CH307960A - Verfahren zur Durchführung exothermer Gasreaktionen unter hohem Druck. - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Durchführung exothermer Gasreaktionen unter hohem Druck.



   Es ist bekannt, dass es, um eine hohe   Atis-       beute bei exothermen Hochdrucksynthesen zu    erzielen, notwendig ist, die durch die   Reak-    tion   Rebildete    Wärme sogleich abzuführen. derart, dass siell die Temperatur des   Kataly-    sators innerhalb bestimmter Grenzen hält.



  Wenn die Reaktionswärme nicht abgeführt wird, so erhöht sieh die Temperatur des   Gasgemisches    und die Ausbeute nimmt ab.



  Ferner bietet. bei einigen Reaktionen, wie z. B.



     I) ei der Methanolsynthese    aus Wasserstoff und   Kohlenoxyl,    ein zu starker Temperaturanstieg des Katalysators nicht nur den Naehteil, die Menge der im gewünsehten Sinne miteinander reagierenden Anteile der   Ausgangs-    stoffe gemäss den Gesetzen des chemischen   Gleichgewichtes herabzusetzen,    sondern   aneth    Nebenreaktionen zu begünstigen, wie die Bildung von Methan und Kohlendioxyd. Da diese Reaktionen stärker exotherm sind als diejenige, welche zur Bildung von Methanol führt, so folgt daraus eine gefährliche Tem  peraturerhöhung, welche    die Nebenreaktionen weiter   beschleunigt und    die Katalysatormasse sowie   aneth    den Katalyseofen   sehädigt.   



   Um bei exothermen Drueksynthesen die Reaktionswärme abzuführen, wurden bereits zahlreiche Arten von Wärmeaustausehern   vor-      gesehlagen,    die in der Katalysatormasse angeordnet sind und durch welche die kalten, zur Reaktion bestimmten Gase ziehen. Mit   solehen    Anordnungen   jedoeh    ist es schwierig, den er  wünschten Temperaturgradienten zu    erzielen ; ferner wird die   dureh    die Reaktion entwickelte Hitze ungenützt in die Kühler am Ausgang der   Syntheseofen abgeführt.   



   Eine rationelle Methode zum Abführen der Reaktionswärme unter Benutzung derselben zur Herstellung von Dampf besteht darin, dass die Katalysatormasse in   versehiedene    Sehiehten unterteilt wird und in die Zwisehenräume   Stahlrohrschlangen    eingesetzt werden, durel welche Wasser umläuft. Durch   sinngemässes    Regeln der   Wassereinspritz    in die versehiedenen Rohrsehlangen ist es   möglieh,    die Tem  peratur    in den erforderlichen Grenzen   Ztl    halten und damit einen hohen Umsetzungsgrad zti erzielen.

   Der Bau der Rohrschlangen, die bestimmt sind, im Innern von   Synthesekolon-    nen bei einem Druck von mehreren Hunderten Atmosphären und bei Temperaturen, die 600  C erreichen können, zu arbeiten, bietet grosse Schwierigkeiten. Bei diesen Temperaturen verringert sich die mechanische Festigkeit der Stähle beträchtlich, und selbst wenn man hoehlegiert.   e Chrom-Niekelstähle    verwendet, so muss man übertrieben dieke Rohre einsetzen ; daher wird der Bau solcher Appara  turen praktisch unmöglich,    wenn der Betriebsdruck 250-300   Atm.    übersteigt.



   Vorliegende Erfindung zeigt eine Lösung, um die oben erwähnten Schwierigkeiten zu überwinden, indem sie gestattet, die Wandstärke der Rohre, in denen das zur Abfuhr der Reaktionswärme bestimmte Wasser umläuft, auf ein Minimum herabzusetzen, selbst wenn das Verfahren bei   Drticken    über   1000 Atm. durchgeführt    wird.



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung exothermer   Gasreaktionen un-    ter hohem Druck und bei hoher Temperatur in Anwesenheit von Katalysatoren im Kreislauf, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die entstehende Reaktionswärme durch einen Kühlmittelkreislauf abgeführt wird und dass der   Reaktionskreislauf    mit dem   Kühlmittel-    kreislauf derart verbunden wird, dass   prak-    tisch in beiden Kreisläufen derselbe Druck   herrseht.   



   Die Zeichnung zeigt ein   Ausführungsbei-    spiel einer zur Anwendung des   erfindungsge-    mässen Verfahrens auf die   Ammoniaksynthese    geeigneten Vorrichtung. Das von der Um  laufpumpe    G kommende Stickstoff-Wasser  stoff-Gemiseh    zieht durch den   Wärmeaustau-    scher D, der im Unterteil der   hochdruck-    festen   Säule A    angeordnet ist, folgt dann dem durch Pfeile angedeuteten Weg und dringt von oben in die   Katalysekammer    bei einer zum Einleiten der Reaktion hinreiehenden Temperatur, nämlich bei etwa   400     C. Die Katalysatormasse ist in verschiedene, von Rosten getragene Schichten unterteilt.

   Durch die Reaktion steigt die Temperatur schnell über   500     C. Beim Ausgang der ersten Kata  lysatorsehicht      Bt    kommt das Gas mit einer Kühlvorrichtung   Ci    in Berührung, die aus   Sonderstahlrohrschlangen    besteht, und wird dabei auf   450     C heruntergekühlt. Die Pumpe   0    sichert den   Wasserumlauf    in der Rohr  schlange Ci, und mittels    des Schiebers   Fi    wird die Durchflussmenge des Wassers der durch die Reaktion entwickelten Wärme angepasst.

   Sinngemäss wird die Temperatur des Gases in den nachfolgenden Schichten der Katalysatormasse geregelt, derart, dass derjenige thermische Gradient erzielt wird, der für eine hohe Ausbeute am günstigsten ist.



  Die katalysierten Gase werden, nachdem sie ihre Wärme im Austauscher D abgegeben haben, im Kühler E gekühlt ; das kondensierte Ammoniak scheidet   sieh    im Behälter aus und wird durch den Schieber   T    abgelassen, während die Gase, die nicht reagiert haben, mittels der Pumpe G in die   Synthesekolonne      A    zurückgeführt werden.



   Der in den Rohrschlangen Ci,   C2    und C   ;    unter Hochdruck erzeugte Dampf wird in den   Dampfumspanner I gesandt,    wo Dampf bei niedrigerem Druck erzeugt wird, und das Kondenswasser wird im geschlossenen   Kreis-    lauf benutzt, um Verkrustungen im Innern der Rohre zu vermeiden Die   Wasserumlauf-    pumpe O wird von einem   vertikalachsigen    Elektromotor N angetrieben, der im selben Behälter Y untergebracht ist, der das Kondenswasser sammelt. Auf diese Weise erübrigt sieh   eine Hochdruekstopfbüehsendiehtung.   



   Der Motor ist vom darunterbefindliehen Sammler   dureh    zwei wärmeisolierende Trennwände getrennt, und in dem   zwisehen    diesen befindlichen Raum ist ein Kühler P   angeord-    net. Dieser Raum steht durch das Rohr Q mit dem   Syntheseraum    in Verbindung.



   Bei dieser Anordnung bleibt der Druck des Wassers im Innern der   Rohrschlangen C'i,    C,   eS    praktisch gleich dem in der Katalysekammer   herrsehenden    Druek, so dass es möglich ist, eine   übermässige Beanspruehung der      Rohrwandungen    zu vermeiden,   aueh    wenn bei sehr hohen Synthesedriieken gearbeitet wird. Ferner gestattet die Möglichkeit,   dünn-      wandige    Rohre zu verwenden, den von den Rohrsehlangen in   Ansprueh    genommenen Raum zu verringern und damit beträchtliche Kosten für die   Katalysekammer zu sparen.   



  Der aus dem im Behälter Y enthaltenen   Heiss-    wasser sieh befreiende Dampf   verdiehtet    sieh in Berührung mit dem Kühler P und das Wasser kehrt   dureh    das Rohr   R    in den darunter befindlichen Sammler   zurüek.   



   Die Kühlung des Motors N kann   leieht       dadureh erfolgen, dass im Behälter y ein    Teil der zur Synthese bestimmten Gase in Umlauf gebracht wird, die über die   Abzwei-    gung S aus dem Rohr   11    kommen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : I. Verfahren zur Durclifiihrung exother- mer Gasreaktionen unter hohem Druck und bei hoher Temperatur in Anwesenheit von Katalysatoren im Kreislauf, dadurch gekenn zeichnet, dass die entstehende Reaktionswärme durch einen Kühlmittelkreislauf abgeführt wird und dass der Reaktionskreislauf mit dem Kühlmittelkreislauf derart verbunden wird, dass praktiseh in beiden Kreisläufen derselbe Druck herrscht.

   II. Vorriehtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentansprueh I mit einem liatalyseofen, dadureh gekennzeiehnet, dass dieser in versehiedenen Höhen angeordnete Wärmeaustauscher enthält und dass der Re aktionskreislauf derart mit dem Kühlmittel- kreislauf verbunden ist, dass praktisch in beiden Kreisläufen derselbe Druck herrscht.

   UNTERANSPRUCHE : 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser verwendet wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass man den im Kühlmittelkreislauf erzeugten Dampf dazu verwendet, um Dampf von niedrigerem Druck zu erzeugen.

   3. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf über einen gekühlten Sammelbehäl- ter mit dem Reaktionskreislauf in Verbindung steht.