DE914131C

DE914131C - Kontaktofen

Info

Publication number: DE914131C
Application number: DEM12154A
Authority: DE
Inventors: Berthold Scholz
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1951-12-11
Filing date: 1951-12-11
Publication date: 1954-06-28

Description

Kontaktofen Für die katalytische Kohlenoxydhydrierung zu Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffen und sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffverbindungen, insbesondere nach F i s c h e r - T r o p s c h, hat man Kontaktöfen verwendet, in denen der Katalysator in Rohren oder in den Ringräumen zwischen konzentrischen Rohrpaaren in dünnen Schichten von etwa 10 bis 25 mm Stärke untergebracht war. Die Rohre wurden mit siedendem Druckwasser oder anderen siedenden Flüssigkeiten gekühlt und waren oben und unten in Rohrböden befestigt. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den. Katalysator um derartige Rohre anzuordnen und das Kühlmittel in die Rohre einzuführen. Beide Bauarten erforderten einen hohen Materfalaufwand und hohe Baukosten Die Kontaktöfen mit Kühlmittelrohren hatten den weiteren Nachteil, daß das Einfüllen und Austragen des Katalysators erhebliche Schwierigkeiten verursachte.
Die Nachteile der bekannten Ofen werden durch die Erfindung beseitigt. Die Vorteile der Erfindung liegen gegenüber den. bekannten Öfen, insbesondere in einem wesentlich geringeren Material aufwand und in der einfacheren. un.d bequemeren Bauart der Öfen.
Nach der Erfindung werden bei Kontaktöfen, bei denen der Katalysator um Kühlrohre angeordnet ist, die Kühlrohre zu nebeneinanderstehenden Einheiten, insbesondere Rohrreihen oder ringförmigen oder vieleckigen, z. B. sech,seclçigen Einheiten zusammengefaßt, und es werden die Rohre jeder Ein.-heit oben und unten mit einem für jede Einheit ge.-meinsamen Sammelrohr verbunden, insbesondere in Öffnungen in diesen Sammelrohren eingeschweißt. Jedes. obere Sammelrohr ist seinerseits oben. durch eine Leitung an ein' Abführungsrohr und jedes untere Sammelrohr ebenfalls durch eine Leitung an ein Zuführungsrohr angeschlossen. Man kann aber auch zwei oder mehrere Sammelrohre in derselben Weise mit einem gemeinsamen Abführungsrohr bzw. Zuführungsrohr verbinden oder ein gemeinsames Abführungsrohr und gemeinsames Zuführungsrohr für alle Sammelrohre vorsehen.
In manchen Fällen empfiehlt es sich, zwei oder mehrere Verbindungsleitungen von einem Sammelrohr zu dem bzw. den Zuführungs- bzw. Abführungsrohren anzuordnen. Durch das bzw. die Zuführungsrohre wird das Kühlmittel den Sammelrohren und über diese den Kühlrohren zugeführt.
Aus den Kühlrohren gelangt ein Gemisch von Wasserdampf und Flüssigkeit durch die Sammelrohre und das bzw. die Abführungsrohre inl einzeln Verdampfer oder Abscheider, in dem sich Dampf und Flüssigkeit trennen. Die abgeschiedene Flüssigkeit wird zusammen mit frischem Kühlmittel, z. B. Kondensat bei Verwendung von, Wasserdampf als Kühlmittel, in das Zuführungsrohr zurückgeleitet.
Statt siedenden Wassers können auch. andere Kühlmittel verwendet werden, z. B. Diphenyl, oder Kühlmittel, wie Kohlenwasserstoffgemische, die einen größeren Siedebereich haben und bei denen durch den Verdampfungsvorgang eine Konzentrationsänderung in der Weise eintritt, daß im unteren Teil der Kühlrohre sich die höhersiedenden Bestandteile des Gemisches anreichern, so daß ein Temperaturgradient in der Kühlmittelsäule in den Kühlrohren auftritt. Man kann auch das siedende Kühlmittel durch die Kühlrohre im Kreislauf halten und durch Eänbanten oder Füllkörper in den Kühlrohren einen Druckabfall und damit eine Erniedrigung der Siedetemperatur des Kühlmittels beim Durchgang durch dli,e Kühlrohre schaffen.
Die Erfindung hat den. Vorteil, daß der Mantel des Kontaktofens nur unter dem Druck des Synthesegases steht, der in den meisten Fällen wesentlich geringer ist als der Druck des siedenden Kühlmittels. Diesem höheren Druck sind nur die Kühlrohrwandungen und die Wandungen der Sammelrohre sowie die Zu- und. Abführungen ausgesetzt.
Man gelangt auf diese Weise zu einer wesentlich günstigeren Druckbeanspruchung der Apparatur, da ein Überdruck innerhalb des Kontaktofens nur in. den Rohren entsteht und da ferner diese Rohre mit verhältnismäßig kleinen Querschnitten angewendet werden können, so daß man mit entsprechend geringen Wandstärken der Rohre auskommt. Ferner entsteht der Vorteil, daß das Einbringen und Austragen des Kontaktes wesentlich erleichtert wird, da die Kontakträume von oben und unter gut zugänglich sind. Außerdem ist der Ausgleich der Wärmedehnung bei dem Kontaktofen gemäß der Erfindung wesentlich günstiger als bei der Anordnung der Rohre in Roh,rboden.. Auch die Überwachung der Apparatur wird erleichtert.
Insbesondere kann am Mantel des. Kontaktofens bei Revisionen jede Schweißnaht von beiden Seiten besichtigt werden. Werden nach längerer Betriebszeit Rohre z. B. durch Korrosion undicht, so können sie mit geringem Aufwand erneuert werden, da jede! Rohreinheit leicht für sidh. aus dem Ko,nF taktofen herausgenommen, instand gesetzt und wieder eingebaut werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung liegen darin. daß der Kühlmittelinhalt des Kontaktofens verhältnismäßig klein und die Anheizzeit des Ofens entsprechend kurz ist und auch die Dampfraumbelastung (Ausdampfziffer) niedrig gehalten werden kann. Schließlich sind auch die Einrichtungen für die Trennung des. Kühlmitteldampfes von der Kühlflüssigloeit und. für seine Abführung aus dem Kontaktofen einfacher als bei den bekannten Öffen.
Die Kühlrohre jeder Einheit, die an dem Mantel des Kontaktofens liegen, z.B. bei durchgehenden Rohrreihen die äußeren Rohre einer jeden Rohrreihe, erhalten vorteilhaft einen größeren Durchmesser als die übrigen Rohre. Zweckmäßig wird der Durchmesser der am Kontaktofenmantel liegenden Rohre so groß gewählt, daß diese Rohre der einzelnen Rohreinheiten sich unmittelbar berühren und aneinanderliegen. Dadurch w.ird vermieden, daß der Kontakt mit dem Mantel des Kontaktofens in Berührung tritt. Der Raum zwischen den äußeren Rohren und dem Mantel des Kontaktofens wird zweckmäßig gegen den Durchtritt von Gase!n abgeschlossen, wa.s z. B. du.rch Ausfüllen des Raumes mit Füllstoffen, Kitten, Asbest od. dgl. geschehen kann.
Der Verdampfer, dem der mit flüssigem Kühlmittel gemischte Dampf des Kühllmittels zugeführt wird, wird zweckmäßig als Ringraum, z.B. Ringrohr, ausgebildet, das den oberen Teils des Kontaktofens umgibt. Die Ableitungen für den Dampf und die Flüssigkeit liegen dabei zweckmäßig ein geeignetes Stück von der Mündung des Zuführungsrohres in das Ringrohr entfernt, damit im Ringrohr eine möglichst vollständige Abscheidung der Flüssigkeit aus dem Dampf gelingt. Vorteilhaft wird das frische Kühlmittel in das Ringrohr eingeführt.
Man erreicht dadurch, daß es, auf d.ie erforderliche Eintrittstemperatur erwärmt, in die Kühlrohre gelangt. Dabei empfiehlt es sich, den Eintritt des frischen KühlmitteLs an eine Stelle des Ringrohres zu legen, die von dem Austritt des. flüssigen Kühlmittels aus dem Ringrohr einen gen.ügendenl Abstand hat, so daß ein möglichst vollständiger Temperaturausgleich zwischen dem frischen Kühlmittel und dem aus dem Kühlmitteldampf abgeschiedenen Kühlmittel erzielt wird.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung.
Fig. I ist ein senkrechter Schnitt durch den Kontaktofen, der senkrecht zu den Reihen der Kühlmittelrohre verläuft; Fig. 2 ist ein Schnitt Dach Linie a-b in Fig. I, Fig. 3 ein Schnitt nach Linie c-d in Fig. 2; in Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform des Kontaktofens gemäß der Erfindungsform dargestellt.
1 ist der Mantel des Kontaktofens, der oben den Deckel 2 und an seinem unteren zusammengezogenen Ende den Deckel 3 hat. Die Kühlrohre 4 sind zu Reihen zusammengefiaßt und mit ihren oberen Enden in Sammelrohre 5 und mit ihren unteren Enden in Sammelrohre 6 eingeschweißt. Von den oberen Sammelrohren 5 führen Leitungen 8 zu dem gemeinsamen Abführungsrohr 9, das in den ringförmigen Verdampfer 14 mündet. Die unteren Sammelrohre 6 sind durch Leitungen 11 mit dem Zuführungsrohr I2 verbunden. Die beiden äußeren Rohre 7 jeder Reihe haben einen größeren Durchmesser als die übrigen Rohre, so daß sich die Außenrohre der Reihen unmittelbar berühren.
Auf diese Weise wird erreicht, daß der in die Räume zwischen den Kühlrohren eingeführte KonF takt nicht an den Ofenman.tel gelangen kann, was zu unerwunsohten Temperaturunterschieden und zu einer stärkeren Wärmeübertragung an den Ofen mantel führen würde. Außerdem hat diese Ausführung der Rohrreihenl den Vorteil, daß die Außenrohre den Reihen eine bessere Standfestigkeit ver-Reihen. Insbesondere wird die Gefahr, daß infolge Wärmedehnung die einzelnen Rohre aus ihrer senkrechten Lage abweichen, wesentlich vermindert.
Ein weiterer Schutz gegen das Verziehen der Rohre kann dadurch erreicht werden, daß zwischen die Rohrreihe, etwa in der Mitte der Rohrlänge oder an anderen geeigneten Stellen, Distanzstücke z. B. in Form von beispielsweise waagerechten Stäben eingelegt werden.
Im Kontaktofen ist unten ein Ring I3 befestigt.
Auf diesen Ring stützen sich die Außenrohre der Rohrreihe, so daß deren Gewicht von dem Ring I3 aufgenommen wird. Gegebenenfalls können in der Mitte des Ofens unter den unteren Sammelrohren noch z. 13. eine oder zwei vorteilhaft zentrisch liewende Unterstützungsrippen od. dgl. 22 (Fig.4) vorgesehen sein.
Unter den Sammelrohren 6 befindet sich der zweckmäßig mehrteilige un.d abklappbare gasdurchlässige Boden I5, der den Kontakt trägt und durch den die Leitungen II hindurchgeführt sind.
Das Ausführungsrohr g mündet in den Verdampfer 14, der als Ringrohr ausgebildet ist und den Kontaktofen oben umgibt. Das Ringrohr wird zweckmäßig aus zwei oder mehreren gebogenen oder geraden Stücken montiert, die zweckmäßig, z. B. durch Verschweißung, miteinander verbunden sind. Aus dem Verdampfer wird der Dampf durch die Leitung' I6 abgeführt, während das flüssige Kühlmittel durch d.ie Leitung 17 in die Zuführungsleitung I2 zurückkehrt.
Frisches Kühlmittel kann dem Ringraum durch die Leitung I8 zugeführt werden. Es gelangt dann zusammen. mit der aus dem Dampf abgeschiedenen Flüssigkeit aus dem Ringraum 14 ebenfalls durch die Leitung I7 in die Kühlmittelzuführung I2. Die Leitungen 16 und I7 sind am Ringrohr z. B. um I800 versetzt zu den Mündungen der Leitungen I2 und I8 angeordnet. Vorteilhaft wird die Leitung 17 nicht senkrecht vom Ringrohr zur Zuführung 12, sondern z. B. nach einer Schraubenllinie gewunden ausgebildet.
Man kann' auch den oberen Teil des Mantels I konisch verjüngen und den Verdampfer 14 über den konisch verjüngten, Teil des Mantels legen.
Daraus ergibt sich eine Raumersparnis. Außerdem wird der Deckel 2 oben entsprechend kleiner im Durchmesser, was bei der Ausführu.ng der Syn these unter Druck konstruktivel Vorteile hat.
Das Synthesegas gelangt durch. den Stutzen 19 in den Ofen und wird unten aus dem Ofen durch den Stutzen 20 labgeführt. Es kann aber auch in umgekehrter Richtung strömen. Auch sind noch andere Änderungen und Ausgestaltungen des Kontaktofens möglich, die bei der Kohlenoxydhydrie rung an sich bekannt sind. Der Zwischenraum 21 zwischen den äußeren Rohren der Rohrreihen und dem Mantel 1 wird zweckmäßig mit geeigneten Füllmassen od. dgl. ausgefüllt.
Der Kontaktofen nach Flug. 4 ist in ähnlicher Weise ausgebildet, doch ist in diesem Kontaktofen die Zahl der Kühlrohre 4, die zu einer Einheit zusammengefaßt sind, kleiner gewählt, und zwar list die Anordnung so getroffen,, daß die Kühl rohre auf jeder Seite des Ofens für sich zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Für jede Seite des Kontaktofens ist jel ein Zuführungsrohr 12 und ein Abfühnungsrohr g vorgesehen. Man erreicht dadurch geringere Dampfgeschwindigkeit in den Sammel-und Abführungsrohren.
B ei spiel Für die mehr oder weniger weitgehende Entfernung von Kohlenoxyd aus Stadtgas durch katalytische Kohlenoxydhydrierung unter Gewinnting von.
Kohlenwasserstoffen od. dgl. werden z.B. erfindungsgemäß ausgebildete Kontaktöfen verwendet, die mit einem Gasdruck von etwa 3 at und einem Kühlmitteidampfdruck von etwa 40 at betrieben werden. Jeder Kontaktofen enthält 10 cbm Konr takt, und es wird als Kühlmittel siedendes Wasser verwendet.
Für diesen Kontaktofen werden erfindungsgemäß Kühlrohre mit I7 mm lichter Weite; und I,5 mm Wandstärke velrwendet. Die Rohrlänge beträgt etwa 5 m. Der Abstand zwischen je zwei Rohren von Rohrmitte zu Rohrmitte wird auf 30 mm messen, und zwar gilt dies sowohl für die Rohre jeder einzelnen Reihe als auch für die Entfernung der Rohre zweier benachbarter Reihen voneinander, so daß als die Achsen dreier ben,achbarter Rohre, in senkrechtem Schnitt zu den Rohrachsen gesehen, in den Spitzen eines gleichzeitigen Dreieckes von 30 mm Seitenlänge liegen. Es ergibt sich hierbei ein senkrechter Abstand von Außen.-wand zu Außenwand der Kühlrohre von 10 mm.
Der Durchmesser der Sammelrohre wird zweckmäßig etwas kleiner als der der Kühlrohre gemacht, um das Einfüllen und Entleeren des Kontaktes zu erleichtern. Wird der äußere Durchmesselr der Sammelrohre mit I8 mm gewählt, so ergeben. sich zwischen den Sammelrohren Spalten von 8,5 mm Weite, die ausreichen, um das Einfüllen u'nd Herausnehmen des Kontaktes ohne Schwierigkeiten durchführen zu können.
Der Mantel des Kontaktofens hat zylindrische Form, so daß die Rohrreihen von der Mitte nach den Seitein zu abnehmende Rohrzahlen erhalten.
Die mittelste Reihe enthält etwa siebenundsechzig Rohre, die kürzeste vierundzwanzig -Rohre, wenn fünfundsiebzig Rohrreihen zur Anwendung gelangen. Die dem Kontaktmantel zugekehrte Seite der beiden kürzesten Rohr reihen kann mit einer Wand, z. B. aus Blech, versehen sein, die mit den beiden Außenrohren jeder Reihe verbunden islt. Der Raum zwischen den beiden Wänden und dem Kon.ta.ktofenmantel ist nicht mit Katalysator gefüllt und gegen den Durchtritt von Gasen. abgeschlossen.
Die einzelnen Rohrreihen werden getrennt fertiggestellt, abgedrückt und nacheilnander in den Kontaktofen eingestellt. Nach dem Einbau sämtlicher Rohrreihen werden die Leitungen der oberen und unteren Sammelrohre mit dem Dampfabführuugsrohr bizw. dem Kühlwasserzuführungsrohr verschweißt.
Die Erfindung ist auch anwendbar bei Kontaktöfen, die anderen als kreisförmigen Querschnitt, z. B. rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt haben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Kontaktofen für die katalytische Hydrierung von Kohlenoxyd zu Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffen und sa,uerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffverbindungen, iin dem der Katalysator zwischen Kühlrohren ruhend angeordnet ist, dadurch. gekennzeichnet, daß d.ie Kühlrohre zu nebeneinanderstehenden Einheizen, insbesondere Reihen, Ringen od. dgl. dadurch zusammengefaßt sind, daß die oberen und unteren Enden der Kühirohreinheiten in Sammelrohren befestigt, z. B. eingeschweißt sind und daß die oberen Sammelrohre, die einen im wesentlichen gleichen oder kleineren Durchmesser als die vom Katalysator umgebenen Kühlrohre haben, durch Leitungen mit einem gemeinsamen oder mehreren Abführungsrohren für die aus dem siedenden Kühlmittel erzeugten Dämpfe und die unteren Sammelrohre durch Leitungen mit einer gemeinsamen oder mehreren Kühlmittelzuführungen verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Mantel des Kontaktofens liegenden Rohre einen so großen Durchmesser erhalten, daß sie sich gegenseitig berühren und die Berührung des Kontaktes mit dem Ofenmantel verhindern.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Außenrohren und dem Ofenmantel gegen den Gasdurchtritt z. B. durch Einbringen von Füllstoffen, Kitten od. dgl. abgeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gew kennzeichnet durch einen Dampfsammler oder Abscheider od. dgl., der den oberen Te!il des Kontaktofens umgibt und dem das Gemisch von Flüssigkeiten und Dampf, das in den Kühlrohren entsteht, durch die Sammelrohre und ein oder mehrere Abführungsrohre zugeleitet wird.
5. Vorrichtung nach. Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Dampfsammler als Ringrohr oder als ringsum geschlossene Rohrleitung mit vieleckigem Grundriß ausgebildet ist, wor bei auch das Ringrohr aus mehreren Stücken zusammengesetzt, z. B. zusammengeschweißt sein kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Dampf im Dampfsammler abgeschiedene flüssige Kühlmittel durch die Leitung I7 in die Zuführungsleitung (I2) zurückgeführt wird, wobei die Leitung (17) aus dem Dampfsammler zweckmäßig an einer Stelle abzweigt, die in größerem Abstand von der Mündung der Zuführung für die Kühlmitteldämpfe in dem Abscheider liegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch I bis 6, ge kennzeichnet durch eine Zuführung für frisches Kühlmittel in den Dampfsammler (14), die zweckmäßig im Abstand von der Mündung der Ableitung (17) für das flüssige Kühlmittel aus dem Dampfsammler mündet.
8. Vorrichtung nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohreinheiten sich mit ihren, äußeren Rohren auf einen Ring (I3) und gegebenenfalls auf Rippen od. dgl. abstützen.