CH284400A - Verfahren zur Durchführung exothermer Reaktionen unter Druck und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Durchführung exothermer Reaktionen unter Druck und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.



   Vorliegende Erfindung bezweckt die Abführung der bei den unter Druck und bei hoher Temperatur stattfindenden Synthesen   entwickelten Wärme derart, da# in    der Ka   talysatormasse optimale Warmeverhältnisse    herrschen, und   dass die Reaktionswärme zur    Erzeugung von Dampf   benntzt    wird.



   Die Erfindung findet insbesondere auf die   Ammoniaksynthese, auf    die   Methanoisynthese,    auf die Hydrierung der Kohlenwasserstoffe usw. Anwendung.



   Die bei der Bildung eines Kilogrammes Ammoniak aus dessen elementaren Bestandteilen bei der Temperatur von 500  C entwikkelte Warme   betragt    etwa 750 Kalorien ; folglich erhöht   sieli    die Temperatur des Stick   stoff-Wassersto i fgemisehes heim Fortsehreiten    der Reaktion in Anwesenheit des Katalysators.



  Das Ansteigen der Temperatur verschiebt das chemische Gleichgewicht in ungünstigem Sinne.   lTm    Ammoniak in hoher ausbeute   wu    erhalten, muss daher die Wärme, so wie sie durch die Reaktion freigesetzt wird, auch gleich abgeführt werden.



   Bei der Synthese von Methanol aus CO und II2 sind die in bezug auf die   thermisehen    Verhältnisse zu stellenden Anforderungen noeh strenger als bei der Ammoniaksynthese, weil jede anormale Temperaturerhöhung nicht nur eine Verringerung der sieh zu A]kohol verbindenden Anteile gemäss der   Gesetz-      mässigkeit    des Gleichgewichtes bewirkt, sondern auch das Auftreten unerwünsehter   Reak-      tionen,      wie cler zu H20    und   zn CH4 führen-    den, und die Beschädigung des Katalysators.



   Zur Abfuhr der Reaktionswärme ist es üblieh, die zur Synthese bestimmten kalten    Gase durch parallel zur Stromungsrichtung    angeordnete, vertikale Rohre zu leiten, welche durch die Katalysatormasse gelegt sind. Die    Vorriehtungen dieser Art bieten verschiedene    Nachteile: erstens wird dureh die Rohre die Fläche für den   Gasdurehgang    bedeutend ver  ringert    und die Verteilung des Katalysators erschwert ; ferner ist die Temperatur bei weitem nieht gleich an den verschiedenen Punkten ein und derselben horizontalen Ebene ;

   an den   Rohrwandungen    ist der Katalysator unwirksam, weil er zu kalt ist,   wahrend    die von den Rohren   weiter abliegende Katalysator-    masse infolge   Uberhitzung das chemische      Gleichgewicht ungünstig verschiebt.   



   Es wurde versucht, bessere Temperaturverhältnisse zu schaffen, indem in die ver  schiedenen    Schichten der Katalysatormasse kalte Gase eingeleitet wurden ; es haftet jedoch an dieser Methode der Naehteil der Verdün  nung der Gase,    so dass die Ausbeute am Ende stark herabgesetzt wird.



   Anderseits geht mit den bisher verwendeten Mitteln die dureh die Reaktion freigesetzte Wärme in den Kühlern beim   Aus-    tritt   aus den Syntheserohren gänzlich    verloren. Verluste dieser Art sind mit den moder nen Anforderungen eines wirtschaftliehen Be  triebes gänzlich unvereinbar.   



   Die vorliegende Erfindung bietet ein praktisches Mittel, um die   aufgezählten Schwierig-    keiten zu überwinden : sie hat ein Verfahren zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen unter   Druek zum Gegenstand,    welches dadurch gekennzeiehnet ist, dass die Reaktionswärme in der Weise zur Erzeugung von Hochdruckdampf benutzt wird, dass ein   Kontaktofen verwendet    wird, der mehrere in der Strömungsriehtung des   Reaktionsgemisehes    nacheinander angeordnete Wärmeaustauscher enthält, in denen die Zufuhr des Kühlwassers unabhängig voneinander geregelt werden kann, zum Zweeke, optimale Temperaturverhältnisse erzielen zu können, und dass der in den Wärmeaustauschern des Ofens erzeugte   Hoehdruekdampf    durch ein Organ geführt wird,

   in welehem er kondensiert wird, worauf das Kondenswasser in geschlossenem Kreislauf wieder in die Wärmeaustauscher   zurückge-    führt wird.



   Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses   Verfah-    rens, welche gekennzeichnet ist durch mehrere in der   Strömungsriehtung    des   Reaktions-    gemisches in zunehmender Entfernung voneinander angeordnete Wärmeaustauscher, durch Schieber in jeder Zuführungsleitung zu den einzelnen   Wärmeaustausehern,      durez    eine gemeinsame Abflussleitung für das verdampfte   Kiihlwasser,    dureh einen durch den Hoehdruckdampf geheizten Dampferzeuger, durch eine Pumpe zum Zurückführen des im Dampferzeuger dureh Abkühlung des Hoehdruekdampfes kondensierten Wassers in die Wärmeaustauscher und durch weitere Wärmeaustauseher zum Vorwärmen des zur Dampferzeugung bestimmten Wassers.



   An Hand beiliegender Zeichnungclie ein zur Durchführung der   Ammoniaksynthese    ge  eignetes Ausführungsbeispiel    der   erfindongs-    gemässen Einrichtung darstellt, wird aueh eine beispielsweise Ausführungsform des er  findungsgemässen    Verfahrens erläutert.



   Fig.   1    zeigt die Einrichtung   sehematiseh    im Längsschnitt ;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Tem  peraturlage    in Abhängigkeit vom Volumen des durchsetzten Katalysators angibt, und
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die   ent-      sprechende Ammoniakbildung angibt.   



   Das unter Druck stehende, aus dem Rohr 13 kommende Gasgemisch (N2 + 3H2) steigt nach Durehgang durch den Wärmeaustauscher 7 in dem das   Katalyserohr    umgebenden Raum hoch und dringt oben in die erste Lage des Katalysators   1    bei einer Temperatur, die dazu hinreicht, das Einsetzen der Reakt. ion hervorzurufen, nämlich gegen 400 . Die Temperatur des Gases steigt schnell an und überschreitet   500 .    Beim Austritt ans der ersten Katalysatorlage wird das Gas durch eine Rohrschlange 17 gekühlt, die verschiedene Gestaltung aufweisen kann. Die Pumpe 10 sorgt für den Umlauf des Wassers im Röhrennetz.



  Mittels des Schiebers   H    kann die   Fordermenge    der Intensität der   Reaktionswärmeentwieklung      angepa#e    werden. In gleicher Weise wird die Temperatur des Gases in den   naehfolgenden    Lagen des   Katalysatorsgeregelt    ; zur Erzielung einer hohen Ausbeute braucht die Temperature um so weniger   hoeli    zu sein, je weiter die Umwandlung der Gase in Ammoniak vor  gesehritten    ist. Die Kurven der Fig. 2 und 3 stellen einerseits die   Temperaturlage    in Abhängigkeit vom   Volumes    des durchsetzten Katalysators und anderseits die entsprechende Ammoniakbilung dar.

   Es ist zn ersehen,   da#    die Reaktion vor allem In den ersten Lagen des Katalysators stattfindet, während sie sich in den nachfolgenden Lagen verlangsamt : hieraus folgt, dass es   zweekmä#ig    ist, den Katalysator in Lagen anzuordnen, deren Dicke fortschreitend zunimmt.



   Der Dampf, der unter hohem Druck durch die Leitungen 12 aus dem Syntheserohr austritt, wird dem Dampferzeuger 11 zugeleitet, derart,   daP)    ein geschlossener Kreislauf des   Kondenswassers    bzw. des   Hochdruekdampfes    erhalten wird. Zweek dieser Anordnung ist, zu vermeiden,   da#    sich die Salze und Verunreinigungen des Frischwassers im Röhrennetz des   Syntheserohres      niederschlagen. Die    Wärmerückgewinnung kann noch weiter ge trieben werden, indem das Kesselspeisewasser im Austauscher 8 vorgewärmt wird, wo die Kühlung des aus dem Syntheserohr kommenden   Crases    beendet wird.

   Das zur   Dampf-    erzeugung bestimmte Wasser tritt durch die Leitung 14 in den Austauscher ein, und der erzeugte Dampf tritt dureh die Leitung 15 aus.



   In den   Hochdruckkreislauf    kann an Stelle des Kessels 11 z. B. auch eine   Kondensations-      dampfturhine    eingeschaltet werden, die als Kraftquelle für die Bedürfnisse der Anlage selbst dienen kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : I. Verfahren zur Durehführung exother- mer katalytischer Reaktionen unter Druck, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionswarme in der Weise zur Erzeugung von Hoch- druekdampf benutzt wird.

   da# ein Kontakt- ofen verwendet wird, der mehrere in der Stömungsrichtung des Reaktionsgemisches naeheinander angeordnete Wärmeaustauscher enthält, in denen die Zufuhr des Kühlwassers unabhängig voneinander geregclt werden kann, zum Zwecke, optimale Temperaturverhätnisse erzielen zu können, und dass der in den Wärmeaustauschern des Ofens erzeugte Hochdruckdampf durch ein Organ geführt wird, in welchem er kondensiert wird, worauf das Kondenswasser in geschlossenem Kreis- lauf wieder in die Wärmeaustauscher zurüekgeführt wird.

   II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens naeh Patentansprueh I, gekennzeiehnet dureh mehrere in der Strömungsrich- tung des Reaktionsgemisches in zunehmender Entfernung voneinander angeordnete Wärme- austauscher (17), durch Schieber (9) in jeder Zuführungsleitung zu den einzelnen Wärmeaustauschern, durch eine gemeinsame Abfluss- leitung (12) für das verdampfte Kühlwasser, dureh einen durch den Hochdruckdampf ge heizten Dampferzeuger (11), durch eine Pumpe (10) zum Zurückführen des im Dampferzeuger durch Abkühlung des Hoch druekdampfes kondensierten Wassers in die Wärmeaustauscher (17) und durch weitere W ärmeaustauscher (8)

   zum Vorwärmen des zur Dampferzeugung bestimmten Wassers.