. Die obere Grenze für einen großen Reaktor ist häufig durch die maximale Dicke des Stahlmaterials beschränkt, das herstellbar ist. Die Abnahme der erforderlichen Wanddicke bedeutet, daß solch eine Beschränkung erfolgreich vermieden werden kann.E-D-C to flow through spherical reactor A. Accordingly, the spherical reactor A is equal to the cylindrical reactor B in terms of catalyst volume and the pressure loss that occurs when a gas passes through the reactor. When you know Lids attached to both the top and bottom of the cylindrical reactor B (hemispherical End plates in the embodiment shown in Figure 1) and the surface area of the two reactors Calculated per se known method, it is easy to see that the surface area of the spherical reactor A is considerably smaller than that of the cylindrical reactor B. Assuming that the two reactors each can be charged with high-pressure gases of the same pressure, "the pressure-resistant outer shell of the spherical Reactor can be made 10 to 20% lighter than that of the cylindrical reactor or possibly even lighter, even if the additional weight of a cooling system described below is provided between the reaction chambers should be considered. Such a decrease in the weight of a pressure-resistant outer jacket is achieved by making its wall thickness thinner. The upper limit for a large reactor is common limited by the maximum thickness of steel material that can be manufactured. The decrease in the required wall thickness means that such a restriction has been successfully avoided can be.
Die vorstehende Beschreibung bezog sich auf das Prinzip dieser Erfindung. Neben zylindrischen oder interzylindrischen Reaktionskammern ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, Reaktionskammern mit kegelstumpfförmiger oder inter-kegelstumpfförmiger Gestalt zu verwenden, die bisher niemals in irgendwelchen herkömmlichen zylindrischen Reaktoren verwendet worden sind. KegelstumpfförmigeThe preceding description has related to the principle of this invention. In addition to cylindrical or inter-cylindrical Reaction chambers it is possible in the present invention, reaction chambers with frustoconical or inter-frustoconical shape to use the have never been used in any conventional cylindrical reactors. Frustoconical
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und hier als "inter-kegelstumpfförmige" bezeichnete Re.aktionskammern werden in der Beschreibung noch später beschrieben. Es sei bemerkt, daß der Reaktor gemäß der Erfindung für die Durchführung von zwei Arten chemischer Reaktionen verwendet werden kann» nämlich sowohl für exotherme als auch für endotherme Reaktionen. Auf eine endotherme Reaktion wird später Bezug genommen, und die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter prinzipieller Bezugnahme auf exotherme Reaktionen beschrieben. Es soll jedoch bemerkt werden, daß hier kein grundsätzlicher Unterschied zwischen diesen beiden Arten von Reaktionen besteht, soweit es diese Erfindung betrifft, und die folgende Beschreibung kann in gleicher Weise auf eine endotherme Reaktion angewendet werden, indem die thermischen Aspekte, abgesehen von dem Vorerhitzen des Zuführungsgases, umgekehrt werden, beispielsweise indem man das Kühlen in einer exothermen Reaktion als Erhitzen in einer endothermen Reaktion liest. Es ist im allgemeinen notwendig, innerhalb des Inneren eines Reaktors Vorrichtungen und Einrichtungen vorzusehen, die zum Kühlen des Katalysators oder der Gase, die als Folge der Reaktion erhitzt worden sind, auf eine gewünschte Temperatur und zum Vorerhitzen des Zuführungsgases auf die Arbeitstemperatur des Katalysators angepaßt sind, wobei diese Vorrichtungen und Einrichtungen zusätzlich zu den oben beschriebenen Reaktionskammern vorzusehen sind. and here referred to as "inter-frustoconical" reaction chambers will be described later in the description. It should be noted that the reactor according to the invention can be used for carrying out two types of chemical reactions »namely for both exothermic as well as endothermic reactions. An endothermic reaction is referred to later, and the The present invention is described below with reference in principle to exothermic reactions. It it should be noted, however, that there is no fundamental difference here between these two types of reactions insofar as this invention pertains, and the following description may equally refer to an endothermic one Reaction can be applied by taking the thermal aspects apart from the preheating of the feed gas, be reversed, for example by turning cooling in an exothermic reaction than heating in an endothermic one Reaction reads. It is generally necessary to have devices and devices inside a reactor Provide means for cooling the catalyst or the gases which have been heated as a result of the reaction are to a desired temperature and to preheat the feed gas to the working temperature of the catalyst are adapted, these devices and facilities are to be provided in addition to the reaction chambers described above.
Als erstes Verfahren zum Abkühlen der Temperaturen des Katalysators und des heißen Gases im Inneren eines Reaktors bietet sich als möglich an, das Zuführungsgas mit einer niedrigen Temperatur direkt an eine oder mehrere gewünschte Stellen innerhalb des Katalysatorbettes zu leiten, oder wenn das Katalysatorbett (d.h- die Reaktionskammer) unterteilt ist, zu dem Gasdurchströmweg zu leiten, der ein stromaufwärts gelegenes Katalysatorbett und sein nachfolgendes stromabwärts gelegenes Katalysatorbett verbindet. AlsAs a first method of cooling the temperatures of the catalyst and the hot gas inside a reactor offers itself as possible, the feed gas with a direct low temperature to one or more desired locations within the catalyst bed, or if the catalyst bed (i.e. the reaction chamber) is divided to lead to the gas flow path, which is an upstream catalyst bed and its subsequent downstream catalyst bed connects. as
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zweites Verfahren zum Erreichen des gleichen Zieles ist es möglich, eine Wärmeübergangsfläche zum indirekten Wärmeaustausch in dem Katalysatorbett oder, wenn das Katalysatorbett unterteilt ist, in einem Raum zwischen einer stromaufwärtsseitigen Reaktionskammer und ihrer nachfolgenden stromabwärtsseitigen Reaktionskammer vorzusehen, um so den heißen Katalysator oder heißes Gas dem Wärmeaustausch mit dem Zuführungsgas mit der niedrigen Temperatur zu unterwerfen. Das zweite Verfahren kann auch wirksam sein, um das Zuführungsgas vorzuerhitzen. Zusätzlich bietet sich als drittes Verfahren für das gleiche Ziel die Möglichkeit an, anstelle des Zuführungsgases, das als das Fluid der niedrigeren Temperaturseite in dem Wärmeaustauscher in dem zweiten Verfahren dient, ein anderes Kühlfluid, z.B. ein anderes gasförmiges Medium oder eine Flüssigkeit oder ein gemischtphasiges Fluid, das aus einer Flüssigkeit und ihrem Dampf besteht, zu verwenden, wobei die Flüssigkeit oder das gemischtphasige Fluid seinen Siedepunkt bei einer gegebenen Temperatur unter einem erhöhten Druck erreicht hat. Das Zuführungsgas kann vorerhitzt werden entweder nach dem oben beschriebenen zweiten Verfahren oder indem es dem indirekten Wärmeaustausch mit einem heißen Gas unterworfen wird, das aus der am weitesten stromabwärts gelegenen Reaktionskammer ausströmt, bevor das Zuführungsgas in den Reaktor eingeleitet wird. Wenn ein druckbeständiger Außenmantel keine Probleme oder Schwierigkeiten beim Aufrechterhalten seiner Festigkeit und beim Vermeiden seiner Korrosion und seines Brüchigwerdens aufwirft, selbst wenn der druckbeständige Außenmantel auf die Arbeitstemperatur seines Katalysators aufgeheizt wird, ist es möglich, als ein Verfahren zum Vorerhitzen des Zuführungsgases dieses Zuführungsgas in einem Wärmeaustauscher aufzuheizen, der außerhalb des Reaktors vorgesehen ist, und dann das Zuführungsgas, das bis auf die Arbeitstemperatur des Katalysators aufgeheizt wordensecond method to achieve the same goal, it is possible to use a heat transfer surface for indirect heat exchange in the catalyst bed or, if the catalyst bed is divided, in a space between one upstream reaction chamber and its subsequent Provide downstream reaction chamber so as to exchange the hot catalyst or hot gas for heat to submit with the feed gas with the low temperature. The second method can also be effective to preheat the feed gas. Additionally As a third method for the same goal, there is the possibility of replacing the feed gas, which is used as the lower temperature side fluid in the heat exchanger serves in the second method, another Cooling fluid, e.g. another gaseous medium or a liquid or a mixed-phase fluid consisting of a Liquid and its vapor is to be used, being the liquid or the mixed-phase fluid Has reached boiling point at a given temperature under an elevated pressure. The feed gas can be preheated are either using the second method described above or by using indirect heat exchange is subjected to a hot gas emanating from the most downstream reaction chamber, before the feed gas is introduced into the reactor. If a pressure-resistant outer jacket is not a problem or Difficulty maintaining its strength and avoiding its corrosion and embrittlement raises, even if the pressure-resistant outer jacket is heated to the working temperature of its catalytic converter as a method of preheating the feed gas, it is possible to use this feed gas in one Heat the heat exchanger, which is provided outside the reactor, and then the feed gas, which is up to the working temperature of the catalyst has been heated
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ist, in den Reaktor einzuleiten. Es ist jedoch notwendig, den oben angegebenen indirekten Wärmeaustauscher, der zum Vorerhitzen jedes Zuführungsgases geeignet ist, innerhalb eines Reaktors vorzusehen, wenn es erforderlich ist, die Temperatur des druckbeständigen Außenmantels unterhalb der Arbeitstemperatur des Katalysators zu halten.is to be introduced into the reactor. However, it is necessary to use the indirect heat exchanger specified above, which is used for Preheating of any feed gas is appropriate to provide within a reactor if necessary To keep the temperature of the pressure-resistant outer jacket below the working temperature of the catalyst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Innere eines kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels sowohl als Raum zum Einschließen der Reaktionskammern als auch der funktionellen Einrichtungen für die Kühlung eines Katalysators und des Gases und die Vorerhitzung eines Zuführungsgases ausgenutzt, wie es oben beschrieben wurde. Das für die Installation jeweils dieser Einrichtungen erforderliche Volumen variiert bis zu einem beträchtlichen Außmaß in Abhängigkeit von der Art einer Reaktion, die in den Reaktionskammern stattfindet, der Art des verwendeten Katalysators, der Wärmemenge, die beim Auftreten der Reaktion erzeugt wird, der Reaktionstemperatur, des Reaktionsdruckes und anderen Reaktionsparametern. Deshalb kann die vorliegende Erfindung neben der beschriebenen Verringerung des Gewichtes und der Wanddicke des einzelnen Reaktors noch viele weitere Vorteile liefern. Von derartigen Vorteilen werden zuerst diejenigen beschrieben, die allen Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam sind.According to the present invention, the interior of a spherical and pressure-resistant outer shell is both as space for enclosing the reaction chambers as well as the functional devices for cooling a catalyst and utilizes the gas and the preheating of a feed gas as described above. The volume required for the installation of each of these facilities varies up to a substantial one Extent depending on the type of reaction that occurs in the reaction chambers takes place, the type of catalyst used, the amount of heat generated when the reaction occurs is generated, the reaction temperature, the reaction pressure and other reaction parameters. Therefore, the present invention in addition to the described reduction in weight and wall thickness of the individual reactor provide many other advantages. Of such advantages, those common to all the embodiments will first be described common to the invention.
Die vorteilhaften Merkmale dieser Erfindung können sich nicht so deutlich zeigen im allgemeinen bei Reaktionen, bei denenThe advantageous features of this invention may not show themselves so clearly in general in reactions in which
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ein Reaktionsdruck von 5 kg/cm (etwa 5 bar) oder weniger angewendet wird (die Druckangaben sind am Manometer abge-2
a reaction pressure of 5 kg / cm (approx. 5 bar) or less is applied (the pressure information is given on the manometer
2 lesene Drücke, d.h. Überdruck; alle Bezeichnungen in kg/cm ,2 read pressures, i.e. overpressure; all designations in kg / cm,
2 die im folgenden angegeben sind, beziehen sich auf kg/cm G, wenn nichts anderes angegeben ist, so daß sie im wesentlichen "bar Überdruck" entsprechen), weil kein wesentlicher Unterschied zwischen dem Gewicht eines Stahlmaterials, das2 which are given below refer to kg / cm G, unless otherwise stated, so that they essentially correspond to "bar overpressure"), because no essential Difference between the weight of a steel material that
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"4?"4?
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für den druckbeständigen Außenmantel eines kugelförmigen Reaktors gemäß der Erfindung erforderlich ist, und dem für einen zylindrischen Reaktor besteht, bei dem die gleiche Menge eines Katalysators wie bei dem kugelförmigen Reaktor verwendet wird. Die Vorteile dieser Erfindung ergeben sich deutlicher bei Reaktionsdrücken von 10 kg/cm (etwa 10 bar) und höher und insbesondere bei Reaktionsdrücken von 30 kg/cm (etwa 30 bar) und. hoher. In Bezug auf die Reaktionskammern, die im wesentlichen gleich denen im zylindrischen Reaktor sind, ist es zu bevorzugen, zylindrische und/oder interzylindrische Reaktionskammern für den kugelförmigen Reaktor gemäß der Erfindung zu verwenden, so daß ein Gas durch die einzelnen Reaktionskammern in einem Querschnitt senkrecht zu der Strömungsrichtung des Gases gleichmäßig/8 und die wirksame Ausnutzungsrate des Katalysators erhöht werden kann. Wenn jedoch nur eine einzige zylindrische oder interzylindrische Reaktionskammer in einem kugelförmigen Reaktor vorgesehen ist, verbleibt ein großer innerer Raum, abgesehen von der Reaktionskammer. Selbst wenn die Einrichtung zum Kühlen des Katalysators und des Gases und die Einrichtung zum Vorerhitzen des Zuführungsgases in den Innenraxim eingeschlossen werden, besitzt der kugelförmige Reaktor noch einen überschüssigen Raum innen und die Vorteile des kugelförmigen Reaktors werden nicht ausgenutzt. Demzufolge ist es unerläßlich, wenigstens zwei zylindrische oder interzylindrische Reaktionskammern vorzusehen, um eine wirksame Ausnutzung des Innenraumes eines kugelförmigen Reaktors vorzunehmen. Anders als bei zylindrischen Reaktoren ist es leicht möglich, für die wirksame Ausnutzung des Innenraumes eines einzelnen kugelförmigen Reaktors neben zylindrischen und interzylindrischen Reaktionskammern kegelstumpfförmige Reaktionskammern, inter-kegelstumpfförmige Reaktionskammern (d.h. zwischen den Kegelstümpfen gelegene Kammern) ^u verwenden als auch als Reaktionskammern im wesentlichen toroidaleis required for the pressure-resistant outer shell of a spherical reactor according to the invention and that is for a cylindrical reactor using the same amount of a catalyst as that of the spherical reactor. The advantages of this invention result more clearly at reaction pressures of 10 kg / cm (about 10 bar) and higher and in particular at reaction pressures of 30 kg / cm (about 30 bar) and. higher. With regard to the reaction chambers which are essentially the same as those in the cylindrical reactor, it is preferable to use cylindrical and / or inter-cylindrical reaction chambers for the spherical reactor according to the invention, so that a gas can flow through the individual reaction chambers in a cross section perpendicular to the flow direction of the gas can be increased uniformly / 8 and the effective utilization rate of the catalyst can be increased. However, if only a single cylindrical or inter-cylindrical reaction chamber is provided in a spherical reactor, a large internal space is left apart from the reaction chamber. Even if the means for cooling the catalyst and the gas and the means for preheating the feed gas are included in the interior, the spherical reactor still has an excess space inside and the advantages of the spherical reactor are not used. Accordingly, it is essential to provide at least two cylindrical or inter-cylindrical reaction chambers in order to make effective use of the interior of a spherical reactor. In contrast to cylindrical reactors, it is easily possible to use the interior space of a single spherical reactor effectively, in addition to cylindrical and intercylindrical reaction chambers, truncated conical reaction chambers, inter-frustoconical reaction chambers (i.e. chambers located between the truncated cones) and essentially toroidal reaction chambers
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oder ringförmige Zwischenräume auszunutzen, die zwischen Teilen oder allen Teilen der äußeren Oberflächen derartiger zylindrischer, interzylindrischer, kegelstumpfförmiqer und inter-kegelstumpfförmiger Formen und einem Teil der inneren Oberfläche des druckbeständigen Außenmantels ausgebildet sind. Die Verwendung von Reaktionskammern mit derartig verschiedenartigen Konfigurationen ist in der Tat vorteilhaft. Dies ergibt sich deutlich aus der Tatsache, daß ein kugelförmiger Reaktor kurz und dick ist. Daher umfaßt der Ausdruck "wenigstens zwei Reaktionskammern", wie er hieror to utilize annular spaces between parts or all parts of the outer surfaces of such cylindrical, intercylindrical, frustoconical and inter-frustoconical shapes and part of the inner Surface of the pressure-resistant outer jacket are formed. The use of reaction chambers with such various configurations is indeed advantageous. This is clearly evident from the fact that a spherical reactor is short and thick. Hence the term "at least two reaction chambers" as used herein
,auch,even
verwendet wird, ' Reaktionskammern, die anders als zylindrische oder interzylindrische Reaktionskammern sind, wie sie oben beschrieben wurden. Vorteile dieser Reaktionskammern, die anders als zylindrische oder interzylindrische Reaktionskammern sind, werden unter Bezugnahme auf ihre spezifischen Ausführungsbeispiele beschrieben. Für eine wirksame Ausnutzung des Innenraumes eines kugelförmigen Reaktors ist es auch wichtig, diese zwei oder mehr Reaktionskammern von vorstehend beschriebener Gestalt in solch einer Art anzuordnen, daß sie eine gemeinsame Achse miteinander haben, mit anderen Worten, daß sie koaxial angeordnet sind und die Reaktionskammer mit einem kleineren äußeren Durchmesser innerhalb der Reaktionskammer mit einem größeren inneren Durchmesser angeordnet ist.is used ' reaction chambers other than cylindrical or inter-cylindrical reaction chambers as described above. Advantages of these reaction chambers, other than cylindrical or inter-cylindrical reaction chambers, will be described with reference to their specific embodiments. For efficient use of the interior of a spherical reactor, it is also important to arrange these two or more reaction chambers of the above-described shape in such a way that they have a common axis with each other, in other words that they are arranged coaxially and the reaction chamber with each other a smaller outer diameter is arranged within the reaction chamber with a larger inner diameter.
Der erste bauliche Vorteil eines kugelförmigen Reaktors mit solch einem Aufbau, wie er oben beschrieben wurde, ist der, daß die Wanddicke und das Gewicht seines Außenmantels im Vergleich zu einem zylindrischen Reaktor mit dem gleichen Katalysatorpackungsvolumen verringert werden kann. Die Gründe für den ersten baulichen Vorteil sind bereits schon beschrieben worden. Der zweite bauliche Vorteil des kugelförmigen Reaktors ist der, daß Verbindungsöffnungen, die zum Zuführen oder Ablassen eines Gases, eines Kühlmediums oder Katalysators ausgelegt sind, leichtThe first structural advantage of a spherical reactor with such a structure as described above, is that the wall thickness and weight of its outer shell compared to a cylindrical reactor with the same catalyst packing volume can. The reasons for the first structural advantage have already been described. The second structural advantage of the spherical reactor is the one that connecting openings for supplying or discharging a gas, a cooling medium or catalyst are designed, easily
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an gewünschten Stellen in der kugelförmigen Oberfläche des kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels ausgebildet werden können. Es ist natürlich möglich , einen Raum zum Einbringen oder zum Ablassen eines Gases oder Kühlmediums an einer Stelle vorzusehen, die von beiden Endplatten eines herkömmlichen Reaktors mit einer länglichen zylindrischen Gestalt entfernt ist. Dies erfordert jedoch einen druckbeständigen Außenmantel mit einer beträchtlich ausgedehnten Länge. Insbesondere wenn ein innerer Zylinder als eine Reaktionskammer erforderlich ist, tritt eine wesentliche thermische Expansions- oder Kontraktionsdifferenz zwischen dem Außenmantel und dem Innenzylinder aufgrund der Temperaturdifferenzen auf, die sich während des Betriebs entwickeln. Daher wird der Gesamtaufbau kompliziert gemacht, und es ist so unpraktisch, Rohre sowohl durch die Umfangswand des zylindrischen und druckbeständigen Außenmantels als auch durch die Umfangswandung des Innenzylinders zum Zuführen oder Abführen von Gas und Kühlmedium vorzusehen. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen zylindrischen Reaktor wird bei dem kugelförmigen Reaktor gemäß der Erfindung von dem toroidalen oder ringförmigen Raum Gebrauch gemacht, der innerhalb des Reaktors durch eine Trennwandung und die innere kugelförmige Oberfläche des druckbeständigen Außenmantels ausgebildet ist und gestattet, Rohre zum Einbringen oder Ablassen eines Gases, Kühlmediums und dergleichen als gebogene Rohre oder Spulen, die sich entlang der inneren Oberfläche des druckbeständigen Außenmantels erstrecken, vorzusehen. Dies gestattet, daß der Aufbau einfacher gemacht wird und vermeidet die Entwicklung starker thermischer Spannungen aufgrund der thermischen Expansion des Reaktors. Weiterhin ist das Vorsehen des vorstehend angegebenen toroidalen Raumes bequem oder vorteilhaft für die Herstellung eines großen Reaktors, weil er weit genug ist, um zu gestatten, daß Arbeiter darin arbeiten.at desired points in the spherical surface of the spherical and pressure-resistant outer jacket can be formed. It is of course possible to use a room Bring in or to provide for the discharge of a gas or cooling medium at a point that is one of the two end plates conventional reactor with an elongated cylindrical shape is removed. However, this requires a pressure-resistant Outer jacket with a considerably extended length. Especially when using an inner cylinder as a reaction chamber is required, there is a substantial thermal expansion or contraction difference between the outer jacket and the inner cylinder due to the temperature differences that develop during operation. Therefore, the overall structure is made complicated and it is so impractical to pass pipes through both the peripheral wall of the cylindrical and pressure-resistant outer jacket as well as through the peripheral wall of the inner cylinder for feeding or to provide discharge of gas and cooling medium. In contrast to the conventional cylindrical reactor, with the spherical reactor according to the invention made use of the toroidal or annular space which inside the reactor by a partition wall and the inner spherical surface of the pressure-resistant outer jacket is designed and permitted, pipes for introducing or discharging a gas, cooling medium and the like as curved tubes or coils extending along the inner surface of the pressure-resistant outer jacket, to be provided. This allows the structure to be made simpler and avoids the development of severe thermal Stresses due to the thermal expansion of the reactor. Furthermore, the provision of the above toroidal space convenient or advantageous for making a large reactor because it is wide enough to allow workers to work in it.
Bei der obigen Beschreibung des Prinzips der vorliegenden Erfindung, die unter Bezugnahme auf Figur 1 vorgenommen wurde, ist eine Umfangswand einer Reaktionskammer im Kontakt mit ihrer benachbarten Umfangswand einer anderen Reaktionskammer angeordnet, um die Beschreibung zu vereinfachen. Es ist jedoch wünschenswert, Reaktionskammern in solch einer Weise anzuordnen, daß ihre Umfangswandungen teilweise oder hauptsächlich in gegenseitigem Kontakt gehalten werden, wie es in Figur 1 gezeigt ist, da eine derartige Anordnung von Reaktionskammern gestattet, mehr Raum in dem kugelförmigen Reaktor als Reaktionskammern auszunutzen. Es wird jedoch notwendig, einen Raum für den Einbau eines derartig beschriebenen Kühlsystems innerhalb jedes Reaktors vorzusehen, unabhängig von der Form des Reaktors, wenn eine große Wärmemenge im Verlauf einer Reaktion erzeugt wird, die in der Reaktionskammer stattfindet, denn der in die Reaktionskammer gepackte Katalysator besitzt einen geringen Widerstand gegen Wärme und seine Kapazität wird durch jeden übermäßigen Temperaturanstieg gesenkt, oder erhöhte Gas- und Katalysatortemperaturen beeinflussen nachteilig den Verlauf der Reaktion in Bezug auf ihr chemisches Gleichgewicht. Wenn in einem herkömmlichen zylindrischen Reaktor ein Raum ausgebildet wird, um das vorstehend beschriebene Kühlsystem vorzusehen, d.h. eine Zuführungsleitung für ein einströmendes Gas niedriger Temperatur zu einer Reaktionskammer oder zu einem Gasdurchströmungsweg zwischen zwei benachbarten Reaktionskammern oder eine rohrförmige Wärmeübergangsfläche, um ein Hochtemperaturgas dem indirekten Wärmeaustausch mit dem zugeführten Gas niedriger Temperatur zu unterwerfen, ohne daß die Menge des Katalysators im Reaktor verändert wird, wird es notwendig, den Durchmesser oder die Länge des zylindrischen Reaktors zu erhöhen. Andererseits bleibt in einem kugelförmigen Reaktor, der zwei oder mehr Reaktionskammern besitzt, ein toroidaler oder ringförmiger Raum In the above description of the principle of the present invention made with reference to FIG a peripheral wall of a reaction chamber is in contact arranged with its adjacent peripheral wall of another reaction chamber in order to simplify the description. However, it is desirable to have reaction chambers in to be arranged in such a way that their peripheral walls are kept partly or mainly in mutual contact as shown in Figure 1, since such an arrangement of reaction chambers allows more To utilize space in the spherical reactor as reaction chambers. However, it becomes necessary to have a room for the Provide installation of such a described cooling system within each reactor, regardless of the shape of the reactor when a large amount of heat is generated in the course of a reaction taking place in the reaction chamber, because the catalyst packed in the reaction chamber has a low resistance to heat and its capacity is reduced by any excessive rise in temperature, or increased gas and catalyst temperatures adversely affect the course of the reaction in terms of its chemical equilibrium. If in a conventional cylindrical reactor a space is formed to provide the cooling system described above, i.e., a supply line for a low temperature inflowing gas to a reaction chamber or to a Gas flow path between two adjacent reaction chambers or a tubular heat transfer surface to a To subject high-temperature gas to the indirect heat exchange with the supplied gas of low temperature without that the amount of catalyst in the reactor is changed, it becomes necessary to adjust the diameter or length of the cylindrical Increase reactor. On the other hand, in a spherical reactor having two or more reaction chambers, a toroidal or annular space remains
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zwischen der Reaktionskammer und dem äußeren Mantel des kugelförmigen Reaktors frei. Der so freigelassene Raum kann direkt als Durchströmungsweg für ein Reaktionsgas oder als ein Installationsraum für Rohre verwendet werden, die so ausgelegt sind, daß das Reaktionsgas, zugeführtes Gas und Kühlmedium hindurchströmt, wodurch der Ausnutzungsgrad des Innenraums ohne Erhöhung des inneren Volumens des kugelförmigen Reaktors verbessert wird.between the reaction chamber and the outer shell of the spherical reactor. The space left free can be used directly as a flow path for a reaction gas or used as an installation space for pipes, which are designed in such a way that the reaction gas, supplied gas and cooling medium flow through, whereby the degree of utilization the interior space is improved without increasing the internal volume of the spherical reactor.
Wie sich deutlich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist es unnötig, daß der kugelförmige Reaktor gemäß der Erfindung eine exakt kugelförmige Gestalt aufweist, um die Vorteile der Erfindung zu erzeugen. Die Vorteile dieser Erfindung können auch noch durch Reaktoren erhalten werden, die Konfigurationen oder Formen besitzen, die nur kugelähnlich sind. Selbst wenn ein Teil eines kugelförmigen äußeren Mantels nach außen vorsteht, werden die Vorteile der Erfindung nicht nachteilig beeinflußt, so lange nur der Vorsprung zylindrisch ist und der Durchmesser des zylindrischen Vorsprungs relativ klein im Vergleich zu dem Durchmesser des kugelförmigen Außenmantels ist. Entsprechend einem Ergebnis, das die Erfinder in Bezug auf einen kugelförmigen Außenmantel erhalten hatten, der mit einem oder mehreren zylindrischen Vorsprüngen versehen war, wobei die Innenräume der Vorsprünge mit dem Innenraum des kugelförmigen Außenmantels verbunden waren, wurde beispielsweise gefunden, daß im wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei einem kugelförmigen Reaktor, der keine Vorsprünge besaß, auch bei einem kugelförmigen Reaktor erhalten werden konnten, bei dem die Oberfläche des Teiles - der eine kugelförmige Oberfläche mit dem angrenzenden Teil zwischen dem zylindrischen Vorsprung und dem kugelförmigen Außenmantel als seiner Grenze bildet - wenigstens drei Viertel der gesamten Oberfläche desselben kugelförmigen Außenmantels ohne den zylindrischen Vorsprung ausmacht. In diesem Falle können die vorstehend beschriebenen VorteileAs is clear from the above description, it is unnecessary that the spherical reactor according to FIG of the invention is exactly spherical in shape to produce the benefits of the invention. The advantages of this invention can also be obtained by reactors having configurations or shapes that are only spherical. Even if part of a spherical outer shell protrudes outward, the Advantages of the invention are not adversely affected as long as only the projection is cylindrical and the diameter of the cylindrical projection is relatively small compared to the diameter of the spherical outer shell. According to a result that the inventors had obtained in relation to a spherical outer shell, which with one or more cylindrical projections was provided, the interiors of the projections with the interior of the spherical outer shell, for example, it was found to be essentially the same Advantages as with a spherical reactor that had no protrusions, even with a spherical reactor could be obtained in which the surface of the part - which has a spherical surface with the adjacent one Part between the cylindrical projection and the spherical outer shell as its boundary forms - at least three quarters of the total surface of the same spherical Make up the outer jacket without the cylindrical projection. In this case, the advantages described above
im wesentlichen auch hei einem kuqelförmigen Reaktor erhalten werden, der einen beträchtlich langen zylindrischen Vorsprung aufweist, verglichen mit einem zylindrischen Reaktor mit dem gleichen Innenraum wie dem kuqelförmigen Außenmantel des kugelförmigen Reaktors. Es ist nicht notwendig, die Anzahl dieser zylindrischen Vorsprünge auf nur einen einzigen zu beschränken, sondern es ist auch möglich, viele kleine Vorsprünge an gewünschten Stellen auf der Oberfläche eines kugelförmigen Außenmantels vorzusehen. Als ein anderes Beispiel für Reaktoren, das auch die Vorteile dieser Erfindung liefert, aber nicht eine exakt kugelförmige Oberfläche aufweist, kann ein sphäroidaler (also rotationssymmetrischer) Reaktor erwähnt werden, der aus einem Zylinder mit einer Länge, die nicht größer als drei Viertel seines Durchmessers ist, und halbkugelförmigen Endplatten/ die den gleichen Durchmesser wie der Zylinder besitzen und jeweils an den beiden Enden des Zylinders vorgesehen sind, gebildet ist. Dieser sphäroidale Reaktor besitzt eine bevorzugte Gestalt, wie noch später beschrieben wird, wenn eine große Wärmemenge durch die Reaktion erzeugt wird, das Gas mit einer hohen Geschwindigkeit durch die Reaktiönskammer strömen gelassen wird und das Vorsehen einer großen Wärmeübergangsfläche für indirekte Kühlung in der Reaktionskammer erforderlich ist. In dem vorstehend beschriebenen späroidalen Reaktor behindert das Vorsehen eines oder mehrerer zylindrischer Vorsprünqe nicht das Erzielen der Vorteile der Erfindung, analog wie bei dem kugelförmigen Reaktor. In der folgenden Beschreibung werden der vorstehend beschriebene kugelförmigeessentially also obtained in a spherical reactor which has a considerably long cylindrical protrusion compared to a cylindrical one Reactor with the same interior as the spherical one Outer shell of the spherical reactor. It is not necessary to limit the number of these cylindrical protrusions only to restrict a single one, but it is also possible to have many small protrusions in desired places on the Provide surface of a spherical outer jacket. As another example of reactors that also has the advantages This invention provides, but does not have an exactly spherical surface, can be a spheroidal (i.e. rotationally symmetrical) reactor may be mentioned, which consists of a cylinder with a length not greater than three quarters of its diameter, and hemispherical end plates / which are the same diameter as the cylinder have and are each provided at the two ends of the cylinder is formed. This spheroidal The reactor has a preferable shape, as will be described later, when a large amount of heat is caused by the reaction is generated, the gas is allowed to flow through the reaction chamber at a high speed, and it is necessary to provide a large heat transfer surface for indirect cooling in the reaction chamber. In the spheroidal reactor described above hinders the provision of one or more cylindrical protrusions not achieving the advantages of the invention by analogy with the spherical reactor. In the following description become the spherical one described above
und ,derand the
Reaktor, ein kuge!ähnlicher / beschriebene sphäroidale Reaktor einfach "kugelförmige Reaktoren" unabhängig von dem Vorhandensein oder dem Fehlen zylindrischer Vorsprünge genannt. Obgleich es in vielen Fällen hier vorzuziehen ist, die gemeinsame Achse der einzelnen Reaktionskammern eines Reaktors in vertikaler Richtung, wie es in Figur 1 gezeigt ist, im Hinblick auf den Zusammenbau und die Wartung undReactor, a spheroidal reactor similar to / described above simply called "spherical reactors" regardless of the presence or absence of cylindrical protrusions. Although it is preferable here in many cases, the common axis of the individual reaction chambers is one Reactor in the vertical direction, as shown in Figure 1, in terms of assembly and maintenance and
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die Inspektion des Reaktors anzuordnen, werden keine funktionellen Probleme oder Unbequemlichkeiten auftreten, auch wenn die gemeinsame Achse sich horizontal oder schräg erstreckt, weil die Ausgangsmaterialien und das Reaktionsprodukt beide gasförmig sind. Ordering the inspection of the reactor will not be functional Problems or inconveniences arise even if the common axis extends horizontally or at an angle, because the starting materials and the reaction product are both gaseous.
Als nächstes wird der Betrieb des kugelförmigen Reaktors gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist möglich, innerhalb des Inneren des Reaktors dieser Erfindung zwei oder mehr Reaktionskammern vorzusehen, die die gleiche Querschnittsform, gesehen entlang einer Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtimg eines Gases, und die gleiche Länge entlang der Strömungsrichtung des Gases aufweisen. Wenn zwei oder mehr derartige Reaktionskammern mit dem gleichen Katalysator bepackt werden, kann ein zugeführtes Gas parallel durch die zwei oder mehr Reaktionskämme in strömen gelassen werden. Solch ein paralleler Durchgang eines zugeführten Gases besitzt jedoch die potentielle Gefahr, daß die Durchflußrate des zugeführten Gases durch eine Reaktionskammer nicht ausgeglichen werden kann, so daß das zugeführte Gas durch eine andere Reaktionskammer hindurchströmt und auf diese Weise ein Kanalbildungseffekt auftritt. Die Gefahr der Kanalbildung wird größer, wenn das zugeführte Gas gezwungen wird, parallel durch Reaktionskammern mit verschiedenen Querschnittsgestalten oder verschiedenen Längen zu strömen. Um die Kanalbildung zu vermeiden ist es notwendig, bestimmte Mittel zu jeder Reaktionskammer hinzuzugeben, um so die gleiche Gasdurchströmrate durch die Reaktionskammer aufrechtzuerhalten. Andererseits kann der Innenraum eines kucelförmigen Reaktors nicht auf die wirksamste Weise ausgenutzt werden, wenn zwei oder mehr Reaktionskammern mit der gleichen Querschnittsgestalt, gesehen entlang einer Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtung eines Gases, und der gleichen Länge in Durchströmungsrichtung des Gases innerhalb des kugelförmigen Reaktors vorgesehen werden Aus diesen .Gründen ist es in hohem Maße wünschenswert, denNext is the operation of the spherical reactor described in accordance with the present invention. It is possible to be inside the reactor of this invention to provide two or more reaction chambers having the same cross-sectional shape as viewed along a plane perpendicular to the direction of flow of a gas, and the same length have along the direction of flow of the gas. If two or more such reaction chambers with the same When the catalyst is packed, a supplied gas can flow in parallel through the two or more reaction combs will. However, such a parallel passage of a supplied gas has the potential danger that the flow rate of the supplied gas through a reaction chamber cannot be balanced, so that the supplied Gas flows through another reaction chamber and thus a channeling effect occurs. The risk of channeling increases if that supplied gas is forced in parallel through reaction chambers with different cross-sectional shapes or different Lengths to stream. To avoid channeling it is necessary to add certain resources to each reaction chamber so as to maintain the same gas flow rate through the reaction chamber. On the other hand, the The interior space of a cup-shaped reactor cannot be used in the most efficient way when there are two or more reaction chambers having the same cross-sectional shape as viewed along a plane perpendicular to the direction of flow of a Gas, and the same length in the direction of flow of the gas are provided within the spherical reactor For these reasons, it is highly desirable to use the
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Reaktor gemäß dieser Erfindung so einzusetzen, daß ein zugeführtes Gas nacheinander durch wenigstens zwei Reaktionskammern, die innerhalb des kugelförmigen Reaktors vorgesehen sind, strömen gelassen wird- Dadurch, daß das Zuführungsgas nacheinander durch die Reaktionskammern strömt, wird es möglich, eine große Menge eines Katalysators in den kugelförmigen Reaktor zu packen, um so den Katalysator effektiv auszunutzen, und den wirksamen Ausnutzungsgrad des Innenraumes des kugelförmigen Reaktors zu erhöhen. Der erste Vorteil, der dadurch erhalten werden kann, daß ein Zuführungsgas nacheinander durch zwei oder mehr Reaktionskammern strömen gelassen wird, beruht darin, daß es leichter wird, das überhitzen eines Katalysators zu vermeiden, der an der stromaufwärts gelegenen Seite in Bezug auf den Strom des Zuführungsgases gepackt ist (insbesondere an der am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite). Es ist nämlich notwendig, ein Zuführungsgas, das auf die Arbeitstemperatur eines Katalysators vorerhitzt worden ist, zuerst mit dem Katalysator in Kontakt zu bringen, der an die am weitesten stromaufwärts gelegene Seite gepackt ist, um eine wirksame Ausnutzung des Katalysators zu erzielen. An der am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite enthält das Zuführungsgas überhaupt kein Reaktionsprodukt oder enthält nur wenig Reaktionsprodukt. Demzufolge findet eine heftige Reaktion in dem Katalysatorbett statt, das an der am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite gepackt ist, was zu einem plötzlichen Anstieg sowohl der Gas- als auch der Katalysatortemperaturen führt. Es ist gut bekannt, daß solch ein übermäßiger Anstieg der Katalysatortemperatur nachteilige Wirkungen wie erniedrigte katalytische Aktivität und stärkeres Auftreten unerwünschter Nebenprodukte bei vielen Katalysatoren ausübt. Diese Probleme können leicht gelöst werden, indem an der stromaufwärts gelegenen Seite eine Reaktionskammer verwendet wird, die eine kleinere Querschnittsfläche, gesehen entlang einer Ebene senkrecht zu der Durchströmungsrichtung des Gases, und eine kür-To use the reactor according to this invention so that a fed Gas successively through at least two reaction chambers, which are provided inside the spherical reactor, is flowed by the fact that the feed gas flowing successively through the reaction chambers, it becomes possible to put a large amount of a catalyst in to pack the spherical reactor so as to effectively utilize the catalyst and the effective utilization rate to increase the interior of the spherical reactor. The first advantage that can be obtained in that a feed gas is sequentially allowed to flow through two or more reaction chambers is based on the fact that it is it becomes easier to avoid overheating a catalyst that is on the upstream side with respect to the flow of feed gas is packed (especially on the most upstream side). It is namely, a feed gas that has been preheated to the working temperature of a catalyst is necessary, first to bring into contact with the catalyst packed on the most upstream side to provide a to achieve effective utilization of the catalyst. On the most upstream side contains the feed gas no reaction product at all or contains only a little reaction product. As a result takes place a violent Reaction takes place in the catalyst bed that is packed on the most upstream side, what leads to a sudden increase in both gas and catalyst temperatures. It is well known that such an excessive rise in the catalyst temperature has adverse effects such as decreased catalytic activity and increased occurrence of undesirable by-products with many catalysts. These problems can can be easily solved by using a reaction chamber on the upstream side, which is a smaller one Cross-sectional area, seen along a plane perpendicular to the direction of flow of the gas, and a shorter
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zere Länge aufweist, um so eine hohe Gasströmungsgeschwindigkeit in der Reaktionskairaner aufrechtzuerhalten und die Reaktionsgeschwindigkeit und die Entwicklung von zu hoher Reaktionswärme zu steuern; und indem ein Gas, das von der Reaktionskammer abgelassen wird, durch irgendeines der oben beschriebenen Kühlmittel gekühlt wird. Wenn das Gas dann gezwungen wird, mit einer niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit durch eine oder mehrere nachfolgende Reaktionskammern mit größerer Querschnittsfläche zu strömen, wenn die Konzentration des Reaktionsproduktes in dem Gas höher wird, kann das Reaktionsprodukt auf genau die gleiche Weise wie in einem herkömmlichen zylindrischen Reaktor erhalten werden. Zur gleichen Zeit ist es möglich, die zusätzliche Wirkung zu erhalten, daß die Lebensdauer des Katalysators verlängert werden kann oder das Auftreten von Nebenprodukten verringert werden kann. Wenn gewünscht wird, die oben beschriebenen Wirkungen in einem herkömmlichen zylindrischen Reaktor zu erzielen, ist es unerläßlich, das Innenvolumen des Reaktors zu vergrößern.Has a longer length, so as to have a high gas flow rate in the reaction kairaner to maintain and the reaction rate and the development of too high Control heat of reaction; and by allowing a gas discharged from the reaction chamber through any of the coolant described above is cooled. When the gas is then forced to flow at a slower rate to flow through one or more subsequent reaction chambers with a larger cross-sectional area, when the concentration of the reaction product in the gas becomes higher, the reaction product can become exactly the same Way like in a conventional cylindrical reactor can be obtained. At the same time it is possible to get the added effect that the life of the Catalyst can be extended or the occurrence of by-products can be reduced. If desired is to achieve the above-described effects in a conventional cylindrical reactor, it is essential to to increase the internal volume of the reactor.
Der zweite Vorteil, der durch das nacheinanderfolgende Hindurchleiten eines Gases durch Reaktionskammern gemäß dieser Erfindung erzielt werden kann, betrifft den oben beschriebenen zweiten baulichen Vorteil dieser Erfindung. Es ist nämlich relativ leicht, ein Hochtemperaturgas, das einmal durch ein Bett aus einem Katalysator geströmt ist, mittels eines Rohres aus dem druckbeständigen Außenmantel abzuziehen und dann das Gas wieder in den druckbeständigen Außenmantel von einer anderen Stelle auf der Oberfläche des druckbeständigen Außenmantels aus einzuführen. Dieser Vorteil ist insbesondere dann von Wert, wenn das Zuführungsgas Spurenmengen einer Substanz enthält, die den Katalysator vergiftet. In diesem Falle ist es möglich, in dem. kugelförmigen Reaktor eine Reaktionskammer vorzusehen, die vollständig isoliert von anderen Reaktionskammern ist. Diese zusätzliche Reaktionskammer wird als die am weitestenThe second advantage, that of successively passing through of a gas can be obtained through reaction chambers according to this invention relates to that described above second structural advantage of this invention. In fact, it is relatively easy to use a high-temperature gas that has flowed once through a bed of a catalyst, by means of a tube from the pressure-resistant outer jacket and then pull the gas back into the pressure-resistant outer jacket from another location on the surface of the pressure-resistant outer jacket. This advantage is particularly valuable when the feed gas Contains trace amounts of a substance that could poison the catalyst. In this case it is possible in which. spherical reactor to provide a reaction chamber that is completely isolated from other reaction chambers. This additional reaction chamber is considered to be the furthest
stromaufwärtsseitig gelegene Reaktionskammer verwendet. Auf diese Weise absorbiert der in diese Reaktionskammer gepackte Katalysator das Katalysatorgift und seine Aktivität wird verschlechtert. All die anderen Katalysatoren in den weiter stromabwärtsseitig gelegenen Reaktionskammern werden jedoch gegen die vergiftende Substanz geschützt. Auf diese Weise kann die zusätzliche Reaktionskammer dazu verwendet werden, die mittlere Lebensdauer der gesamten Katalysatoren zu verlängern, ohne daß es notwendig ist, die Katalysatoren, die in die stromabwärts gelegenen Reaktionskammern gepackt sind, zu ersetzen, vorausgesetzt, daß der Katalysator in der am weitesten stromaufwärtsseitig gelegenen Reaktionskammer durch einen frischen Katalysator ersetzt wird. Darüber hinaus gestattet der zweite Vorteil, zwei oder mehr chemische Reaktionen, bei denen verschiedene Katalysatoren verwendet werden, in einem einzigen Reaktor aufeinanderfolgend durchzuführen. Ein spezifisches Beispiel, das dieses Merkmal erläutert, wird in der Beschreibung noch später beschrieben.used upstream reaction chamber. In this way, the catalyst packed in this reaction chamber absorbs the catalyst poison and its activity will worsen. All the other catalysts in the reaction chambers further downstream however, are protected against the poisoning substance. In this way, the additional reaction chamber can be used to extend the mean life of the entire catalytic converter without the need for it is to replace the catalysts packed in the downstream reaction chambers, provided that that the catalyst in the reaction chamber located furthest upstream is replaced by a fresh one Catalyst is replaced. In addition, the second advantage allows two or more chemical reactions to occur where different catalysts are used, to be carried out sequentially in a single reactor. A specific example explaining this feature will be described later in the specification.
In dem kugelförmigen Reaktor gemäß der Erfindung kann ein Gas entweder in axialer Richtung oder in radialer Richtung durch seine Reaktionskammern geführt werden. Wenn das Gas in der axialen Richtung strömt, kann das Gas von dem oberen Teil zum Boden und von rechts nach links oder in entgegengesetzten Richtungen strömen gelassen werden. Wenn andererseits das Gas in radialer Richtung strömen gelassen wird, wird es von der Innenseite zur Außenseite oder umgekehrt geleitet. Darüber hinaus ist es noch möglich, den axialen Strom und den radialen Strom in Kombination, jeweils für verschiedene Reaktionskammern, wie es gewünscht wird, zu verwenden, z.B. indem das Gas in der axialen Richtung durch wenigstens eine von zwei oder mehr Reaktionskammern und in radialer Richtung durch die verbleibenden Reaktionskammern geleitet wird. In the spherical reactor according to the invention, a gas can flow either in the axial direction or in the radial direction be passed through its reaction chambers. When the gas flows in the axial direction, the gas can flow from the upper Part of the flow to the bottom and from right to left or in opposite directions. If on the other hand the gas is allowed to flow in a radial direction, it becomes from the inside to the outside or vice versa directed. In addition, it is still possible to combine the axial flow and the radial flow, each for different reaction chambers to use as desired, e.g. by passing the gas through in the axial direction at least one of two or more reaction chambers and is passed in the radial direction through the remaining reaction chambers.
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Wie oben beschrieben wurde, wird der Innenraum des kugelförmigen Reaktors gemäß der Erfindung für Reaktionskammern, als Gasdurchflußwege, als Raum zum Mischen eines Hochtemperaturgases mit einem Niedrigtemperatur-Zuführungsgas, als Installationsraum für eine Wärmeübergangsflache zur Bewirkung des indirekten Wärmeaustausches und dergleichen ausgenutzt. Konstruktions- und Auslegeerfordernisse für diese eingebauten Einrichtungen können gemäß einer Vielzahl von Parametern variieren, einschließlich des Typs der Reaktion, die das Zuführungsgas durchläuft, der Reaktionsbedingungen wie Temperatur und Druck, Art des Katalysators, Zuführungsrate des Zuführungsgases und der Art des Abführens der Reaktionswärme. Auf diese Weise können zahllose Ausführungsformen durch Kombination dieser Erfordernisse und Parameter auf verschiedene Weise vorgeschlagen werden. Verschiedene Beispiele für diese Ausführ ungs formen werden nachfolgend spezieller unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Man sollte jedoch im Sinn behalten, daß der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist, die nur als Beispiele angegeben werden.As described above, the interior of the spherical reactor according to the invention is used for reaction chambers, as gas flow paths, as a space for mixing a high temperature gas with a low temperature feed gas, as installation space for a heat transfer surface used to effect the indirect heat exchange and the like. Construction and layout requirements for these built-in devices can vary according to a variety of parameters, including the type of reaction the feed gas undergoes, the reaction conditions such as temperature and pressure, art of the catalyst, the feed rate of the feed gas and the way of removing the heat of reaction. In this way can create innumerable embodiments by combining these Requirements and parameters are suggested in various ways. Various examples of this execution Forms of execution are described more specifically below with reference to the accompanying drawings. Man however, it should be kept in mind that the scope of the present invention should not be limited by the following embodiments which are given as examples only.
In Figur 2 sind drei Reaktionskammern 31, 32, 33, die entweder interzylindrische oder zylindrische Gestalt besitzen und mit einem Katalysator bepackt sind, koaxial und vertikal angeordnet. Ein zylindrischer Vorsprung ist in einem oberen Teil des Reaktors vorgesehen, der einen Rohr- und -mantel-Wärmeaustauscher zum Vorerhitzen des Zuführungsgases umschließt. Der Reaktor ist ausgelegt, um eine exotherme Reaktion durchzuführen. Das Zuführungsgas, das nicht bis zu einem ausreichenden Ausmaß vorerhitzt worden ist, wird durch eine Leitung 1 und von dem untersten Teil eines druckbeständigen Außenmantels 3 in den Reaktor eingeleitet. Es strömt dann durch einen Raum 11, der mit der innerenIn FIG. 2 there are three reaction chambers 31, 32, 33 which are either inter-cylindrical or cylindrical in shape and packed with a catalyst, arranged coaxially and vertically. A cylindrical protrusion is in one provided upper part of the reactor which encloses a tube and jacket heat exchanger for preheating the feed gas. The reactor is designed to be exothermic To carry out the reaction. The feed gas that has not been preheated to a sufficient extent, is introduced into the reactor through a line 1 and from the lowest part of a pressure-resistant outer jacket 3. It then flows through a space 11, which is connected to the inner
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Oberfläche der kugelförmigen Wand des druckbeständigen Außenmantels 3 in Kontakt steht. Danach strömt das Zuführungsgas durch einen Raum, der mit der inneren Oberfläche des zylindrischen Vorsprungs an dem druckbeständigen Außenmantel 3 in Kontakt steht, und erreicht einen oberen Raum 12 eines Wärmeaustauschers 4. Aufgrund des Strömungsweges des Zuführungsgases wird der druckbeständige Außenmantel auf niedrigen Temperaturen gehalten. Das Zuführungsgas strömt dann durch eine Anzahl von Rohren in dem Wärmeaustauscher 4 und unterliegt indirektem Wärmeaustausch mit einer Reaktionsgasmischung mit einer hohen Temperatur, die die Reaktionskammer 33 verlassen hat. Nachdem das Zuführungsgas auf eine gewünschte Temperatur vorerhitzt worden ist, erreicht es dann einen Raum 13. Das Zuführungsgas strömt weiter durch den inneren Raum eines Rohres 14 und tritt in die Reaktionskammer 31 ein, wo ein Teil des Zuführungsgases eine chemische Reaktion durchläuft und die Temperatur der entstehenden Gasmischung wird aufgrund der Reaktionswärme erhöht. Die Reaktionskammer 31 besitzt eine interzylindrische Gestalt, wobei ihre Achse vertikal durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Außenmantels verläuft. Die Gasmischung hoher Temperatur, die teilweise der Reaktion in der Reaktionskammer 31 unterworfen worden ist, tritt in einen Raum 15 ein und strömt durch einen interzylindrischen Raum, der im Anschluß an den Raum 15 zwischen den Reaktionskammern 31 und 32 ausgebildet ist. Während die Gasmischung hoher Temperatur durch die beiden Räume 15 und den interzylindrischen Raum, d.h. den Raum zwischen den zwei zylindrischen Kammern, strömt, wird sie mit Kühlrohren 63 in Kontakt gebracht, durch die ein Kühlmedium fließt, und auf eine vorherbestimmte Temperatur abgekühlt. Die so abgekühlte Gasmischung erreicht danach einen Raum 17. Dann tritt die Gasmischung in die Reaktionskammer 32 ein und die Reaktion des zugeführten Gases schreitet weiter fort, wodurch die Temperatur der entstehenden Gasmischung erhöht wird. Die Gasmischung er-Surface of the spherical wall of the pressure-resistant outer shell 3 is in contact. The feed gas then flows through a space that corresponds to the inner surface of the cylindrical projection on the pressure-resistant Outer jacket 3 is in contact, and reaches an upper space 12 of a heat exchanger 4. Due to the The pressure-resistant outer jacket is kept at low temperatures along the flow path of the feed gas. That Feed gas then flows through a number of tubes in the heat exchanger 4 and undergoes indirect heat exchange with a reaction gas mixture having a high temperature which has left the reaction chamber 33. After the feed gas has been preheated to a desired temperature, it then reaches a space 13. The feed gas continues to flow through the inner space of a tube 14 and enters the reaction chamber 31, where part of the feed gas undergoes a chemical reaction and the temperature of the resulting gas mixture is increased due to the heat of reaction. The reaction chamber 31 has an inter-cylindrical shape, with their Axis runs vertically through the center of the spherical outer shell. The high temperature gas mixture, which has been partially subjected to the reaction in the reaction chamber 31 enters a space 15 and flows by an inter-cylindrical space which is formed in connection with the space 15 between the reaction chambers 31 and 32 is. While the high temperature gas mixture passes through the two spaces 15 and the inter-cylindrical space, i. the space between the two cylindrical chambers, flows, it is brought into contact with cooling tubes 63, through which a cooling medium flows, and cooled to a predetermined temperature. The gas mixture thus cooled is achieved then a room 17. Then the gas mixture enters the Reaction chamber 32 and the reaction of the supplied gas continues, whereby the temperature of the resulting gas mixture is increased. The gas mixture
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reicht dann einen Raum 19. Die Reaktionskammer 32 ist eine interzylindrische Reaktionskammer mit einer vertikalen Achse, die durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Außenmantels hindurchgeht. Die Reaktionskammer 32 liegt koaxial zur Reaktionskammer 31. Ihr innerer Durchmesser ist kleiner als der der Reaktionskammer 31, aber ihre horizontale Querschnittsfläche und ihre Höhe können größer ausgebildet werden als die entsprechenden Abmessungen der Reaktionskammer 31. Während die Gasmischung durch einen Raum 19 und einen intetzylindrischen Raum 20, der zwischen den Reaktionskammern 32 und 33 ausgebildet ist , strömt, wird sie mit Kühlrohren 53 in Kontakt gebracht, durch die ein Kühlmedium fließt, und wird auf eine vorherbestimmte Temperatur abgekühlt. Die so abgekühlte Gasmischung strömt durch einen Raum 21 und tritt dann in die Reaktionskammer 33 ein. Diese Reaktionskammer 33 besitzt eine vertikale Achse, die durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Außenmantels hindurchgeht, und ist eine zylindrische Reaktionskammer, die mit einem rohrförmigen Raum 23 entlang ihrer vertikalen Achse versehen ist.Dieser rohrförmige Raum 23 wird als Gasdurchflußweg benutzt. Die chemische Reaktion des zugeführten Gases wird in der Reaktionskammer 33 fertiggestellt, und die entstehende Gasmischung, deren Temperatur wiederum erhöht wird·, strömt durch die Räume 22, 23 und tritt in die Mantelseite des Wärmeaustauschers 4 durch eine öffnung 24 ein. Wie oben bereits beschrieben wurde, dient die Reaktionsgasmischung dazu, das zugeführte Gas in dem Wärmeaustauscher 4 vorzuerhitzen. Als Folge davon wird sie abgekühlt und strömt aus dem Reaktor durch eine Öffnung 2 5 und eine Gasauslaßleitung 2 aus.A space 19 then suffices. The reaction chamber 32 is one inter-cylindrical reaction chamber with a vertical axis passing through the center of the spherical outer shell passes through. The reaction chamber 32 is coaxial with the reaction chamber 31. Its inner diameter is smaller than that of the reaction chamber 31, but its horizontal cross-sectional area and height can be made larger are considered the corresponding dimensions of the reaction chamber 31. While the gas mixture passes through a space 19 and an internal cylindrical space 20 formed between the reaction chambers 32 and 33 flows it is brought into contact with cooling pipes 53 through which a cooling medium flows and is heated to a predetermined temperature cooled down. The gas mixture cooled in this way flows through a space 21 and then enters the reaction chamber 33 a. This reaction chamber 33 has a vertical axis passing through the center of the spherical outer shell passes through it, and is a cylindrical reaction chamber with a tubular space 23 along it This tubular space 23 is used as a gas flow path. The chemical reaction of the supplied gas is completed in the reaction chamber 33, and the resulting gas mixture, its temperature is again increased, flows through the spaces 22, 23 and enters the shell side of the heat exchanger 4 through an opening 24. As already described above, the reaction gas mixture is used to feed the Preheat gas in the heat exchanger 4. As a result, it is cooled and flows out of the reactor an opening 2 5 and a gas outlet line 2 from.
Andererseits wird der Druck des Kühlmediums so eingestellt, daß ein gewünschter Siedepunkt erreicht wird. Das Kühlmedium wird als eine Flüssigkeit mit näherungsweise ihrer Siedetemperatur Verteilerköpfen 51, 61 zugeleitet und durchOn the other hand, the pressure of the cooling medium is adjusted so that a desired boiling point is reached. The cooling medium is fed as a liquid with approximately its boiling point distribution heads 51, 61 and through
Rohre 52, 62 in den Reaktor eingeführt. Es trijtt dann in die Kühlrohre 53, 63 ein und unterliegt dem Wärmeaustausch mit der Gasmischung, die von den Reaktionskamniern 32, 31 abgelassen wird, während es durch die Rohre 53, 63 strömt, um dabei die Gasmischungen abzukühlen, und wird teilweise in eine Dampfphase oder eine gemischte Gas-Flüssigkeits-Phase verdampft. Danach strömt das Kühlmedium durch Rohre 54, 64 und tritt in eine Gas-Flüssigkeits-Trennanlage 70 ein, wo es in Dampf und Flüssigkeit getrennt wird. Der Dampf wird für bestimmte Zwecke ausgenutzt, während die Flüssigkeit zu den Verteilerköpfen 51, 61 durch Schwerkraft oder mittels einer Pumpe (die in der Zeichnung nicht dargestellt ist) zurückgeleitet wird.Tubes 52, 62 inserted into the reactor. It then trijtt in the cooling tubes 53, 63 and is subject to the heat exchange with the gas mixture flowing from the reaction chambers 32, 31 is discharged while flowing through the pipes 53, 63 to thereby cool the gas mixtures, and becomes partial evaporated into a vapor phase or a mixed gas-liquid phase. The cooling medium then flows through pipes 54, 64 and enters a gas-liquid separation plant 70 one where it is separated into vapor and liquid. The steam is used for certain purposes, while the Liquid to the headers 51, 61 by gravity or by means of a pump (which in the drawing is not shown) is returned.
In der vorstehenden Ausführungsform sind die Kühlrohre 53, 63 beide als spulenartige Wärmeübergangsflächen dargestellt. Sie können jeweils eine Spule sein, die entweder aus einem einzigen Rohr oder aus zwei oder mehr Rohren gebildet ist. Diese Kühlrohre 53 oder 63 können entweder in einem einzigen Kreis oder in zwei oder mehr Kreisen angeordnet sein. Wichtig ist hierbei nur, daß eine Wärmeübergangsfläche entsteht, wie sie entsprechend jeweils der Wärmemenge erforderlich ist, die beim Wärmeaustausch auftritt. Außer dem Ausbilden der Kühlrohre als Spule können sie auch durch Anordnen einer Anzahl im wesentlichen vertikaler Rohre in konzentrischen Kreisen ausgebildet sein, wie es noch später in der Beschreibung beschrieben wird.In the above embodiment, the cooling tubes 53, 63 both shown as coil-like heat transfer surfaces. They can each be a coil made up of either a single tube or two or more tubes is formed. These cooling tubes 53 or 63 can either be in a single circle or in two or more circles be arranged. The only important thing here is that there is a heat transfer surface arises as it is required according to the amount of heat that is required during heat exchange occurs. In addition to forming the cooling tubes as a coil, they can also by arranging a number essentially vertical tubes can be formed in concentric circles, as will be described later in the description will.
Figur 3 zeigt einen kugelförmigen Reaktor, der mit einer Reaktionskammer versehen ist, die einem Kegelstumpf ähnelt, und einer anderen Reaktionskammer, die einem hohlen oder doppelwandigen Kegelstumpf ähnelt (hier im folgenden als "inter-kegelstumpfförmige" Form bezeichnet^ und der für die Durchführung einer exothermen Reaktion ausgelegt ist.Figure 3 shows a spherical reactor which is provided with a reaction chamber that resembles a truncated cone, and another reaction chamber that resembles a hollow or double-walled truncated cone (hereinafter referred to as "inter-frustoconical" shape denotes ^ and the for is designed to carry out an exothermic reaction.
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Die Reaktionsgasmischungen werden dadurch abgekühlt, daß ein Zustromgas tiefer Temperatur in beide Reaktionskammern zugegeben wird. Es soll bemerkt werden, daß die Zeichnung in Figur 3 vereinfacht worden ist, um die Anordnung der Reaktionskammern und ihrer Konfigurationen zu veranschaulichen. In Figur 3 bezeichnet das Bezugszeichen 31 eine inter-kegelförmige Reaktionskammer mit einer vertikalen Mittelachse, die durch den Mittelpunkt des kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels 3 hindurchgeht. Die inter-kegelförmige Reaktionskammer 31 ist mit einem Katalysatorbett bepackt. Andererseits bezeichnet das Bezugszeichen 32 eine Reaktionskammer, die einem Kegelstumpf ähnelt und eine vertikale Achse besitzt, die durch den Mittelpunkt des kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels 3 hindurchgeht. In dieser Ausführungsform tritt das zugeführte Gas, das auf die Arbeitstemperatur des Katalysators vorerhitzt worden ist, durch eine Einlaßleitung 1 für das zugeführte Gas, die sich in einem oberen Teil des Reaktors befindet, in den Reaktor ein. Es strömt dann durch zwei oder mehr Gasdurchflußwege 11, die in radialer Richtung vorgesehen sind, und erreicht einen toroidalen oder ringförmigen Raum 12. Es tritt dann in die Reaktionskammer 31 ein. Aufgrund des Kontaktes des zugeführten Gases mit dem Katalysator in der Reaktionskammer schreitet die Reaktion teilweise fort und die Gastemperatur erhöht sich. Innerhalb der Reaktionskammer 31 ist ein Kühlsystem vorgesehen, das aus einem Gasverteiler 80 aufgebaut ist, der über ein Rohr 71 mit der Außenseite des Reaktors in Verbindung steht und so ausgelegt ist, daß er das Zustromgas niedriger Temperatur gleichmäßig in einer gewünschten horizontalen Ebene innerhalb der Reaktionskammer verströmt und zuführt. Aufgrund der Versorgung mit einer gewünschten Menge des Zustromgases niedriger Temperatur mittels des Gaskühlsystems wird verhindert, daß die Gas- und Katalysatortemperaturen übermäßig hoch werden, und die Re-The reaction gas mixtures are cooled in that an inflow gas of lower temperature enters both reaction chambers is admitted. It should be noted that the drawing in Figure 3 has been simplified to illustrate the arrangement of the To illustrate reaction chambers and their configurations. In Figure 3, reference numeral 31 denotes an inter-conical reaction chamber with a vertical one Central axis that passes through the center of the spherical and pressure-resistant outer jacket 3. the inter-conical reaction chamber 31 is packed with a catalyst bed. On the other hand, reference numeral 32 denotes a reaction chamber which is a truncated cone and has a vertical axis passing through the center of the spherical and pressure-resistant outer jacket 3 passes through. In this embodiment occurs the supplied gas, which has been preheated to the working temperature of the catalyst, through an inlet pipe 1 for the supplied gas, which is located in an upper part of the reactor, into the reactor. It flows then through two or more gas flow paths 11, which in radial Direction are provided, and reaches a toroidal or annular space 12. It then enters the Reaction chamber 31. Due to the contact of the supplied gas with the catalyst in the reaction chamber the reaction partially proceeds and the gas temperature increases. Inside the reaction chamber 31 is a cooling system provided, which is constructed from a gas distributor 80, which via a pipe 71 with the outside of the reactor is in communication and is designed so that the low temperature feed gas uniformly in a desired horizontal plane within the reaction chamber flows and supplies. Because of the supply of a desired Amount of the low temperature inflow gas by means of the gas cooling system is prevented from the gas and Catalyst temperatures become excessively high, and the re-
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aktion wird weiter fortschreiten gelassen. Auf diese Weise wird die Reaktionsgasmischung wieder erhitzt und wird von der Reaktionskairaner 31 in einen Raum 13 abgelassen, wo die Reaktionsgasmischung mit einem frischen Zustrom des Zustromgases niedriger Temperatur durch ein anderes Gaskühlsystem versorgt wird, das aus einem sich zur Außenseite des Reaktors erstreckenden Rohr 72 und einem Gasverteiler 80 gebildet wird, der mit dem Rohr 72 in Verbindung steht. Nachdem die entstehende Gasmischung mit dem frisch zugeführten Zustromgas gemischt worden ist, ist es auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt worden. Danach strömt die so abgekühlte Gasmischung durch einen Raum 14, der zwischen den Reaktionskammern 31 und 32 ausgebildet ist, und tritt durch einen Raum 15 in die Reaktionskammer 32 ein, wo die Reaktion weiter fortschreitet. Als Folge des Fortschreitens der Reaktion in der Reaktionskammer 32 wird dann die Reaktionsgasmischung weiter erhitzt. Ähnlich wie in der Reaktionskammer 31 wird die so erhitzte Reaktionsgasmischung zweimal mit frischen Versorgungsströmen aus Zustromgas niedriger Temperatur gemischt, das jeweils von zwei Gasverteilern 80 zugeführt wird, die jeweils mit Rohren 73, 74 in Verbindung stehen. Die Reaktionsgasmischung ist so abgekühlt worden, und die Reaktion ist auf diese Weise fertiggestellt. Die entstehende Reaktionsgasmischung strömt durch einen Raum 16 und einen Reaktionsgasauslaß 2 zur Außenseite des Reaktors. Es ist möglich, Wärme von der Reaktionsgasmischung, die aus dem Reaktor ausströmt, beispielsweise durch einen Abhitzekessel zurückzugewinnen. Dieser Teil ist jedoch nicht in der Zeichnung dargestellt. Da die zusätzliche Zuführung von Zustromgas niedriger Temperatur zum Kühlen der Reaktionsgasmischung jeweils in den Reaktionskammern und in einem Raum zwischen den beiden Reaktionskammern in dieser Ausführungsform durchgeführt wird, besteht die Neigung, daß mehr Gas strömt, wenn die Reaktionskammernaction is allowed to continue. In this way the reaction gas mixture is heated again and is discharged from the reaction kairaner 31 into a space 13, where the reaction gas mixture with a fresh inflow of the low temperature inflow gas through another gas cooling system is supplied from a pipe 72 extending to the outside of the reactor and a gas distributor 80 is formed, which is in communication with the tube 72. After the resulting gas mixture with has been mixed with the freshly supplied feed gas, it has been cooled to a predetermined temperature. The gas mixture thus cooled then flows through a space 14 which is formed between the reaction chambers 31 and 32 and enters the reaction chamber 32 through a space 15 where the reaction proceeds. As a result of the progress of the reaction in the reaction chamber 32, the reaction gas mixture then becomes wider heated. Similar to the reaction chamber 31, the thus heated reaction gas mixture is twice with fresh Supply streams of low temperature feed gas mixed, each supplied by two gas distributors 80 which are in communication with pipes 73, 74, respectively. The reaction gas mixture has thus been cooled, and the Reaction is completed in this way. The resulting reaction gas mixture flows through a space 16 and a reaction gas outlet 2 to the outside of the reactor. It is possible to remove heat from the reaction gas mixture, which flows out of the reactor, for example to be recovered by a waste heat boiler. However, this part is not shown in the drawing. Because the additional supply of low temperature feed gas for cooling the reaction gas mixture in each case in the reaction chambers and in a space between the two reaction chambers is carried out in this embodiment, the Tendency for more gas to flow when the reaction chambers
näher dem stromabwärts gelegenen Ende liegen. Indem jedoch Reaktionskammern verwendet werden, die einem Kegelstumpf oder einer inter-kegelförmigen Form ähneln, und das Gas in einer Richtung von dem oberen Teil der einzelnen Kammer in Richtung auf ihren Boden strömen gelassen wird, wächst die Querschnittsfläche des Gasdurchflußweges an, wenn das Gas nach unten strömt. Dies verhindert, daß die Durchströmgeschwindigkeit des Gases in der Reaktionskammer schneller wird und macht den Druckverlust, der aufgrund des Durchgangs' des Gases auftritt, relativ klein, wodurch die Senkung der Umwandlungsrate aufgrund eines Anstiegs der Volumengeschwindigkeit (englisch: space velocity) vermieden wird.closer to the downstream end. In doing so, however Reaction chambers are used, which resemble a truncated cone or an inter-conical shape, and the gas is flowed in a direction from the top of each chamber towards its bottom, grows the cross-sectional area of the gas flow path when the Gas flows down. This prevents the flow rate of the gas in the reaction chamber becomes faster and makes the pressure loss which occurs due to the passage of the gas relatively small, whereby the decrease in the conversion rate due to an increase in the volume velocity (English: space velocity) is avoided.
In ähnlicher Weise kann die Querschnittsfläche des Gasdurchflußweges vergrößert werden, wenn die Reaktionskammern näher dem stromabwärts gelegenen Ende zu liegen kommen. Dies ist wirksam, um die Durchströmgeschwindigkeit des Gases zu senken und so weitere Wirkungen zu erzielen, die auf verringerten Druckverlust zurückzuführen sind. Zusätzlich kann die Volumengeschwindigkeit auf einem geeigneten Niveau gehalten werden, indem die gepackte Menge des Katalysators erhöht wird, wenn die Reaktionskammern näher an das stromabwärts gelegene Ende zu liegen kommen.Similarly, the cross-sectional area of the gas flow path can be enlarged as the reaction chambers come closer to the downstream end. This is effective in reducing the gas flow rate and thus achieving further effects, which can be attributed to reduced pressure loss. In addition, the volume velocity can be adjusted to a suitable Level can be maintained by increasing the packed amount of the catalyst when the reaction chambers come closer to the downstream end.
In Figur 4 ist eine zylindrische Reaktionskammer 31 und eine andere Reaktionskammer 32 zum Durchführen einer exothermen Reaktion gezeigt. Die Reaktionskammer 32 wird durch einen toroidalen oder ringförmigen Raum gebildet, der durch die Umfangswand der ersteren Reaktionskammer 31 und die kugelförmige Wand des druckbeständigen Außenmantels 3 begrenzt wird. Die Reaktionskammern 31, 32 besitzen die gleiche Mittelachse. Das Gas wird in ähnlicher Weise wie bei dem in Figur 3 gezeigten Reaktor durch Zuführen eines Zustromgases niedriger Temperatur gekühlt. JedochIn Figure 4 is a cylindrical reaction chamber 31 and another reaction chamber 32 for performing an exothermic Reaction shown. The reaction chamber 32 is formed by a toroidal or annular space, that by the peripheral wall of the former reaction chamber 31 and the spherical wall of the pressure-resistant outer shell 3 is limited. The reaction chambers 31, 32 have the same central axis. The gas works in a similar way cooled as in the reactor shown in FIG. 3 by supplying a low temperature feed gas. However
wird die Vorerhitzung des Zuführungsgases und die Kühlung einer Reaktionsgasmischung, die noch nicht vollständig die Reaktion durchlaufen hat/ in einem Mantel- und -röhren-Wärmeaustauscher 4, der in einem oberen Teil des kugelförmigen Außenmantels 3 vorgesehen ist, durchgeführt, indem beide Gase dem indirekten Wärmeaustausch unterworfen werden. In der Zeichnung ist die Darstellung vereinfacht, um die Anordnung der Reaktionskammern und ihre Konfigurationen zu zeigen. In Figur 4 bezeichnet das Bezugszeichen 31 die zylindrische Reaktionskammer, die eine vertikale Mittelachse besitzt, die durch den Mittelpunkt des kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels 3 hindurchgeht. Andererseits bezeichnet das Bezugszeichen 32 die toroidale Reaktionskammer, die eine vertikale Mittelachse besitzt, die ebenfalls durch den Mittelpunkt des druckbeständigen Außenmantels 3 hindurchgeht, und durch die kugelförmige Wand des Außenmantels 3 und einen Teil der Außenseite der Wand der Reaktionskammer 31 gebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel tritt das Zuführungsgas, das noch nicht auf ein ausreichendes Niveau vorerhitzt worden ist, durch ein Rohr 1 ein, strömt durch einen Raum 11, der in einem oberen Teil des Wärmeaustauschers 4 ausgebildet ist, und strömt durch eine Anzahl von Röhren des Wärmeaustauschers 4. Hier wird das Zuführungsgas dem indirekten Wärmeaustausch mit einer Reaktionsgasmischung mit hoher Temperatur unterworfen, die von der Reaktionskammer 31 abgelassen worden ist, und auf eine gewünschte Temperatur vorerhitzt. Dann tritt das so vorerhitzte Zuführungsgas in einen Raum 12 ein und dann in die Reaktionskammer 31, wo es mit einem Katalysator in Kontakt gebracht wird und wo seine Umsetzung bis zu einem bestimmten Ausmaß fortschreitet. Auf diese Weise wird die Temperatur der entstehenden Gasmischung erhöht. In der Reaktionskammer 31 ist ein Gaskühlsystem vorgesehen, das aus einem Gasverteiler 80 gebildet wird, der mit der Außenseite des Reaktors durch ein Rohris the preheating of the feed gas and the cooling a reaction gas mixture that has not yet fully undergone the reaction / in a jacket-and-tube heat exchanger 4, which is provided in an upper part of the spherical outer shell 3, performed by both gases are subjected to indirect heat exchange. In the drawing, the representation is simplified, to show the arrangement of the reaction chambers and their configurations. In Figure 4, the reference numeral denotes 31 the cylindrical reaction chamber, which has a vertical central axis passing through the center of the spherical and pressure-resistant outer jacket 3 passes through it. On the other hand, reference numeral 32 denotes the toroidal one Reaction chamber, which has a vertical central axis, which also passes through the center of the pressure-resistant Outer shell 3 passes, and through the spherical wall of the outer shell 3 and part of the outside of the Wall of the reaction chamber 31 is formed. In this embodiment, the feed gas does not enter yet has been preheated to a sufficient level, through a pipe 1, flows through a space 11, which is in a upper part of the heat exchanger 4 is formed, and flows through a number of tubes of the heat exchanger 4. Here, the feed gas undergoes indirect heat exchange with a reaction gas mixture at a high temperature which has been drained from the reaction chamber 31 and preheated to a desired temperature. Then the thus preheated feed gas enters a space 12 and then into the reaction chamber 31, where it is with a Catalyst is brought into contact and where its reaction proceeds to a certain extent. on in this way the temperature of the resulting gas mixture is increased. In the reaction chamber 31 is a gas cooling system provided, which is formed from a gas distributor 80 connected to the outside of the reactor through a pipe
in Verbindung steht und so ausgelegt ist, daß er frisch zugeführtes Zustromgas niedriger Temperatur gleichmäßig in einer vorgegebenen horizontalen Ebene innerhalb der Reaktionskammer verteilt. Aufgrund des Vorsehens des Gaskühlsystems wird verhindert, daß die Temperaturen der Reaktionsgasmischung und des Katalysators übermäßig hoch werden, indem eine gewünschte Menge Zustromgas niedriger Temperatur hinzugegeben wird. Auf diese Weise kann die Reaktion weiter fortschreiten, und die entstehende Reaktionsgasmischung wird wieder erhitzt. Die so erhitzte Reaktionsgasmischung wird zweimal mit frisch zugeführten Strömen aus Zustromgas niedriger Temperatur gemischt, das durch zwei Verteiler 80 eingebracht wird, die jeweils mit Rohren 72, 73 in Verbinduna stehen, und wird so gekühlt. Die so abgekühlte Reaktionsgasmischung verläßt danach die Reaktionskammer 31, strömt durch die Räume 13, 14 und tritt in die Mantelseite des Wärmeaustauschers 4 durch eine Öffnung 15 ein. Hier dient die Reaktionsgasmischung dazu, das zugeführte/vorzuerhitzen, und ihre Temperatur senkt sich entsprechend auf ein vorherbestimmtes Niveau. Die so gekühlte Reaktionsgasmischung strömt weiter durch Räume 16, 17, 18 und tritt in die Reaktionskammer 32 ein. Ihre Reaktion schreitet in der Reaktionskammer 32 weiter fort, und die entstehende Reaktionsgasmischung strömt durch einen Raum 19 und einen Auslaß 2 aus dem Reaktor aus. In Figur 4 ist die Querschnittsfläche des Gasdurchflußweges in der Reaktionskammer 31 gleich der in der Reaktionskammer 32. Bei dem in Figur 4 dargestellten Aufbau ist es jedoch möglich, jede Reaktionskammer als Kegelstumpf auszubilden, wie es in Figur 3 gezeigt ist, oder den Reaktionskammern eine mehrstufige zylindrische Form zu verleihen, um so die Querschnittsfläche des Gasdurchflußweges zu ändern, um dadurch den Druckverlust zu verringern und die Reaktionsbedingungen in geeigneter Weise zu steuern.communicates and is designed so that it is freshly supplied low temperature feed gas evenly distributed in a predetermined horizontal plane within the reaction chamber. Due to the provision of the gas cooling system prevents the temperatures of the reaction gas mixture and the catalyst from becoming excessively high by adding a desired amount of the low temperature feed gas. In this way, the Reaction continues to proceed, and the resulting reaction gas mixture is heated again. The so heated Reaction gas mixture is mixed twice with freshly fed streams of low temperature feed gas, which is introduced through two manifolds 80, each in communication with pipes 72, 73, and is thus cooled. The reaction gas mixture cooled in this way then leaves the reaction chamber 31, flows through the spaces 13, 14 and enters the shell side of the heat exchanger 4 through an opening 15. The reaction gas mixture is used here to preheat the supplied / and their temperature accordingly lowers to a predetermined one Level. The reaction gas mixture cooled in this way flows further through spaces 16, 17, 18 and enters the reaction chamber 32. Your reaction continues in the reaction chamber 32, and so does the resulting reaction gas mixture flows out of the reactor through a space 19 and an outlet 2. In Figure 4 is the cross-sectional area of the gas flow path in the reaction chamber 31 is the same that in the reaction chamber 32. In the construction shown in FIG as a truncated cone, as shown in Figure 3, or the reaction chambers a multi-stage To give cylindrical shape so as to change the cross-sectional area of the gas flow path to thereby the To reduce pressure loss and to control the reaction conditions in a suitable manner.
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Figur 5 zeigt noch ein weiteres Ausführung'sbeispiel der Erfindung, bei dem das Gas in radialer Richtung durch eine interzylindrische (d.h. zwischen Zylindern ausgebildete) Reaktionskammer 31 und eine andere interzylindrische Reaktionskammer 32, die innerhalb der Reaktionskammer 31 vorgesehen ist, strömen gelassen wird, um es so einer exothermen Reaktion zu unterwerfen. Innerhalb der interzylindrischen Reaktionskammer 32 ist eine Vielzahl von Kühlrohren 53 vertikal in einem oder mehreren konzentrischen -Kreisen angeordnet, durch die ein Kühlmedium hindurchströmen kann. Das Zuführungsgas, das noch nicht vorerhitzt ist, tritt durch einen Gaseinlaß 1, der in einem unteren Teil des Reaktors vorgesehen ist, in den Reaktor ein. Es strömt dann durch einen Raum 11, der entlang der inneren Oberfläche des kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels 3 ausgebildet ist. Danach tritt es in einen oberen Raumabschnitt 12 eines Mantel- und -röhren-Wärmeaustauschers 4 ein, der in dem zentralen Raum der Reaktionskammer 32 vorgesehen ist. Das Zuführungsgas strömt durch eine Vielzahl von Röhren des Wärmeaustauschers 4. Dort wird es dem Wärmeaustausch mit einer Reaktionsgasmischung mit hoher Temperatur unterworfen, die die Reaktion beendet hat, wodurch es auf eine vorherbestimmte Temperatur vorerhitzt wird. Danach tritt das so vorerhitzte Zuführungsgas in einen niedriger gelegenen Raumabschnitt 13 des Wärmeaustauschers 4 ein. Das so vorerhitzte Zuführungsgas tritt dann in einen am Umfang gelegenen Verteilerraum 15 durch den Raum 14 innerhalb radial angeordneter Verbindungsrohre ein, von wo es in im wesentlichen horizontaler und radialer Richtung durch das Innere der Reaktionskammer 31 strömt, mit anderen Worten von dem äußeren Umfangsteil der interzylindrischen Reaktionskammer 31 in Richtung auf deren Mittelachse, die sich durch den Mittelpunkt des kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels erstreckt. Da dasFigure 5 shows yet another embodiment of the Invention in which the gas flows in the radial direction through an inter-cylindrical (i.e. formed between cylinders) Reaction chamber 31 and another inter-cylindrical Reaction chamber 32 which is within the reaction chamber 31 is provided, is allowed to flow so as to subject it to an exothermic reaction. Within the inter-cylindrical reaction chamber 32 is a plurality of cooling tubes 53 arranged vertically in one or more concentric circles through which a cooling medium can flow through. The feed gas that is still is not preheated, enters through a gas inlet 1 provided in a lower part of the reactor the reactor. It then flows through a space 11 running along the inner surface of the spherical and pressure-resistant outer jacket 3 is formed. Then it enters an upper space section 12 of a jacket and a tubular heat exchanger 4 provided in the central space of the reaction chamber 32. The feed gas flows through a large number of tubes of the heat exchanger 4. There it is exchanging heat with subjected to a reaction gas mixture having a high temperature, which has terminated the reaction, causing it to become a predetermined temperature is preheated. The feed gas, which has been preheated in this way, then enters a lower one Space section 13 of the heat exchanger 4. The feed gas thus preheated then enters an am Circumferential distribution space 15 through space 14 within radially arranged connecting pipes, from where it is in a substantially horizontal and radial direction flows through the inside of the reaction chamber 31, in other words from the outer peripheral part of the inter-cylindrical Reaction chamber 31 in the direction of its central axis, which extends through the center of the spherical and pressure-resistant outer jacket extends. Since that
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- aß - - ate -
zugeführte Gas mit dem Katalysator in der Reaktionskairaner 31 in Kontakt gebracht wird, wird eine exotherme Reaktion in Gang gesetzt und die entstehende Gasmischung wird erhitzt. Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel, das in Figur 3 dargestellt ist, wird ein frischer Versorgungsstrom aus Zustromgas niedriger Temperatur durch ein Rohr 71 von der Außenseite des Reaktors eingeführt und durch einen Gasverteiler 80 gleichmäßig in einer zylindrischen Ebene koaxial zur Reaktionskammer 31 verteilt, um dadurch zu verhindern, daß die reagierende Gasmischung zu heiß wird. Die Reaktionsgasmischung strömt dann aus der Reaktionskammer 31 aus und strömt in einen interzylindrischen Verteilerraum 16, der zwischen der Reaktionskammer 31 und der interzylindrischen Reaktionskammer 32, die innerhalb der Reaktionskammer 31 angeordnet ist, vorgesehen ist. Nachdem die Reaktionsgasmischung eine Weile in dem Verteilerraum 16 gehalten worden ist, strömt sie in die interzylindrische Reaktionskammer 32 in im wesentlichen horizontaler und radialer Richtung, d.h. in Richtung auf die Mittelachse des Reaktors zu. -Die Reaktionskammer 32 ist in vertikaler Richtung langer als die Reaktionskammer 31. Die Reaktion wird wieder weiter fortgesetzt. Wie oben erwähnt wurde, ist die Reaktionskammer 32 mit einer Vielzahl von Kühlrohren 53 versehen, die in konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Durch das Kühlmedium, das durch die Kühlrohre 53 strömt, wird die in der Reaktionskammer 32 entwickelte Reaktionswärme in geeigneter Weise abgeführt, wodurch erfolgreich verhindert wird, daß die Innentemperatur der Reaktionskammer 32 zu hoch wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Reaktionskammer 32 mit dem oben beschriebenen Kühlsystem ausgestattet. Dies wird deshalb bevorzugt, weil solch ein Kühlsystem in der Lage ist, eine sehr hohe Kühlwirkung zu entfalten, wenn ein Kühlmedium, das z.B. einen gewünschten Siedepunkt bei einemsupplied gas with the catalyst in the reaction kairaner 31 is brought into contact, an exothermic reaction is set in motion and the resulting gas mixture is heated. Similar to the embodiment shown in Figure 3, a fresh supply stream of low temperature feed gas is introduced through a pipe 71 from the outside of the reactor and distributed uniformly in a cylindrical plane coaxially to the reaction chamber 31 by a gas distributor 80, thereby preventing the reacting gas mixture from becoming too hot. The reaction gas mixture flows then out of the reaction chamber 31 and flows into an inter-cylindrical distributor space 16, which between the Reaction chamber 31 and the inter-cylindrical reaction chamber 32 disposed within the reaction chamber 31 is provided. After the reaction gas mixture has been held in the plenum 16 for a while, it flows into the inter-cylindrical reaction chamber 32 in a substantially horizontal and radial direction Direction, i.e. towards the central axis of the reactor. -The reaction chamber 32 is in the vertical direction longer than the reaction chamber 31. The reaction continues again. As mentioned above, the reaction chamber 32 is provided with a plurality of cooling tubes 53 arranged in concentric circles are. By the cooling medium flowing through the cooling tubes 53, that in the reaction chamber 32 is developed Heat of reaction appropriately removed, thereby successfully preventing the internal temperature the reaction chamber 32 becomes too high. In this embodiment, the reaction chamber 32 is with the above described cooling system equipped. This is preferred because such a cooling system is able to to develop a very high cooling effect if a cooling medium, e.g. a desired boiling point at a
geeigneten Druck besitzt, durch die Kühlrohre 53 strömen gelassen wird, während es siedet. Weiterhin ist es durch Steuern der Dichte der Anordnung dieser Kühlrohre in der Reaktionskammer 32 auch möglich, die Temperatur-Verteilungen in dem Katalysatorbett und den Gasstrom entlang der Strömungsrichtung des Gases durch die Reaktionskammer 32 (nämlich in radialer Richtung) in Übereinstimmung mit den gewünschten Temperaturverteilungen zu bringen, die vorher eingestellt worden sind. Es ist wichtig, die Gastemperaturverteilung entlang der Strömungsrichtung des Gases in einem Katalysatorbett in geeigneter Weise vorzuwählen, um zu verhindern, daß die Konzentration und die Ausbeute des Reaktionsproduktes aufgrund einer erniedrigten erreichbaren oberen Grenze der Reaktion gesenkt werden, was durch häufig bei exothermen Reaktionen beobachtete chemische Gleichgewichtsphänomene verursacht wird, wenn Gastemperaturen erhöht werden, oder um eine vorgegebene Menge eines Reaktionspro duktes zu erhalten, während die Menge des dafür erforderlichen Katalysators minimalisiert wird. Die Reaktionsgasmischung, die radial durch die Reaktionskaminer 32 nach Beendigung ihrer Reaktion geströmt ist und noch heiß ist, strömt in einen interzylindrischen Raum 17 zwischen dem Wärmeaustauscher 4 und der Reaktionskammer aus. Danach strömt sie in die Mantelseite des Wärmeaustauschers 4 von einem unteren Teil desselben und dient, wie oben beschrieben, zur Vorerhitzung des zugeführten Gases. Dann strömt sie durch den Gasauslaß 2 aus dem Reaktor aus.has suitable pressure through which cooling tubes 53 flow left while it is boiling. Furthermore, it is by controlling the density of the arrangement of these cooling tubes in the reaction chamber 32 also possible, the temperature distributions in the catalyst bed and the gas flow along the direction of flow of the gas through the reaction chamber 32 (namely in the radial direction) in accordance with the desired temperature distributions that have been previously set. It is important to check the gas temperature distribution along the direction of flow of the gas in a catalyst bed in a suitable manner to prevent the Concentration and the yield of the reaction product due to a lower achievable upper limit of the reaction, caused by chemical equilibrium phenomena often observed in exothermic reactions, as gas temperatures increase be, or to obtain a predetermined amount of a reaction product, while the amount of necessary for it Catalyst is minimized. The reaction gas mixture, which radially through the reaction chambers 32 has flowed after completion of their reaction and is still hot, flows into an inter-cylindrical space 17 between the heat exchanger 4 and the reaction chamber. It then flows into the shell side of the heat exchanger 4 from a lower part of the same and, as described above, serves to preheat the supplied Gas. Then it flows out of the reactor through the gas outlet 2.
Andererseits wird das Kühlmedium mit einem gewünschten Druck als eine Flüssigkeit an ihrem Siedepunkt von der Außenseite des Reaktors mittels eines Rohres 51 in den Reaktor eingeführt. Danach wird es in eine Vielzahl von Kühlrohre 53 durch einen oder mehr toroidal oder ringför-On the other hand, the cooling medium is at a desired pressure as a liquid at its boiling point of the Outside of the reactor introduced into the reactor by means of a pipe 51. After that it turns into a variety of Cooling tubes 53 through one or more toroidal or annular
HRiGlNALHRiGlNAL
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mige Verteilerköpfe 52, die mit dem Rohr 51 in Verbindung stehen, verteilt. Es strömt dann als aufsteigende Ströme durch die Kühlrohre 53, während es siedet, und sammelt sich in einem oder mehreren toroidalen unö ringförmigen Sammelrohren 54. Es strömt dann durch ein Rohr 55 in eine Gas-Flüssigkeits-Trennanlage 70, die außerhalb des Reaktors vorgesehen ist. In der Gas-Flüssigkeits-Trennanlage 70 wird das Kühlmedium in Flüssigkeit und Dampf getrennt. Der Dampf wird durch ein Rohr 56 für einen vorgegebenen Zweck abgeleitet, während die Flüssigkeit, ohne gekühlt zu werden, zu dem Rohr 51 aufgrund ihrer Schwerkraft oder mittels einer Pumpe zurückgeführt wird. Dieser Teil ist nicht in der Zeichnung dargestellt. Bei dem dargestellten Reaktor sind die Gewichte der Reaktionskammern mittels Spannschlössern 91, die an oberen Teilen des Reaktors vorgesehen sind, aufgehängt. Dieser Aufbau ist im Hinblick auf thermische Spannungen und Beanspruchungen vorteilhafter im Vergleich zu einer Unterstützung und Halterung dieser Reaktionskammern an ihrem Boden.Mige distributor heads 52 , which are in communication with the pipe 51, distributed. It then flows as ascending currents through the cooling tubes 53 while it is boiling and collects in one or more toroidal uno-annular headers 54. It then flows through a tube 55 into a gas-liquid separator 70 provided outside the reactor . In the gas-liquid separation system 70, the cooling medium is separated into liquid and vapor. The vapor is discharged through a pipe 56 for a given purpose, while the liquid, without being cooled, is returned to the pipe 51 by gravity or by means of a pump. This part is not shown in the drawing. In the illustrated reactor, the weights of the reaction chambers are suspended by means of turnbuckles 91 which are provided on the upper parts of the reactor. With regard to thermal stresses and stresses, this structure is more advantageous compared to supporting and holding these reaction chambers on their bottom.
Figur 6 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der außerhalb des Reaktors installierte Wärmeaustauscher verwendet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Reaktor mit zwei interzylindrischen Reaktionskammern 31,32 und einer zylindrischen Reaktionskammer 33 ausgestattet, die alle eine gemeinsame Achse besitzen, die sich entlang einer Linie erstreckt, die durch den Mittelpunkt des Reaktors verläuft. Die Reaktionskammern 31, 32, 33 sind jeweils in zwei gleiche Hälften unterteilt, die jeweils durch eine Ebene, die sich durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Reaktors erstreckt und rechtwinklig zu der oben beschriebenen gemeinsamen Achse verläuft, in zwei Halbräume oder Hemi-Figure 6 shows yet another embodiment of the invention, where heat exchangers installed outside the reactor are used. In the illustrated The embodiment is the reactor with two inter-cylindrical reaction chambers 31, 32 and one cylindrical Reaction chamber 33, all of which have a common axis extending along a line, which runs through the center of the reactor. The reaction chambers 31, 32, 33 are each two equal Divided into halves, each by a level that extends through the center of the spherical reactor and is perpendicular to the common described above Axis runs in two half-spaces or hemi-
werden./will./
Sphären abgeteilt Die so unterteilten unabhängigen Reaktionskammern werden jeweils entsprechend mit den Bezugszeichen 31a und 31b; 32a und 32b bzw. 33a und 33bSpheres partitioned The independent reaction chambers partitioned in this way are respectively identified by the reference numerals 31a and 31b; 32a and 32b and 33a and 33b, respectively
.. J .. J
- ye -- ye -
bezeichnet. Toroidale Räume 13 und 17 sind jeweils als Gasdurchflußwege zwischen den Reaktionskammern 31a und 31b und zwischen den Reaktionskammern 32a und 32b ausgebildet. Andererseits befindet sich ein scheibenförmiger Raum 20 zwischen den Reaktionskammern 3 3a und 33b. Eindesignated. Toroidal spaces 13 and 17 are each called Gas flow paths are formed between the reaction chambers 31a and 31b and between the reaction chambers 32a and 32b. On the other hand, there is a disk-shaped space 20 between the reaction chambers 3 3a and 33b. A
vorerhitztes Zuführungsgas wird durch den Einlaß 1 eines doppelwandigen Rohres in den Reaktor eingeführt und tritt zuerst in den Raum 11 ein. Von diesem Raum 11 aus wird der Strom des zugeführten Gases in etwa zwei gleiche Anteile unterteilt. Einer der Ströme, nämlich der Strom a, strömt durch einen Spalt, der zwischen der Reaktionskammer 31a und der inneren Oberfläche des kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels ausgebildet ist und wie es durch den Pfeil angegeben ist, und strömt durch einen toroidalen Raum 12a in die Reaktionskammer 31a. Der andere Strom b strömt durch einen Spalt, der zwischen der Reaktionskammer 31b und der inneren Oberfläche des kugelförmigen und druckbeständigen Außenmantels ausgebildet ist, wie es durch den Pfeil angedeutet ist und strömt dann durch einen toroidalen Raum 12b in die Reaktionskammer 31b. Das zugeführte Gas, das in die Reaktionskammern 31a und 31b eingetreten ist, wird in den beiden Reaktionskammern zur chemischen Reaktion gebracht. Die entstehenden Reaktionsgasmischungen, die sich erhitzt haben, wenn die Reaktion eine exotherme Reaktion ist, oder die sich abgekühlt haben, wenn die Reaktion eine endotherme Reaktion ist, werden dann vermischt und in den Raum 13 strömen gelassen. Die so vermischte Reaktionsgasmischung strömt durch den Raum 14 und strömt in einen indirekten Wärmeaustauscher 8, der außerhalb des Reaktors vorgesehen ist. Ihre Temperatur wird dann durch einen Wärmeaustausch eingestellt, der zwischen der Reaktionsgasmischung und einem Fluid mit einer gewünschten Temperatur stattfindet, wobei dieses Fluid durch ein Rohr 81a einströmt und durch ein Rohr 81b ausströmt. Die Reaktionsgasmischung wird entsprechend ge-preheated feed gas is introduced into the reactor through inlet 1 of a double-walled tube and first enter room 11. From this room 11 from the flow of the supplied gas is divided into roughly two equal parts. One of the streams, viz the stream a, flows through a gap formed between the reaction chamber 31a and the inner surface of the spherical and pressure-resistant outer jacket is formed and as indicated by the arrow, and flows into the reaction chamber 31a through a toroidal space 12a. The other stream b flows through a gap, that between the reaction chamber 31b and the inner surface of the spherical and pressure-resistant outer shell is designed as indicated by the arrow and then flows through a toroidal space 12b into the reaction chamber 31b. The supplied gas that has entered the reaction chambers 31a and 31b, a chemical reaction occurs in the two reaction chambers brought. The resulting reaction gas mixtures, which have heated up when the reaction is exothermic Reaction, or which have cooled if the reaction is an endothermic reaction, are then mixed and let it flow into room 13. The so mixed Reaction gas mixture flows through the space 14 and flows into an indirect heat exchanger 8, the is provided outside the reactor. Their temperature is then adjusted through a heat exchange that takes place between the reaction gas mixture and a fluid at a desired temperature, this Fluid flows in through a pipe 81a and flows out through a pipe 81b. The reaction gas mixture is accordingly
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kühlt, wenn ihre Temperatur nach der Durchmischung in dem Raum 13 in einem übermäßigen Maß höher als eine geeignete Temperatur für ein Katalysatorbett ist, das direkt nach dem Wärmeaustauscher 8 angeordnet ist. Im Gegensatz dazu wird die Mischung auf eine gewünschte Temperatur erhitzt, wenn ihre Temperatur übermäßig niedrig ist. Der entstehende Strom der Reaktionsgasmischung, deren Temperatur eingestellt worden ist, wird wieder in etwa zwei gleiche Hälften unterteilt. Der eine dieser Ströme, und zwar der Strom a, strömt durch ein Rohr 15a und strömt durch einen toroidalen Raum 16a in die Reaktionskammer 32a, während der andere Strom b durch ein Rohr 15b strömt und durch einen toroidalen Raum 16b in die Reaktionskammer 32b fließt. Die chemische Reaktion wird wieder in den beiden Reaktionskammern 32a und 32b in Gang gesetzt. Die Temperatur der Reäktxonsgasmischung steigt an, wenn die Reaktion eine exotherme Reaktion ist, fällt jedoch, wenn die Reaktion eine endotherme Reaktion ist. Nachdem die entstandenen Reaktionsgasmischungen durch die Reaktionskammern 32a und 32b in den toroidalen Raum 17 geströmt sind, werden sie miteinander kombiniert. Die so cjemisehte Reäktxonsgasmischung strömt durch einen Raum 18 in einen anderen Wärmeaustauscher In dem Wärmeaustauscher 9 wird die Temperatur der Reäktxonsgasmischung auf die gleiche Weise, wie es bereits beschrieben wurde, eingestellt, und dann wird sie in etwa zwei gleiche Hälften unterteilt, die jeweils entsprechend durch Rohre 19a und 19b in die Reaktionskammern 33a und.33b einströmen. Die Reaktionsgasmischungen, die jeweils in die Reaktionskammern 33a und 33b geströmt sind, unterliegen wieder einer chemischen Reaktion, wobei sich ihre Temperaturen ändern. Nach Fertigstellung der chemischen Reaktion werden sie wieder in dem Raum gemischt und dann durch einen Auslaß 2 für die Reäktxonsgasmischung von dem Reaktor abgelassen. Dieser Auslaß 2cools when its temperature after mixing in the space 13 is excessively higher than a suitable one Is the temperature for a catalyst bed which is arranged directly after the heat exchanger 8. In contrast to do this, the mixture is heated to a desired temperature if its temperature is excessively low is. The resulting stream of reaction gas mixture, the temperature of which has been set, is again divided into roughly two equal halves. One of these streams, namely stream a, flows through a pipe 15a and flows through a toroidal space 16a into the reaction chamber 32a, while the other flow b is through one Tube 15b flows and flows through a toroidal space 16b into the reaction chamber 32b. The chemical reaction is set in motion again in the two reaction chambers 32a and 32b. The temperature of the reaction gas mixture increases if the reaction is an exothermic reaction, but decreases if the reaction is endothermic Reaction is. After the resulting reaction gas mixtures through the reaction chambers 32a and 32b in the toroidal space 17 have flowed, they are combined with one another. The reactant gas mixture thus obtained flows through a space 18 into another heat exchanger. In the heat exchanger 9, the temperature of the reaction gas mixture set in the same way as previously described, and then it will be roughly divided into two equal halves, each correspondingly through tubes 19a and 19b into the reaction chambers 33a and 33b flow in. The reaction gas mixtures that flowed into the reaction chambers 33a and 33b, respectively are again subject to a chemical reaction, with their temperatures changing. After completion After the chemical reaction they are mixed again in the space and then through an outlet 2 for the reactant gas mixture drained from the reactor. This outlet 2
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führt durch den druckbeständigen Außenmantel 3 in einer Richtung, die rechtwinklig zur Zeichenebene verläuft. Das Gas, das aus dem Reaktor durch den Auslaß 2 ausgeströmt ist, ist noch heiß, und es kann Wärme von dem so abgelassenen Gas zurückgewonnen werden. Jedoch ist dieser Teil nicht mehr in der Zeichnung dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform wird der Druckverlust dadurch verringert, daß die interzylindrischen Feaktionskammern und die zylindrische Reaktionskammer jeweils in zwei Hälften unterteilt sind und dieselben parallel geschaltet verwendet werden. Aufgrund dieses Aufbaues kann der druckbeständige Außenmantel auf relativ niedrigeren Temperaturen gehalten werden, wenn er für eine exotherme Reaktion verwendet wird.leads through the pressure-resistant outer jacket 3 in a direction which is perpendicular to the plane of the drawing. The gas that has flowed out of the reactor through outlet 2 is still hot and it can remove heat from it thus discharged gas can be recovered. However, this part is no longer shown in the drawing. In the embodiment shown, the pressure loss is reduced by the fact that the inter-cylindrical Feaktionskammern and the cylindrical reaction chamber are each divided into two halves and the same in parallel can be used switched. Due to this structure, the pressure-resistant outer jacket can be relatively lower temperatures when used for an exothermic reaction.
In der beschriebenen Ausführungsform verläuft die Mittel achse, die allen Reaktionskammern gemeinsam ist, senkrecht. Der Reaktor kann jedoch, ohne daß irgendwelche Probleme oder Schwierigkeiten auftreten, auch dann eingesetzt werden, wenn diese gemeinsame Achse horizontal oder schräg verläuft, so lange nur gewährleistet ist, daß die Stellung jeder gasdurchlässigen Katalysatorhalterung in geeigneter Weise eingestellt und befestigt ist. Die chemische Reaktion kann entweder exotherm oder endotherm sein, wie es bereits beschrieben wurde. Weiterhin kann der gleiche Katalysatortyp als Katalysatoren für die Packungen in den Reaktionskammern 31, 32 und 33 verwendet werden, um die gleiche chemische Reaktion in jeder einzelnen Reaktionskammer durchzuführen. Es ist jedoch auch möglich, zur Durchführung der gleichen chemischen Reaktion in jeder der Reaktionskammern verschiedene Katalysatoren zu verwenden, die so ausgelegt sind, daß sie die gleiche chemische Reaktion einleiten, jedoch verschiedene Temperaturcharakteristiken, optimaleIn the embodiment described, the means runs axis that is common to all reaction chambers, vertical. The reactor can, however, without any Problems or difficulties arise even when this common axis is horizontal or runs obliquely, as long as it is only ensured that the position of each gas-permeable catalyst holder appropriately adjusted and secured. The chemical reaction can be either exothermic or endothermic be as already described. Furthermore, the same type of catalyst can be used as catalysts for The packings in the reaction chambers 31, 32 and 33 are used to carry out the same chemical reaction in each individual reaction chamber. However, it is also possible to carry out the same chemical Reaction in each of the reaction chambers is different To use catalysts designed to initiate the same chemical reaction, however different temperature characteristics, optimal
Volumengeschwindigkeit und dergleichen besitzen. Es ist auch möglich, drei verschiedene chemische Reaktionen durchzuführen, die erforderlich sind, um zweistufige oder dreistufige chemische Reaktionen unter Verwendung von zwei oder drei Reaktoren, wenn man auf herkömmliche Reaktoren angewiesen ist, durchzuführen, und zwar im wesentlichen als einstufige Reaktion, wie es beschrieben wurde, in dem verschiedene Katalysatoren in die Reaktionskammern 31, 32, 33 gepackt werden, um die verschiedenen chemischen Reaktionen darin in Gang zu setzen, und das Zuführungsgas und die Reaktionsgasmischungen, deren Temperaturen auf für die verschiedenen Katalysatoren entsprechend geeignete Temperaturen eingestellt worden sind, nacheinander durch die Betten mit den verschiedenen Katalysatoren strömen gelassen werden. Die verschiedenen chemischen Reaktionen können eine oder mehr exotherme Reaktionen und endotherme Reaktionen in Kombination umfassen. Beim Durchführen derartiger verschiedener chemischer Reaktionen ist es zu bevorzugen, ein wärmeisolierendes Material für jede Trennwand zu verwenden, die sich jeweils zwischen zwei benachbarten Reaktionskammern befindet, wenn die Temperatur einer Reaktionskammer beträchtlich verschieden von der der anderen Reaktionskammer ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, in der Reaktionskammer 3 3 eine chemische Reaktion durchzuführen, die verschieden von derjenigen, die in den zwei anderen Reaktionskammern durchgeführt wird, ist, wenn es gewünscht wird, indem zusätzlich durch eine zusätzliche Gaszuführungsöffnung 10 ein anderes Zuführungsgas eingeführt wird, das von dem durch den Gaseinlaß 1 zugeführten Zuführungsgas verschieden ist.Weiterhin kann es auch möglich sein, zwischen den Raum 18 und den Wärmeaustauscher 9 Mittel zum Trennen und Abführen eines bestimmten Reaktionsproduktes von der Mischung, die in den Reaktionskammern 31, 32 entstanden ist, zwischenzuschalten .Have volume velocity and the like. It is also possible to have three different chemical reactions carry out the necessary to use two-step or three-step chemical reactions of two or three reactors, if one has to rely on conventional reactors, to carry out in the essentially as a one-step reaction, as described, in which various catalysts are introduced into the reaction chambers 31, 32, 33 are packed in order to set the various chemical reactions in motion in motion, and the feed gas and the reaction gas mixtures whose temperatures are for the various catalysts appropriately suitable temperatures have been set, successively through the beds with the different Catalysts are allowed to flow. The different chemical reactions can be one or include more exothermic reactions and endothermic reactions in combination. When performing such various chemical reactions it is preferable to use a heat insulating material for each partition wall too use, which is located between two adjacent reaction chambers, if the temperature of a reaction chamber is considerably different from that of the other reaction chamber. In addition, it is also possible to carry out a chemical reaction in the reaction chamber 3 3 which is different from that which takes place in the two other reaction chambers is carried out, if desired, by additionally by an additional gas supply port 10, another supply gas is introduced, which is different from that through the gas inlet 1 supplied feed gas is different. Furthermore, it can also be possible between the space 18 and the heat exchanger 9 means for separating and removing a certain reaction product from the mixture, which has arisen in the reaction chambers 31, 32 to be interposed.
Als Beispiel zum Durchführen derartiger verschiedener chemischer Reaktionen kann das Synthetisieren von Methanol aus Wasserstoffgas und Kohlenoxid und nachfolgendes synthetisches Erhalten von Kohlenwasserstoffen aus dem so synthetisierten Methanol angeführt werden. Hierbei wird ein Zuführungsgas mit hohem Druck, das reich an Wasserstoff gas und Kohlenoxid ist, durch den Zuführungsgaseinlaß 1 zugeführt. Unter Verwendung eines bekannten Methanol-Synthesekatalysators (z.B. einer, der Chrom f Kupfer, Zink und/oder dergleichen enthält) in den beiden Reaktionskammern 31 und 32 wird das ZuführungsgasAs an example of performing such various chemical reactions, synthesizing methanol from hydrogen gas and carbon oxide and then synthetically obtaining hydrocarbons from the methanol thus synthesized can be cited. Here, a high pressure feed gas rich in hydrogen gas and carbon oxide is fed through the feed gas inlet 1. Using a known methanol synthesis catalyst (e.g. one containing chromium f copper, zinc and / or the like) in the two reaction chambers 31 and 32, the feed gas
2
bei dem Druck von 100 kg/cm (etwa 100 bar) und einer Temperatur von etwa 300°C in eine Gasmischung umgewandelt,
die aus Methanol, Wasserstoffgas und dem Kohlenoxid besteht. Durch Veranlassen, daß die so erhaltene
Gasmischung ohne Abtrennung von Methanol von den nicht umgesetzten Ausgangsmaterialien, jedoch nach Einstellen
ihrer Temperatur auf 35O°C oder ähnliche Temperaturen durch den Wärmeaustauscher 9 in die Reaktionskammer 33
eingebracht wird, die einen Zeolitkatalysator enthält, kann Methanol in Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden.
Nicht umgesetztes Kohlenwasserstoffgas und Kohlenoxid werden nach Abtrennung von Methanol und Kohlenwasserstoffen aus der Reaktionsgasmischung zu dem Zuführungsgaseinlaß
1 zurückgeführt, während Methanol, das nicht in Kohlenwasserstoffe umgewandelt worden ist, zu der
Zuführungsöffnung 10 für zusätzliches Ausgangsmaterial zurückgeführt wird und dann in die Reaktionskammer 33
als Dampf oder Flüssigkeit nach seiner Trennung von Kohlenwasserstoffen wieder eingeführt wird.2
converted at the pressure of 100 kg / cm (about 100 bar) and a temperature of about 300 ° C into a gas mixture consisting of methanol, hydrogen gas and the carbon oxide. By causing the gas mixture thus obtained to be introduced through the heat exchanger 9 into the reaction chamber 33, which contains a zeolite catalyst, without separating methanol from the unreacted starting materials, but after setting its temperature to 350 ° C. or similar temperatures, methanol can be converted into hydrocarbons being transformed. Unreacted hydrocarbon gas and carbon oxide are returned to the feed gas inlet 1 after separation of methanol and hydrocarbons from the reaction gas mixture, while methanol which has not been converted into hydrocarbons is returned to the feed port 10 for additional starting material and then into the reaction chamber 33 as steam or Liquid is reintroduced after its separation from hydrocarbons.
Wie bereits schon erwähnt wurde, kann mit dem Reaktor gemäß der Erfindung und der Art des Verfahrens bei seinem Einsatz eine Reihe von Vorteilen erzielt werden. Zusammengefaßt bezieht sich der erste Vorteil auf den Reaktor selbst. Durch die vorliegende Erfindung wird es nämlichAs already mentioned, with the reactor according to the invention and the type of process in his Use a number of advantages. In summary, the first benefit relates to the reactor itself. Namely, by the present invention it becomes
möglich, die Wandstärke des druckbeständigen Außenmantels des Reaktors zu verringern und dementsprechend das Gewicht des Reaktors zu senken, während trotzdem dieselbe Menge an Katalysator in den Reaktor gepackt werden kann. Aufgrund dieses Vorteils ist es möglich, Stahlmaterial für die Herstellung eines Reaktors einzusparen und den Reaktor somit zu niedrigeren Kosten herzustellen. Darüber hinaus ist es auch möglich, das Fundament, die Halte- und Trägervorrichtungen, das Leitungssystem und dergleichen, die für die Installation des erfindungsgemäßen Reaktors notwendig sind, kleiner oder kürzer zu machen. Demzufolge können die Gesamtkonstruktionskosten für den Reaktor gesenkt werden. Dieser Vorteil wird merklich insbesondere dann, wenn der Reaktor ein Hochdruckreaktor mit großer Kapazität ist. Der zweite Vorteil der Erfindung bezieht sich auf das Verfahren zur Durchführung einer Reaktion in dem Reaktor. Da der Reaktor gemäß der Erfindung mit zwei oder mehr der vorstehend im einzelnen beschriebenen Reaktionskammern ausgestattet ist, die von zylindrischer, interzylindrischer, kegelstumpfförmiger oder inter-kegelstumpfförmiger Gestalt sind und verschiedene Querschnittsflächen im rechten Winkel zu der Durchströmrichtung eines Gases aufweisen und auch die Menge des in sie gepackten Katalysators verschieden ist, können diese Reaktionskammern mit verschiedenen Konfigurationen in geeigneter Weise nach Bedarf gemäß der Art der chemischen Reaktionen , die in ihnen ablaufen, und der Eigenschaften der in sie gepackten Katalysatoren ausgelegt werden. Wenn nämlich eine einzige chemische Reaktion mit der gleichen Volumengeschwindigkeit (insbesondere in einem großen Reaktor) durchgeführt wird, muß ein zylindrischer Reaktor sehr dünn und sehr lang sein. Wenn ein Gas in axialer Richtung des Zylinders hindurchströmt, kann das Kanalbildungsphänomen des Gases in dem Katalysatorbett minimalisiert werden. Dies führt jedoch zu sehrpossible to reduce the wall thickness of the pressure-resistant outer jacket of the reactor and, accordingly, the weight of the reactor while still allowing the same amount of catalyst to be packed into the reactor. Due to this advantage, it is possible to save steel material for the manufacture of a reactor and the Reactor to manufacture thus at lower cost. In addition, it is also possible to replace the foundation, the holding and support devices, the pipe system and the like, which are used for the installation of the inventive Reactor are necessary to make smaller or shorter. As a result, the overall construction cost for the Reactor to be lowered. This advantage is particularly noticeable when the reactor is using a high pressure reactor large capacity is. The second advantage of the invention relates to the method of performing a Reaction in the reactor. Since the reactor according to the invention with two or more of those described in detail above Reaction chambers are equipped, ranging from cylindrical, inter-cylindrical, frustoconical or inter-frustoconical shape and various Cross-sectional areas at right angles to the direction of flow of a gas and also the amount of the catalyst packed in them is different these reaction chambers having various configurations as appropriate according to need according to the kind of chemical The reactions that take place in them and the properties of the catalysts packed into them are designed will. If, in fact, a single chemical reaction with the same volume velocity (especially in a large reactor), a cylindrical reactor must be very thin and very long. When a Gas flowing therethrough in the axial direction of the cylinder can cause the channeling phenomenon of the gas in the catalyst bed be minimized. However, this leads too much
hohen Strömungsgeschwindigkeiten, die wiederum zu einem erhöhten Druckverlust führen. Wenn im Gegensatz dazu das Gas in radialer Richtung im Hinblick auf eine Verkleinerung des Druckverlustes strömen gelassen wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit entlang der langen Achse des zylindrischen Reaktors ungleichmäßig. Wenn jedoch wie bei der vorliegenden Erfindung ein kugelförmiger Reaktor verwendet wird, ist jede seiner inneren Reak tionskammern in einer Gestalt ausgeformt, daß sie ein kleines Durchme'sser-Zu-Höhe-Verhältnis besitzt, mit anderen Worten sie ist dick und kurz. Deshalb entwickelt sich bei dem Reaktor gemäß der Erfindung nicht das Kanalbildungsproblem und der Reaktor kann mit einem kleinen Druckverlust arbeiten.high flow velocities, which in turn lead to an increased pressure loss. In contrast, when the gas is flowed in the radial direction with a view to reducing the pressure loss, the flow velocity becomes uneven along the long axis of the cylindrical reactor. However, when a spherical reactor is used as in the present invention, each of its inner reac tion chambers formed in a shape that they u-height ratio has a small Durchme'sser- Z, in other words it is thick and short. Therefore, in the reactor according to the invention, the channeling problem does not develop and the reactor can operate with a small pressure loss.
Dieser Vorteil kann auch eine günstige Wirkung in Bezug auf die Verlängerung der Lebensdauer eines Katalysators mitsichbringen. Die verlängerte Lebensdauer eines Katalysators wird aus zwei Gründen, die im Prinzip verschieden sind, abgeleitet. Der erste Grund kann z.B. unter Bezugnahme auf eine Reaktion erklärt werden, die von der Erzeugung einer großen Wärmemenge begleitet ist, wie z.B. die Synthese von Methanol aus Wasserstoffgas und Kohlenoxid. In Reaktionen der vorstehenden Art tritt, wenn ein Gas jeweils durch die Katalysatorbetten mit einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit, die die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der für all die Katalysatoren jeweils geeigneten Strömungsgeschwindigkeiten ist, strömen gelassen wird, im allgemeinen eine heftige exotherme Reaktion an dem Katalysator auf, mit dem das zugeführte Gas zuerst in Kontakt gebracht wird, da die Konzentration eines Reaktionsproduktes dort noch niedrig ist. Solch eine heftige exotherme Reaktion macht den Katalysator übermäßig heiß, wodurch sich ein thermischer Abbau in Bezug auf die Aktivität des Katalysators ent-This benefit can also have a beneficial effect in terms of extending the life of a catalytic converter entail. The extended life of a catalytic converter is due to two reasons which in principle differ are derived. For example, the first reason can be explained with reference to a reaction produced by the Generation of a large amount of heat is accompanied, such as the synthesis of methanol from hydrogen gas and Carbon oxide. In reactions of the above type occurs when a gas passes through each of the catalyst beds with a uniform flow rate which is the mean flow rate for all the catalysts appropriate flow rates in each case, generally a violent one exothermic reaction on the catalyst with which the supplied gas is first brought into contact, since the The concentration of a reaction product is still low there. Such a violent exothermic reaction does that The catalyst is excessively hot, causing thermal degradation in relation to the activity of the catalyst.
wickelt. Dieses Phänomen kann vermieden werden, indem das Gas mit einer hohen Geschwindigkeit durch das Katalysatorbett geleitet wird. Wenn gewünscht wird, einen zylindrischen Reaktor zur Durchführung einer Reaktion des oben beschriebenen Typs ohne Entwicklung dieses Phänomens zu verwenden, wird es notwendig, die Länge des Reaktors zu erhöhen, wenn das Gas in Form eines axialen Stromes zugeführt wird, oder einen oder mehrere ungebrauchte Räume in dem Reaktor freizulassen, wenn das Gas als radialer Strom hindurchgeleitet wird. Wenn die Länge des Reaktors wie vorstehend erwähnt erhöht wird, wird der Druckverlust größer. Deswegen ist weder die erstere noch die letztere Maßnahme praktisch durchführbar. Im Gegensatz hierzu ist es leicht, kleine kurze und dicke Reaktionskammern in einem Reaktor auszubilden, ohne den ungenutzten Raum darin zu erhöhen, wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird. Deshalb kann das oben beschriebene Phänomen mit Erfolg vermieden werden. Der zweite Grund für die verlängerte Lebensdauer des Katalysators liegt in der folgenden Situation. Wenn ein Zuführungsgas eine Spurenmenge einer Substanz enthält, die auf den Katalysator giftig wirkt, kann ein kleiner Raum, der ein Bett des Katalysators (d.h. eine Reaktionskammer), mit dem das Zuführungsgas zuerst in Kontakt gebracht wird, umschließt, in solch einem Aufbau ausgebildet werden, daß es von anderen Reaktionskammern und Räumen für einen Wärmeaustauscher und ein Kühlsystem in dem Reaktor ausreichend isoliert ist. Wenn diese Reaktionskammern mittels Leitungen miteinander verbunden sind, die außerhalb des kugelförmigen Reaktors vorgesehen und mit Ventilen ausgestattet sind, wird es möglich, wenn der mit dem Zuführungsgas zuerst in Kontakt getretene Katalysator vergiftet ist, die Reaktionskammer, die den so vergifteten Katalysator enthält, von den ande-wraps. This phenomenon can be avoided by passing the gas through the catalyst bed at a high rate is directed. If desired, a cylindrical reactor for carrying out a reaction of the type described above without developing this phenomenon, it becomes necessary to use the length of the reactor if the gas is supplied in the form of an axial flow, or one or more to leave unused spaces in the reactor when the gas is passed through as a radial flow. if As the length of the reactor is increased as mentioned above, the pressure loss becomes larger. Therefore is neither the former still the latter measure practically feasible. In contrast, it is easy to make little short ones and to form thick reaction chambers in a reactor without increasing the wasted space therein when the present invention is applied. Therefore, the above-described phenomenon can be avoided with success. The second reason for the extended life of the catalyst lies in the following situation. if a feed gas containing a trace amount of a substance which is toxic to the catalyst can be a small space containing a bed of catalyst (i.e. reaction chamber) with which the feed gas first enters Is brought into contact, encloses, be formed in such a structure that it is separated from other reaction chambers and spaces for a heat exchanger and a cooling system in the reactor are sufficiently insulated. if these reaction chambers are connected to one another by means of pipes which extend outside the spherical reactor provided and equipped with valves, it becomes possible when the first comes into contact with the feed gas the catalyst that has stepped on is poisoned, the reaction chamber, which contains the catalyst poisoned in this way, is
ren Reaktionskammern durch geeignete Betätigung der Ventile zu isolieren und den so vergifteten Katalysator durch eine frische Charge des Katalysators zu ersetzen, so daß die Lebensdauer des verbleibenden Katalysators, d.h. des Hauptteils des Katalysators, verlängert wird.Ren reaction chambers to isolate by suitable actuation of the valves and the so poisoned catalyst to replace with a fresh batch of the catalyst, so that the life of the remaining catalyst, i.e., the majority of the catalyst, is elongated.
Der dritte Vorteil dieser Erfindung bezieht sich auf das Verfahren der Verwendung des Reaktors gemäß der Erfindung. Wie bereits in der Beschreibung der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform erwähnt wurde, kann der Reaktor dieser Erfindung eingesetzt werden, um zwei oder mehr verschiedene chemische Reaktionen durchzuführen, die bei dem gleichen Druck und bei gleichen oder verschiedenen Temperaturen ablaufen. Obgleich der Reaktor gemäß der Erfindung als ein Reaktor für die parallele Durchführung zweier oder mehr chemischer Reaktionen, die nicht korreliert sind, verwendet werden kann, macht es der Einsatz des Reaktors gemäß der Erfindung im allgemeinen möglich, zwei oder mehr chemische Reaktionen im wesentlichen als eine einstufige Reaktion durchzuführen, um so ein Reaktionsendprodukt aus Ausgangsmaterialien zu erhalten, in dem die zwei oder mehr chemischen Reaktionen sukzessiv eine nach der anderen durchgeführt werden. Auf diese Weise ist das Verfahren der Erfindung zum Senken der Anzahl von Reaktoren geeignet.The third advantage of this invention relates to the method of using the reactor according to the invention. As already mentioned in the description of the embodiment shown in FIG. 6, the reactor can of this invention can be used to carry out two or more different chemical reactions that proceed at the same pressure and at the same or different temperatures. Although the reactor according to of the invention as a reactor for the parallel implementation of two or more chemical reactions that are not correlated can be used, so makes the use of the reactor according to the invention in general possible to carry out two or more chemical reactions essentially as a one-step reaction, so as to obtain a final reaction product from starting materials in which the two or more chemical reactions be carried out successively one after the other. In this way is the method of the invention suitable for reducing the number of reactors.
Der Reaktor gemäß dieser Erfindung ist als ein Reaktor zum Erhalten eines gasförmigen Reaktionsproduktes aus gasförmigen Ausgangsmaterxalxen bei Drücken oberhalbThe reactor according to this invention is designed as a reactor for obtaining a gaseous reaction product gaseous starting materials at pressures above
5 kg/cm (etwa 5 bar) geeignet, und die vorstehend beschriebenen Vorteile werden umso größer, je mehr der Reaktionsdruck ansteigt und das innere Volumen des einzelnen Reaktors größer wird. Als chemische Reaktionen, die vorzugsweise unter Verwendung des Reaktors gemäß der Erfindung durchgeführt werden, können die folgenden5 kg / cm (about 5 bar) suitable, and those described above The more the reaction pressure and the internal volume of the individual rise, the greater the advantages Reactor gets bigger. As chemical reactions, which are preferably carried out using the reactor according to of the invention can be carried out as follows
- .Λ5 -- .Λ5 -
Reaktionen genannt werden: Synthesereaktion von Ammoniak aus einem Gas, das Wasserstoffgas und Stickstoffgas enthält? Synthesereaktionen von aliphatischen einwertigen Alkoholen wie Methanol, Äthanol, Propanolen und Butanolen aus einem Gas, das Wasserstoffgas und ein Kohlenoxid enthält; direkte Synthesereaktion von Kohlenwasserstoffen von einem Gas, das Wasserstoffgas und ein Kohlenoxid enthält (d.h. die sogenannte Fischer-Tropsch-Synthese); Syntheseverfahren, die das Synthetisieren von aliphatischen einwertigen Alkoholen aus einem Gas, das Wasserstoff gas und Kohlenoxid enthält, und nachfolgende Umwandlung der so erhaltenen aliphatischen einwertigen Alkohole zu Kohlenwasserstoffen einschließen; Reaktion zum Umwandeln eines Gases, das Dampf und Kohlenmonoxid enthält, in ein anderes Gas, das Wasserstoffgas und Kohlendioxid enthält; Reaktion zum Umwandeln eines Gases, das einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe wie Methan und/oder Naphtha oder Erdöl und Dampf enthält, in ein anderes Gas, das Wasserstoffgas und ein Kohlenstoffoxid enthält; und Reaktion zum Synthetisieren gesättigter Kohlenwasserstoffe aus einem Gas, das einen oder mehrere ungesättigte Kohlenwasserstoffe und Wasserstoffgas enthält. Die angegebenen Reaktionen und Verfahren sind prinzipielle Beispiele.Reactions are called: synthesis reaction of ammonia from a gas that contains hydrogen gas and nitrogen gas? Synthesis reactions of aliphatic monohydric alcohols such as methanol, ethanol, propanols and butanols from a gas, the hydrogen gas and a carbon oxide contains; direct synthesis reaction of hydrocarbons from a gas, the hydrogen gas and a carbon oxide contains (i.e. the so-called Fischer-Tropsch synthesis); Synthetic processes involving the synthesizing of aliphatic monohydric alcohols from a gas containing hydrogen gas and carbon oxide, and subsequent conversion the thus obtained aliphatic monohydric alcohols to hydrocarbons; reaction for converting a gas containing steam and carbon monoxide into another gas containing hydrogen gas and carbon dioxide contains; Reaction to convert a gas that contains one or more hydrocarbons such as methane and / or contains naphtha or petroleum and steam, into another gas, the hydrogen gas and a carbon oxide contains; and reaction for synthesizing saturated hydrocarbons from a gas containing one or more unsaturated hydrocarbons and hydrogen gas contains. The reactions and processes given are basic examples.
Wenn diese chemischen Reaktionen durchgeführt werden, variieren die Reaktionsbedingungen wie Temperatur, Druck und Volumengeschwindigkeit von einer Reaktion zur anderen entsprechend der Art der Reaktionen, der Eigenschaften der zu verwendenden Katalysatoren usw. Es ist jedoch im allgemeinen möglich, derartige Reaktionen unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen durchzuführen, wie sie für herkömmliche zylindrische Reaktoren gut bekannt sind.When these chemical reactions are carried out, the reaction conditions such as temperature, pressure vary and volume velocity from one reaction to another according to the type of reactions, the properties the catalysts to be used, etc. However, it is generally possible to carry out such reactions under im perform essentially the same conditions as they are well known for conventional cylindrical reactors.
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Weiterhin können bekannte Gasverteiler, Wärmeaustauscher und gasdurchlässige Katalysatorhalterungen als Verteiler für die Zuführung eines Zustromgases niedriger temperatur für das Kühlen der Katalysatoren und Gase in dem Reaktor gemäß der Erfindung, füraie verschiedenen Wärmeaustauscher und die gasdurchlässigen Katalysatorhalterungen verwendet werden. Als Kühlmedien, die zum Kühlen von Katalysatoren und Reaktionsgasmischungen brauchbar sind und die entsprechend der indirekten Wärmeaustauschmethode nicht durch die Reaktionen geschickt werden, können als bevorzugte Beispiele die folgenden genannt werden: Wasser, dessen Druck so eingestellt worden ist, daß es bei einer gewünschten Temperatur siedet; eines der Kohlenwasserstoffe, die bei Raumtemperatur flüssig sind, oder eine Mischung von zwei dieser Kohlenwasserstoffe; ein Wärmeübertragungsmedium wie "DOWTHERM" (Handelsname; Produkt der Dow Chemical Company). Es können jedoch auch gasförmige Kühlmedien oder andere flüssige Kühlmedien in einigen Fällen in zufriedenstellender Weise verwendet werden.Known gas distributors, heat exchangers and gas-permeable catalyst holders can also be used as distributors for the supply of a low temperature feed gas for cooling the catalysts and gases in the reactor according to the invention, for aie different heat exchangers and the gas permeable catalyst mounts are used. As cooling media that are used for cooling of catalysts and reaction gas mixtures are useful and which correspond to the indirect heat exchange method not passed through the reactions, the following can be given as preferred examples are: water the pressure of which has been adjusted to boil at a desired temperature; one the hydrocarbons, which are liquid at room temperature, or a mixture of two of these hydrocarbons; a heat transfer medium like "DOWTHERM" (Trade name; product of Dow Chemical Company). However, gaseous cooling media or other liquid ones can also be used Cooling media can be used satisfactorily in some cases.
Nach der Beschreibung der Erfindung ist dem Fachmann klar, daß viele Änderungen und Abwandlungen von den beschriebenen Ausfuhrungsformen vorgenommen werden können, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird.Having now described the invention, it will be apparent to those skilled in the art that there can be many changes and modifications from those described Embodiments can be made without that the scope of the invention is left.
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JP56174547A JPS5876134A (en) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | Spherical reactor having plural cylindrical reaction chambers and use thereof |
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