DE1667323B2 - Device for carrying out exothermic catalytic gas reactions for the synthesis of ammonia and methanol - Google Patents
Device for carrying out exothermic catalytic gas reactions for the synthesis of ammonia and methanolInfo
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Description
torgefüllten Rohr verschieden stark gekühlt je nach ihrer Lage im Querschnitt des Konverters. Betrieblich hat diese Vorrichtung den Nachteil, daß ihre Teile nicht einzeln ein- und ausgebaut werden können und ein Gefäßdeckel benötigt wird mit dem vollen Durchmesser des Gefäßes.gate-filled tube is cooled to different degrees depending on its location in the cross section of the converter. Operational this device has the disadvantage that its parts cannot be installed and removed individually and a jar lid is needed with the full diameter of the jar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Reaktorkonstruktion zu finden, durch die Nachteile der bekannten Konstruktionen überwunden werden.The present invention is based on the task of finding a new reactor design, be overcome by the disadvantages of the known constructions.
Somit bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung exothermer katalytischer Gasreaktionen für die Ammoniak- und Methanol-Synthese, die sich dadurch kennzeichnet, daß zwei Gas/Gas-Wärmetauscher übereinander und zentral in der mittleren Katalysatorschicht angeordnet sind, daß die mittlere Katalysatorschicht in einem Ringraum angeordnet ist, der gebildet wird durch den Einsatzmantel und das Leitrohr, welches kürzer ist als die Gesamtlänge der beiden Wärmetauscher, der Durchmesser des Leitrohres größer ist als der Durchmesser der Wärmetauschermäntel, damit einen freien Ringraum zwischen diesen lassend, die beiden Wärmetauscher mantelseitig durch ein zwischen ihnen und zentral angeordnetes Verbindungsrohr gekoppelt sind, die radiale Verlängerung der oberen Rohrbodenplatte des oberen Wärmetauschers und die radiale Verlängerung der unteren Rohrbodenplatte des unteren Wärmetauschers die Wärmetauscher gegenüber dem Einsatzmantel abdichten, und einem Trennblech zwischen dem Verbindungsrohr und dem zylindrischen Leitrohr, wodurch eine freie Verbindung zwischen Rohraustrittsseite des ersten Wärmetauschers und Eintrittsseite der mittleren Katalysatorschicht und zwischen Austrittsseite der mittleren Katalysatorschicht und Rohreintrittsseite des zweiten Wärmetauschers geschaffen wird.Thus, the invention relates to an apparatus for performing exothermic catalytic Gas reactions for ammonia and methanol synthesis, which is characterized in that two Gas / gas heat exchangers are arranged one above the other and centrally in the middle catalyst layer, that the middle catalyst layer is arranged in an annular space which is formed by the Insert jacket and the guide tube, which is shorter than the total length of the two heat exchangers, the The diameter of the guide tube is larger than the diameter of the heat exchanger jackets, so that a free one Leaving an annular space between these, the two heat exchangers on the shell side through one between them and centrally located connecting tube are coupled, the radial extension of the upper tube sheet of the upper heat exchanger and the radial extension of the lower tubesheet of the lower Heat exchanger seal the heat exchanger against the insert jacket, and a partition plate between the connecting tube and the cylindrical guide tube, creating a free connection between the pipe outlet side of the first heat exchanger and the inlet side of the middle catalyst layer and between the outlet side of the middle catalyst layer and the tube inlet side of the second Heat exchanger is created.
Die nachfolgend an Hand der Abbildung ausführlich beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung führt einmal zu optimalem Wärmetausch in dem Ammoniakkonverter, da die Wärmetauscher mit optimalem Durchmesser/Längen-Verhältnis entsprechend den vorliegenden Gasmengen und erforderlichen Gasgeschwindigkeiten ausgelegt werden, zum anderen bringt sie eine konstruktive Vereinfachung des Einbaus von Wärmetauschern in Katalysatorschichten und vereinfachte betriebliche Handhabe des Ofeneinsatzes bzw. der Wärmetauscher.The device according to the invention described in detail below with reference to the figure leads once to optimal heat exchange in the ammonia converter, since the heat exchanger with optimal Diameter / length ratio according to the amount of gas present and required Gas velocities are designed, on the other hand it brings a structural simplification the installation of heat exchangers in catalyst layers and simplified operational handling of the furnace insert or the heat exchanger.
Vor allem wird durch die erfindungsgemäße Reduzierung der Außendurchmesser der Zwischenwärmetauscher erreicht, daß die Zwischenwärmetauscher und die Katalysatorschichten nicht mehr unbedingt eine Einheit sind, sondern separat in den Konverter ein- und ausgebaut werden können. Bei einem Schaden an den Zwischenwärmetauschern oder am Katalysator kann jeder für sich aus dem Konverter entfernt werden, außer der ersten Schicht, die bei einer Herausnahme des Zwischenwärmetauschers auch zu entfernen ist. Es sind keine umständlichen Katalysatorfüll- und -Leereinbauten durch die Wärmetauscher hindurch erforderlich.Above all, the reduction in the external diameter of the intermediate heat exchanger according to the invention achieves that the intermediate heat exchanger and the catalyst layers are no longer essential are a unit, but can be installed and removed separately in the converter. In the event of damage at the intermediate heat exchangers or at the catalytic converter, each of them can be removed from the converter except for the first layer, which also increase when the intermediate heat exchanger is removed remove is. There are no cumbersome catalyst filling and empty installations through the heat exchanger required through.
Durch den erfindungsgemäßen Einbau der Wärmetauscher zentral in die mittlere Katalysatorschicht wird erreicht, daß die Wärmetauscher mit den jeweils optimalsten Abmessungen, d. h. besten Wärmeübergangswerten und wirtschaftlichsten Rohrabmessungen ausgelegt werden können. Der Durchmesser des Wärmetauschers ist nicht mehr zwangläufig an den Durchmesser des Konverters gebunden. Bekannterweise sind bei einem Wärmetauscher gewisse Beziehungen zwischen Gasgeschwindigkeiten in den Rohren und den Spaltbreiten zwischen den Rohren für 5 optimalen Wärmeaustausch einzuhalten.By installing the heat exchanger according to the invention centrally in the middle catalyst layer it is achieved that the heat exchangers with the most optimal dimensions, d. H. best heat transfer values and the most economical pipe dimensions can be designed. The diameter of the Heat exchanger is no longer necessarily bound to the diameter of the converter. Well known are certain relationships between gas velocities in the pipes in a heat exchanger and to maintain the gap widths between the tubes for optimal heat exchange.
Durch die erfindungsgemäße einfache kompakte Bauweise wird teurer Hochdruckraum gespart, der vergeudet würde, wenn die Einsatzbüchse bei den bisher bekannten Konstruktionen mit Zwischenwärmetauschern eingezogen werden müßte.The simple compact design according to the invention saves expensive high-pressure space, the Would be wasted if the insert sleeve in the previously known designs with intermediate heat exchangers would have to be withdrawn.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt weiterhin den Einbau optimaler Wärmetauscher zwischen die Katalysatorschichten in Konverter mit großem Durchmesser von 2 m und mehr unter Vermeidung der obengenannten Schwierigkeiten. Der Verschluß kann auf einen Durchmesser eingezogen werden, der es erlaubt, einen bekannten leicht zu handhabenden Deckel zu verwenden. Dadurch ist es möglich, durch Verkürzen der Montagezeiten zu optimaler Betriebsdauer zu gelangen.The inventive device also allows the installation of optimal heat exchangers between avoiding the catalyst layers in converters with a large diameter of 2 m and more the difficulties mentioned above. The closure can be drawn in to a diameter that it allows a known easy-to-use cover to be used. This makes it possible to go through Shortening the assembly times for an optimal operating time to get.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den F i g. 1 bis 4 dargestellt. Der Aufbau der Vorrichtung wird am Beispiel ihrer verfahrenstechnischen Wirkungsweise beschrieben.Embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 to 4 shown. The structure of the device is described using the example of their procedural mode of operation.
F i g. 1 zeigt einen zylindrischen Hochdruckreaktor mit endständigen Wärmetauschern und zwei Zwischenwärmetauschern; inF i g. 1 shows a cylindrical high pressure reactor with terminal heat exchangers and two intermediate heat exchangers; in
F i g. 2 ist der endständige Wärmetauscher außerhalb des Hochdruckreaktors angeordnet;F i g. 2 the terminal heat exchanger is arranged outside the high pressure reactor;
F i g. 3 zeigt einen flaschenförmigen Hochdruckreaktor mit eingezogenem Verschluß mit ebenfalls einem endständigen Wärmetauscher und zwei Zwischenwärmetauschern ; inF i g. 3 shows a bottle-shaped high-pressure reactor with retracted closure with also a terminal heat exchanger and two intermediate heat exchangers; in
F i g. 4 ist der endständige Wärmetauscher außerhalb des Hochdruckreaktors angeordnet.F i g. 4, the terminal heat exchanger is arranged outside the high-pressure reactor.
Die genannten Vorteile werden in den Hochdruckreaktoren dadurch erreicht, daß entweder an einem Ende des Ofens bei 4 aufgegebenes Frischgas noch kalt ist (F i g. 1) und einen durch den Druckmantel 1, 2, 3 und den die Katalysatorbüchse einschließenden Einsatzmantel 6 gebildeten, an sich bekannten Ringraum 5 und dann einen am entgegengesetzten Ende des Ofens befindlichen, ebenfalls an sich bekannten Hauptwärmetauscher 7 durchströmt oder (F i g. 2) schon im außenliegenden Hauptwärmetauscher vorgeheiztes Frischgas am unteren Ende 4 zugegeben wird und das heiße Gas nach oben strömt in einem Zentralrohr 8 in der untersten Katalysatorschicht, wonach es den Wärmetauscher 9 passiert, der oberhalb der letzten Katalysatorschicht 21 und zentral in der mittleren Katalysatorschicht 18 angeordnet ist, wobei es in Wärmetausch tritt mit dem Reaktionsgas aus der mittleren Katalysatorschicht. Auf kürzestem Wege durch das Verbindungsrohr 10 passiert das aufgeheizte Gas den Wärmetauscher 11, der ebenfalls zentral in der mittleren Katalysatorschicht 18 angeordnet ist. In dem Wärmetauscher 11 wird das auf die Anspringtemperatur der ersten Katalysatorschicht aufzuheizende Gas im Wärmetausch mit dem Reaktionsgas aus der ersten Katalysatorschicht 14 aufgeheizt. Das aufgeheizte Frischgas strömt dann durch das Zentralrohr 12 in der ersten Katalysatorschicht nach oben und gelangt nach Umkehrung der Strömungsrichtung auf die erste KatalysatorschichtThe advantages mentioned are achieved in the high pressure reactors that either on one At the end of the furnace at 4 the fresh gas applied is still cold (Fig. 1) and one through the pressure jacket 1, 2, 3 and the insert jacket 6, which encloses the catalyst sleeve, is formed, known per se 5 and then one at the opposite end of the furnace, also known per se Main heat exchanger 7 flows through or (FIG. 2) already preheated in the external main heat exchanger Fresh gas is added at the lower end 4 and the hot gas flows upwards in one Central pipe 8 in the lowest catalyst layer, after which it passes the heat exchanger 9, the one above the last catalyst layer 21 and is arranged centrally in the middle catalyst layer 18, it enters into heat exchange with the reaction gas from the middle catalyst layer. In the shortest possible time Paths through the connecting pipe 10, the heated gas passes the heat exchanger 11, which also is arranged centrally in the middle catalyst layer 18. In the heat exchanger 11 this is on the light-off temperature of the first catalyst layer to be heated in heat exchange with the gas Reaction gas from the first catalyst layer 14 is heated. The heated fresh gas then flows through the central tube 12 in the first catalyst layer upwards and, after the reversal of the Direction of flow onto the first catalyst layer
14. Es durchströmt nun zuerst diese Schicht, wird zu Reaktionsgas und gelangt dann weiter durch den Wärmetauscher 11 und in neuerlicher Umkehr in der Kammer 15 durch den durch das Leitrohr 17 gebil-14. It now flows through this layer first, becomes reaction gas and then continues through the Heat exchanger 11 and, in another reversal, in chamber 15 by the guide tube 17 formed by the
deten Ringraum 16 auf die mittlere Katalysatorschicht 18. Das hier durch die weitere exotherme Reaktion aufgeheizte Reaktionsgas verläßt die Katalysatorschicht unten, durchströmt nach oben den Ringraum 19 und wird durch die Umlenkkammer 20 durch die Rohre des Wärmetauschers 9 geleitet. Die radiale Verlängerung der oberen Rohrbodenplatte 26 des oberen Wärmetauschers 11 und die radiale Verlängerung der unteren Rohrbodenplatte 26 des unteren Wärmetauschers 9 dichten die Wärmetauscher gegenüber dem Einsatzmantel 6 ab. Das Trennblech 27 dichtet das Verbindungsrohr 10 gegenüber dem Leitrohr 17 ab, wodurch das Reaktionsgas aus dem Wärmetauscher 11 in den Ringraum 16 und das Reaktionsgas aus dem Ringraum 19 in den Wärmetauscher 9 geleitet wird. Nach Passieren dieses Wärmetauschers durchströmt das Reaktionsgas die letzte Katalysatorschicht 21 und dann den endständigen Hauptwärmetauscher 7, um dann den Synthesekonverter bei 22 zu verlassen.deten annular space 16 on the middle catalyst layer 18. This is due to the further exothermic reaction heated reaction gas leaves the catalyst layer at the bottom, flows through the annular space upwards 19 and is passed through the deflection chamber 20 through the tubes of the heat exchanger 9. the radial extension of the upper tube sheet plate 26 of the upper heat exchanger 11 and the radial extension the lower tube sheet plate 26 of the lower heat exchanger 9 seal the heat exchangers compared to the insert jacket 6. The partition plate 27 seals the connecting pipe 10 against the Guide tube 17, whereby the reaction gas from the heat exchanger 11 in the annular space 16 and the Reaction gas is passed from the annular space 19 into the heat exchanger 9. After passing this heat exchanger the reaction gas flows through the last catalyst layer 21 and then the terminal one Main heat exchanger 7 to then leave the synthesis converter at 22.
Im Fall F i g. 3 durchströmt das Reaktionsgas nach der letzten Katalysatorschicht 21 den Ringraum 28 am Wärmetauscher 7, um diesen dann von oben nach unten zu passieren. Der endständige Wärmetauscher kann auch außerhalb des Konverters angeordnet sein.In the case of F i g. 3, the reaction gas flows through the annular space 28 after the last catalyst layer 21 on the heat exchanger 7, in order to then pass this from top to bottom. The final heat exchanger can also be arranged outside the converter.
Bei F i g. 1 bis 4 ist unter 13 eine elektrische Heizeinrichtung in bekannter Weise angeordnet.At F i g. 1 to 4, an electrical heating device is arranged in a known manner at 13.
Die Aufheizung des Konverters, d. h. wenn noch keine Reaktionswärme vorhanden ist, kann auch
außerhalb des Konverters erfolgen, und das Gas kann durch die Bohrung 4 (F i g. 2) zugeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, vom Konverterdeckel oder -boden her durch zusätzliche
Rohre 23, 24, 25 kaltes Frischgas zum Abbau von Temperaturspitzen zuzugeben.The converter can also be heated up, ie if there is no heat of reaction yet, outside the converter, and the gas can be supplied through the bore 4 (FIG. 2).
The device according to the invention allows cold fresh gas to be added from the converter cover or base through additional pipes 23, 24, 25 to reduce temperature peaks.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (1)
talysatorschicht angeordnet sind, die mittlere Ka- 15 Die Ofentypen mit direkter Gaskühlung durch Zutalysatorlage in einem Ringraum angeordnet ist, mischung von kaltem oder vorgewärmtem Frischgas der gebildet wird durch den Einsatzmantel (6) haben allgemein den Nachteil, daß der Gehalt des und das Leitrohr (17), welches kürzer ist als die ausreagierten Gases an Syntheseendprodukt stark Gesamtlänge der beiden Wärmetauscher, der verdünnt wird. Zum anderen haben sie den Nachteil, Durchmesser des Leitrohres (17) größer ist als 20 daß die Wärmebilanz ungünstig ist, da kaltes Frischder Durchmesser der Wärmetauschermäntel, da- gas oder wenig vorgewärmtes reserviert werden muß, mit einen freien Ringraum (16) zwischen diesen um die Regelmöglichkeit zu erhalten, und daher die lassend, die beiden Wärmetauscher mantelseitig äquivalente Wärmemenge des reagierten Gases undurch ein zwischen ihnen und zentral angeordne- ausgenutzt an das Schlußkühlermedium, z. B. Kühltes Verbindungsrohr (10) gekoppelt sind, die ra- 25 wasser, abgegeben werden muß.
diale Verlängerung der oberen Rohrbodenplatte Die Ofentypen mit eingebauten Wärmetauschernstarting from a high pressure jacket (2) and one of the above requirements. It is an example insert jacket (6), which contains at least three superimposed, catalyst layers arranged in several loaders and two gas / genes one below the other and in the intermediate gas heat exchanger in the tube bundle type contains io spaces by means of mixing devices cold or pre - and the top and bottom catalyst layers each have heated fresh gas or contain heat in a central pipe, marked exchangers for fresh gas to be heated or for one by two gas / gas heat exchangers (9, 11), to be installed on top of each other and centrally in the middle Ka - to lower the reaction temperatures,
15 The furnace types with direct gas cooling through the analyzer layer are arranged in an annular space, mixture of cold or preheated fresh gas that is formed by the insert jacket (6) generally have the disadvantage that the content of the and the guide tube ( 17), which is shorter than the fully reacted gas in the synthesis end product, strongly total length of the two heat exchangers, which is diluted. On the other hand, they have the disadvantage that the diameter of the guide tube (17) is greater than 20, that the heat balance is unfavorable because cold fresh or the diameter of the heat exchanger jackets, gas or slightly preheated items must be reserved, with a free annular space (16) between them the possibility of regulating, and therefore the letting, the two heat exchangers on the shell side equivalent amount of heat of the reacted gas through a between them and centrally used to the final cooler medium, z. B. Cooled connecting pipe (10) are coupled, the ra- 25 water must be released.
diale extension of the upper tube sheet The furnace types with built-in heat exchangers
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHV | Ceased/renunciation |