WO2004052526A1 - Jacketed tube reactor comprising a bypass line for the heat transfer medium - Google Patents

Jacketed tube reactor comprising a bypass line for the heat transfer medium Download PDF

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WO2004052526A1
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Friedrich Gütlhuber
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Man Dwe Gmbh
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    • F28F2250/06Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • the invention relates to a tubular reactor according to the preamble of claim 1.
  • a jacket tube reactor is a fixed bed reactor which offers the possibility of bringing about a heat exchange between the process gas mixture reacting in the fixed bed still within the fixed bed and also between the fixed bed itself and a separate heat transfer medium.
  • the reaction can be either an endothermic or an exothermic one.
  • the fixed bed - essentially a granular catalyst - is located in the tubes (reaction tubes) of a generally vertically arranged reaction tube bundle, the two ends of which are sealed in tube plates and which are surrounded by the heat transfer medium within a reactor jacket surrounding the tube bundle.
  • the process gas mixture is fed to the tubes via a reactor hood spanning the tube plate in question and also discharged via a reactor hood spanning the other tube plate.
  • the heat transfer medium - often a salt bath - is circulated by means of a circulation pump and heated or cooled by a heat exchanger depending on the type of reaction process.
  • pumps and heat exchangers are usually outside the reactor jacket. Accordingly, the heat transfer medium enters the reactor jacket in the vicinity of a tube sheet and emerges from it in the vicinity of the other tube sheet.
  • entry and / or exit points for the heat transfer medium can also be located in intermediate planes of the reactor jacket.
  • a modern jacket tube reactor can contain up to 30,000 tubes or more - in the interest of a uniform reaction sequence and thus a high yield and good selectivity of the reaction product, it is important to find temperature differences in the heat transfer medium of the reactor jacket to keep small and above all to create the same possible flow conditions for all tubes.
  • ring channels surrounding the reactor jacket have already been provided for the supply and removal of the heat transfer medium, and in the interior of the jacket distributor and deflection plates for the heat transfer medium - cf. about DE-A-2 207 166, which is assumed in the generic term -.
  • alternating annular and disk-shaped deflection plates serve to bring about essentially transverse flows within the tube bundle by imparting a meandering course to the globally longitudinal flow within the reactor jacket.
  • a heat exchanger in the form of a cooler is arranged in a slide-controllable shunt circuit to a main heat transfer circuit containing the reactor, circulation pump and an electric heater.
  • the main flow passing through the reactor also inevitably changes, which in turn brings about changes in the inflow conditions for the individual reaction tubes.
  • the pump must be sized accordingly in order to Driving phase of the reactor with cold and therefore relatively high viscosity heat transfer medium to be able to take into account the correspondingly high flow resistance of the same in the reactor.
  • Changing the pump throughput on the other hand, for example by changing the speed, is relatively difficult to achieve.
  • the invention is intended to remedy this. It is therefore based on the task of designing the heat exchange system in a tubular casing reactor in accordance with the preamble of claim 1 in such a way that the delivery capacity of the circulating pump in question is as low as possible at a constant nominal speed thereof and is independent of the heat output occurring in the reactor and of the viscosity of the heat transfer medium can.
  • the relevant additional bypass makes it possible to compensate for any reduction or enlargement of the partial quantity passed through the heat exchanger without changing the pump output.
  • the bypass in the start-up phase of the reactor when the heat transfer medium is still cold and therefore viscous enables the reaction vessel to be partially bypassed and thus the size and power requirements of the circulation pump and drive unit to be kept low.
  • DE-A-1 963 394 already shows a jacket tube reactor with an external circulation pump and, in addition, a heat exchanger arranged in a shunt circuit, a controllable bypass being connected in parallel to the heat exchanger.
  • the aim is to ensure that the circulation quantity passing through the heat exchanger and through the reaction vessel are constant at all load ranges.
  • the bypass appears to be dimensioned such that it is only able to accommodate the partial flow that otherwise passes through the heat exchanger.
  • FIG. 1 is a schematic of a jacket tube reactor with external heat exchanger, external circulation pump and bypass according to the present invention
  • FIG. 3 shows a diagram with regard to the size of the individual partial flows as a function of the relevant valve position in different operating states of the arrangement according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a diagram comparable to that of FIG. 1, but with a reactor with subdivided ring channels
  • FIG. 5 is a diagram similar to that of FIG. 4, but with a different valve arrangement
  • 6 is a diagram similar to that of FIG. 5, but with a practical implementation of the bypass within a valve arrangement
  • FIG. 8 is a diagram similar to that of FIG. 4, but with a modified line routing and valve arrangement
  • FIG. 9 is a diagram of a similar slide valve, as can be used according to FIG. 8,
  • FIG. 10 is a diagram similar to that of FIG. 1, but with a suction pressure increasing pre-pressure pump in connection with the circulation pump,
  • FIG. 11 is a diagram similar to that of FIG. 4, but with two circulation pumps on diametrically opposite sides of the reactor,
  • FIG. 12 is a diagram similar to that of FIG. 11, but with a single heat exchanger
  • FIG. 13 shows an application diagram of the invention with a multi-zone reactor
  • 16 shows a further application diagram of the invention with a multi-zone reactor
  • 17 shows an application diagram of the invention with a single-zone reactor with three ring channels
  • FIG. 21a) and b) a schematic elevation or horizontal section similar to FIG. 20a) or b), but with the flow direction reversed and in connection with the lower reactor zone arranged circulation pump,
  • a jacket tube reactor 2 with two ring channels 4 and 6 in the vicinity of the upper and lower end of the reaction vessel 8 is shown, the process gas mixture reacting therein - only exemplary - from top to bottom, from the heat transfer medium, however, viewed globally from bottom to top, ie in countercurrent to the process gas mixture, is flowed through.
  • the heat transfer medium is fed from the upper, ie in this case the heat transfer outlet-side ring channel 4 via a line 10 to a circulating pump 12 which conveys the heat transfer medium via a line 14 to the lower ring channel 6 and thus back into the reaction container 8.
  • a partial flow of the heat carrier conveyed by the circulation pump 12 passes via a heat exchanger 16, such as a cooler, within a valve-controlled shunt circuit 18 back to the inlet 20 of the circulation pump 12, through which it is admixed to the main stream supplied to the reactor 2 through line 14.
  • the circulation pump 12 is also connected in parallel with a likewise valve-controlled bypass 22, which is likewise able to return a partial flow of the heat carrier conveyed by the circulation pump to its inlet 20.
  • bypass 22 can also, as indicated by dashed lines in FIG. 1, lie in the shunt circuit 18 containing the heat exchanger 16. It can be seen that the valves 24 and 26 of the shunt circuit 18 or the bypass 22 can then also be replaced by a single multi-way valve, as is the case according to FIG. 2.
  • an electric heater 30 is connected to them according to FIG. 1 in a further shunt circuit, 28, as is provided in many cases when the reactor is started up heat still cold heat transfer media to a temperature suitable for starting the reaction.
  • the shunt circuit 28 is also shown valve-controlled, but it has been shown that the valve 32 in question can usually be omitted without damage.
  • the partial flow passing through the heater is stopped by a stationary throttle element or the like. Expediently limited to ⁇ 5%, preferably ⁇ 3%, of the total amount of heat transfer medium circulated.
  • An electric heater can also be replaced by a steam or flue gas heated or a fired heater.
  • the throughput through the bypass 22 in the start-up phase of the reactor is controlled as a function of the heat transfer medium such that the reaction vessel 8 and, if appropriate, also the heat exchanger 16 (at least if the latter is a cooler) are still relatively cold and thus viscous heat transfer media are largely avoided, while the throughput is regulated by the bypass in stationary operation of the reactor so that the throughput through the reaction vessel 8 remains largely constant regardless of the heat output to be removed or supplied.
  • This constant throughput can be achieved according to the invention with a constant pump output. It is of great importance for a constant flow against the reaction tubes present in the reaction container 8, since the local flow conditions within the reaction container also change as the flow rate of the heat transfer medium changes. For example, turbulent flow could change to laminar flow or take a different route at deflection points due to reduced centrifugal effects. Furthermore, a constant pump throughput under operating conditions is important for an optimal design of the circulating pump.
  • the pump output can be changed if necessary, for example for a programmed change in output of the reactor. This can be done by changing the speed or changing the geometry of the pump, but these are relatively complex measures that one tries to avoid.
  • FIG. 2 shows an arrangement as shown in principle in FIG. 1, more precisely with a bypass 22 arranged in the shunt circuit 18 with the heat exchanger 16 (as in FIG 1), an advantageous embodiment.
  • the same reference numbers are used for this, as continues.
  • the two valves 24 and 26 are replaced in series with the heat exchanger 16 or in the bypass 22 by a common multi-way valve, 34.
  • mixers 38 and 40 are now provided at the inlet of the circulation pump 12 and at the junction of the bypass 22 with the return line 36 from the heat exchanger 16.
  • a mixer could also occur at the outlet of the circulating pump 12 or in the ring channel, here ring channel 6, on the heat carrier inlet side.
  • Mixers such as the mixers 38 and 40 from FIG. 2, can also be provided at all points that are suitable for this in the exemplary embodiments described below, even if not specifically shown.
  • Fig. 3 the previously described Steuer point. Control process with reference to an arrangement illustrated in principle in FIG. 2 using a diagram.
  • the valve path or stroke of the valve 34 is plotted on the abscissa thereof, while the ordinate indicates the throughput V B through the bypass 22 as well as that V c through the heat exchanger 16.
  • I which is considered for starting the reactor, the bypass 22 is largely open, while the flow through the heat exchanger 16 is blocked, at least on the assumption that this is a cooler.
  • FIG. 4 shows a jacket tube reactor 50 which is largely the same as the reactor 2 from FIG. 1, but in which the circulation pump 12 with its lines 10 and 14 on the one hand and the shunt circuit 18 containing the heat exchanger 16 together with the bypass 22 at various points on the ring channels 4 and 6 are connected. Contrary to the illustration, these locations can also occur, for example, on diametrically opposite sides of the reactor 50.
  • the two ring channels 4 and 6 are each divided by a vertical partition 52 and 54, respectively, and the respective lines 14 and 56, respectively, are branched by the pump 12 and the heat exchanger 16, the two branches of line 56 are also provided with continuously adjustable valves 58 in order to be able to distribute the relevant inflow in the desired manner between the two ring channel ends 60 and 62 formed by the partition wall 52. It is understood that the valves 58 could also be replaced by a common multi-way valve, possibly in the form of a flap.
  • FIG. 5 shows the same jacket tube reactor 50 with the same connected circulation pump 12 as in FIG.
  • FIG. 6 shows an arrangement basically like that according to FIG. 4, but the multi-way valve 34 is combined with the bypass 22 in a single valve unit 68, as is shown schematically in FIG. 7. Thereafter, a line 70 coming from the ring channel 6 enters the valve unit 68, as does the discharge line 36 from the heat exchanger 16. On the other hand, the inlet line 64 to the heat exchanger 16 emerges from the valve unit 68, as does the line 56 to the ring channel 4.
  • valve unit 68 The functioning of the valve unit 68 can be seen from FIGS. 7a) - c), which show the valve unit 68 in different phases.
  • V R ⁇ , V Ro , V and V Co correspond to the designations also entered in FIG. 6.
  • V B forms the bypass flow, as was the case with the previously described embodiments passes through the bypass channel 22.
  • FIG. 7a corresponds to the start-up phase of the reactor, in which the heat transfer medium still has to be heated up, or the state in the event of an interruption in operation.
  • the state according to Fig. 7b) corresponds to the "control phase" in the operation of the reactor.
  • Fig. 7c) would correspond to the full load state, where the entire partial flow branched off at the circulation pump flows over the heat exchanger, the bypass is therefore deactivated. According to the invention, this state should only be reached in exceptional cases. Since the valve slide 76 is always pressurized on both sides, except in the case of FIG. 7 a), where the incoming heat transfer medium can flow freely, it is essentially relieved of pressure, so that it can be adjusted easily and sensitively. The valve 24 in the line 26 can also be omitted under certain circumstances, since the partial flow V C ⁇ conducted via the heat exchanger 16 is anyway controlled by the valve unit 68.
  • FIG. 8 shows a jacket tube reactor 90 which is essentially the same as the reactor 50 from FIGS. 4 to 6, but in which the circulating pump 12 and the shunt circuit 18 containing the heat exchanger 16 and bypass 22 are connected to one another, ie along one and the same jacket line of the reactor lying Points are connected to the ring channels 4 and 6.
  • two separate lines 96 and 98 enter a multi-way valve 100 from the two sections 92 and 94 of the ring channel 6, as is shown schematically in FIG. 9 with further elements.
  • the line 64 to the heat exchanger 16 and the bypass 22 emerge from the valve 100, just as the outlet line 36 from the heat exchanger 16 merges with the bypass 22 before entering the annular channel 4.
  • the subsequent return line 56 is branched from the outset, and throttle elements 102 are installed in both branches, in order to determine the distribution of the heat transfer medium between the two sections 60 and 62 of the ring channel 4.
  • the throttle bodies 102 thus replace the two valves 58 from FIGS. 4 to 6, which generally only need to be set once.
  • expansion tanks 104 and 106 above the circulating pump 12 and the heat exchanger 16 are shown, as are usually used to keep the entire heat transfer circuit completely filled with heat transfer medium and to maintain a certain minimum pressure therein and create a compensation volume.
  • the multi-way valve 100 together with the bypass 22 and the throttle elements 102 is shown schematically as a common valve unit 108 similar to the previously described valve unit 68 in FIG. 9.
  • the valve unit 108 has a valve housing 110 with a valve bore 112 and a plurality of channels 114-124 opening laterally therein, and a symmetrical valve slide 126. If we refer to FIG. 8, lines 96 and 98 open into channels 118 and 120 and line 36 into channel 122, while line 64 from channel 124 and two branches of line 56 from channels 114 and 116 out.
  • the throttle bodies 102 are in the ca channels 114 and 116 installed.
  • the bypass 22 is integrated in the valve unit 108.
  • the slide rod 128 runs upwards through a further container 130 filled with heat transfer medium, next to the expansion container 106, to a cylinder-piston unit 132 for actuating the valve slide 126.
  • Fig. 10 shows an arrangement similar to that of Fig. 1 with the bypass 22 in the position shown in dashed lines there, although the direction of flow of the heat transfer medium is reversed, i.e. the heat transfer medium, seen from top to bottom, passes through the reaction vessel 8.
  • the connections on the ring channels 4 and 6 are simply interchanged.
  • pre-pressure pump 136 in the case shown consisting of an injector, which is operated with a partial flow of the heat carrier conveyed by the circulating pump and branched off from the discharge line 138 of the circulating pump 12 and which feeds into the feed line 140 of the circulating pump, whereby Heat carrier is sucked out of an expansion tank 142 comparable to the expansion tank 106 from FIG. 7. 10 could of course also take the form of an additional pump impeller on the shaft of the circulation pump 12.
  • Such a pre-pressure pump of any type is to avoid the pressure on the suction side of the circulating pump 12 dropping to a value that is so low that cavitation occurs, as is otherwise to be feared, particularly in the case of a relatively compact design of a powerful pump.
  • a cavitation-protected circulation pump for a jacket bath-cooled jacket tube reactor is taken from FR 2 660 375 AI known.
  • this pump which pumps from bottom to top, a partial flow of the heat transfer medium is returned from the pump outlet within the pump housing to the pump inlet, while at the same time a certain minimum level of the heat transfer medium above the pump outlet is maintained by the partial flow in the pump housing.
  • cavitation alone cannot be prevented by such measures, regardless of whether the pump is pumping from bottom to top or from top to bottom.
  • a compensating line 146 opens into a riser pipe 144 within the container 142, into which a degassing line 148 in turn opens out from the inside of the reaction container 8. Since there is generally a substantially higher pressure inside the reaction vessel 8 than in the expansion vessel 142, a throttle 149 is installed in the degassing line 148.
  • FIG. 11 shows an arrangement similar to that according to FIG. 3 (apart from the mixers 38 and 40 shown there), but in a symmetrical arrangement on diametrically opposite sides of a jacket tube reactor 150 with correspondingly halves 154 on both sides by dividing walls 152 and 153 and 156 or 158 and 160 divided ring channels 4 and 6. Both sides are completely the same.
  • the arrangement according to FIG. 11 essentially corresponds to that according to DE-34 09 159 AI with the exception that there is a common heat exchanger between the connection points of the circulation pumps connected to the ring channels and a bypass is missing.
  • FIG. 12 shows a similar arrangement with a jacket tube reactor 162 with two diametrically opposite circulation pumps 12, but with a common one connected to the ring channels 4 and 6 at an intermediate point Heat exchanger 16 - so far more comparable with DE 34 09 159 AI -.
  • the ring channel 4 in this example corresponds completely to the ring channel 4 according to FIG. 11, the ring channel 6 is divided by a helical partition 164 into two sections 166 and 168 tapering away from the feed point of the respective pumps 12, as seen in isolation , but for both ring channels, is known from DE 43 26 643 AI. It has been shown that such a subdivision, as shown in FIG. 12 for the ring channel 6, essentially brings advantages only for the ring channel on the heat carrier inlet side.
  • a single multi-way valve 170 which in principle can be constructed similarly to the valve unit 68 from FIG. 7, is located at the feed point of the heat transfer medium subjected to the heat exchange in the ring channel 4 on the heat transfer outlet side instead of two separate valves.
  • the valve 170 can be omitted without disadvantage in such a ring channel system without disadvantage, since the two heat transfer streams fed into the reaction vessel 8 via the ring channel sections 166 and 168 mix sufficiently.
  • the helical partition 164 shown in FIG. 12 could also be replaced by an approximately Z-shaped angled section with a longer horizontal section, as in the parallel patent application PCT / EP02 / 14188 "ring channel for the supply and discharge of the heat transfer medium shown on a tubular reactor ".
  • the overlap of the ring channel sections 166 and 168 expediently makes up between 1 and 100%, preferably between 20 and 100% and most suitably between 50 and 100% of the total length of the ring channel.
  • FIG. 13 shows a multi-zone jacket tube reactor 180 with two reaction vessels 182 and 184 which adjoin one another at the end, similar to the reaction vessel 8 approximately from FIG. 1, each with two ring channels 4 and 6 at their two ends.
  • Both like this Reactor zones formed, I and II, have the same heat transfer circuit systems with a circulation pump 12 connected on one side to the respective ring channels 4 and 6 and a bypass 22 containing a heat exchanger 16 and a bypass 22 on the diametrically opposite side connected to the same ring channels. That the two Circulation pumps 12 in FIG. 13, in contrast to the heat exchangers 16, are shown lying at the same height, to symbolize that, together with their drives, they are expediently arranged on one level for constructional reasons.
  • a common expansion tank 104 is shown above both circulation pumps 12 only as an example. Of course, separate expansion tanks could also be provided. Furthermore, in contrast to FIG. 13, the global heat transfer streams in the two reactor zones I and II could also be in opposite directions, as well as in opposite directions to the reaction gas mixture passing through the reactor.
  • a pre-pressure pump such as the pre-pressure pump 136 from FIG. 10, can again be added to one or both of the circulation pumps 12.
  • both reaction vessels, 182 and 184 can have separate tubes with possibly different number and arrangement of tubes, which end in adjacent tube sheets, or can have a common, continuous tube and only through one around the tubes more or less sealing cutting disc to be separated from each other on the heat carrier side.
  • 14 shows a similar multi-zone reactor 180, in which the two heat transfer circuits are, however, linked to one another and have their own heat exchanger 16, although they have separate circulating pumps 12 and bypasses 22.
  • Another difference here is that the heat carrier flow through the reaction vessels 182 and 184 here - only by way of example - takes place in the opposite sense, ie in countercurrent to the reaction gas mixture.
  • FIG. 15 again shows a similar multi-zone reactor 180 with two circulation pumps 12 and a common heat exchanger 16.
  • this arrangement is essentially comparable to that according to FIG. 13.
  • apart from the common heat exchanger 16 it differs from this in that the global directions of flow of the heat carrier through the reaction vessels 182 and 184 are opposite.
  • the heat transfer medium passes through the reaction vessel 182 in countercurrent to the reaction gas mixture, it moves in the same way in the reaction vessel 184.
  • the directions of passage could of course also be reversed.
  • the expansion tank 16 of the heat exchanger 16 according to DE-A-2 207 166 can be dimensioned such that the heat exchanger tube bundle can be pulled out through it for repair or maintenance work without the heat transfer medium for this purpose must be drained.
  • zone II schematically shows a multi-zone jacket tube reactor 190 with two successive zones I and II, only separated from one another by a separating disc 192, each with two ring channels 4 and 6 in connection with a single circulation pump 12, a single heat exchanger 16 and a single to bypass 22. While there are alternating annular and disk-shaped deflection plates 194 and 196 in reactor zone I, as are known, for example, from DE-A-2 201 528, zone II contains a single annular deflection plate 194. Both zones are in the form of a heat transfer circuit connected to one another, the heat transfer medium, viewed globally, passes through in countercurrent to the reaction gas mixture.
  • heat medium which has passed through the heat exchanger 16 only enters directly into the lower zone, II, which, in the event that the heat exchanger 16 is a cooler, can also simply be an unreactive cooling zone.
  • the upper zone I is cooled in this case only in that the cooled heat transfer medium from zone II returns via a return line 198 to the inlet of the circulating pump 12, from which the main stream then enters zone I through the lower ring channel 6.
  • the reaction tubes in the zone II can be filled with an inert material instead of a catalyst.
  • FIG. 17 shows a variant compared to FIG. 16 with a type of multi-zone reactor 200, in which two successive zones I and II with continuous tubing are separated from one another by an intermediate heat transfer inlet zone III instead of by a separating disk, and accordingly only a total of three ring channels, 202, 204 and 206.
  • the heat transfer medium which is conveyed by a single circulation pump 12 and in part in a shunt circuit 18 via a heat exchanger 16, enters the heat transfer zone III through the central ring channel 204 in order to branch into a partial flow which flows from bottom to top the reactor zone I passes through and another partial stream which enters the reactor zone II from above and leaves it through the lowermost ring channel, 206.
  • the subsequent return line 198 is drawn in a valve-controllable manner, but this is not mandatory.
  • the process gas mix from bottom to top through reactor 200, but a top-to-bottom passage could also be used here. It is only essential that the two reactor zones I and II are flowed through in opposite directions by the heat transfer medium.
  • FIG. 18 shows a variant compared to FIG. 17 with a multi-zone reactor with only two ring channels 202 and 204, while the ring channel 206 together with the line 198 in the interior of the reaction vessel 208 concerned is replaced by pipes 212 leading to the windows 210 of the ring channels 202.
  • the tubes 212 as symbolized by the small arrows drawn on them, can each have a plurality of inlet and outlet openings in different planes.
  • the height of a single reactor zone is advantageously between 10 and 80%, preferably between 20 and 80%, of the total height of all reactor zones.
  • FIG. 19 shows a single-zone jacket tube reactor 220, in this respect similar to reactor 2, for example according to FIG. 1, but in contrast to this, in addition to the two terminal ring channels 4 and 6, a further ring channel, 222, is provided.
  • the ring channel 222 is connected via a valve-controlled line 224 to the line 10 leading from the ring channel 4 to the circulating pump 12, which in this case is also valve-controlled.
  • the main heat carrier flow supplied to the reaction vessel 226 through the ring channel 6 can be divided in any desirable manner into two partial streams, one of which already exits through the ring channel 222, while the other flows through the rest of the reaction vessel up to the ring channel 4.
  • the valve le in lines 10 and 224 can be replaced by a multi-way valve.
  • the reaction gas mixture passes through the reactor 220 from bottom to top. Assuming that the reaction taking place therein is an endothermic reaction and accordingly the heat exchanger 16 forms a heater, the reaction gas mixture entering can be preheated more or less intensively. In the same way, after-cooling could also take place in the case of an exothermic reaction and reverse flow.
  • mixers can be provided at points that are suitable for this, in order to uniformly temper the respectively conducted heat carrier flows, as well as generally expansion tanks, degassing elements, admission pressure pumps and the like. Can find use.
  • a multi-zone reactor such as the multi-zone reactor 180 shown in FIG. 14, can also be designed with more than two zones and with a corresponding number of pumps, although several zones can have one or more heat exchangers in common.
  • a four-zone reactor with four pumps and two heat exchangers that are common to two zones can be built, just as a common heat exchanger is conceivable for all zones. All pumps or at least their drives are expediently arranged at the same height laterally above the reactor.
  • Each pump and each heat exchanger can be equipped with an expansion tank 15, like the expansion tanks 104 or 106 shown in FIG. 15.
  • the expansion tanks can communicate with one another, as is already apparent in principle from DE-A-2 207 166, or common expansion tanks can be used for several pumps and / or heat exchangers , In the latter cases, the expansion tanks can complement each other.
  • the pumps are not arranged at the same height, there may be leakages between adjacent zones, especially when a pump is switched off, through the respective cutting disc. In this case, the excess resulting in the lowest zone can be discharged into a tank, from where it is returned to the top zone.
  • the heat exchangers with the pumps are arranged essentially at the same level, there is the advantage that the heat exchanger tube bundle can be removed and installed without the heat transfer medium having to be drained off for this purpose. This also applies if, in the case of heat exchangers in the form of evaporative coolers, the bundle of cooler tubes with the steam drum is assembled with water and / or droplet separators and the like.
  • the process used in such a multi-zone reactor can be a multi-stage, the number of process stages need not be the same as that of the reactor zones.
  • acrolein is produced from propylene and in the other two stages from acrylic acid.
  • the heat transfer medium in the individual stages can, depending on the requirements of each stage, be run globally in cocurrent or in countercurrent with respect to the process gas stream.
  • a hot gaseous medium mostly air, which is not critical for the catalyst, is passed through the contact tubes of the reactor until they have warmed to a temperature above the melting point of the heat transfer medium.
  • the gas throughput and the temperature rise for the preheating time are calculated.
  • the heating rate is limited so that the reactor does not suffer any damage.
  • Additional devices, such as pumps, heaters and pipes, can be preheated by trace heating.
  • the already liquefied heat transfer medium is filled in. If the circulation pump is in operation, the liquid heat transfer medium, which is further heated, for example, by an electric heater such as heater 30 (FIG. 1), can be used to heat up to the operating temperature.
  • the heating process can be carried out in stages. Initially, only the heat transfer circuit of the first zone with the heat transfer medium filled can be started up and heated with the heater switched on. To heat the second zone, hot gas is passed through the contact tubes, which is further heated in the first zone that has already been put into operation. The second zone is preheated until the heat transfer medium can also be filled in there. If this has happened, the second zone can be further heated via the heat transfer medium on the part of its own heater, or a bypass can be provided via which the second zone can be heated by the heater of the first zone. Such a bypass may also be useful for starting the reaction. A lot of heat is often required for this, since only one component of the process gas mixture is initially charged to the reactor.
  • the reactor naturally does not generate any heat.
  • the heater is usually not designed for start-up performance.
  • the remaining heat is extracted from the heat transfer medium, which cools down accordingly.
  • the amount of heat transfer medium from several zones can be used via the bypass mentioned.
  • reactors If several reactors are arranged one behind the other, they can be heated and filled in succession in a similar manner.
  • the catalyst in the reactor is to be conditioned, tempered or otherwise treated with a medium, such as a gas mixture, this depends on the nature of the catalyst.
  • the treatment in question usually takes place after the heat transfer medium has been filled in at the appropriate temperature. Before filling, the heat transfer medium is usually preheated and melted in a separate tank.
  • Corresponding suggestions can be found, for example, in the paper "Molten Salt for Heat Transfer" by H.P. Voznick and V.W. Uhl in Chemical Engineering, May 27, 1963, pages 129-135.
  • FIGS. 20 to 23 show circulation pump arrangements of the kind that can be used in particular in connection with the invention on jacket tube reactors in which the inlet and outlet of the circulation pump are further apart than the connections of the relevant ring channels for the supply and discharge of the heat transfer medium.
  • FIG. 20 shows in a partially sectioned elevation or a horizontal section a circulating pump 230 in the form of an axial pump on a two-zone jacket tube reactor 234 with the reactor zones 236 and 238 and accordingly four ring channels 240, 242, 244 and 246 Pump 230 connected to the upper reactor zone, 236. It contains a pump impeller 248 within a pump housing 250 and on a vertical shaft 252 which passes through an expansion tank 254 above the pump housing 250 and is directly driven by an electric motor (not shown) located thereover.
  • the pump housing 250 contains a channel 256, which widens downward in the direction of flow, in the nozzle direction, in which, in the example shown, flow guide vanes 258 and 260 are located in front of and behind the pump impeller 248.
  • the pump housing 250 connects with an inlet 262 and an outlet 264 directly to the two ring channels 240 and 242 of the upper reactor zone 236 of the reactor 234. Since their distance is less than that of the inlet and outlet of the pump 230, the outlet 264 is cranked sideways.
  • the outlet 264 of the pump 230 branches off on both sides as it enters the annular channel 242, with additional baffles 266 and 268 ensuring an orderly flow guidance. Similar baffles, such as baffle 268 in particular, can also be provided at the inlet 262 of the pump housing, as shown in FIG. 20b).
  • FIG. 21 shows a circulation pump 270 at the lower zone 238 of the two-zone reactor 234 on the assumption that the global axial flow direction of the heat carrier is reversed with respect to the upper zone 236.
  • the inlet 272 of the pump 270 is connected to the lower ring channel 246, the reactor zone 238, while the outlet 274 coming from above opens into the ring channel 244, since it is often advisable for cavitation reasons to have the pump pumped from top to bottom ,
  • the heat transfer medium is guided through a vertical section 276 to the entry of the pump.
  • the pump 270 of the lower reactor zone 238 is expediently arranged at the same level as the pump 230 of the upper zone 236 from FIG. 20.
  • the expansion tanks become correspondingly 254 all pumps can be arranged at the same height.
  • the pump shaft 252 is mounted above the respective expansion tank 254 in order to be able to reliably protect its mounting and its drive from corrosion in a simple manner.
  • the entry and exit of the ring channels 244 and 246 can also be equipped with baffles such as 266 and 268.
  • bend of the outlet 264 of the pump 230 or of the inlet 272 of the pump 270 can also be provided on both sides of the respective pump housing.
  • FIG. 22 shows how, in the case of a circulation pump 280 similar to the pump 230 from FIG. 20, inlet 282 and outlet 284 can surround the actual pump housing 286.
  • FIG. 23 shows a circulation pump 290 in connection with the ring channels 244 and 246 of the lower reactor zone 238 similar to the circulation pump 270 of FIG. 21, but now the inlet 292 surrounds the actual pump housing 294. With 296 are arranged within the inlet 292 baffles, as they could also occur in the outlet 284 of the circulation pump 280 of FIG. 22 as well.
  • FIG. 23a) shows schematically how, for example, a form pump 298 in the form of an injector similar to the form pump 136 from FIG. 10 can be connected to the circulating pump in question, in order to keep the expansion tank low and, accordingly, to keep the pump shaft 252 short, despite the risk of cavitation can .

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Abstract

The invention relates to a jacketed tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) for catalytic gas phase reactions. Said reactor comprises a reaction vessel (8; 182; 184; 208; 226) in the form of a reaction tube bundle, surrounded by a reactor jacket and bathed in by a liquid heat transfer medium, at least one recirculating pump (12; 230, 270; 280; 290) for the heat transfer medium, which is located outside the reaction vessel, at least one heat exchanger (16) that is connected in parallel to the recirculating pump and at least one bypass line (22) that is likewise connected in parallel to the recirculating pump. Said reactor is characterised in that the throughput of the heat transfer medium through the bypass line is controlled during the starting phase of the reactor, when the heat transfer medium is still relatively cold and therefore highly viscous, in such a way that the reaction vessel is partially bypassed, whilst said throughput in the stationary phase of the reactor is automatically controlled in accordance with the current heat exchanger performance that is to be achieved, in such a way that the throughput of the heat transfer medium passing through the reaction vessel remains essentially constant.

Description

MANTELROHRREAKTOR MIT EINEM BYPASS FÜR DEN WARMETRAGER SHEATH TUBE REACTOR WITH A BYPASS FOR THE HEAT CARRIER
Die Erfindung betrifft einen Mantelrohrreaktor gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a tubular reactor according to the preamble of claim 1.
Ein Mantelrohrreaktor ist ein Festbettreaktor, der die Möglichkeit bietet, zwischen dem in dem Festbett reagierenden Prozeßgasgemisch noch innerhalb des Festbetts wie auch zwischen dem Festbett selbst und einem separaten Wärmeträger einen Wärmeaustausch herbeizuführen. Dabei kann die Reaktion prinzipiell sowohl eine endotherme wie auch eine exotherme sein. Das Festbett - im wesentlichen ein granulärer Katalysator - befindet sich in den Rohren (Reaktionsrohren) eines allgemein vertikal angeordneten Reaktionsrohrbündels, deren beide Enden abgedichtet in Rohrböden festgelegt sind und die innerhalb eines das Rohrbündel umgebenden Reaktormantels von dem Wärmeträger umspült werden. Das Prozeßgasgemisch wird den Rohren über eine den betreffenden Rohrboden überspannende Reaktorhaube zu- und ebenso über eine den anderen Rohrboden überspannende Reaktorhaube abgeführt. Der Wärmeträger - häufig ein Salzbad - wird mittels einer Umwälzpumpe umgewälzt und von einem Wärmetauscher je nach der Art des Reaktionsprozesses erwärmt bzw. gekühlt. Pumpe wie Wärmetauscher liegen heutzutage gewöhnlich außerhalb des Reaktormantels. Entsprechend tritt der Wärmeträger in der Nähe eines Rohrbodens in den Reaktormantel ein und in der Nähe des anderen Rohrbodens aus ihm aus . Zur Erzielung eines bestimmten, für die Reaktion wünschenswerten Temperaturprofils entlang den Reaktionsrohren können sich Ein- und/oder Austrittsstellen für den Wärmeträger auch noch in dazwischenliegenden Ebenen des Reaktormantels befinden. Um für sämtliche Rohre des Reaktors - ein moderner Mantelrohrreaktor kann bis zu 30000 Rohre oder mehr enthalten - im Interesse eines einheitlichen Reaktionsablaufs und damit einer hohen Ausbeute und guten Selektivität des Reaktionsprodukts ein möglichst gleiches Temperaturprofil zu erhalten, kommt es darauf an, Temperaturunterschiede im Wärmeträger innerhalb des Reaktormantels klein zu halten und vor allem möglichst gleiche Anströmverhältnisse für alle Rohre zu schaffen. Zu diesem Zweck hat man bereits den Reaktormantel umschließende Ringkanäle für die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers sowie im Mantelinneren Verteiler- und Umlenkbleche für den Wärmeträger vorgesehen - vergl . etwa DE-A-2 207 166, wovon im Gattungsbegriff ausgegangen wird - . Während Verteilerbleche eine gewünschte Verteilung des Wärmeträgers über den Reaktorquerschnitt bewirken sollen, dienen miteinander abwechselnde ring- und scheibenförmige Umlenkbleche zur Herbeiführung im wesentlichen quergerichteter Strömungen innerhalb des Rohrbündels, indem sie der global gesehen längsgerichteten Strömung innerhalb des Reaktormantels einen mäanderartigen Verlauf vermitteln.A jacket tube reactor is a fixed bed reactor which offers the possibility of bringing about a heat exchange between the process gas mixture reacting in the fixed bed still within the fixed bed and also between the fixed bed itself and a separate heat transfer medium. In principle, the reaction can be either an endothermic or an exothermic one. The fixed bed - essentially a granular catalyst - is located in the tubes (reaction tubes) of a generally vertically arranged reaction tube bundle, the two ends of which are sealed in tube plates and which are surrounded by the heat transfer medium within a reactor jacket surrounding the tube bundle. The process gas mixture is fed to the tubes via a reactor hood spanning the tube plate in question and also discharged via a reactor hood spanning the other tube plate. The heat transfer medium - often a salt bath - is circulated by means of a circulation pump and heated or cooled by a heat exchanger depending on the type of reaction process. Nowadays, pumps and heat exchangers are usually outside the reactor jacket. Accordingly, the heat transfer medium enters the reactor jacket in the vicinity of a tube sheet and emerges from it in the vicinity of the other tube sheet. In order to achieve a certain temperature profile along the reaction tubes which is desirable for the reaction, entry and / or exit points for the heat transfer medium can also be located in intermediate planes of the reactor jacket. In order to obtain the same temperature profile for all tubes of the reactor - a modern jacket tube reactor can contain up to 30,000 tubes or more - in the interest of a uniform reaction sequence and thus a high yield and good selectivity of the reaction product, it is important to find temperature differences in the heat transfer medium of the reactor jacket to keep small and above all to create the same possible flow conditions for all tubes. For this purpose, ring channels surrounding the reactor jacket have already been provided for the supply and removal of the heat transfer medium, and in the interior of the jacket distributor and deflection plates for the heat transfer medium - cf. about DE-A-2 207 166, which is assumed in the generic term -. While distributor plates are intended to effect a desired distribution of the heat transfer medium across the reactor cross-section, alternating annular and disk-shaped deflection plates serve to bring about essentially transverse flows within the tube bundle by imparting a meandering course to the globally longitudinal flow within the reactor jacket.
Nach der letztgenannten Literaturstelle ist ein Wärmetauscher in Gestalt eines Kühlers in einem schiebersteuerbaren Nebenschlußkreis zu einem über Reaktor, Umwälzpumpe und eine elektrische Heizung enthaltenden Hauptwärmeträgerkreislauf angeordnet. Damit soll die Gesamtanlage hinsichtlich der Betriebstemperatur flexibel und für Reparaturen einfach zugänglich sowie der Kühler nur geringen thermischen Wechselbeanspruchungen unterworfen sein. Indessen ändert sich bei konstanter Pumpenleistung unter wechselnden Betriebsbedingungen mit einer Veränderung des durch den Kühler hindurchtretenden Teilstroms zwangsläufig auch der durch den Reaktor hindurchtretende Hauptstrom, was wiederum Veränderungen der Anströmverhältnisse für die einzelnen Reaktionsrohre mit sich bringt. Zudem muß die Pumpe entsprechend groß ausgelegt werden, um in der An- fahrphase des Reaktors bei noch kaltem und damit verhältnismäßig hochviskosem Wärmeträger dem entsprechend hohen Strömungswiderstand desselben im Reaktor Rechnung tragen zu können. Eine Veränderbarkeit des Pumpendurchsatzes andererseits, etwa durch Drehzahländerung, ist verhältnismäßig schwierig zu verwirklichen.According to the latter literature reference, a heat exchanger in the form of a cooler is arranged in a slide-controllable shunt circuit to a main heat transfer circuit containing the reactor, circulation pump and an electric heater. This means that the entire system should be flexible with regard to the operating temperature and easily accessible for repairs, and the cooler should only be subjected to low thermal alternating stresses. However, with constant pump output under changing operating conditions, with a change in the partial flow passing through the cooler, the main flow passing through the reactor also inevitably changes, which in turn brings about changes in the inflow conditions for the individual reaction tubes. In addition, the pump must be sized accordingly in order to Driving phase of the reactor with cold and therefore relatively high viscosity heat transfer medium to be able to take into account the correspondingly high flow resistance of the same in the reactor. Changing the pump throughput on the other hand, for example by changing the speed, is relatively difficult to achieve.
Hier nun soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Ihr liegt von daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Mantelrohrreaktor gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 das Wärmetauschsystem so auszubilden, daß die Förderleistung der betreffenden Umwälzpumpe bei konstanter Nenndrehzahl derselben möglichst gering und unabhängig von der im Reaktor jeweils anfallenden Wärmeleistung wie auch von der Viskosität des Wärmeträgers sein kann.The invention is intended to remedy this. It is therefore based on the task of designing the heat exchange system in a tubular casing reactor in accordance with the preamble of claim 1 in such a way that the delivery capacity of the circulating pump in question is as low as possible at a constant nominal speed thereof and is independent of the heat output occurring in the reactor and of the viscosity of the heat transfer medium can.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß maßgeblich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben darüber hinausgehend vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten und Weiterbildungen an.This object is achieved according to the invention with the features of claim 1. The subclaims also indicate advantageous design options and further developments.
Der betreffende zusätzliche Bypass gestattet es, eine jede Verringerung oder Vergrößerung der durch den Wärmetauscher hindurchgeleiteten Teilmenge ohne Veränderung der Pumpenleistung zu kompensieren. Ebenso ermöglicht es der Bypass in der Anfahrphase des Reaktors bei noch kaltem und damit zähem Wärmeträger, den Reaktionsbehälter teilweise zu umgehen und damit Größe und Leistungsbedarf der Umwälzpumpe samt Antriebsaggregat gering zu halten.The relevant additional bypass makes it possible to compensate for any reduction or enlargement of the partial quantity passed through the heat exchanger without changing the pump output. Likewise, the bypass in the start-up phase of the reactor when the heat transfer medium is still cold and therefore viscous enables the reaction vessel to be partially bypassed and thus the size and power requirements of the circulation pump and drive unit to be kept low.
Wenn hier und im folgenden von "Bypass" die Rede ist, so soll dies den erfindungsgemäß hinzutretenden Nebenschluß von dem Nebenschlußkreis unterscheiden, in dem der Wärmetauscher liegt . DE-A-1 963 394 zeigt zwar bereits einen Mantelrohrreaktor mit außenseitiger Umwälzpumpe und dazu in einem Nebenschlußkreis angeordnetem Wärmetauscher, wobei dem Wärmetauscher ein steuerbarer Bypass parallelgeschaltet ist. Hier allerdings soll erreicht werden, daß zugleich die durch den Wärmetauscher und die durch den Reaktionsbehälter hindurchtretende Umwälzmenge bei allen Belastungsbereichen konstant sind. Dies zusammen ist aber naturgemäß nur mit veränderlicher Pumpenleistung möglich. Zudem erscheint der Bypass so bemessen, daß er nur den anderweitig durch den Wärmetauscher hindurchtretenden Teilstrom aufzunehmen vermag.If "bypass" is mentioned here and in the following, this should distinguish the shunt to be added according to the invention from the shunt circuit in which the heat exchanger is located. DE-A-1 963 394 already shows a jacket tube reactor with an external circulation pump and, in addition, a heat exchanger arranged in a shunt circuit, a controllable bypass being connected in parallel to the heat exchanger. Here, however, the aim is to ensure that the circulation quantity passing through the heat exchanger and through the reaction vessel are constant at all load ranges. However, this is of course only possible with variable pump output. In addition, the bypass appears to be dimensioned such that it is only able to accommodate the partial flow that otherwise passes through the heat exchanger.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Von diesen zeigt :Various exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings. Of these shows:
Fig. 1 ein Schema eines Mantelrohrreaktors mit außenliegendem Wärmetauscher, außenliegender Umwälzpumpe und Bypass nach vorliegender Erfindung,1 is a schematic of a jacket tube reactor with external heat exchanger, external circulation pump and bypass according to the present invention,
Fig. 2 eine Alternative für die rechtsseitig in Fig. 1 auftretenden Kreislaufelemente,2 shows an alternative for the circuit elements occurring on the right-hand side in FIG. 1,
Fig. 3 ein Diagramm bezüglich der Größe der einzelnen Teilströme in Abhängigkeit von der betreffenden Ventilstellung bei verschiedenen Betriebszuständen der Anordnung nach Fig. 2,3 shows a diagram with regard to the size of the individual partial flows as a function of the relevant valve position in different operating states of the arrangement according to FIG. 2,
Fig. 4 ein Schema vergleichbar demjenigen von Fig. 1, jedoch mit einem Reaktor mit unterteilten Ringkanälen,4 shows a diagram comparable to that of FIG. 1, but with a reactor with subdivided ring channels,
Fig. 5 ein Schema ähnlich demjenigen von Fig. 4, jedoch mit anderer Ventilanordnung, Fig. 6 ein Schema ähnlich demjenigen von Fig. 5, jedoch mit einer praktischen Realisierung des Bypasses innerhalb einer Ventilanordnung,5 is a diagram similar to that of FIG. 4, but with a different valve arrangement, 6 is a diagram similar to that of FIG. 5, but with a practical implementation of the bypass within a valve arrangement,
Fig. 7a) - c) ein Schema eines Dreiwege-Schieberventils in verschiedenen Stellungen,7a) - c) a diagram of a three-way slide valve in different positions,
Fig. 8 ein Schema ähnlich demjenigen von Fig. 4, jedoch mit geänderter Leitungsführung und Ventilanordnung,8 is a diagram similar to that of FIG. 4, but with a modified line routing and valve arrangement,
Fig. 9 ein Schema eines ähnlichen Schieberventils, wie es nach Fig. 8 Anwendung finden kann,9 is a diagram of a similar slide valve, as can be used according to FIG. 8,
Fig. 10 ein Schema ähnlich demjenigen von Fig. 1, jedoch mit einer ansaugdruckerhöhenden Vordruckpumpe in Verbindung mit der Umwälzpumpe,10 is a diagram similar to that of FIG. 1, but with a suction pressure increasing pre-pressure pump in connection with the circulation pump,
Fig. 11 ein Schema ähnlich demjenigen von Fig. 4, jedoch mit zwei Umwälzpumpen auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten des Reaktors,11 is a diagram similar to that of FIG. 4, but with two circulation pumps on diametrically opposite sides of the reactor,
Fig. 12 ein Schema ähnlich demjenigen von Fig. 11, jedoch mit einem einzigen Wärmetauscher,12 is a diagram similar to that of FIG. 11, but with a single heat exchanger,
Fig. 13 ein AnwendungsSchema der Erfindung mit einem Mehrzonenreaktor,13 shows an application diagram of the invention with a multi-zone reactor,
Fig. 14 ein anderes Anwendungsschema der Erfindung mit einem Mehrzonenreaktor,14 shows another application scheme of the invention with a multi-zone reactor,
Fig. 15 wiederum ein anderes AnwendungsSchema der Erfindung mit einem Mehrzonenreaktor,15 is yet another application scheme of the invention with a multi-zone reactor,
Fig. 16 ein weiteres AnwendungsSchema der Erfindung mit einem Mehrzonenreaktor, Fig. 17 ein Anwendungsschema der Erfindung mit einem Einzonenreaktor mit drei Ringkanälen,16 shows a further application diagram of the invention with a multi-zone reactor, 17 shows an application diagram of the invention with a single-zone reactor with three ring channels,
Fig. 18 eine Alternative zu der Anordnung nach Fig. 17,18 shows an alternative to the arrangement according to FIG. 17,
Fig. 19 ein anderes AnwendungsSchema der Erfindung mit einem Einzonenreaktor mit drei Ringkanälen,19 shows another application scheme of the invention with a single-zone reactor with three ring channels,
Fig. 20a) und b) einen schematischen Aufriß bzw. Horizontalschnitt einer am Reaktormantel eines Zweizonenreaktors kurzer Baulänge in Verbindung mit der oberen Zone angeordneten Umwälzpumpe,20a) and b) a schematic elevation or horizontal section of a short pump length arranged on the reactor jacket of a two-zone reactor in connection with the upper zone,
Fig. 21a) und b) einen schematischen Aufriß bzw. Horizontal- schnitt ähnlich Fig. 20a) bzw. b) , jedoch bei umgekehrter Strömungsrichtung und in Verbindung mit der unteren Reaktorzone angeordneter Umwälzpumpe,21a) and b) a schematic elevation or horizontal section similar to FIG. 20a) or b), but with the flow direction reversed and in connection with the lower reactor zone arranged circulation pump,
Fig. 22a) - c) einen schematischen Aufriß bzw. Horizontalschnitte in verschiedenen Ebenen bei einer Pumpenanordnung ähnlich derjenigen von Fig. 20, jedoch mit die Umwälzpumpe umgebendem Auslaß derselben und22a) - c) a schematic elevation or horizontal section in different planes with a pump arrangement similar to that of FIG. 20, but with the outlet surrounding it and
Fig. 23a) und b) einen schematischen Aufriß bzw. Horizontalschnitt bei einer Pumpenanordnung ähnlich derjenigen von Fig. 21, jedoch mit die Umwälzpumpe umgebendem Einlaß derselben und bei umgekehrter Strömungsrichtung.23a) and b) a schematic elevation or horizontal section in a pump arrangement similar to that of FIG. 21, but with the inlet surrounding the circulation pump and with the flow direction reversed.
In Fig. 1 ist, nur von außen sichtbar, ein Mantelrohrreaktor 2 mit zwei Ringkanälen 4 und 6 in der Nähe des oberen bzw. unteren Endes des Reaktionsbehälters 8 gezeigt, der von dem darin reagierenden Prozeßgasgemisch - nur beispielhaft - von oben nach unten, von dem Wärmeträger jedoch global gesehen von unten nach oben, d.h. im Gegenstrom zu dem Prozeßgasgemisch, durchströmt wird. Dazu wird der Wärmeträger aus dem oberen, d.h. in diesem Fall wärmeträgeraustrittsseitigen Ringkanal 4 über eine Leitung 10 einer Umwälzpumpe 12 zugeführt, die den Wärmeträger über eine Leitung 14 zu dem unteren Ringkanal 6 und damit in den Reaktionsbehälter 8 zurückfördert. Ein Teilstrom des von der Umwälzpumpe 12 geförderten Wärmeträgers gelangt über einen Wärmetauscher 16, wie zum Beispiel Kühler, innerhalb eines ventilgesteuerten Nebenschlußkreises 18 zurück zum Einlaß 20 der Umwälzpumpe 12, durch die er dem durch die Leitung 14 dem Reaktor 2 zugeführten Hauptstrom zugemischt wird. Der Umwälzpumpe 12 des weiteren parallelgeschaltet ist ein ebenso ventilgesteuerter Bypass 22, der gleichfalls einen Teilstrom des von der Umwälzpumpe geförderten Wärmeträgers zu deren Einlaß 20 zurückzuführen vermag.In Fig. 1, is only visible from the outside, a jacket tube reactor 2 with two ring channels 4 and 6 in the vicinity of the upper and lower end of the reaction vessel 8 is shown, the process gas mixture reacting therein - only exemplary - from top to bottom, from the heat transfer medium, however, viewed globally from bottom to top, ie in countercurrent to the process gas mixture, is flowed through. For this purpose, the heat transfer medium is fed from the upper, ie in this case the heat transfer outlet-side ring channel 4 via a line 10 to a circulating pump 12 which conveys the heat transfer medium via a line 14 to the lower ring channel 6 and thus back into the reaction container 8. A partial flow of the heat carrier conveyed by the circulation pump 12 passes via a heat exchanger 16, such as a cooler, within a valve-controlled shunt circuit 18 back to the inlet 20 of the circulation pump 12, through which it is admixed to the main stream supplied to the reactor 2 through line 14. The circulation pump 12 is also connected in parallel with a likewise valve-controlled bypass 22, which is likewise able to return a partial flow of the heat carrier conveyed by the circulation pump to its inlet 20.
Alternativ kann der Bypass 22 auch, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, in dem den Wärmetauscher 16 enthaltenden Nebenschlußkreis 18 liegen. Man erkennt dabei, daß die Ventile 24 und 26 des Nebenschlußkreises 18 bzw. des Bypasses 22 dann auch durch ein einziges Mehrwegeventil ersetzt sein können, wie dies im übrigen nach Fig. 2 der Fall ist.As an alternative, the bypass 22 can also, as indicated by dashed lines in FIG. 1, lie in the shunt circuit 18 containing the heat exchanger 16. It can be seen that the valves 24 and 26 of the shunt circuit 18 or the bypass 22 can then also be replaced by a single multi-way valve, as is the case according to FIG. 2.
Auf der den Leitungen 10 und 14 gegenüberliegenden Seite der Ringkanäle 4 und 6 ist an diese gemäß Fig. 1 in einem weiteren Nebenschlußkreis, 28, ein Elektro-Aufheizer 30 angeschlossen, wie er in vielen Fällen dazu vorgesehen ist, beim Anfahren des Reaktors den zunächst noch kalten Wärmeträger bis auf eine zum Anlaufen der Reaktion geeignete Temperatur aufzuheizen. Auch der Nebenschlußkreis 28 ist ventilgesteuert dargestellt, doch hat sich gezeigt, daß das betreffende Ventil 32 zumeist ohne Schaden entfallen kann. In diesem Fall wird der durch den Auf- heizer hindurchtretende Teilstrom durch ein stationäres Drosselelement oder dergl . zweckmäßigerweise auf < 5 %, vorzugsweise < 3 %, der gesamten umgewälzten Wärmeträgermenge begrenzt . An die Stelle eines Elektro-Aufheizers kann auch ein dampf- oder rauchgasbeheizter oder ein befeuerter Aufheizer treten.On the opposite side of the lines 10 and 14 of the ring channels 4 and 6, an electric heater 30 is connected to them according to FIG. 1 in a further shunt circuit, 28, as is provided in many cases when the reactor is started up heat still cold heat transfer media to a temperature suitable for starting the reaction. The shunt circuit 28 is also shown valve-controlled, but it has been shown that the valve 32 in question can usually be omitted without damage. In this case, the partial flow passing through the heater is stopped by a stationary throttle element or the like. Expediently limited to <5%, preferably <3%, of the total amount of heat transfer medium circulated. An electric heater can also be replaced by a steam or flue gas heated or a fired heater.
Erfindungsgemäß wird nun der Durchsatz durch den Bypass 22 in der Anfahrphase des Reaktors in Abhängigkeit von der Wärmeträgertemperatur so gesteuert, daß Reaktionsbehälter 8 wie ggf. auch Wärmetauscher 16 (jedenfalls dann, wenn es sich bei letzterem um einen Kühler handelt) von dem noch verhältnismäßig kalten und damit zähflüssigen Wärmeträger weitgehend umgangen werden, während der Durchsatz durch den Bypass im stationären Betrieb des Reaktors so geregelt wird, daß der Durchsatz durch den Reaktionsbehälter 8 unabhängig von der jeweils ab- bzw. zuzuführenden Wärmeleistung weitgehend konstant bleibt. Diese Konstanz des Durchsatzes läßt sich erfindungsgemäß mit konstanter Pumpenleistung erreichen. Sie ist für eine gleichbleibende Anströmung der im Reaktionsbehälter 8 vorhandenen Reaktionsrohre von großer Bedeutung, da sich mit wechselnder Strö- mungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers innerhalb des Reaktionsbehälters innerhalb desselben auch die lokalen Anströmverhältnisse ändern. So etwa könnte turbulente Strömung in laminare Strömung übergehen oder an Umlenkstellen infolge verringerter Fliehkrafteffekte einen anderen Weg nehmen. Weiter ist ein jedenfalls unter Betriebsbedingungen konstanter Pumpendurchsatz für eine optimale Auslegung der Umwälzpumpe von Bedeutung.According to the invention, the throughput through the bypass 22 in the start-up phase of the reactor is controlled as a function of the heat transfer medium such that the reaction vessel 8 and, if appropriate, also the heat exchanger 16 (at least if the latter is a cooler) are still relatively cold and thus viscous heat transfer media are largely avoided, while the throughput is regulated by the bypass in stationary operation of the reactor so that the throughput through the reaction vessel 8 remains largely constant regardless of the heat output to be removed or supplied. This constant throughput can be achieved according to the invention with a constant pump output. It is of great importance for a constant flow against the reaction tubes present in the reaction container 8, since the local flow conditions within the reaction container also change as the flow rate of the heat transfer medium changes. For example, turbulent flow could change to laminar flow or take a different route at deflection points due to reduced centrifugal effects. Furthermore, a constant pump throughput under operating conditions is important for an optimal design of the circulating pump.
Selbstverständlich läßt sich im Bedarfsfall die Pumpenleistung ändern, etwa für eine programmierte Leistungsänderung des Reaktors . Derartiges kann durch Drehzahländerung oder Änderung der Geometrie der Pumpe erfolgen, doch sind dies verhältnismäßig aufwendige Maßnahmen, die man zu vermeiden sucht.Of course, the pump output can be changed if necessary, for example for a programmed change in output of the reactor. This can be done by changing the speed or changing the geometry of the pump, but these are relatively complex measures that one tries to avoid.
Fig. 2 zeigt bei einer Anordnung, wie sie prinzipiell in Fig. 1 dargestellt ist, genauer gesagt bei in dem Nebenschlußkreis 18 mit dem Wärmetauscher 16 angeordnetem Bypass 22 (wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) , eine vorteilhafte Ausgestaltung. Soweit die dargestellten Elemente mit denjenigen aus Fig. 1 übereinstimmen, sind dafür, wie auch weiterhin, die gleichen Bezugszahlen verwendet.FIG. 2 shows an arrangement as shown in principle in FIG. 1, more precisely with a bypass 22 arranged in the shunt circuit 18 with the heat exchanger 16 (as in FIG 1), an advantageous embodiment. Insofar as the elements shown correspond to those from FIG. 1, the same reference numbers are used for this, as continues.
Nach Fig. 2 sind die beiden Ventile 24 und 26 in Reihe mit dem Wärmetauscher 16 bzw. im Bypass 22 durch ein gemeinsames Mehrwegeventil, 34, ersetzt. Darüber hinaus aber sind am Einlauf der Umwälzpumpe 12 sowie an der Zusammenführung des Bypasses 22 mit der Rücklaufleitung 36 vom Wärmetauscher 16 nun Mischer 38 bzw. 40 vorgesehen. Ebenso könnte ein Mischer aber auch am Ausgang der Umwälzpumpe 12 oder in dem wärmeträgereintritts- seitigen Ringkanal, hier Ringkanal 6, auftreten. Für die Erzielung möglichst gleicher Rohrwandtemperaturen innerhalb eines jeden horizontalen Reaktorquerschnitts ist es nämlich von hoher Bedeutung, daß die im Reaktionsbehälter 8 auftretende WärmeträgerStrömung keine, vor allem keine beliebige Schichtung aufweist.2, the two valves 24 and 26 are replaced in series with the heat exchanger 16 or in the bypass 22 by a common multi-way valve, 34. In addition, however, mixers 38 and 40 are now provided at the inlet of the circulation pump 12 and at the junction of the bypass 22 with the return line 36 from the heat exchanger 16. Likewise, a mixer could also occur at the outlet of the circulating pump 12 or in the ring channel, here ring channel 6, on the heat carrier inlet side. To achieve the same tube wall temperatures within each horizontal reactor cross section, it is of great importance that the heat carrier flow occurring in the reaction vessel 8 has no, especially no, stratification.
Mischer, wie die Mischer 38 und 40 aus Fig. 2 können im übrigen ebenso, auch wenn nicht eigens dargestellt, an allen dafür in Betracht kommenden Stellen bei den nachfolgend noch beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.Mixers, such as the mixers 38 and 40 from FIG. 2, can also be provided at all points that are suitable for this in the exemplary embodiments described below, even if not specifically shown.
In Fig. 3 ist der vorausgehend bereits geschilderte Steuerbzw. Regelvorgang unter Bezugnahme auf eine Anordnung prinzipiell nach Fig. 2 anhand eines Diagramms veranschaulicht. Auf der Abszisse desselben ist der Ventilweg oder Hub des Ventils 34 aufgetragen, während die Ordinate den betreffenden Durchsatz VB durch den Bypass 22 wie auch denjenigen Vc durch den Wärmetauscher 16 angibt. In einer ersten Phase, I, die für das Anfahren des Reaktors in Betracht kommt, ist der Bypass 22 weitgehend geöffnet, während der Durchfluß durch den Wärmetauscher 16, jedenfalls unter der Annahme, daß es sich bei diesem um einen Kühler handelt, versperrt ist. In diesem Fall tritt ein hoher Volumenanteil des von der Umwälzpumpe 12 geförderten Wärmeträgerstroms anstatt durch den Reaktionsbehälter 8 infolge des dort vergleichsweise geringen Strömungswiderstandes durch den Bypass 22 hindurch, wodurch die Pumpe 12 entlastet wird. Ist sodann durch Auf eizung des Wärmeträgers unter gleichzeitiger Verringerung von dessen Viskosität ein stationärer Betriebszustand erreicht (Phase II) , so wird der Durchsatz VB durch den Bypass 22 in Abhängigkeit vom Durchsatz Vc durch den Wärmetauscher 16 fortan so geregelt, daß die Summe der Durchsätze VB und V und damit auch der Durchsatz durch Pumpe 12 und Reaktionsbehälter 8 konstant bleibt. Die Darstellung geht von der Annahme aus, daß der Durchsatz Vc durch den Wärmetauscher 16 seinerseits in Abhängigkeit von der jeweils auszutauschenden Wärmeleistung gesteuert wird.In Fig. 3, the previously described Steuerbzw. Control process with reference to an arrangement illustrated in principle in FIG. 2 using a diagram. The valve path or stroke of the valve 34 is plotted on the abscissa thereof, while the ordinate indicates the throughput V B through the bypass 22 as well as that V c through the heat exchanger 16. In a first phase, I, which is considered for starting the reactor, the bypass 22 is largely open, while the flow through the heat exchanger 16 is blocked, at least on the assumption that this is a cooler. In this case occurs a high volume fraction of the heat carrier flow conveyed by the circulation pump 12 instead of through the reaction vessel 8 due to the comparatively low flow resistance through the bypass 22, as a result of which the pump 12 is relieved. Then is a steady operating state achieved by heating the heat transfer medium while simultaneously reducing its viscosity (phase II), then the throughput V B through the bypass 22 is dependent on the throughput V c through the heat exchanger 16 so that the sum of the Throughputs V B and V and thus also the throughput through pump 12 and reaction vessel 8 remain constant. The illustration is based on the assumption that the throughput V c is controlled by the heat exchanger 16 in turn as a function of the heat output to be exchanged.
Fig. 4 zeigt einen dem Reaktor 2 aus Fig. 1 weitgehend gleichenden Mantelrohrreaktor 50, bei dem allerdings die Umwälzpumpe 12 mit ihren Leitungen 10 und 14 einerseits und der den Wärmetauscher 16 enthaltende Nebenschlußkreis 18 samt Bypass 22 an verschiedenen Stellen an die Ringkanäle 4 und 6 angeschlossen sind. Entgegen der Darstellung können diese Stellen auch beispielsweise auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten des Reaktors 50 auftreten. So oder so sind die beiden Ringkanäle 4 und 6 hier jeweils durch eine vertikale Trennwand 52 bzw. 54 abgeteilt und die jeweils einmündenden Leitungen 14 bzw. 56 von Seiten der Pumpe 12 bzw. des Wärmetauschers 16 entsprechend verzweigt, wobei die beiden Zweige der Leitung 56 überdies mit stufenlos verstellbaren Ventilen 58 versehen sind, um den betreffenden Zufluß in gewünschter Weise auf die beiden durch die Trennwand 52 entstandenen Ringkanalenden 60 und 62 aufteilen zu können. Es versteht sich, daß auch die Ventile 58 durch ein gemeinsames Mehrwegeventil, ggf. in Gestalt einer Klappe, ersetzt sein könnten. Fig. 5 zeigt einen gleichen Mantelrohrreaktor 50 mit gleich angeschlossener Umwälzpumpe 12 wie in Fig. 4, bei dem jedoch der durch den Bypass 22 hindurchtretende Teilstrom allein durch ein im Zulauf 64 zum Wärmetauscher 16 liegendes Ventil 24 steuerbar ist, wie es auch in Fig. 1 auftritt. In diesem Fall wird der von der Pumpe 12 geförderte Wärmeträger um so mehr durch den Bypass 22 hindurchtreten, je weiter das Ventil 24 geschlossen ist, wobei der Durchtritt durch den Reaktionsbehälter von dem Strömungswiderstand abhängt, den der Wärmeträger infolge seiner Viskosität darin findet.4 shows a jacket tube reactor 50 which is largely the same as the reactor 2 from FIG. 1, but in which the circulation pump 12 with its lines 10 and 14 on the one hand and the shunt circuit 18 containing the heat exchanger 16 together with the bypass 22 at various points on the ring channels 4 and 6 are connected. Contrary to the illustration, these locations can also occur, for example, on diametrically opposite sides of the reactor 50. Either way, the two ring channels 4 and 6 are each divided by a vertical partition 52 and 54, respectively, and the respective lines 14 and 56, respectively, are branched by the pump 12 and the heat exchanger 16, the two branches of line 56 are also provided with continuously adjustable valves 58 in order to be able to distribute the relevant inflow in the desired manner between the two ring channel ends 60 and 62 formed by the partition wall 52. It is understood that the valves 58 could also be replaced by a common multi-way valve, possibly in the form of a flap. FIG. 5 shows the same jacket tube reactor 50 with the same connected circulation pump 12 as in FIG. 4, but in which the partial flow passing through the bypass 22 can be controlled solely by a valve 24 located in the inlet 64 to the heat exchanger 16, as is also the case in FIG. 1 occurs. In this case, the heat carrier conveyed by the pump 12 will pass through the bypass 22 the further the valve 24 is closed, the passage through the reaction vessel being dependent on the flow resistance that the heat carrier finds therein due to its viscosity.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung im Grunde wie diejenige nach Fig. 4, wobei jedoch das Mehrwegeventil 34 mit dem Bypass 22 in einer einzigen Ventileinheit 68 vereinigt ist, wie sie schematisch in Fig. 7 dargestellt ist. Hiernach tritt eine vom Ringkanal 6 her kommende Leitung 70 in die Ventileinheit 68 ein, ebenso wie die Ablaufleitung 36 vom Wärmetauscher 16. Andererseits tritt aus der Ventileinheit 68 die Zulaufleitung 64 zum Wärmetauscher 16 wie auch die Leitung 56 zu dem Ringkanal 4 aus .FIG. 6 shows an arrangement basically like that according to FIG. 4, but the multi-way valve 34 is combined with the bypass 22 in a single valve unit 68, as is shown schematically in FIG. 7. Thereafter, a line 70 coming from the ring channel 6 enters the valve unit 68, as does the discharge line 36 from the heat exchanger 16. On the other hand, the inlet line 64 to the heat exchanger 16 emerges from the valve unit 68, as does the line 56 to the ring channel 4.
Die Funktionsweise der Ventileinheit 68 ist aus den Figuren 7a) - c) ersichtlich, welche die Ventileinheit 68 in verschiedenen Phasen zeigen.The functioning of the valve unit 68 can be seen from FIGS. 7a) - c), which show the valve unit 68 in different phases.
Es handelt sich um ein druckentlastetes Schieberventil mit einem Ventilgehäuse 72 und einem über eine Stange 74 verschiebbaren Ventilschieber 76. Das Gehäuse 72 enthält eine Schieberbohrung 78 und mehrere seitlich darin einmündende Kanäle 80 - 86. Beziehen wir uns wieder auf Fig. 6, so ist Kanal 80 mit der Leitung 56, Kanal 82 mit der Leitung 70, Kanal 84 mit der Leitung 36 und Kanal 86 mit der Leitung 64 verbunden. Die betreffenden Wärmeträgerströme VRι, VRo, V und VCo entsprechen den auch in Fig. 6 eingetragenen Bezeichnungen. VB bildet in diesem Fall den Bypassstrom, wie er bei den vorausgehend be- schriebenen Ausführungsbeispielen durch den Bypasskanal 22 hindurchtritt .It is a pressure-relieved slide valve with a valve housing 72 and a valve slide 76 which can be displaced via a rod 74. The housing 72 contains a slide bore 78 and a plurality of channels 80-86 opening into it laterally. If we refer again to FIG. 6, this is channel 80 connected to line 56, channel 82 to line 70, channel 84 to line 36 and channel 86 to line 64. The relevant heat transfer streams V R ι, V Ro , V and V Co correspond to the designations also entered in FIG. 6. In this case, V B forms the bypass flow, as was the case with the previously described embodiments passes through the bypass channel 22.
Bei der Ventilstellung nach Fig. 7a) tritt der von der Leitung 70 her eintreffende Wärmeträgerstrom VRo als Strom VRi ungehindert in die Leitung 56 über, während die Leitung 64 abgesperrt ist. Nach Fig. 7b) tritt der aus der Leitung 70 eintreffende Wärmeträgerstrom VRo teilweise als Strom Rι in die Leitung 56, teilweise jedoch als Strom Vcι in die Leitung 64 ein, während der aus der Leitung 36 eintreffende Rückstrom VCo vom Wärmetauscher 16 sich mit dem in die Leitung 56 übertretenden Strom VRχ mischt. Nach Fig. 7c) tritt der gesamte von der Leitung 70 her eintreffende Wärmeträgerström VRo als Strom Vcι in die Leitung 64 zum Wärmetauscher 16 über. Der Zustand nach Fig. 7a) entspricht der Anfahrphase des Reaktors, bei welcher der Wärmeträger erst noch aufgeheizt werden muß, oder dem Zustand bei einer Betriebsunterbrechung. Der Zustand nach Fig. 7b) entspricht der "Regelphase" im Betrieb des Reaktors. Fig. 7c) würde dem Vollastzustand entsprechen, wo der gesamte an der Umwälzpumpe abgezweigte Teilstrom über den Wärmetauscher fließt, der Bypass also außer Funktion gesetzt ist. Dieser Zustand dürfte erfindungsgemäß nur ausnahmsweise erreicht werden. Da der Ventilschieber 76 außer im Fall von Fig. 7a) , wo der eintreffende Wärmeträger frei abfließen kann, stets beid- seitig druckbeaufschlagt ist, ist er im wesentlichen druckentlastet, so daß er leicht und feinfühlig verstellbar ist. Das Ventil 24 in der Leitung 26 kann im übrigen unter Umständen entfallen, da ja der über den Wärmetauscher 16 geleitete Teilstrom VCχ ohnedies durch die Ventileinheit 68 gesteuert wird.In the valve position according to FIG. 7 a), the heat carrier flow V Ro arriving from line 70 passes freely into line 56 as flow V R i, while line 64 is shut off. According to FIG. 7b), the heat transfer stream V Ro arriving from line 70 enters line 56 partially as stream R ι, but partially enters line 64 as stream V c ι, while the return stream V Co arriving from line 36 enters from the heat exchanger 16 mixes with the current V R χ passing into line 56. According to FIG. 7c), the entire heat transfer stream V Ro arriving from line 70 passes as line V c ι into line 64 to heat exchanger 16. The state according to FIG. 7a) corresponds to the start-up phase of the reactor, in which the heat transfer medium still has to be heated up, or the state in the event of an interruption in operation. The state according to Fig. 7b) corresponds to the "control phase" in the operation of the reactor. Fig. 7c) would correspond to the full load state, where the entire partial flow branched off at the circulation pump flows over the heat exchanger, the bypass is therefore deactivated. According to the invention, this state should only be reached in exceptional cases. Since the valve slide 76 is always pressurized on both sides, except in the case of FIG. 7 a), where the incoming heat transfer medium can flow freely, it is essentially relieved of pressure, so that it can be adjusted easily and sensitively. The valve 24 in the line 26 can also be omitted under certain circumstances, since the partial flow V C χ conducted via the heat exchanger 16 is anyway controlled by the valve unit 68.
Fig. 8 zeigt einen im wesentlichen dem Reaktor 50 aus den Figuren 4 bis 6 gleichenden Mantelrohrreaktor 90, bei dem jedoch die Umwälzpumpe 12 und der den Wärmetauscher 16 und Bypass 22 enthaltende Nebenschlußkreis 18 an jeweils übereinander-, d.h. entlang ein und derselben Mantellinie des Reaktors liegenden Stellen an die Ringkanäle 4 und 6 angeschlossen sind. Nach Fig. 8 treten aus den beiden Abschnitten 92 und 94 des Ringkanals 6 zwei getrennte Leitungen 96 und 98 in ein Mehrwegeventil 100 ein, wie es mit weiteren Elementen schematisch in Fig. 9 dargestellt ist. Aus dem Ventil 100 tritt die Leitung 64 zum Wärmetauscher 16 sowie der Bypass 22 hervor, ebenso wie sich die Ablaufleitung 36 vom Wärmetauscher 16 mit dem Bypass 22 vor dem Eintritt in den Ringkanal 4 vereint. Im Gegensatz zu den Figuren 4 bis 6 ist hier die anschließende Rücklaufleitung 56 von vornherein verzweigt, und in beide Zweige sind Drosselorgane 102 eingebaut, um so die Aufteilung des Wärmeträgerstromes auf die beiden Abschnitte 60 und 62 des Ringkanals 4 zu bestimmen. Die Drosselorgane 102 ersetzen damit die beiden Ventile 58 aus den Figuren 4 bis 6, die ja in der Regel nur ein einziges Mal eingestellt zu werden brauchen.8 shows a jacket tube reactor 90 which is essentially the same as the reactor 50 from FIGS. 4 to 6, but in which the circulating pump 12 and the shunt circuit 18 containing the heat exchanger 16 and bypass 22 are connected to one another, ie along one and the same jacket line of the reactor lying Points are connected to the ring channels 4 and 6. According to FIG. 8, two separate lines 96 and 98 enter a multi-way valve 100 from the two sections 92 and 94 of the ring channel 6, as is shown schematically in FIG. 9 with further elements. The line 64 to the heat exchanger 16 and the bypass 22 emerge from the valve 100, just as the outlet line 36 from the heat exchanger 16 merges with the bypass 22 before entering the annular channel 4. In contrast to FIGS. 4 to 6, the subsequent return line 56 is branched from the outset, and throttle elements 102 are installed in both branches, in order to determine the distribution of the heat transfer medium between the two sections 60 and 62 of the ring channel 4. The throttle bodies 102 thus replace the two valves 58 from FIGS. 4 to 6, which generally only need to be set once.
Des weiteren sind in Fig. 8, lediglich beispielhaft, Ausdehnungsbehälter 104 und 106 über der Umwälzpumpe 12 bzw. dem Wärmetauscher 16 dargestellt, wie sie gewöhnlich dafür Verwendung finden, den gesamten Wärmeträgerkreis stets zur Gänze mit Wärmeträger gefüllt zu halten und darin einen gewissen Mindestdruck aufrechtzuerhalten und ein Kompensationsvolumen zu schaffen.Furthermore, in FIG. 8, by way of example only, expansion tanks 104 and 106 above the circulating pump 12 and the heat exchanger 16 are shown, as are usually used to keep the entire heat transfer circuit completely filled with heat transfer medium and to maintain a certain minimum pressure therein and create a compensation volume.
Das Mehrwegeventil 100 zusammen mit dem Bypass 22 und den Drosselorganen 102 ist schematisch als gemeinsame Ventileinheit 108 ähnlich der vorausgehend beschriebenen Ventileinheit 68 in Fig. 9 dargestellt. Die Ventileinheit 108 weist ein Ventilgehäuse 110 mit einer Ventilbohrung 112 und mehreren seitlich darin einmündenden Kanälen 114 - 124 sowie einen symmetrischen Ventilschieber 126 auf. Beziehen wir uns auf Fig. 8, so münden in die Kanäle 118 und 120 die Leitungen 96 und 98 und in den Kanal 122 die Leitung 36, während vom Kanal 124 die Leitung 64 und von den Kanälen 114 und 116 die beiden Zweige der Leitung 56 ausgehen. Die Drosselorgane 102 sind in die Ka- näle 114 und 116 eingebaut. Wie bei der Ventileinheit 68 ist der Bypass 22 in die Ventileinheit 108 integriert.The multi-way valve 100 together with the bypass 22 and the throttle elements 102 is shown schematically as a common valve unit 108 similar to the previously described valve unit 68 in FIG. 9. The valve unit 108 has a valve housing 110 with a valve bore 112 and a plurality of channels 114-124 opening laterally therein, and a symmetrical valve slide 126. If we refer to FIG. 8, lines 96 and 98 open into channels 118 and 120 and line 36 into channel 122, while line 64 from channel 124 and two branches of line 56 from channels 114 and 116 out. The throttle bodies 102 are in the ca channels 114 and 116 installed. As with the valve unit 68, the bypass 22 is integrated in the valve unit 108.
Wie des weiteren aus Fig. 8 ersichtlich, läuft die Schieberstange 128 durch einen weiteren mit Wärmeträger angefüllten Behälter, 130, neben dem Ausdehnungsbehälter 106 hindurch nach oben zu einer Zylinder-Kolben-Einheit 132 für die Betätigung des Ventilschiebers 126.As can also be seen from FIG. 8, the slide rod 128 runs upwards through a further container 130 filled with heat transfer medium, next to the expansion container 106, to a cylinder-piston unit 132 for actuating the valve slide 126.
Fig. 10 zeigt eine Anordnung ähnlich derjenigen von Fig. 1 mit dem Bypass 22 in der dort gestrichelt eingezeichneten Position, wobei allerdings die Strömungsrichtung des Wärmeträgers umgekehrt ist, d.h. der Wärmeträger global gesehen von oben nach unten durch den Reaktionsbehälter 8 hindurchtritt. Insoweit sind die Anschlüsse an den Ringkanälen 4 und 6 einfach vertauscht. Hinzu kommt allerdings nach Fig. 10 eine sogenannte Vordruckpumpe 136, im gezeigten Fall aus einem Injektor bestehend, der mit einem von der Ablaufleitung 138 der Umwälzpumpe 12 abgezweigten Teilstrom des von der Umwälzpumpe geförderten Wärmeträgers betrieben wird und in die Zulaufleitung 140 der Umwälzpumpe fördert, wobei Wärmeträger aus einem Ausdehnungsbehälter 142 vergleichbar dem Ausdehnungsbehälter 106 aus Fig. 7 angesaugt wird. An die Stelle der Injektor- Vordruckpumpe 136 nach Fig. 10 könnte freilich auch eine anderweitige Vordruckpumpe, etwa in Gestalt eines zusätzlichen Pumpenlaufrads auf der Welle der Umlaufpumpe 12, treten. Sinn einer solchen Vordruckpumpe jedweder Bauart ist es zu vermeiden, daß der Druck auf der Saugseite der Umwälzpumpe 12 auf einen so niedrigen Wert abfällt, daß in dieser Kavitation entsteht, wie dies anderernfalls insbesondere bei verhältnismäßig kompakter Bauweise einer leistungsstarken Pumpe zu befürchten ist .Fig. 10 shows an arrangement similar to that of Fig. 1 with the bypass 22 in the position shown in dashed lines there, although the direction of flow of the heat transfer medium is reversed, i.e. the heat transfer medium, seen from top to bottom, passes through the reaction vessel 8. In this respect, the connections on the ring channels 4 and 6 are simply interchanged. In addition, however, according to FIG. 10 there is a so-called pre-pressure pump 136, in the case shown consisting of an injector, which is operated with a partial flow of the heat carrier conveyed by the circulating pump and branched off from the discharge line 138 of the circulating pump 12 and which feeds into the feed line 140 of the circulating pump, whereby Heat carrier is sucked out of an expansion tank 142 comparable to the expansion tank 106 from FIG. 7. 10 could of course also take the form of an additional pump impeller on the shaft of the circulation pump 12. The purpose of such a pre-pressure pump of any type is to avoid the pressure on the suction side of the circulating pump 12 dropping to a value that is so low that cavitation occurs, as is otherwise to be feared, particularly in the case of a relatively compact design of a powerful pump.
Eine kavitationsgeschützte Umwälzpumpe für einen salzbadge- kühlten Mantelrohrreaktor ist für sich genommen aus FR 2 660 375 AI bekannt. Bei dieser von unten nach oben fördernden Pumpe wird ein Teilstrom des Wärmeträgers vom Pumpenausgang innerhalb des Pumpengehäuses zum Pumpeneingang zurückgeführt, während gleichzeitig durch den Teilstrom im Pumpengehäuse ein bestimmtes Mindestniveau des Wärmeträgers oberhalb des Pumpenaustritts aufrechterhalten wird. Bei hohen spezifischen Pumpenleistungen ist jedoch Kavitation durch derartige Maßnahmen allein nicht zu verhindern, gleichgültig ob die Pumpe von unten nach oben oder von oben nach unten fördert .A cavitation-protected circulation pump for a jacket bath-cooled jacket tube reactor is taken from FR 2 660 375 AI known. In this pump, which pumps from bottom to top, a partial flow of the heat transfer medium is returned from the pump outlet within the pump housing to the pump inlet, while at the same time a certain minimum level of the heat transfer medium above the pump outlet is maintained by the partial flow in the pump housing. At high specific pump capacities, cavitation alone cannot be prevented by such measures, regardless of whether the pump is pumping from bottom to top or from top to bottom.
Wie des weiteren aus Fig. 10 ersichtlich, mündet in ein Steigrohr 144 innerhalb des Behälters 142 eine Ausgleichsleitung 146, in die wiederum eine Entgasungsleitung 148 aus dem Inneren des Reaktionsbehälters 8 mündet. Da in der Regel innerhalb des Reaktionsbehälters 8 ein wesentlich höherer Druck herrscht als im Ausdehnungsbehälter 142, ist in die Entgasungsleitung 148 eine Drossel 149 eingebaut.As can further be seen from FIG. 10, a compensating line 146 opens into a riser pipe 144 within the container 142, into which a degassing line 148 in turn opens out from the inside of the reaction container 8. Since there is generally a substantially higher pressure inside the reaction vessel 8 than in the expansion vessel 142, a throttle 149 is installed in the degassing line 148.
Fig. 11 zeigt eine Anordnung ähnlich derjenigen nach Fig. 3 (abgesehen von den dort eingezeichneten Mischern 38 und 40) , jedoch in symmetrischer Anordnung auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten eines Mantelrohrreaktors 150 mit dementsprechend beidseitig durch Trennwände 152 bzw. 153 in zwei gleiche Hälften 154 und 156 bzw. 158 und 160 unterteilten Ringkanälen 4 und 6. Beide Seiten sind völlig gleichartig. Insofern entspricht die Anordnung nach Fig. 11 im wesentlichen derjenigen nach DE-34 09 159 AI mit Ausnahme dessen, daß dort ein gemeinsamer Wärmetauscher zwischen den Anschlußstellen der Umwälzpumpen an die Ringkanäle angeschlossen ist und ein Bypass fehlt.FIG. 11 shows an arrangement similar to that according to FIG. 3 (apart from the mixers 38 and 40 shown there), but in a symmetrical arrangement on diametrically opposite sides of a jacket tube reactor 150 with correspondingly halves 154 on both sides by dividing walls 152 and 153 and 156 or 158 and 160 divided ring channels 4 and 6. Both sides are completely the same. In this respect, the arrangement according to FIG. 11 essentially corresponds to that according to DE-34 09 159 AI with the exception that there is a common heat exchanger between the connection points of the circulation pumps connected to the ring channels and a bypass is missing.
Fig. 12 zeigt eine ähnliche Anordnung mit einem Mantelrohrreaktor 162 mit zwei diametral einander gegenüberliegend angeordneten Umwälzpumpen 12, jedoch einem an dazwischenliegender Stelle an die Ringkanäle 4 und 6 angeschlossenen gemeinsamen Wärmetauscher 16 - insofern noch eher mit DE 34 09 159 AI vergleichbar -. Während der Ringkanal 4 in diesem Beispiel vollkommen dem Ringkanal 4 nach Fig. 11 entspricht, ist der Ringkanal 6 durch eine wendeiförmige Trennwand 164 in zwei sich jeweils von der Einspeisungsstelle der betreffenden Pumpen 12 hinweg verjüngende Abschnitte 166 und 168 unterteilt, wie dies für sich gesehen, allerdings für beide Ringkanäle, aus DE 43 26 643 AI bekannt ist. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Unterteilung wie nach Fig. 12 beim Ringkanal 6 dargestellt, im wesentlichen nur beim wärmeträgereintrittsseitigen Ringkanal Vorteile bringt. Gegenüber beiden letztgenannten Vorveröffentlichungen befindet sich an der Einspeisungsstelle des dem Wärmeaustausch unterzogenen Wärmeträgers in den wärmeträgeraus- trittsseitigen Ringkanal 4 anstelle zweier getrennter Ventile ein einziges Mehrwegeventil 170, das im Prinzip ähnlich der Ventileinheit 68 aus Fig. 7 aufgebaut sein kann. In der Regel kann jedoch bei einem solchen Ringkanalsystem das Ventil 170 ohne Nachteil ersatzlos entfallen, da sich die beiden über die Ringkanalabschnitte 166 und 168 in den Reaktionsbeh lter 8 eingespeisten Wärmeträgerströme hinreichend mischen.FIG. 12 shows a similar arrangement with a jacket tube reactor 162 with two diametrically opposite circulation pumps 12, but with a common one connected to the ring channels 4 and 6 at an intermediate point Heat exchanger 16 - so far more comparable with DE 34 09 159 AI -. While the ring channel 4 in this example corresponds completely to the ring channel 4 according to FIG. 11, the ring channel 6 is divided by a helical partition 164 into two sections 166 and 168 tapering away from the feed point of the respective pumps 12, as seen in isolation , but for both ring channels, is known from DE 43 26 643 AI. It has been shown that such a subdivision, as shown in FIG. 12 for the ring channel 6, essentially brings advantages only for the ring channel on the heat carrier inlet side. Compared to the latter two prior publications, a single multi-way valve 170, which in principle can be constructed similarly to the valve unit 68 from FIG. 7, is located at the feed point of the heat transfer medium subjected to the heat exchange in the ring channel 4 on the heat transfer outlet side instead of two separate valves. In general, however, the valve 170 can be omitted without disadvantage in such a ring channel system without disadvantage, since the two heat transfer streams fed into the reaction vessel 8 via the ring channel sections 166 and 168 mix sufficiently.
An die Stelle der in Fig. 12 gezeigten wendeiförmigen Trennwand 164 könnte im übrigen auch eine etwa Z-förmig abgewinkelte mit einem längeren horizontalen Abschnitt treten, wie in der parallelen Patentanmeldung PCT/EP02/14188 "Ringkanal für die Zu- bzw. Abführung des Wärmeträgers an einem Mantelrohrreaktor" dargestellt. Zweckmäßigerweise macht die Überlappung der Ringkanalabschnitte 166 und 168 zwischen 1 und 100 %, vorzugsweise zwischen 20 und 100 % und am zweckmäßigsten zwischen 50 und 100 % der Gesamtlänge des Ringkanals aus.The helical partition 164 shown in FIG. 12 could also be replaced by an approximately Z-shaped angled section with a longer horizontal section, as in the parallel patent application PCT / EP02 / 14188 "ring channel for the supply and discharge of the heat transfer medium shown on a tubular reactor ". The overlap of the ring channel sections 166 and 168 expediently makes up between 1 and 100%, preferably between 20 and 100% and most suitably between 50 and 100% of the total length of the ring channel.
Fig. 13 zeigt einen Mehrzonen-Mantelrohrreaktor 180 mit zwei stirnseitig aneinanderschließenden Reaktionsbehältern 182 und 184 ähnlich dem Reaktionsbehälter 8 etwa aus Fig. 1, mit jeweils zwei Ringkanälen 4 und 6 an deren beiden Enden. Beide so gebildeten Reaktorzonen, I und II, weisen gleiche Wärmeträgerkreislaufsysteme auf mit einer an die jeweiligen Ringkanäle 4 und 6 einseitig angeschlossenen Umwälzpumpe 12 und einem auf der diametral gegenüberliegenden Seite an die gleichen Ringkanäle angeschlossenen, einen Wärmetauscher 16 enthaltenden Nebenschlußkreis 18 samt Bypass 22. Daß die beiden Umwälzpumpen 12 in Fig. 13 im Gegensatz zu den Wärmetauschern 16 auf gleicher Höhe liegend gezeichnet sind, soll symbolisieren, daß sie samt ihren Antrieben aus bautechnischen Gründen zweckmäßigerweise auf einer Ebene angeordnet werden. Nur beispielhaft ist über beiden Umwälzpumpen 12 ein gemeinsamer Ausdehnungsbehälter 104 dargestellt. Selbstverständlich könnten ebenso auch getrennte Ausdehnungsbehälter vorgesehen sein. Des weiteren könnten im Gegensatz zu Fig. 13 die globalen Wärmeträgerströme in den beiden Reaktorzonen I und II auch gegenläufig sein, ebenso wie gegenläufig zu dem durch den Reaktor hindurchtretenden Reaktionsgasgemisch.FIG. 13 shows a multi-zone jacket tube reactor 180 with two reaction vessels 182 and 184 which adjoin one another at the end, similar to the reaction vessel 8 approximately from FIG. 1, each with two ring channels 4 and 6 at their two ends. Both like this Reactor zones formed, I and II, have the same heat transfer circuit systems with a circulation pump 12 connected on one side to the respective ring channels 4 and 6 and a bypass 22 containing a heat exchanger 16 and a bypass 22 on the diametrically opposite side connected to the same ring channels. That the two Circulation pumps 12 in FIG. 13, in contrast to the heat exchangers 16, are shown lying at the same height, to symbolize that, together with their drives, they are expediently arranged on one level for constructional reasons. A common expansion tank 104 is shown above both circulation pumps 12 only as an example. Of course, separate expansion tanks could also be provided. Furthermore, in contrast to FIG. 13, the global heat transfer streams in the two reactor zones I and II could also be in opposite directions, as well as in opposite directions to the reaction gas mixture passing through the reactor.
Soweit erforderlich, kann auch hier wieder zu einer oder zu beiden der Umwälzpumpen 12 eine Vordruckpumpe, wie etwa die Vordruckpumpe 136 aus Fig. 10, hinzutreten.If necessary, a pre-pressure pump, such as the pre-pressure pump 136 from FIG. 10, can again be added to one or both of the circulation pumps 12.
Wie bei Mehrzonen-Mantelrohrreaktoren üblich, können beide Reaktionsbehälter, 182 und 184, getrennte Berohrungen mit ggf. unterschiedlicher Rohrzahl und -anordnung, die in einander benachbarten Rohrböden enden, oder aber eine gemeinsame, durchgehende Berohrung aufweisen und dabei lediglich durch eine um die Rohre herum mehr oder weniger abdichtende Trennscheibe wärmeträgerseitig voneinander getrennt sein. Im ersteren Fall und unter Anwendung der Anordnung nach Fig. 13, abgesehen von dem gemeinsamen Ausdehnungsbehälter 104, ist es auch denkbar, beide so gebildeten Zonen I und II mit unterschiedlichen Wärmeträgern zu betreiben. Fig. 14 zeigt einen gleichartigen Mehrzonenreaktor 180, bei dem beide Wärmeträgerkreisläufe allerdings miteinander verknüpft sind und einen eigenen Wärmetauscher 16, wenngleich getrennte Umwälzpumpen 12 und Bypässe 22 aufweisen. Ein weiterer Unterschied besteht hier darin, daß die Wärmeträgerströmung durch die Reaktionsbehälter 182 und 184 hier - nur beispielhaft - im umgekehrten Sinn, d.h. im Gegenstrom zu dem Reaktionsgasgemisch, erfolgt.As is customary with multi-zone jacket tube reactors, both reaction vessels, 182 and 184, can have separate tubes with possibly different number and arrangement of tubes, which end in adjacent tube sheets, or can have a common, continuous tube and only through one around the tubes more or less sealing cutting disc to be separated from each other on the heat carrier side. In the former case and using the arrangement according to FIG. 13, apart from the common expansion tank 104, it is also conceivable to operate both zones I and II formed in this way with different heat carriers. 14 shows a similar multi-zone reactor 180, in which the two heat transfer circuits are, however, linked to one another and have their own heat exchanger 16, although they have separate circulating pumps 12 and bypasses 22. Another difference here is that the heat carrier flow through the reaction vessels 182 and 184 here - only by way of example - takes place in the opposite sense, ie in countercurrent to the reaction gas mixture.
Fig. 15 zeigt wiederum einen gleichartigen Mehrzonenreaktor 180 mit zwei Umwälzpumpen 12 und einem gemeinsamen Wärmetauscher 16. Hinsichtlich ihrer diametral einander gegenüberliegenden Anschlüsse an die Ringkanäle 4 und 6 ist diese Anordnung im wesentlichen mit derjenigen nach Fig. 13 vergleichbar. Von dieser unterscheidet sie sich jedoch, abgesehen von dem gemeinsamen Wärmetauscher 16, dadurch, daß die globalen Durchströmrichtungen des Wärmeträgers durch die Reaktionsbehälter 182 und 184 gegenläufig sind. Während der Wärmeträger durch den Reaktionsbehälter 182 im Gegenstrom zu dem Reaktionsgasgemisch hindurchtritt, bewegt er sich im Reaktionsbehälter 184 gleichsinnig mit diesem. Ebenso könnten die Durchtrittsrichtungen freilich auch umgekehrt sein.FIG. 15 again shows a similar multi-zone reactor 180 with two circulation pumps 12 and a common heat exchanger 16. With regard to their diametrically opposite connections to the ring channels 4 and 6, this arrangement is essentially comparable to that according to FIG. 13. However, apart from the common heat exchanger 16, it differs from this in that the global directions of flow of the heat carrier through the reaction vessels 182 and 184 are opposite. As the heat transfer medium passes through the reaction vessel 182 in countercurrent to the reaction gas mixture, it moves in the same way in the reaction vessel 184. The directions of passage could of course also be reversed.
Wie prinzipiell auch im Fall der Fig. 8 kann der dem Wärmetauscher 16 eigene Ausdehnungsbehälter gemäß DE-A-2 207 166 so bemessen werden, daß das Wärmetauscher-Rohrbündel für Reparatur- oder Wartungsarbeiten durch ihn hindurch herausgezogen werden kann, ohne daß der Wärmeträger hierzu abgelassen werden muß.As in principle also in the case of FIG. 8, the expansion tank 16 of the heat exchanger 16 according to DE-A-2 207 166 can be dimensioned such that the heat exchanger tube bundle can be pulled out through it for repair or maintenance work without the heat transfer medium for this purpose must be drained.
Fig. 16 zeigt schematisch einen Mehrzonen-Mantelrohrreaktor 190 mit zwei aufeinanderfolgenden, lediglich durch eine Trennscheibe 192 voneinander getrennten Zonen I und II mit jeweils zwei Ringkanälen 4 und 6 in Verbindung mit einer einzigen Umwälzpumpe 12, einem einzigen Wärmetauscher 16 und einem einzi- gen Bypass 22. Während sich in der Reaktorzone I miteinander abwechselnde ring- und scheibenförmige Umlenkbleche 194 und 196 befinden, wie sie etwa aus DE-A-2 201 528 bekannt sind, enthält die Zone II ein einziges ringförmiges Umlenkblech 194. Beide Zonen sind wärmeträgerkreislaufmäßig miteinander verbunden, wobei der Wärmeträger durch beide Zonen global gesehen im Gegenstrom zu dem Reaktionsgasgemisch hindurchtritt. Wie ersichtlich tritt durch den Wärmetauscher 16 hindurchgetretener Wärmeträger unmittelbar nur in die untere Zone, II, ein, die im Falle dessen, daß der Wärmetauscher 16 ein Kühler ist, auch einfach eine reaktionslose Kühlzone sein kann. Eine Kühlung erfährt die obere Zone I in diesem Fall nur dadurch, daß der gekühlte Wärmeträger aus der Zone II über eine Rückflußleitung 198 zum Eingang der Umwälzpumpe 12 zurück gelangt, von der aus der Hauptstrom sodann durch den unteren Ringkanal 6 in die Zone I eintritt. In diesem Fall können die Reaktionsrohre im Bereich der Zone II anstatt mit einem Katalysator auch lediglich mit inertem Material gefüllt sein.16 schematically shows a multi-zone jacket tube reactor 190 with two successive zones I and II, only separated from one another by a separating disc 192, each with two ring channels 4 and 6 in connection with a single circulation pump 12, a single heat exchanger 16 and a single to bypass 22. While there are alternating annular and disk-shaped deflection plates 194 and 196 in reactor zone I, as are known, for example, from DE-A-2 201 528, zone II contains a single annular deflection plate 194. Both zones are in the form of a heat transfer circuit connected to one another, the heat transfer medium, viewed globally, passes through in countercurrent to the reaction gas mixture. As can be seen, heat medium which has passed through the heat exchanger 16 only enters directly into the lower zone, II, which, in the event that the heat exchanger 16 is a cooler, can also simply be an unreactive cooling zone. The upper zone I is cooled in this case only in that the cooled heat transfer medium from zone II returns via a return line 198 to the inlet of the circulating pump 12, from which the main stream then enters zone I through the lower ring channel 6. In this case, the reaction tubes in the zone II can be filled with an inert material instead of a catalyst.
Fig. 17 zeigt eine Variante gegenüber Fig. 16 mit einer Art Mehrzonenreaktor 200, bei dem zwei aufeinanderfolgende Zonen I und II mit durchgehender Berohrung anstatt durch eine Trennscheibe durch eine dazwischenliegende Wärmeträgereintrittszone III voneinander getrennt sind und der dementsprechend insgesamt nur drei Ringkanäle, 202, 204 und 206, aufweist. Hier tritt der von einer einzigen Umwälzpumpe 12 geförderte und zum Teil in einem Nebenschlußkreis 18 über einen Wärmetauscher 16 geleitete Wärmeträger durch den mittleren Ringkanal, 204, in die Wärmeträgereintrittszone III ein, um sich darin zu verzweigen in einen Teilstrom, der von unten nach oben durch die Reaktorzone I hindurchtritt und einen anderen Teilstrom, der von oben her in die Reaktorzone II eintritt und diese durch den untersten Ringkanal, 206, verläßt. Die anschließende Rückflußleitung 198 ist ventilsteuerbar gezeichnet, was jedoch nicht zwingend ist. In diesem Beispiel tritt das Prozeßgasge- misch im übrigen von unten nach oben durch den Reaktor 200 hindurch, doch könnte hier auch wieder ein Hindurchtritt von oben nach unten Verwendung finden. Wesentlich ist nur, daß die beiden Reaktorzonen I und II vom Wärmeträger gegensinnig durchströmt sind.FIG. 17 shows a variant compared to FIG. 16 with a type of multi-zone reactor 200, in which two successive zones I and II with continuous tubing are separated from one another by an intermediate heat transfer inlet zone III instead of by a separating disk, and accordingly only a total of three ring channels, 202, 204 and 206. Here, the heat transfer medium, which is conveyed by a single circulation pump 12 and in part in a shunt circuit 18 via a heat exchanger 16, enters the heat transfer zone III through the central ring channel 204 in order to branch into a partial flow which flows from bottom to top the reactor zone I passes through and another partial stream which enters the reactor zone II from above and leaves it through the lowermost ring channel, 206. The subsequent return line 198 is drawn in a valve-controllable manner, but this is not mandatory. In this example, the process gas mix from bottom to top through reactor 200, but a top-to-bottom passage could also be used here. It is only essential that the two reactor zones I and II are flowed through in opposite directions by the heat transfer medium.
Fig. 18 zeigt eine Variante gegenüber Fig. 17 mit einem Mehrzonenreaktor mit nur zwei Ringkanälen 202 und 204, während der Ringkanal 206 samt der Leitung 198 im Inneren des betreffenden Reaktionsbehälters 208 bis zu den Fenstern 210 der Ringkanäle 202 führende Rohre 212 ersetzt ist. Bemerkenswerterweise können die Rohre 212, wie durch die daran eingezeichneten kleinen Pfeile symbolisiert, jeweils mehrere Ein- und Austrittsöffnungen in verschiedenen Ebenen aufweisen.FIG. 18 shows a variant compared to FIG. 17 with a multi-zone reactor with only two ring channels 202 and 204, while the ring channel 206 together with the line 198 in the interior of the reaction vessel 208 concerned is replaced by pipes 212 leading to the windows 210 of the ring channels 202. Remarkably, the tubes 212, as symbolized by the small arrows drawn on them, can each have a plurality of inlet and outlet openings in different planes.
Bei Mehrzonenreaktoren wie den vorausgehend beschriebenen Reaktoren 180, 190 und 200 beträgt die Höhe einer einzelnen Reaktorzone, wie etwa I oder II, zweckmäßigerweise zwischen 10 und 80 %, vorzugsweise zwischen 20 und 80 %, der Gesamthöhe aller Reaktorzonen.In multi-zone reactors such as the previously described reactors 180, 190 and 200, the height of a single reactor zone, such as I or II, is advantageously between 10 and 80%, preferably between 20 and 80%, of the total height of all reactor zones.
Fig. 19 zeigt einen Einzonen-Mantelrohrreaktor 220, insoweit ähnlich dem Reaktor 2 etwa nach Fig. 1, wobei jedoch im Gegensatz zu diesem zusätzlich zu den beiden endständigen Ringkanälen 4 und 6 noch ein weiterer Ringkanal, 222, vorgesehen ist. Der Ringkanal 222 steht über eine ventilgesteuerte Leitung 224 mit der aus dem Ringkanal 4 zur Umwälzpumpe 12 führenden Leitung 10 in Verbindung, die in diesem Fall gleichfalls ventilgesteuert ist. Auf diese Weise läßt sich der durch den Ringkanal 6 dem Reaktionsbehälter 226 zugeführte Wärmeträgerhauptstrom in jeder wünschenswerten Weise in zwei Teilströme aufteilen, deren einer bereits durch den Ringkanal 222 austritt, während der andere den restlichen Reaktionsbehälter bis zum Ringkanal 4 durchströmt. Es versteht sich, daß auch die Venti- le in den Leitungen 10 und 224 wieder durch ein Mehrwegeventil ersetzt sein können.FIG. 19 shows a single-zone jacket tube reactor 220, in this respect similar to reactor 2, for example according to FIG. 1, but in contrast to this, in addition to the two terminal ring channels 4 and 6, a further ring channel, 222, is provided. The ring channel 222 is connected via a valve-controlled line 224 to the line 10 leading from the ring channel 4 to the circulating pump 12, which in this case is also valve-controlled. In this way, the main heat carrier flow supplied to the reaction vessel 226 through the ring channel 6 can be divided in any desirable manner into two partial streams, one of which already exits through the ring channel 222, while the other flows through the rest of the reaction vessel up to the ring channel 4. It goes without saying that the valve le in lines 10 and 224 can be replaced by a multi-way valve.
Das Reaktionsgasgemisch tritt in dem gezeigten Beispiel von unten nach oben durch den Reaktor 220 hindurch. Unter der Annahme dessen, daß es sich bei der darin stattfindenden Reaktion um eine endotherme Reaktion handelt und dementsprechend der Wärmetauscher 16 eine Heizung bildet, läßt sich so das eintretende Reaktionsgasgemisch mehr oder weniger intensiv vorwärmen. Auf gleiche Weise könnte bei exothermer Reaktion und umgekehrter Strömungsführung auch wiederum eine Nachkühlung stattfinden.In the example shown, the reaction gas mixture passes through the reactor 220 from bottom to top. Assuming that the reaction taking place therein is an endothermic reaction and accordingly the heat exchanger 16 forms a heater, the reaction gas mixture entering can be preheated more or less intensively. In the same way, after-cooling could also take place in the case of an exothermic reaction and reverse flow.
Es versteht sich, daß viele der vorausgehend anhand verschiedener Beispiele beschriebenen Einzelmaßnahmen miteinander in beliebiger Weise kombiniert werden können, ebenso wie die Strömungsrichtungen nach den jeweiligen Bedürfnissen festgelegt werden können. Wie bereits erwähnt, können an dafür in Betracht kommenden Stellen Mischer vorgesehen werden, um die jeweils zusammengeleiteten Wärmeträgerströme einheitlich zu temperieren, ebenso wie generell Ausdehnungsbehälter, Entgasungsorgane, Vordruckpumpen und dergl . Verwendung finden können.It goes without saying that many of the individual measures described above with the aid of various examples can be combined with one another in any way, just as the flow directions can be determined according to the respective needs. As already mentioned, mixers can be provided at points that are suitable for this, in order to uniformly temper the respectively conducted heat carrier flows, as well as generally expansion tanks, degassing elements, admission pressure pumps and the like. Can find use.
Ein Mehrzonenreaktor, etwa wie der in Fig. 14 gezeigte Mehrzonenreaktor 180, kann auch noch mit mehr als zwei Zonen und mit entsprechend vielen Pumpen ausgeführt werden, wobei mehrere Zonen jedoch einen oder mehrere Wärmetauscher gemeinsam haben können. So kann beispielsweise ein Vierzonenreaktor mit vier Pumpen und zwei jeweils zwei Zonen gemeinsamen Wärmetauschern gebaut werden, ebenso wie aber auch ein gemeinsamer Wärmetauscher für alle Zonen denkbar ist. Alle Pumpen oder zumindest ihre Antriebe werden zweckmäßigerweise in gleicher Höhe seitlich oberhalb des Reaktors angeordnet. Jede Pumpe und jeder Wärmetauscher kann mit einem Ausdehnungsbehälter versehen sein, wie den in Fig. 15 gezeigten Ausdehnungsbehältern 104 bzw. 106. Die Ausdehnungsbehälter können miteinander kommunizieren, wie dies prinzipiell bereits aus DE-A-2 207 166 ersichtlich ist, oder es können gemeinsame Ausdehnungsbehälter für mehrere Pumpen und/oder Wärmetauscher Anwendung finden. In den letztgenannten Fällen können die Ausdehnungsbehälter einander ergänzen.A multi-zone reactor, such as the multi-zone reactor 180 shown in FIG. 14, can also be designed with more than two zones and with a corresponding number of pumps, although several zones can have one or more heat exchangers in common. For example, a four-zone reactor with four pumps and two heat exchangers that are common to two zones can be built, just as a common heat exchanger is conceivable for all zones. All pumps or at least their drives are expediently arranged at the same height laterally above the reactor. Each pump and each heat exchanger can be equipped with an expansion tank 15, like the expansion tanks 104 or 106 shown in FIG. 15. The expansion tanks can communicate with one another, as is already apparent in principle from DE-A-2 207 166, or common expansion tanks can be used for several pumps and / or heat exchangers , In the latter cases, the expansion tanks can complement each other.
Werden die Pumpen nicht auf gleicher Höhe angeordnet, so kann es, vor allem bei Abschaltung einer Pumpe, durch die jeweilige Trennscheibe hindurch zu Leckagen zwischen aneinandergrenzenden Zonen kommen. In diesem Fall kann der sich in der untersten Zone ergebende Überschuß in einen Tank abgeleitet werden, von wo aus er in die oberste Zone zurückgeführt wird. Sofern die Wärmetauscher mit den Pumpen im wesentlichen auf gleichem Niveau angeordnet werden, ergibt sich der Vorteil, daß das Wärmetauscher-Rohrbündel aus- und eingebaut werden kann, ohne daß der Wärmeträger hierzu abgelassen werden muß. Dies gilt auch noch wenn bei Wärmetauschern in Form von Verdampfungskühlern das Kühlerrohrbündel mit der Dampftrommel mit Wasser- und/oder Tropfchenabscheidern und dergl. zusammengebaut ist.If the pumps are not arranged at the same height, there may be leakages between adjacent zones, especially when a pump is switched off, through the respective cutting disc. In this case, the excess resulting in the lowest zone can be discharged into a tank, from where it is returned to the top zone. If the heat exchangers with the pumps are arranged essentially at the same level, there is the advantage that the heat exchanger tube bundle can be removed and installed without the heat transfer medium having to be drained off for this purpose. This also applies if, in the case of heat exchangers in the form of evaporative coolers, the bundle of cooler tubes with the steam drum is assembled with water and / or droplet separators and the like.
Der bei einem solchen Mehrzonenreaktor zur Anwendung kommende Prozeß kann ein mehrstufiger sein, wobei die Anzahl der Prozeßstufen nicht mit derjenigen der Reaktorzonen übereinzustimmen braucht. Beispielsweise wird in den beiden ersten Stufen eines Vierzonenreaktors aus Propylen Acrolein und in den beiden weiteren Stufen aus Acrolein Acrylsäure hergestellt. Dabei kann der Wärmeträger in den einzelnen Stufen unabhängig, je nach den Erfordernissen einer jeden Stufe, global gesehen im Gleichstrom oder im Gegenstrom in bezug auf den Prozeßgasstrom geführt werden.The process used in such a multi-zone reactor can be a multi-stage, the number of process stages need not be the same as that of the reactor zones. For example, in the first two stages of a four-zone reactor, acrolein is produced from propylene and in the other two stages from acrylic acid. The heat transfer medium in the individual stages can, depending on the requirements of each stage, be run globally in cocurrent or in countercurrent with respect to the process gas stream.
Bezüglich des Anfahrens eines insbesondere im Betrieb exotherm arbeitenden Reaktors mit einem Wärmeträger in Gestalt eines Salzbades, das bei Abkühlung auf Umgebungstemperatur gewöhnlich erstarrt, sei an dieser Stelle noch folgendes angemerkt:With regard to the start-up of a reactor, in particular exothermic in operation, with a heat transfer medium in the form of a Salt bath, which usually solidifies when cooled to ambient temperature, should also be noted here:
Zunächst wird durch die Kontaktrohre des Reaktors ein für den Katalysator unkritisches heißes gasförmiges Medium, zumeist Luft, hindurchgeleitet, bis diese sich auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Wärmeträgers erwärmt haben. Der Gasdurchsatz und der Temperaturanstieg für die Vorwärmzeit wird berechnet. Dabei wird die Aufheizgeschwindigkeit so begrenzt, daß der Reaktor keinen Schaden erleidet. Zusatzorgane, wie zum Beispiel Pumpen, Aufheizer und Rohrleitungen, können durch Begleitheizungen vorgewärmt werden. Nach Abschluß dieser Vorwärmzeit wird der bereits verflüssigte Wärmeträger eingefüllt. Ist die Umwälzpumpe im Betrieb, so kann durch den flüssigen Wärmeträger, der beispielsweise durch einen Elektro- Aufheizer wie den Aufheizer 30 (Fig. 1) weiter aufgeheizt wird, auf die Betriebstemperatur hochgeheizt werden.First, a hot gaseous medium, mostly air, which is not critical for the catalyst, is passed through the contact tubes of the reactor until they have warmed to a temperature above the melting point of the heat transfer medium. The gas throughput and the temperature rise for the preheating time are calculated. The heating rate is limited so that the reactor does not suffer any damage. Additional devices, such as pumps, heaters and pipes, can be preheated by trace heating. After this preheating time has been completed, the already liquefied heat transfer medium is filled in. If the circulation pump is in operation, the liquid heat transfer medium, which is further heated, for example, by an electric heater such as heater 30 (FIG. 1), can be used to heat up to the operating temperature.
Bei einem Mehrzonenreaktor kann der Aufheizvorgang stufenweise erfolgen. Dabei kann zunächst nur der Wärmeträgerkreislauf der ersten Zone mit eingefülltem Wärmeträger in Betrieb genommen und mit eingeschaltetem Erhitzer aufgeheizt werden. Zur Auf- heizung der zweiten Zone wird durch die Kontaktrohre wiederum heißes Gas hindurchgeleitet, das in der bereits in Betrieb genommenen ersten Zone weiter aufgeheizt wird. Dabei wird die zweite Zone so weit vorgewärmt, bis auch dort der Wärmeträger eingefüllt werden kann. Ist dies geschehen, so kann die zweite Zone über den Wärmeträger seitens eines eigenen Aufheizers weiter hochgeheizt werden, oder es kann ein Bypass vorgesehen sein, über den die zweite Zone seitens des Aufheizers der ersten Zone aufgeheizt werden kann. Ein solcher Bypass ist gegebenenfalls auch zum Starten der Reaktion sinnvoll. Oft wird dazu viel Wärme benötigt, da der Reaktor zu Beginn nur mit einer Komponente des Prozeßgasgemisches beaufschlagt wird. In dieser Zeit erzeugt der Reaktor naturgemäß keine Wärme. Der Aufheizer ist meistens nicht auf die Anfahrleistung ausgelegt. Die restliche Wärme dazu wird dem Wärmeträger entzogen, der sich entsprechend abkühlt. Bei einem Mehrzonenreaktor läßt sich dazu über den genannten Bypass die Wärmeträgermenge mehrerer Zonen nutzen.In the case of a multi-zone reactor, the heating process can be carried out in stages. Initially, only the heat transfer circuit of the first zone with the heat transfer medium filled can be started up and heated with the heater switched on. To heat the second zone, hot gas is passed through the contact tubes, which is further heated in the first zone that has already been put into operation. The second zone is preheated until the heat transfer medium can also be filled in there. If this has happened, the second zone can be further heated via the heat transfer medium on the part of its own heater, or a bypass can be provided via which the second zone can be heated by the heater of the first zone. Such a bypass may also be useful for starting the reaction. A lot of heat is often required for this, since only one component of the process gas mixture is initially charged to the reactor. During this time, the reactor naturally does not generate any heat. The The heater is usually not designed for start-up performance. The remaining heat is extracted from the heat transfer medium, which cools down accordingly. In a multi-zone reactor, the amount of heat transfer medium from several zones can be used via the bypass mentioned.
Sind mehrere Reaktoren hintereinander angeordnet, so kann das Aufheizen und Füllen derselben in ähnlicher Weise nacheinander erfolgen.If several reactors are arranged one behind the other, they can be heated and filled in succession in a similar manner.
Ist der Katalysator im Reaktor mit einem Medium, wie zum Beispiel einem Gasgemisch, zu konditionieren, zu tempern oder sonstwie zu behandeln, so richtet dies sich nach der Katalysatorbeschaffenheit. Die betreffende Behandlung erfolgt in der Regel nach dem Einfüllen des Wärmeträgers bei entsprechender Temperatur. Vor dem Einfüllen wird der Wärmeträger üblicherweise in einem separaten Tank vorgewärmt und geschmolzen. Entsprechende Anregungen finden sich etwa in der Abhandlung "Mol- ten Salt for Heat Transfer" von H.P. Voznick und V.W. Uhl in Chemical Engineering, 27.5.1963, Seiten 129 - 135.If the catalyst in the reactor is to be conditioned, tempered or otherwise treated with a medium, such as a gas mixture, this depends on the nature of the catalyst. The treatment in question usually takes place after the heat transfer medium has been filled in at the appropriate temperature. Before filling, the heat transfer medium is usually preheated and melted in a separate tank. Corresponding suggestions can be found, for example, in the paper "Molten Salt for Heat Transfer" by H.P. Voznick and V.W. Uhl in Chemical Engineering, May 27, 1963, pages 129-135.
In den Figuren 20 bis 23 sind Umwälzpumpenanordnungen dargestellt, wie sie insbesondere in Verbindung mit der Erfindung an Mantelrohrreaktoren Verwendung finden können, bei denen Eintritt und Austritt der Umwälzpumpe weiter auseinanderliegen als die Anschlüsse der betreffenden Ringkanäle für die Zu- bzw. Abführung des Wärmeträgers.FIGS. 20 to 23 show circulation pump arrangements of the kind that can be used in particular in connection with the invention on jacket tube reactors in which the inlet and outlet of the circulation pump are further apart than the connections of the relevant ring channels for the supply and discharge of the heat transfer medium.
Im einzelnen zeigt Fig. 20 in einem teilweise geschnittenen Aufriß bzw. einem Horizontalschnitt eine Umwälzpumpe 230 in Gestalt einer Axialpumpe an einem Zweizonen-Mantelrohrreaktor 234 mit den Reaktorzonen 236 und 238 und dementsprechend vier Ringkanälen 240, 242, 244 und 246. Genauer gesagt ist die Pumpe 230 an die obere Reaktorzone, 236, angeschlossen. Sie enthält ein Pumpenlaufrad 248 innerhalb eines Pumpengehäuses 250 und auf einer vertikalen Welle 252, die oberhalb des Pumpengehäuses 250 durch einen Ausdehnungsbehälter 254 hindurchtritt und unmittelbar von einem darüberliegenden (nicht gezeigten) Elektromotor angetrieben wird. Das Pumpengehäuse 250 enthält einen sich nach unten, in Strömungsrichtung, düsenartig erweiternden Kanal 256, in dem sich in dem gezeigten Beispiel vor und hinter dem Pumpenlaufrad 248 Strömungsleitflügel 258 bzw. 260 befinden.20 shows in a partially sectioned elevation or a horizontal section a circulating pump 230 in the form of an axial pump on a two-zone jacket tube reactor 234 with the reactor zones 236 and 238 and accordingly four ring channels 240, 242, 244 and 246 Pump 230 connected to the upper reactor zone, 236. It contains a pump impeller 248 within a pump housing 250 and on a vertical shaft 252 which passes through an expansion tank 254 above the pump housing 250 and is directly driven by an electric motor (not shown) located thereover. The pump housing 250 contains a channel 256, which widens downward in the direction of flow, in the nozzle direction, in which, in the example shown, flow guide vanes 258 and 260 are located in front of and behind the pump impeller 248.
Das Pumpengehäuse 250 schließt mit einem Einlaß 262 und einem Auslaß 264 unmittelbar an die beiden Ringkanäle 240 und 242 der oberen Reaktorzone 236 des Reaktors 234 an. Da deren Abstand geringer ist als derjenige von Eintritt und Austritt der Pumpe 230, ist der Auslaß 264 seitlich abgekröpft.The pump housing 250 connects with an inlet 262 and an outlet 264 directly to the two ring channels 240 and 242 of the upper reactor zone 236 of the reactor 234. Since their distance is less than that of the inlet and outlet of the pump 230, the outlet 264 is cranked sideways.
Der Auslaß 264 der Pumpe 230 verzweigt sich beim Eintritt in den Ringkanal 242 nach beiden Seiten, wobei zusätzlich durch Leitbleche 266 und 268 für eine geordnete Strömungsführung Sorge getragen ist. Ähnliche Leitbleche, wie vor allem das Leitblech 268, können auch am Einlaß 262 des Pumpengehäuses vorgesehen sein, wie in Fig. 20b) gezeigt.The outlet 264 of the pump 230 branches off on both sides as it enters the annular channel 242, with additional baffles 266 and 268 ensuring an orderly flow guidance. Similar baffles, such as baffle 268 in particular, can also be provided at the inlet 262 of the pump housing, as shown in FIG. 20b).
Fig. 21 zeigt eine Umwälzpumpe 270 an der unteren Zone 238 des Zweizonenreaktors 234 unter der Annahme, daß dort die global axiale Strömungsrichtung des Wärmeträgers gegenüber der oberen Zone 236 umgekehrt ist. Der Einlaß 272 der Pumpe 270 ist mit dem unteren Ringkanal, 246, der Reaktorzone 238 verbunden, während der Auslaß 274 von oben her kommend in den Ringkanal 244 mündet, da es aus Kavitationsgründen häufig zweckmäßig ist, die Pumpe von oben nach unten fördern zu lassen. Hierzu wird der Wärmeträger durch einen vertikalen Abschnitt 276 zum Eintritt der Pumpe geführt. Aus konstruktiven Gründen wird die Pumpe 270 der unteren Reaktorzone 238 zweckmäßigerweise wieder auf gleicher Höhe angeordnet wie die Pumpe 230 der oberen Zone 236 aus Fig. 20. Entsprechend werden die Ausdehnungsbehälter 254 sämtlicher Pumpen auf gleicher Höhe angeordnet sein. Die Pumpenwelle 252 ist oberhalb des jeweiligen Ausdehnungsbehälters 254 gelagert, um ihre Lagerung wie auch ihren Antrieb auf einfache Weise zuverlässig vor Korrosion schützen zu können. Wie Ein- bzw. Austritt der Ringkanäle 242 und 240 aus Fig. 20 können auch Ein- bzw. Austritt der Ringkanäle 244 und 246 mit Leitblechen wie 266 und 268 ausgestattet sein.21 shows a circulation pump 270 at the lower zone 238 of the two-zone reactor 234 on the assumption that the global axial flow direction of the heat carrier is reversed with respect to the upper zone 236. The inlet 272 of the pump 270 is connected to the lower ring channel 246, the reactor zone 238, while the outlet 274 coming from above opens into the ring channel 244, since it is often advisable for cavitation reasons to have the pump pumped from top to bottom , For this purpose, the heat transfer medium is guided through a vertical section 276 to the entry of the pump. For constructional reasons, the pump 270 of the lower reactor zone 238 is expediently arranged at the same level as the pump 230 of the upper zone 236 from FIG. 20. The expansion tanks become correspondingly 254 all pumps can be arranged at the same height. The pump shaft 252 is mounted above the respective expansion tank 254 in order to be able to reliably protect its mounting and its drive from corrosion in a simple manner. Like the entry and exit of the ring channels 242 and 240 from FIG. 20, the entry and exit of the ring channels 244 and 246 can also be equipped with baffles such as 266 and 268.
Es versteht sich, daß die Abkröpfung des Auslasses 264 der Pumpe 230 bzw. des Einlasses 272 der Pumpe 270 auch beidseitig des jeweiligen Pumpengehäuses vorgesehen sein kann.It goes without saying that the bend of the outlet 264 of the pump 230 or of the inlet 272 of the pump 270 can also be provided on both sides of the respective pump housing.
Fig. 22 zeigt, wie bei einer Umwälzpumpe 280 ähnlich der Pumpe 230 aus Fig. 20 Einlaß 282 und Auslaß 284 das eigentliche Pumpengehäuse 286 umgeben können.22 shows how, in the case of a circulation pump 280 similar to the pump 230 from FIG. 20, inlet 282 and outlet 284 can surround the actual pump housing 286.
Fig. 23 zeigt eine Umwälzpumpe 290 in Verbindung mit den Ringkanälen 244 und 246 der unteren Reaktorzone 238 ähnlich der Umwälzpumpe 270 von Fig. 21, wobei nun allerdings der Einlaß, 292, das eigentliche Pumpengehäuse, 294, umgibt. Mit 296 sind innerhalb des Einlasses 292 angeordnete Leitbleche bezeichnet, wie sie ebensogut im übrigen auch im Auslaß 284 der Umwälzpumpe 280 von Fig. 22 auftreten könnten. Schließlich zeigt Fig. 23a) noch schematisch, wie etwa eine Vordruckpumpe 298 in Gestalt eines Injektors ähnlich der Vordruckpumpe 136 aus Fig. 10 an die betreffende Umwälzpumpe angeschlossen sein kann, um trotz Ausschluß eines Kavitationsrisikos den Ausdehnungsbehälter niedrig und entsprechend die Pumpenwelle 252 kurz halten zu können . 23 shows a circulation pump 290 in connection with the ring channels 244 and 246 of the lower reactor zone 238 similar to the circulation pump 270 of FIG. 21, but now the inlet 292 surrounds the actual pump housing 294. With 296 are arranged within the inlet 292 baffles, as they could also occur in the outlet 284 of the circulation pump 280 of FIG. 22 as well. Finally, FIG. 23a) shows schematically how, for example, a form pump 298 in the form of an injector similar to the form pump 136 from FIG. 10 can be connected to the circulating pump in question, in order to keep the expansion tank low and, accordingly, to keep the pump shaft 252 short, despite the risk of cavitation can .

Claims

Patentansprüche claims
1. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) für katalytische Gasphasenreaktionen, mit einem Reaktionsbehälter (8; 182, 184; 208; 226) in Gestalt eines von einem Reaktormantel umgebenen und von einem flüssigen Wärmeträger bespülten Reaktionsrohrbündels, mit mindestens einer außerhalb des Reaktionsbehälters angeordneten Umwälzpumpe (12; 230; 270; 280; 290) für den Wärmeträger, mit mindestens einem der Umwälzpumpe parallelgeschalteten Wärmetauscher (16) und mit einem der Umwälzpumpe gleichfalls parallelgeschalteten Bypass (22), dadurch gekennzeichnet, daß der Warmetragerdurchsatz durch den Bypass (22) in der Anfahrphase des Reaktors (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) bei noch verhältnismäßig kaltem und entsprechend zähflüssigem Wärmeträger in der Weise steuerbar ist, daß der Reaktionsbehälter (8; 182, 184; 208; 226) teilweise umgangen wird, während er im stationären Betrieb des Reaktors in Abhängigkeit von der momentan zu erbringenden Wärmetauscherleistung in der Weise automatisch geregelt ist, daß der durch den Reaktionsbehälter hindurchtretende Warmetragerdurchsatz im wesentlichen konstant bleibt.1. Jacket reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) for catalytic gas phase reactions, with a reaction vessel (8; 182, 184; 208; 226) in the form of a and surrounded by a reactor jacket reaction tube bundle flushed by a liquid heat transfer medium, with at least one circulation pump (12; 230; 270; 280; 290) for the heat transfer medium arranged outside the reaction container, with at least one heat exchanger (16) connected in parallel with the circulation pump and with a bypass (22 ), characterized in that the heat transfer throughput through the bypass (22) in the start-up phase of the reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) while the heat transfer medium is still relatively cold and correspondingly viscous Is controllable in such a way that the reaction vessel (8; 182, 184; 208; 226) is partially bypassed while it is in stationary operation of the reactor depending on the current situation bringing heat exchanger performance is automatically controlled in such a way that the heat transfer throughput passing through the reaction container remains essentially constant.
2. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;2nd jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffenden Steuer- und Regelfunktionen, ggf. mit weiteren innerhalb des Wärmeträgerkreislaufsystem, in einem gemeinsamen Regler vereinigt sind.220; 234) according to claim 1, characterized in that the relevant control and regulating functions, possibly with other within the heat transfer circuit system, are combined in a common controller.
3. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler die Durchflußmenge durch den Bypass (22) zumindest in der Anfahrphase des Reaktors in Abhängigkeit von der Wärmeträgertemperatur steuert. 3. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 2, characterized in that the controller depending on the flow rate through the bypass (22) at least in the start-up phase of the reactor controls from the heat transfer medium temperature.
4. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wärmetauscherdurchsatz und Bypassdurchsatz zum Warmetragerdurchsatz durch den Reaktionsbehälter (8; 182, 184; 208; 226) im stationären Betrieb zwischen 2 und 50 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 6 und 25 Vol.-%, beträgt.4. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to any one of the preceding claims, characterized in that the ratio of heat exchanger throughput and bypass throughput to heat transfer throughput through the reaction vessel (8; 182, 184; 208; 226) in stationary operation is between 2 and 50% by volume, preferably between 6 and 25% by volume.
5. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;5th jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Wärmeträgerdurchsatzes durch den Bypass (22) im stationären Betrieb des Reaktors eine solche ist, daß der durch den Reaktionsbehalter (8; 182, 184; 208; 226) hindurchtretende Warmetragerdurchsatz weniger als ±20 % vom projektierten Nennwert abweicht.220; 234) according to one of the preceding claims, characterized in that the regulation of the heat transfer throughput by the bypass (22) during stationary operation of the reactor is such that the heat transfer throughput passing through the reaction vessel (8; 182, 184; 208; 226) is less deviates from the projected nominal value as ± 20%.
6. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest im Bereich beider Enden des Reaktionsbehälters (8; 182, 184; 208; 226) Ringkanäle (4, 6; 202; 222; 240, 242; 244, 246) mit Fenstern (210) zum Inneren des Reaktionsbehälters für die Zu- bzw. Abführung des Wärmeträgers aufweist.6. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to any one of the preceding claims, characterized in that it at least in the region of both ends of the reaction vessel (8; 182, 184; 208 ; 226) has ring channels (4, 6; 202; 222; 240, 242; 244, 246) with windows (210) to the inside of the reaction vessel for supplying and removing the heat transfer medium.
7. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;7. Jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er innerhalb des Wärmeträgerkreislaufes einen Aufheizer (30) zum Aufheizen des Wärmeträgers in der Anfahrphase des Reaktors aufweist.220; 234) according to one of the preceding claims, characterized in that it has a heater (30) within the heat carrier circuit for heating the heat carrier in the start-up phase of the reactor.
8. Mantelrohrreaktor (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Aufheizer (30) in einem eigenen, ggf. ventilgesteuerten Nebenschlußkreis (28) befindet. 8. jacket tube reactor (2) according to claim 7, characterized in that the heater (30) is in its own, optionally valve-controlled shunt circuit (28).
9. Mantelrohrreaktor (2) nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Aufheizer (30) enthaltende Nebenschlußkreis (28) an einer von derjenigen der Entnahme- und Einspeisungsstelle des Hauptwärmeträgerkreises (10, 12, 14 etc.) unterschiedlichen Stelle an die Ringkanäle (4, 6) angeschlossen ist.9. jacket tube reactor (2) according to claim 8 in connection with claim 5, characterized in that the heating circuit (30) containing the shunt circuit (28) at one of that of the extraction and feed point of the main heat transfer circuit (10, 12, 14 etc.) different point is connected to the ring channels (4, 6).
10. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;10. Jacketed tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sein Wärmeträgerkreislaufsystem mit extern aufgeheiztem Wärmeträger speisbar ist.220; 234) according to one of the preceding claims, characterized in that its heat transfer circuit system can be fed with an externally heated heat transfer medium.
11. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass (22) von selten der Umwälzpumpe11. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to any one of the preceding claims, characterized in that the bypass (22) of the circulation pump rarely
(12; 230; 270; 280; 290) aus gesehen im Nebenschlußkreis (18) des Wärmetauschers (16) angeordnet ist.(12; 230; 270; 280; 290) seen in the shunt circuit (18) of the heat exchanger (16) is arranged.
12. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass (22) und/oder der den Wärmetauscher (16) enthaltende Zweig ventilgesteuert ist.12. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 11, characterized in that the bypass (22) and / or the branch containing the heat exchanger (16) is valve-controlled ,
13. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass (22) und der den Wärmetauscher (16) enthaltende Zweig durch ein gemeinsames Mehrwegeventil (34; 68; 100; 108) gesteuert sind.13. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 12, characterized in that the bypass (22) and the branch containing the heat exchanger (16) by a common multi-way valve (34; 68; 100; 108) are controlled.
14. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegeventil (34; 68; 100; 108) ein druckentlastetes Schieberventil ist. 14. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 13, characterized in that the multi-way valve (34; 68; 100; 108) is a pressure-relieved slide valve.
15. Mantelrohrreaktor (50; 90) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass (22) in das Mehrwegeventil (68; 108) integriert ist.15. jacket tube reactor (50; 90) according to claim 13 or 14, characterized in that the bypass (22) in the multi-way valve (68; 108) is integrated.
16. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Teilstromzusammenfüh- rungsstellen im Wärmeträgerkreislauf mit einem Mischer (38, 40) ausgerüstet ist.16. Casing tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the partial flow combining points in the heat transfer circuit with a mixer (38, 40) is equipped.
17. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche einschließlich Anspruch 6,- dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer in zumindest einen der Ringkanäle (4, 6; 202, 204, 206; 222; 240, 242, 244, 246) eingebaut ist.17. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to any one of the preceding claims including claim 6, - characterized in that a mixer in at least one of the ring channels (4, 6; 202, 204, 206; 222; 240, 242, 244, 246) is installed.
18. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;18. Jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche einschließlich Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß Bypass (22) und Wärmetauscher (16) einerseits und Umwälzpumpe (12; 230; 270; 280; 290) andererseits an unterschiedlichen Stellen an die Ringkanäle (4, 6; 202, 204; 222; 240, 242, 244, 246) angeschlossen sind.220; 234) according to one of the preceding claims including claims 6 and 11, characterized in that the bypass (22) and heat exchanger (16) on the one hand and the circulation pump (12; 230; 270; 280; 290) on the other hand at different points on the ring channels (4, 6; 202, 204; 222; 240, 242, 244, 246) are connected.
19. Mantelrohrreaktor (2; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Anschlußstellen zumindest annähernd auf gleichen Mantellinien des Reaktors liegen.19. jacket tube reactor (2; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 18, characterized in that the respective connection points are at least approximately on the same jacket lines of the reactor.
20. Mantelrohrreaktor (50) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Anschlußstellen gegeneinander pe- ripher versetzt auftreten. 20. Casing tube reactor (50) according to claim 18, characterized in that the respective connection points occur peripherally offset from one another.
21. Mantelrohrreaktor (50) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffende Versetzung 90° oder 180° beträgt .21. Jacket reactor (50) according to claim 20, characterized in that the dislocation in question is 90 ° or 180 °.
22. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich über der Umwälzpumpe (12; 230; 270; 280; 290) und/oder dem Wärmetauscher (16) ein Ausdehnungsbehälter (104, 106; 142; 254) für den Wärmeträger befindet.22. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to one of the preceding claims, characterized in that above the circulation pump (12; 230; 270; 280; 290) and / or the heat exchanger (16) is an expansion tank (104, 106; 142; 254) for the heat transfer medium.
23. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Welle (252) der Umwälzpumpe (12; 230; 270; 280; 290) durch den Ausdehnungsbehälter (104; 142; 254) hindurch nach oben erstreckt und der Pumpenantrieb oberhalb des Ausdehnungsbehälters angeordnet ist.23. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 22, characterized in that the shaft (252) of the circulation pump (12; 230; 270; 280; 290 ) extends upwards through the expansion tank (104; 142; 254) and the pump drive is arranged above the expansion tank.
24. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ausdehnungsbehälter (104, 106; 142) eine Entgasungsleitung (148) aus dem Inneren des Reaktionsbehälters (8; 182, 184; 208; 226) führt.24. Jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 22 or 23, characterized in that in the expansion tank (104, 106; 142) from a degassing line (148) leads inside the reaction container (8; 182, 184; 208; 226).
25. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;25. Jacketed tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß in die Entgasungsleitung (148) eine Drossel (149) eingebaut ist.220; 234) according to claim 24, characterized in that a throttle (149) is installed in the degassing line (148).
26. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (8; 182, 184; 208;26. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to any one of the preceding claims, characterized in that the reaction vessel (8; 182, 184; 208;
226) von dem Reaktionsgasgemisch von oben nach unten oder von unten nach oben durchströmt ist.226) through which the reaction gas mixture flows from top to bottom or from bottom to top.
27. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (8; 182, 184; 208; 226) von dem Wärmeträger global gesehen von oben nach unten und/oder von unten nach oben durchströmt ist.27. Jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to one of the preceding claims, indicates that the reaction medium (8; 182, 184; 208; 226) flows through the heat transfer medium from top to bottom and / or from bottom to top.
28. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;28. Jacketed tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (12; 230; 270; 280; 290) von oben nach unten fördert .220; 234) according to one of the preceding claims, characterized in that the circulating pump (12; 230; 270; 280; 290) delivers from top to bottom.
29. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;29. Casing tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (12; 230; 270; 280; 290) vor und/oder hinter dem Pumpenlaufrad (248) mindestens einen Strömungsleitflügel (258, 260) aufweist.220; 234) according to one of the preceding claims, characterized in that the circulation pump (12; 230; 270; 280; 290) has at least one flow guide vane (258, 260) in front of and / or behind the pump impeller (248).
30. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;30. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200;
220; 234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (12; 230; 270; 280; 290) mit einer ein hinsichtlich Kavitationsbildung unzulässiges Absinken ihres Ansaugdrucks verhindernden Vordruckpumpe (136, 298) kombiniert ist.220; 234) according to one of the preceding claims, characterized in that the circulation pump (12; 230; 270; 280; 290) is combined with a pre-pressure pump (136, 298) which prevents an inadmissible decrease in cavitation formation of its suction pressure.
31. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vordruckpumpe aus einem zusätzlichen Pumpenlaufrad auf der Welle (252) der Umwälzpumpe (12; 230, 270; 280; 290) besteht.31. Jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 30, characterized in that the admission pressure pump from an additional pump impeller on the shaft (252) of the circulation pump (12; 230 , 270; 280; 290).
32. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vordruckpumpe (136, 298) aus einem Injektor besteht, der von der Austrittsseite der Umwälzpumpe (12; 230; 270; 280; 290) her gespeist wird und Wärmeträger aus einem Ausdehnungsbehälter (104; 142) ansaugt. 32. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) according to claim 30, characterized in that the admission pressure pump (136, 298) consists of an injector, which is from the outlet side of the circulation pump (12; 230; 270; 280; 290) is fed here and sucks heat transfer medium from an expansion tank (104; 142).
33. Mantelrohrreaktor (50; 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche einschließlich Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der wärmeträgeraustrittsseitige Ringkanal (4) , und zwar an der Einspeisungsstelle des vom Wärmetauscher (16) und Bypass (22) kommenden Teilstroms, durch eine radiale vertikale Trennwand (52) unterteilt ist und der betreffende Teilstrom den beiden so geschaffenen Kanalenden (60, 62) dosiert aufgeteilt zugeführt wird.33. jacket tube reactor (50; 90) according to one of the preceding claims including claims 6 and 11, characterized in that at least the heat carrier outlet-side ring channel (4), namely at the feed point of the partial flow coming from the heat exchanger (16) and bypass (22), is divided by a radial vertical partition (52) and the partial flow in question is fed to the two channel ends (60, 62) thus created in a metered manner.
34. Mantelrohrreaktor (50; 90) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffenden Dosiermittel aus mindestens einem Stellventil (58) oder einem Paar von Drosselorganen (102) bestehen.34. tubular casing reactor (50; 90) according to claim 33, characterized in that the dosing means in question consist of at least one control valve (58) or a pair of throttling members (102).
35. Mantelrohrreaktor (150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit zwei oder mehr Umwälzpumpen (12), verteilt über den Umfang des Reaktionsbehälters (8), dadurch gekennzeichnet, daß einer jeden der Umwälzpumpen (12) auf die angegebene Weise ein eigener Wärmetauscher (16) und ein eigener Bypass (22) zugeordnet sind.35. jacket tube reactor (150) according to one of the preceding claims and with two or more circulation pumps (12), distributed over the circumference of the reaction vessel (8), characterized in that each of the circulation pumps (12) in the specified manner has its own heat exchanger ( 16) and a separate bypass (22) are assigned.
36. Mantelrohrreaktor (162) nach einem der Ansprüche 1 bis 34 und mit zwei oder mehr Umwälzpumpen (12), verteilt über den Umfang des Reaktionsbehälters (8), dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Wärmetauscher (16) und ein gemeinsamer Bypass (22) an zwischen den Anschlußstellen der Umwälzpumpen (12) liegenden Stellen an den Reaktionsbehälter (8) angeschlossen sind.36. jacket tube reactor (162) according to one of claims 1 to 34 and with two or more circulation pumps (12) distributed over the circumference of the reaction vessel (8), characterized in that a common heat exchanger (16) and a common bypass (22) are connected to the reaction vessel (8) at points between the connection points of the circulation pumps (12).
37. Mantelrohrreaktor (150; 162) nach Anspruch 35 oder 36, in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Umwälzpumpen (12), Wärmetauscher (16) und Bypass bzw. Bypässe (22) an die Ringkanäle (4, 6; 202; 222; 240, 242, 244, 246) angeschlossen sind. 37. jacket tube reactor (150; 162) according to claim 35 or 36, in conjunction with claim 5, characterized in that circulating pumps (12), heat exchangers (16) and bypass or bypasses (22) to the ring channels (4, 6; 202 ; 222; 240, 242, 244, 246) are connected.
38. Mantelrohrreaktor (150; 162) nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Ringkanäle (4, 6) in entsprechend der Zahl der daran angeschlossenen Umwälzpumpen (12) viele Abschnitte (154, 156; 158, 160; 166, 168) abgeteilt ist.38. tubular casing reactor (150; 162) according to claim 37, characterized in that at least one of the ring channels (4, 6) in many sections (154, 156; 158, 160; 166, 168) in accordance with the number of circulating pumps (12) connected thereto ) is divided.
39. Mantelrohrreaktor (162) nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeträgeraustrittsseitige Ringkanal (4) in kreissektorförmige Abschnitte (154, 156), der wärmeträgerrein- trittsseitige Ringkanal (6) jedoch in einander überlappende Abschnitte (166, 168) abgeteilt ist.39. jacket tube reactor (162) according to claim 38, characterized in that the heat carrier outlet-side ring channel (4) in sector-shaped sections (154, 156), the heat carrier inlet side ring channel (6) is divided into overlapping sections (166, 168).
40. Mantelrohrreaktor (162) nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung durch eine im wesentlichen wendeiförmige Trennwand (164) hergestellt ist.40. jacket tube reactor (162) according to claim 39, characterized in that the overlap is produced by a substantially helical partition (164).
41. Mantelrohrreaktor (162) nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung durch eine etwa Z-förmig abgewinkelte Trennwand mit einem horizontalen Mittelabschnitt hergestellt ist.41. jacket tube reactor (162) according to claim 39, characterized in that the overlap is made by an approximately Z-shaped angled partition with a horizontal central portion.
42. Mantelrohrreaktor (162) nach einem der Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung zwischen 1 und 100 %, vorzugsweise zwischen 20 und 100 % und am zweckmäßigsten zwischen 50 und 100 % der gesamten Ringkanallänge ausmacht .42. jacket tube reactor (162) according to any one of claims 39 to 41, characterized in that the overlap makes up between 1 and 100%, preferably between 20 and 100% and most suitably between 50 and 100% of the total ring channel length.
43. Mantelrohrreaktor (162) nach einem der Ansprüche 37 bis 42 in Verbindung mit Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der über den gemeinsamen Wärmetauscher (16) und Bypass (22) führende Teilstrom von den betreffenden Abschnitten (166, 168) des wärmeträgereintrittsseitigen Ringkanals (6) abgezweigt und sodann den einzelnen Abschnitten (154, 156) des wär eträger- austrittsseitigen Ringkanals (4) zugeführt wird. 43. jacket tube reactor (162) according to any one of claims 37 to 42 in conjunction with claim 34, characterized in that the partial flow over the common heat exchanger (16) and bypass (22) leading partial flow from the relevant sections (166, 168) of the heat carrier inlet side ring channel (6) branched off and then fed to the individual sections (154, 156) of the ring channel (4) on the heat carrier outlet side.
44. Mantelrohrreaktor (162) nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der den einzelnen Abschnitten (154, 156) des wärmeträgeraustrittsseitigen Ringkanals (4) zugeführte Teilstrom dosiert aufgeteilt wird.44. jacket tube reactor (162) according to claim 43, characterized in that the individual sections (154, 156) of the heat carrier outlet side ring channel (4) supplied partial flow is divided metered.
45. Mantelrohrreaktor (180) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Mehrzonenreaktor mit mindestens zwei übereinander- liegenden, durch eine Trennscheibe oder dergl. voneinander getrennten Reaktorzonen (I, II; 236, 238) , dadurch gekennzeichnet, daß einer jeden Reaktorzone auf die angegebene Weise eine eigene Umwälzpumpe (12), ein eigener Wärmetauscher (16) und ein eigener Bypass (22) zugeordnet sind.45. jacket tube reactor (180) according to any one of the preceding claims as a multi-zone reactor with at least two superimposed reactor zones (I, II; 236, 238) separated by a cutting disc or the like, characterized in that each reactor zone in the manner indicated a dedicated circulation pump (12), a dedicated heat exchanger (16) and a dedicated bypass (22) are assigned.
46. Mantelrohrreaktor (180) nach einem der Ansprüche 1 bis 44 als Mehrzonenreaktor mit mindestens zwei übereinanderliegen- den, durch eine Trennscheibe oder dergl. voneinander getrennten Reaktorzonen (I, II; 236, 238) , dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Reaktorzonen eine Umwälzpumpe (12), ein Wärmetauscher (16) und/oder ein Bypass (22) gemeinsam ist.46. Jacket tube reactor (180) according to one of claims 1 to 44 as a multi-zone reactor with at least two superimposed reactor zones (I, II; 236, 238) separated from one another by a separating disk or the like, characterized in that several reactor zones have a circulation pump ( 12), a heat exchanger (16) and / or a bypass (22) is common.
47. Mehrzonen-Mantelrohrreaktor nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parallelschaltung aus Wärmetauscher47. Multi-zone jacket tube reactor according to claim 46, characterized in that a parallel connection of heat exchanger
(16) und Bypass (22) mit einer Umwälzpumpe (12) in Reihe geschaltet ist und die jeweiligen Vereinigungsstellen mit den Wärmeträgerzuführungen (6) der Reaktorzonen (I, II) verbunden sind, so daß der Wärmetauscher (16) und der Bypass (22) nur einer der Reaktorzonen (II) parallelgeschaltet sind.(16) and bypass (22) with a circulating pump (12) is connected in series and the respective connection points are connected to the heat carrier feeds (6) of the reactor zones (I, II), so that the heat exchanger (16) and the bypass (22 ) only one of the reactor zones (II) are connected in parallel.
48. Mehrzonen-Mantelrohrreaktor (180) nach einem der Ansprüche 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger durch die einzelnen Reaktorzonen (I, II; 236, 238) global gesehen gleich- oder gegensinnig hindurchtritt.48. Multi-zone jacket tube reactor (180) according to one of claims 45 to 47, characterized in that the heat transfer medium through the individual reactor zones (I, II; 236, 238) passes globally in the same or opposite direction.
49. Mantelrohrreaktor (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Mehrzonenreaktor mit mindestens zwei voneinander getrennten Reaktorzonen (I, II) , dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende Reaktorzonen (I, II) durch eine Strömungsaufteilzone (III) voneinander getrennt sind und der von einer gemeinsamen Umwälzpumpe (12) geförderte Wärmeträger durch die Strömungsaufteilungszone (III) hindurch gegensinnig in die beiden daran anschließenden Reaktorzonen (I, II) eintritt und die betreffenden Teilströme von dort ventilgesteuert zum Pumpeneinlaß zurückgeführt werden.49. jacket tube reactor (200) according to any one of the preceding claims as a multi-zone reactor with at least two of them Separate reactor zones (I, II), characterized in that two successive reactor zones (I, II) are separated from one another by a flow dividing zone (III) and the heat transfer medium conveyed by a common circulation pump (12) through the flow dividing zone (III) in the opposite direction two adjoining reactor zones (I, II) occur and the relevant partial streams are returned from there to the pump inlet in a valve-controlled manner.
50. Mehrzonen-Mantelrohrreaktor (200) nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwälzpumpe (12) ein einziger Wärmetauscher (16) und ein einziger Bypass (22) parallelgeschaltet sind.50. multi-zone jacket tube reactor (200) according to claim 49, characterized in that the circulation pump (12), a single heat exchanger (16) and a single bypass (22) are connected in parallel.
51. Mehrzonen-Mantelrohrreaktor (200) nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der zweiten Reaktorzone (II) austretende WärmeträgerteiIstrom durch im Inneren des Reaktionsbehälters (208) verlaufende Rohre (212) dem Wärmeträgeraus- tritt (202) der ersten Reaktorzone (I) zugeführt wird.51. Multi-zone jacket tube reactor (200) according to claim 50, characterized in that the heat transfer medium stream emerging from the second reactor zone (II) through tubes (212) running inside the reaction vessel (208) exits the heat transfer medium (202) of the first reactor zone ( I) is supplied.
52. Mehrzonen-Mantelrohrreaktor (180; 190; 200; 234) nach einem der Ansprüche 45 - 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe einer einzelnen Reaktorzone (I, II; 236, 238)) zwischen 10 und 80 %, vorzugsweise zwischen 20 und 80 %, der Gesamthöhe aller Reaktorzonen beträgt.52. Multi-zone jacket tube reactor (180; 190; 200; 234) according to one of claims 45 - 51, characterized in that the height of an individual reactor zone (I, II; 236, 238)) is between 10 and 80%, preferably between 20 and 80%, the total height of all reactor zones.
53. Mehrzonen-Mantelrohrreaktor (180; 190; 200; 234) nach einem der Ansprüche 45 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens zwei Reaktorzonen (I, II; 236, 238) unterschiedliche Reaktionen erfolgen.53. Multi-zone jacket tube reactor (180; 190; 200; 234) according to one of claims 45 to 52, characterized in that different reactions take place in at least two reactor zones (I, II; 236, 238).
54. Meh zonen-Mantelrohrreaktor (180; 190; 200; 234) nach einem der Ansprüche 45 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Reaktorzone (I, II; 236, 238) als Vorwärm- oder Nachkühlzone für das Reaktionsgasgemisch ausgebildet ist. 54. multi-zone jacket tube reactor (180; 190; 200; 234) according to any one of claims 45 to 53, characterized in that at least one reactor zone (I, II; 236, 238) is designed as a preheating or after-cooling zone for the reaction gas mixture.
55. Mehrzonen-Mantelrohrreaktor (180; 190; 200; 234) nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffende Reaktorzone (I, II; 236, 238) entweder keine Füllung oder eine Inertmaterialfüllung in den Reaktionsrohren aufweist.55. Multi-zone jacket tube reactor (180; 190; 200; 234) according to claim 54, characterized in that the reactor zone in question (I, II; 236, 238) either has no filling or an inert material filling in the reaction tubes.
56. Mehrzonen-Mantelrohrreaktor (234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Umwälzpumpe (230; 270; 280; 290) mit abgekröpftem Ein- und/oder Auslaß (262, 264; 272, 274; 282, 284; 292) über die benachbarte Reaktorzone (238; 236) hinwegreichend an dem Reaktionsbehälter bzw. diesen umgebenden Ringkanälen (240, 242; 244, 246) angebracht ist.56. Multi-zone jacket tube reactor (234) according to any one of the preceding claims, characterized in that the respective circulation pump (230; 270; 280; 290) with a cranked inlet and / or outlet (262, 264; 272, 274; 282, 284 ; 292) over the adjacent reactor zone (238; 236) is attached to the reaction vessel or the ring channels (240, 242; 244, 246) surrounding it.
57. Mantelrohrreaktor (220) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens eine Wärme- trägerzu- und/oder -abführung (222) auf einer dazwischenliegenden Ebene aufweist, die ventilgesteuert mit dem Aus- bzw. Eintritt der Umwälzpumpe (12) verbunden ist.57. jacket tube reactor (220) according to any one of the preceding claims, characterized in that it has at least one heat carrier supply and / or removal (222) on an intermediate level, which is valve-controlled with the outlet or inlet of the circulation pump (12th ) connected is.
58. Mantelrohrreaktor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) für katalytische Gasphasenreaktionen und mit mindestens einem nach außen tretenden, verzweigten Wärmeträgerkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß an und/oder nach mindestens einer Vereinigungsstelle der verzweigungsbedingten Wärmeträgerteilströme ein Mischer (38, 40) angeordnet ist. 58. jacket tube reactor (2; 50; 90; 150; 162; 180; 190; 200; 220; 234) for catalytic gas phase reactions and with at least one branched outward heat transfer medium circuit, characterized in that at and / or after at least one union point a mixer (38, 40) is arranged for the branching-related partial heat flows.
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