DE68906006T2 - Reaktoren fuer heterogene synthesen. - Google Patents

Reaktoren fuer heterogene synthesen.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Ausbeuten und zur Reduzierung des Energieverbrauchs bei vorhandenen Reaktoren für eine heterogene Synthese und insbesondere für die Ammoniaksynthese, die aus mehreren katalytischen Betten bestehen, durch welche Synthesegas axial strömt und durch Zuführung von Abkühlgas zwischen den Betten abgekühlt wird.
  • Die Erfindung betrifft auch so erhaltene Reaktoren.
  • Bekanntlich ist einer der am häufigsten gegenwärtig eingesetzten Reaktoren in Ammoniaksyntheseanlagen ein Reaktor mit vier katalytischen Betten, durch welche das Synthesegas axial mit dazwischen erfolgender Abkühlung strömt (Kellogg).
  • Zur Verbesserung der Ausbeuten bei den erwähnten Kellogg- Reaktoren wurden bereits zahlreiche Systeme vorgeschlagen, beschrieben und angepaßt. Insbesondere in der Literaturstelle "Nitrogen", Nr. 165, Januar/Februar 1987, wandelt Topsoe den Kellogg-4-Bett-Reaktor in einen 2- Bett-Reaktor um (durch Verbinden des ersten und zweiten Betts und des dritten und vierten Betts des ursprünglichen Reaktors), wobei zwischen den Betten mittels eines Wärmeaustauschers (Fig. 1 in der genannten Literaturstelle) zwischengekühlt wird. Das Gas strömt radial. In der gleichen Literaturstelle gestaltet Kellogg selbst den Reaktor um, wobei er den Raum in dem ersten Bett verwendet und Wärmeaustauscher einführt. Das zweite Bett in dem vorhandenen Reaktor wird deshalb das erste Bett in der neuen Auslegung, gemäß welcher das dritte und vierte Bett bei dem bestehenden Reaktor parallel arbeiten sollen (entsprechend dem sogenannten Aufspaltstromsystem). Man erhält einen Reaktor, in welchem zwei Reaktionsstufen mit Zwischenkühlung durch einen Austauscher vorhanden sind (Fig. 8 der erwähnten Literaturstelle). Der Gasstrom bleibt wie im ursprünglichen Reaktor axial. In der erwähnten Literaturstelle "Nitrogen" ist weiter erwähnte, daß die Anmelder beabsichtigen, die gleiche Anzahl von Betten wie bei dem ursprünglichen Kellogg-Reaktor (vier Betten) und das gleiche Abkühlsystem zwischen den Betten aufrechtzuerhalten.
  • Der Gasstrom wird von axial zu axial-radial geändert (Fig. 4 in der Literaturstelle).
  • Ammonia Casale hat als erste ein System zur Umgestaltung von Kellogg-Reaktoren in situ beschrieben, um dadurch die Leistung zu verbessern und den Verbrauch zu verringern. In ihrem US-Patent 4 755 362 (entsprechend EP-A-0 202 454) zeigen die Anmelder in Fig. 1A als Stand der Technik genau den oben erwähnten klassischen Kellogg-Reaktor mit vier axialen Betten und vier Zwischenkühlungen.
  • Bei diesem Pionierpatent US 4 755 362 haben die Anmelder die gleiche Anzahl von Betten wie am Anfang auch bei im wesentlichen radialen Reaktoren aufrechterhalten, die durch Umgestaltung in situ erhalten werden. In der Schweizer Patentanmeldung 02529/87 (entsprechend EP-A-0 297 474) haben die Anmelder eine weitere Anwendung (Fig. 1) ihres Systems zur Modernisierung eines 4-Bett-Kellogg- Reaktors vorgeschlagen durch Umgestaltung in einen 3- Bett-Reaktor mit einer Abschreckung zwischen dem ersten und zweiten Bett und einer Kühlung mittels eines Wärmetauschers zwischen dem zweiten und dritten Bett. Wie die erwähnte Figur zeigt, wird das zweite Bett bei dieser Auslegung dadurch erhalten, daß das zweite und dritte Bett in dem ursprünglichen Reaktor zu einer neuen 3-Bett- Auslegung mit einer Abschreckung zwischen dem ersten und zweiten Bett und einem Austauscher zwischen dem zweiten und dritten Bett verbunden werden. Wie Fig. 1 in der Schweizer Patentanmeldung zeigt, wobei diese Figur noch in dieser Patentanmeldung gezeigt ist, wurden das zweite (C2) und dritte (C3) Bett zu einem Bett zusammengefaßt, wobei ein Zwischenaustauscher koaxial installiert wurde.
  • Diese Lösung kann, obwohl sie beträchtliche Vorteile verglichen mit dem Abschrecksystem bietet, jedoch Anlaß für eine Katalysatorverteilung geben, die geringer als eine optimale ist, und zwar in dem Sinn, daß das Katalysatorvolumen, das in dem zweiten Bett installiert ist, übermäßig groß werden könnte.
  • Der Zweck dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und eine neue Auslegung für den modifizierten Reaktor bereitzustellen, bei dem die obigen Nachteile vermieden sind.
  • In Fortführung ihrer Forschung haben nun die Anmelder überraschenderweise gefunden, daß beträchtliche Verbesserungen erhalten werden können, und zwar durch Übernahme der Auslegung gemäß Fig. 1 der Schweizer Patentanmeldung 02529/87 (entsprechend EP-A-0 297 474), wobei jedoch insbesondere die drei Betten dadurch geschaffen werden, daß das dritte und vierte Bett in der ursprünglichen Kellogg-4-Bett-Reaktorauslegung verbunden werden.
  • Der Gasstrom wird insgesamt vom ursprünglichen axialen Strom in wenigstens einem Teil der Betten in einen radialen oder einen axial-radialen Strom geändert.
  • Insbesondere kann, wie in der oben erwähnten früheren Schweizer Patentanmeldung beschrieben ist, der Axialstrom in dem ersten Bett aufrechterhalten werden. Nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich nun das Verfahren zur Umgestaltung vorhandener Reaktoren für die Synthese von Ammoniak mit vier katalytischen Betten mit axialem Strom (Kellogg) in situ dadurch aus, daß
  • - die ersten beiden oberen Betten in situ so umgestaltet werden, daß das Gas durch sie mit einem radialen oder axial-radialen Strom hindurchgeht,
  • - die beiden verbleibenden unteren Betten zu einem einzigen Bett kombiniert werden, durch das der Gasstrom entweder radial oder axial-radial hindurchgeht, und
  • - ein Abschrecken zwischen den beiden oberen Betten erfolgt, wobei ein Austauscher zur Kühlung des Gases zwischen dem zweiten und dritten kombinierten Bett eingesetzt ist.
  • Die verschiedenen Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung der in Fig. 2A gezeigten Ausführungsform deutlicher.
  • Die Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Elemente wie von Fig. 1 der Schweizer Patentanmeldung 02529/87 (entsprechend EP-A-0 297 474).
  • In charakteristischer Weise kann nun erkannt werden (Fig. 2), daß von den drei Betten C1, C2 und C3 das letzte durch Kombinieren des dritten und vierten Betts miteinander erhalten wird, d.h., das vorletzte und das letzte Bett in der ursprünglichen Auslegung des axialen Kellogg- Reaktors (wie er beispielsweise in Fig. 1A der US-4 755 362 gezeigt ist). In dieser neuen Ausführung ist die Auslegung noch die Anordnung mit "drei Betten, einer Abschreckung, einem Zwischenaustauscher", jedoch mit den folgenden wesentlichen Unterschieden:
  • - Der Austauscher (S2), der sich noch in einer zentralen Position befindet, ist koaxial zu dem ersten und zweiten Bett (C1, C2) eingesetzt und wird mantelseitig mit dem Gas gespeist, das teilweise reagiert hat und das zweite Bett verläßt, und rohrseitig durch das Frischgas.
  • - Die Abmessungen des ersten und zweiten Betts bleiben die gleichen wie bei den ursprünglichen, während das ursprüngliche dritte und vierte Bett miteinander kombiniert werden (C3).
  • Auf diese Weise ist das Volumen des Katalysators am größten in dem neuen dritten unteren Bett (C3) und am kleinsten in dem ersten Bett . Diese Verteilung ergibt überraschend eine beträchtliche Verbesserung der Reaktorleistung. Zusätzlich kann sie in zweckmäßiger Weise in situ ausgeführt werden.

Claims (1)

1. Verfahren zum Umgestalten bestehender Reaktoren für die Synthese von Ammoniak mit vier katalytischen Betten mit einem Axialstrom (Kellogg) in situ, dadurch gekennzeichnet, daß
- die ersten beiden oberen Betten in situ so umgestaltet werden, daß das Gas durch sie mit einem Radialoder Axial-Radialstrom hindurchgeht,
- die beiden verbleibenden unteren Betten zu einem einzigen Bett kombiniert werden, durch welches das Gas entweder radial oder axial-radial strömt,
- das Abkühlen zwischen den zwei oberen Betten erfolgt, wobei ein wärmeaustauscher eingesetzt ist, um das Gas zwischen dem zweiten Bett und dem dritten kombinierten Bett zu kühlen.
DE8989122323T 1988-12-21 1989-12-04 Reaktoren fuer heterogene synthesen. Expired - Lifetime DE68906006T2 (de)

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