DE3332049A1

DE3332049A1 - Stehender reaktor zur erzeugung von methanol

Info

Publication number: DE3332049A1
Application number: DE19833332049
Authority: DE
Inventors: Frohmut 4200 Oberhausen Vollhardt
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1983-09-06
Filing date: 1983-09-06
Publication date: 1985-03-21
Also published as: JPH0437809B2; DE3332049C2; JPS6061544A

Description

stehender Reaktor zur Erzeugung von Methanol"
Die Erfindung betrifft einen stehenden Reaktor zur Erzeugung von Methanol der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Art.
Derartige Reaktoren sind in vielfältiger Form bekannt. So beschreibt die DE-OS 30 07 203 einen Reaktor zur Durchführung einer katalytischen Methanolsynthese mit einem zylindrischen Gehäuse, einer in dem Gehäuse angeordneten Schüttung aus FLatalysatormaterial und mit in der Schüttung verlaufenden Tauscherrohren zur Führung eines Kühlfluids, wobei die Rohre in der Schüttung geradlinig ausgebildet sind und in Wesentlichen parallel zur Gehäuseachse verlaufen. - Hierbei sind die Austauscherrohre zur Erzielung einer ausreichenden Heizflächendichte bei gleichzeitig niedrigem gasseitigen Druckabfall mit Flossen oder Rippen versehen.
Den bekannten Methanol-Reaktoren mit den Merkmalen des Gattungsbegriffes des Hauptanspruches gegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Reaktor zu schaffen, bei dem sowohl der Austausch der Katalysatorfüllung wie auch das Überwachen und Auswechseln der Wärmetauscherrohre in dem Katalysatorbett und das Ersetzen des Katalysatorbodens oder -netzes leicht, bei konstruktiv einfachem Reaktoraufba. erfolgen kann. Trotz deieser vorstehend gannten Forderungen sollen die Strömungsverhältnisse in dem Katalysatorbett zur Erziegung einer langen Lebensdauer der Tauscherrohre gegenüber bekannten Rohren für den gleicher Zweck verbesseert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmale kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches vor. - Die Merkmale der Unteransprüche dienen deer Weiterentwicklung und Verbesserung der Merle des Hauptanspruches.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Reaktors ist darin ZU sehen, da der zylindrische Mantel, der vorzugsweise aus Flossenrohren besteht, mit der Katalysatorfüllung aus dem Gahäuse mit seinem Druckmantel und dem Isoliermantel gaschlossen herausgenommen werden kann, wonach es nur des ganzen oder des ti tiellen Lösens des Katalysatorbodens oder -netzes bedarf, um den Katalysator frei nach unten aus dem zylindrischen Mantel entweichen zu lassen. Wird der Katalysaotrboden oder das -netz wieder geschlossen, so kann die Füllung der Katalysatormasse in den zylindrischen, vorzugswweise Flossenrohrmantel leicht erfolgen. Gleiches gilt von dem Auswolchseln der Tauscherrohre.
Diese brauchen nicht aus dem Gehäuse des Katalysators entfernt zu weden, vielmehr kennen sie leicht zugänglich, einzeln aus dem oben im ganzen verschnitt offenen zylindrischen Mantel ausgebaut bzw. in diesen eingebaut werden. - Die Strömungsverhältnisse innerhalb des Katalysatorbettes werden dadurch verbessert, daß zwischen den Rohren gleichmäßige, geometrische Strömungsräume gebildet werden, die in sich aeschlossen sind und ein Vagabundieren des Gases in benachbarte Räume rerhindern, hierdurch wird eine gleichmäßige Beaufschlagung der Austauscherrohre erzielt. - An sich ist es aus der DE-OS 15 Ol 640 bei einem Wärmeaustauscher insbesondere zum Kühlen frischer Spaltgase urd/oder Synthsesegas bekannt, Austausscherrohre mit Flossen derart zu versehen, daß geschlossene, geometrische Räume entstehen. Hiervon unterscheidet sich der erfindungsgemäße Reaktor insofern, als die Raume zwischen den Rohren als Aufnahmeräume für di Katalysatormasse dienen.
Auf der Zeichnung sind Ausfdührungsbeispiele des Reaktors nach der ErfindUNG dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Reaktors im Lä.ngsschnitt mit seinem Reaktorbett, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Reaktors, bei welchen der Innenraum des zylindrischen Mantels zwei Reaktorbetten aufnimmt und Fig. 3 einen Horizontalen Querschnitt durch das T<t&-talysatorbett bzw. die Katalysatorbetten de beiden Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2.
Bei der Ausführungsform des stehenden Reaktors nach Fig.
weist dessen Gehäude G einen äußeren, zylindrischen Druckmantel 1 auf, der sich von dem oberen Abschnitt zum unteren Abschnitt des Reaktors erstreckt und an seinem oberen und unteren Rand je einen Flansch 2, 3 trägt. Den Abschluß des Gehauses G nach oben bildet eie Haube 1, die mittels ihrer Flansches 5 mit dem Flansch 2 des zylindrischen Druckmantels verbunden ist, während der Boden 6 des Gehäuses G mit seinem Flansch 7 -t dem Flansch 3 verbunden ist.
Der Druckmantel 1 ist mit einer Isolierlage 8 ausgekleidet, die von der Trennfuge zwischen den Flanschen ?, 5 zur Trennfuge der Flanschen 3, 7 reicht. Die Haube 4 und der Boden r sind ihrerseits mit Isolierlagen 9, 10 ausgekleidet. Die Ausbildung des Druckmantels 1 und der Haube 4 bzw. des Bodens 6 mit ihren Auskleidungen ist so getroffen, daß die Haube t von dem Druckmantel 1 ohne Schwierigkeiten entfernt werden kann. Das gleiche gilt, falls dies notwendig ist, für der Boden 6.
Die Isolierlage 8, die den zylindrischen Druckmantel 1 auskleidet, nimmt den mittleren Abschnitt eines Wärmetauschers 11 auf. Dieser weist einen, an seinem Umfang geschlossenen, aus Flossenrohren 12 gebildeten zylindrischen Mantel 13 auf. Das obere und untere Ende der Flossenrohre 12 mündet in einen verstärkten Rohrabschnitt 14, 15, wobei diese Rohrabschnitte in eine untere Verteilerringleitung 16 und eine obere Samme1-ringleitung 17 münden. Das Kühlmedium für den Wärmetauscher 11 wird bei der Ausführungsform nach Fig. 1 über eine oder mehrere, den Boden 6 und dessen Isolierlage 10 durchsetzende Rohre 1£ zugeführt, während das erwärmte Kühlmedium aus der Sammelringleitung 17 über ein oder mehrere Rohre 19 abgezogen wird.
In die verstärkten Rohrabschnitte 14, 15 der Flossenrohre 12 des zylindrischen Wärmetauschermantels 13 münden die in horizontale Ebenen abgebogenen Enden 20, 21 der senkrechten und parallel zur Längsachse des Reaktors verlaufenden Tauscherrohre 22 des Wärmetauschers 11, so daß ein Rohrbündel an Tauscherrohren gebildet wird.
Auf Höhe der Ringleitung 16 oder aber, wie in Fig. 1 dargestellt ist, etwas oberhalb dieser Ringleitung erstreckt sich über den inneren, freien Querschnitt dieser Ringleitung oder zwischen den Rohrabschnitten 15 ein Katalvsatornetz oder -boden 23, auf dem die Katalysatormasse aufliegt, die zwischen den Rohren 22 Platz findet und sich von dem Fatalysatornetv oder Boden bis etwa auf Höhe der Trennfuge zwischen den Flanschen 2 und 5 erstreckt.
Der Boden 6 mit seiner Isolierlage 1n eist die Rohgaszufuhrungsleitung 24 auf, während die Haube 4 mit ihrer Auskreidung 9 die Methanolgasabzugsleitung 25 besitzt. Das florgas durchströmt das Katalysatorbett 26 zwischen den Rohren 2? und den abgebogenen Enden 20, 21 der Rohre 22, umrach der Reaktion mit Hilfe des Katalysators als Methanolgas durch das Rohr 25 abgeführt zu werden.
Der an seinem Umfang geschlossene zylindrische Mantel aus Wasserrohren 12 liegt eng an der Isolierlage 8 des Reaktors an.
Bei Lösen der Haube 4 mit ihrer Isolierlage 9 kann der Wärmetauscher 11 mt seinem Mantel 13 und der Katalysatormasse nach oben aus dem Reaktor entfernt werden. Daraufhin kann durch partielles oder gänzliches Lösen des Katalysatornetzes oder -bodens 23 die Katalysatormasse aus dem Mantel 13 abgezogen und ausgetauscht werden. Die Rohre des Wärmetauschers 11 können leicht außerhalb des Gehäuses nach oben oder unten aus-bzw. in diesen eingebaut werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist wiederum ein äußerer Druckmantel 51 vorgesehen, der von einer Isolierlage 52 ausgekleidet ist. Der Mantel 51 besitzt einen Flansch 53, mit dem der Flansch 54 eins Haube 55 verbindbar ist. Die Zuführung des Rohgases erfolgt durch eine Leitung 56 etwa auf mittlerer Höhe des Reaktors, die den Druckmantel 51, wie auch dessen Isolierlage 52 durchsetzt. Die Isolierlage umschließt in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 einen Wärmetauscher. Dieser weist einen äußeren Flossenrohrmantel 57 aus Flossenrohren 58 auf, die auf Höhe der Leitung 56 ausgespart sind, so daß das Rohgas in das Innere des Mantels 57 einzutreten vermag. Auch sind in Fig. 1 mit ihren Enden 59, 60 abgebogene, zu einem Rohrbündel zusammengefaßte Tauscherrohre 61 vorgesehen, die in verstärkte Abschnitte 62, 63 der Flossenrohre 58 münden, die ihrerseits in einer Ringleitung 62a, 63a enden, denen das Kühlmedium zu- bzw. von ihnen abgeführt wird.
Oberhalb der Zuführungsleitung 56 erstreckt sich, von den Rohren 61 durchsetzt, ein Katalysatornetz 64. Auf Höhe oder oberhalb der Ringleitung 63a befindet sich ein zweites Katalysatornetz 64a. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei spiel ist der Boden 65 mit seiner Isolierlage 66 einteilig mit dem Mantel 51 und seiner Isolierlage 62 verbunden und wird von einer Methanolgas abführenden Leitung 67 ebenso durchsetzt, wie die Haube 55 mit iher Isolierlage 68 und einer Leitung 69 durchsetzt wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 besitzen die Rohre 22 bzw. 61 paarweise gegenüberliegende Flossen 70, 71 und sind derart angeordnet, daß die Flossen der Rohre einen geschlossenen Strömungsraum 72 für das die Katalysatormasse in dem Raum 72 durchströmende Gas entstehen lassen. Ein Vagabundieren des Gases in benachbarte Räume und damit eine ungleichmäßige Beaufschlagung der Rohre 22, 61 wird hierdurch weitgehend vermieden. Beim partiellen Öffnen der Katalysatornetze 16, 64, 64a kann mit Hilfe der annähernd vollkommen abgeschlossenen Räume 72 ein arbeitserleichterndes sukzessives Entleeren des Innenraumes des zylindrischen Mantels erreicht werden.
An sich ist die Aufnahme zweier übereinander gelegener Katalysatorbetten in einem Reaktor aus der DE-OS 30 22 815 bekannt. Insofern sollen die darauf gerichteten und im Zusammenhang damit genannten Merkmale nur in Verbindung mit weiteren Merkmalen der Erfindung Gültigkeit haben.
Einem zylindrischen Mantel 13, 57 ist als äquivalent ein annähernd zylindrischer Mantel gleichzusetzer

Claims

Patentansprüche Stehender Reaktor zur Erzeugung von Methanol, mit einem zylindrischen Gehäuse mit das Katalysatorbett im Inneren des Gehäuses durchsetzenden Austauscherrohren, sowie einem das Katalysatorbett tragendem, gasdurchlässigen Boden oder Netz im unteren Reaktorabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch eine obere Haube (5, 55) abgeschlossen ist'das Katalysatorbett von einem zylindrischen Mantel (13, 57) innerhalb des Gehäuses umschlossen ist, der bei abgehobener Haube mit dem Katalysatorbett in Längsrichtung des Reaktors aus dessen Gehäuse (G) heraushebbar ist.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Mantel (13, 57) aus Flossenrohren (12, 58) gebildet ist.
3. Reaktor nach Anspruch 1 und 2, durch gekennzeichnet, daß in die oberen und unteren Abschnitte (14, 15 bzw. 62, 63) der Flossenrohre (12, 58) des zylindrischen Mantels (1f, 57) die abgebogenen Enden (20, 21 bzw. 59, 60) von den Innenraum des zylindrischen Mantels (13, 57) gleichmäßig durchsetzenden, parallel zur Reaktorlängsachse verlaufenden Rohren (22, 61) münden.
4. Reaktor nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den zylindrischen Mantel (13, 57) bildenden Flossenrohre (12, 58) im unteren Reaktorabschnitt in eine Ringleitung (16, 63a) münden und der das Katalysatorbett tragende, gasdurchlässige Boden oder das Netz (23, 64a) auf Höhe dieser Leitung (16, 63a) an dieser oder kurz darüber an den Rohrabschnitten (15, 63a) des zylindrischen Mantels (13, 57) befestigt ist.
5. Reaktor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Innenraum des zylindrischen Mantels (13, 57) parallel zur Reaktorlängsachse durchsetzenden Rohre (22, 61) derart mit Flossen (70, 71) versehen sind, daß die Rohre und Flossen benachbarter Rohre in sich abgeschlossene mit Katalysatormasse gefüllte Strömungsräume (72) von regelmäßigem, geometrischem Querschnitt bilden.
6. Reaktor nach Anspruch1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des zylindrischen Mantels (57) zwei übereinander angeordnete Katalysatorbetten aufnimmt und die Gaszuführungsleitung (56) unterhalb des oberen und oberhalb des unteren Battes in den Reaktor mündet.
7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich oberhalb der Gaseintrittsleitung (56) in den Reaktor ein Katalystorboden oder -netz (64) über den Querschnitt des zylindrischen Mantels (57) erstreckt, der von den Av1stauscherrohren (61) durchsetzt ist.
8. Reaktor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Reaktorboden (65) und die obere Reaktorhaube (55) je eine Gasabzugsleitung (67, 69) für das Methanolgas aufweisen.
9. Reaktor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorfüllung sich bis oder bis unterhalb der Trennfuge zwischen den die Gehäusehaube (4) mit dem mittleren Abschnitt (äußere-r Druckmantel 1) des Gehäuses (G) verbindenden Elanschen (2, 5) erstreckt.