DE69701698T2

DE69701698T2 - Hydrierungreaktor und-verfahren

Info

Publication number: DE69701698T2
Application number: DE69701698T
Authority: DE
Inventors: Christopher Hurst; Panagiotis Manolatos; Gerard Morrissey
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: NO990258D0; EP0914198A1; DE69701698D1; NO990258L; ATE191659T1; DK0914198T3; GR3033921T3; ES2145623T3; PT914198E; LU88792A1; WO1998003255A1; US6193876B1; CA2260796A1; JP2002509478A; EP0914198B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft als ersten Gegenstand eine neue Art eines Hydrierungsreaktors. Sie betrifft ebenfalls Hydrierungsverfahren, die in einem solchen Reaktor durchgeführt werden, und allgemeiner die Verwendungen eines solchen Reaktors.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit Hydrierungsreaktionen in Gasphase, die allgemein bei hoher Temperatur und unter hohem Wasserstoffdruck in Reaktoren mit dicken Wänden durchgeführt werden, entwickelt. Solche Reaktoren sind vor allem in Werken der chemischen und petrochemischen Industrie zu finden. Sie bilden insbesondere das Herz von Hydrocracking-Einheiten von modernen Erdölraffinerien.
Die Wände dieser Reaktoren sind hauptsächlich aus schwach legiertem ferritischem Stahl (normalerweise des Types 2,25 Cr-1 Mo) gebildet und können auch unter so harten Bedingungen wie unter 170 bar Wasserstoffdruck, (17.10&sup6; Pa), bei 450ºC, in Betrieb genommen werden. Einige von ihnen weisen Wände mit einer Dicke von ungefähr 3 mm auf und können bis zu 1000 Tonnen wiegen.
Diese Reaktoren müssen so geplant werden, dass sie in ihren Betriebsbedingungen gleichzeitig dem Fließen und dem Angriff durch Wasserstoff widerstehen. Dies sind zwei Arten von schädigenden Phänomenen, zwischen denen sich eine Synergie bilden kann, und die die Betriebsbedingungen der Reaktoren begrenzen und die Natur des Materials, das die Wände der Reaktoren bildet, sowie die Dicke dieser Wände bestimmen. Es ist hier festzustellen, dass die mehr oder weniger korrosive Eigenschaft des Reaktionsmediums offensichtlich ebenfalls zu berücksichtigen ist.
Es ist zu präzisieren, dass sich der Angriff durch Wasserstoff in der Struktur der Wände des Reaktors auswirkt, gleichzeitig durch eine Randentkohlung der Wände und durch das Auftreten von Methan-Taschen in der Dicke der Wände, wobei das Methan bei der chemischen Reaktion zwischen dem atomaren Wasserstoff, der durch die Wände diffundiert ist, und dem Kohlenstoff und/oder den Kohlenstoffverbindungen entsteht, der (die) in dem Stahl, der die Wände bildet, vorhanden ist (sind). In diesen Methan-Taschen ist der Druck extrem hoch, und es entstehen somit in der Dicke der Wände des Reaktors hohe Spannungen. Solche Spannungen verstärken die nachteiligen Effekte des Fließens und es treten somit intergranulare Risse auf.
Der Fachmann ist sich der Beschädigungen, die mit dem Angriff durch Wasserstoff aufgrund der Diffusion des Wasserstoffs durch die metallischen Wände des Reaktors entstehen, bewusst. Man stellte bereits fest, dass die Diffusion die Folge des atomaren Wasserstoffs ist. Tatsächlich ist das Wasserstoffmolekül (sowie jedes andere Molekül) zu groß, um in die Struktur des Stahls einzudringen. Die Absorption des Wasserstoffs in dieser Struktur benötigt demnach einen vorläufigen Schritt der Dissoziation des Moleküls in atomaren Wasserstoff; dieser atomare Wasserstoff ist ausreichend klein, um in den Stahl einzudringen und zu diffundieren. Die Dissoziation des molekularen Wasserstoffs in atomaren Wasserstoff hängt offensichtlich von den Temperatur- und Druckbedingungen des molekularen Wasserstoffs ab.
Das andere schädigende Phänomen, das Fließen, ist umso bedeutender, je höher die Temperatur im Reaktor ist.
Die heute häufig verwendeten Reaktoren weisen in der Regel eine innere Verkleidung aus nicht-oxidierbarem austenitischem Stahl mit einer Dicke in der Größenordnung von 10 mm auf, die an ihren dicken Wänden aus ferritischem Stahl angebaut ist. Eine solche Verkleidung ist insbesondere zum Schutz der dicken Wände vor Korrosion vorgesehen. Sie eliminiert nicht die Schäden, für die der Wasserstoff verantwortlich ist. Tatsächlich verzögert diese Verkleidung sicherlich nur wenig die Oberflächenentkohlung dieser Wände, aber sie greift unangenehmerweise auf verschiedenen Ebenen ein, in dem Sinn, dass:
- da der Wasserstoff in ihrem Aufbau (aus austenitischem Stahl) gut lösbar ist, bildet sie eine Wasserstoffquelle für die dicken Wände (aus ferritischem Stahl) an ihren Kontaktstellen; und dies selbst nach Ende der Hydrogenierungsschritte;
- die Grenzfläche zwischen der Verkleidung und den dicken Wänden, an denen sie angebaut ist, bildet einen sehr empfindlichen Bereich. Diese Grenzfläche bildet nicht nur einen Brückenkopf für den Wasserstoff, der nach dem Diffundieren durch die Verkleidung seine Diffusion durch die dicken Wände mit den oben bereits beschriebenen nachteiligen Auswirkungen fortsetzt, sondern auch eine Falle für den Wasserstoff, der in den Schadstellen dieser Grenzfläche Platz findet, um sich zu rekombinieren und somit unter Druck stehende Gastaschen - molekularer Wasserstoff, Methan - zu bilden. Diese Gastaschen erleichtern das Ab lösen der Verkleidung.
Es ist weiters festzustellen, dass diese Grenzfläche Beanspruchungen ausgesetzt ist, die im Laufe der Temperaturentwicklung durch die unterschiedliche Wärmedehnung der Stähle verursacht werden, die die dicken Wände bzw. die Verkleidung bilden. Diese Beanspruchungen tragen ebenfalls zur Ablösung der Verkleidung bei;
- diese Verkleidung aus austenitischem Stahl weist weiters einen geringen Diffusionskoeffizienten für Wasserstoff auf und bremst somit die Desorption des Wasserstoffs der dicken Wände im Laufe der Hydrierungsverfahren. Dies erzwingt die Durchführung eines speziellen, sehr langsamen Abkühlverfahrens, um dieses Mal ein Sprödewerden des Stahls durch den Wasserstoff zu vermeiden, das sich im Übrigen insbesondere im Bereich der Grenzfläche durch Ablösen der Verkleidung offenbart.
In diesem Sinn wird heute permanent nach einem Kompromiss in der Wahl des für die Wände des Hydrierungsreaktors zu verwendenden Stahls gesucht. Es wird natürlich vorgeschlagen, Stähle mit einem geringen Kohlenstoffgehalt zu verwenden, um die Reaktion des Kohlenstoffs mit dem Wasserstoff zu minimieren, aber es ist noch notwendig, dass die Stähle genügend Kohlenstoff enthalten, um die notwendigen mechanischen Eigenschaften aufzuweisen, um einen ausreichenden Widerstand hinsichtlich des Fließens aufzuweisen. Tatsächlich wird der Kohlenstoff dieser Stähle mit Hilfe von Karbiden (z. B. Chrom-, Molybdän-, Vanadiumkarbid) stabilisiert. In der Praxis wählt man günstige Stähle mit Hilfe der Nelsonkurven (API 941), wobei die Temperatur- und Wasserstoffdruckparameter im Betrieb in diesen Reaktoren berücksichtigt werden. Diese dem Fachmann bekannte Kurven stellen den Widerstand hinsichtlich Temperatur und Wasserstoffdruck von verschiedenen Arten von Stahl dar. Diese Kurven wurden empirisch festgelegt.
Nachdem diese Stähle auf diese Weise ausgewählt wurden (in Abhängigkeit von den Temperaturen und Wasserstoffdrücken, denen sie ausgesetzt werden), werden die Reaktoren immer überdimensioniert, wobei die Anwesenheit des Wasserstoffs berücksichtigt wird, und es wird ihre Betriebstemperatur aus offensichtlichen Sicherheitsgründen begrenzt. Weiters werden die Stähle, wie oben beschrieben, mit einer inneren Antikorrosionverkleidung verse hen.
Zur Zeit versucht man neue Generationen von Stahl zu entwickeln, die gewährleisten würden, dass die Reaktoren unter noch härteren Temperatur- und Wasserstoffdruck-Bedingungen arbeiten, um so eine bessere Reaktionsausbeute zu erhalten. All diese Forschungen sind im Wesentlichen auf das Verhalten der Stähle in einer Wasserstoffumgebung gerichtet (in Gegenwart von absorbiertem Wasserstoff). (Das Verhalten der Grenzfläche in Gegenwart von Wasserstoff während des Temperaturverlaufs (Thermozyklus) ist ebenfalls ein aktuelles Forschungsprojekt.)
Es wurde in dem Patent GB-A-1 044 007 ein Reaktor beschrieben, der eine innere Wand, eine äußere Wand und zumindest eine Zwischenwand aufweist, welche den zwischen der inneren und äußeren Wand begrenzten Raum in mehrere Abteile teilt, wobei diese Abteile ein isolierendes Material umschließen, das für Gas permeabel ist, und sowohl untereinander als auch mit dem Reaktionsmedium in Verbindung sind. Die Zirkulation im Gas - z. B. CO&sub2; - ist in diesen Abteilen vorgesehen, und zwar von außen zum Reaktionsmedium hin. In einer solchen Struktur ist die äußere Wand trotzdem nicht vom Reaktionsmedium isoliert, und es sind mechanische Teile vorgesehen - Boden und Deckel des Reaktors -, die Brücken für die Diffusion des atomaren Wasserstoffs des Reaktionsmediums in Richtung der äußeren Wand gewährleisten ...
Es wurde in dem Patent GB-A-2 135 901 ein anderer Typ Multiwandreaktor beschrieben. Für den Betrieb dieses Reaktortyps im Wasserstoffmedium ist ein Raum zwischen der inneren Wand und der ersten Zwischenwand, der nach außen hin offen ist, für die Evakuierung des Wasserstoffs zur Umgebung vorgesehen. Es ist dennoch festzustellen, dass das vorgeschlagene System den Angriff von Wasserstoff auf die benachbarten Wände und auf die äußere Wand nicht verhindert, in dem Sinn, dass:
- generell die Wände durch Schweißen fest verbunden sind, wobei die Schweißstellen Brücken für die Diffusion des atomaren Wasserstoffs bilden;
- der zwischen der inneren Wand und der Zwischenwand gebildete Raum den strengen Betriebsbedingungen von Hydrierungsreaktoren nicht widerstehen kann.
Diese zwei Reaktortypen gemäß Stand der Technik weisen eine eher im Hinblick auf das Problem der thermischen Isolation als auf das des Angriffs der Wände durch den atomaren Wasserstoff optimierte Struktur auf.
Die Erfinder, die mit diesem technischen Problem der Optimierung der Wände der Hydrierungsreaktoren im Hinblick auf das Problem des Angriffs durch den atomaren Wasserstoff konfrontiert waren, haben eine eigenständige Struktur für die Wände erarbeitet. Diese Zwei-Komponenten-Struktur erlaubt es, die zwei nachteiligen Phänomene, nämlich das Fließen und den Angriff durch Wasserstoff, im Raum zu verschieben, zu trennen. Diese Struktur erlaubt es weiters, den Begriff der Temperatur des Betriebs des Reaktors von dem der Temperatur der äußeren Wand zu trennen.
Diese zwei Punkte werden im Zuge der Betrachtung der folgenden Beschreibung dieser originären Struktur besser verstanden. Die Hydrierungsreaktoren der vorliegenden Erfindung weisen eine Doppelwand auf. Diese Doppelwand besteht aus einer äußeren Wand zur Aufnahme der mechanischen Belastungen und einer inneren Wand, die das Reaktionsvolumen begrenzt, in dessen Innerem ein Reaktionsmedium reagieren soll, wobei die innere Wand gegenüber dem Reaktionsmedium beständig ist und die äußere Wand vor jeglichem Kontakt mit diesem schützt. Somit erscheinen die erfindungsgemäßen Reaktoren von der Struktur her ähnlich den bereits bestehenden Reaktoren, deren dicke (äußere) Wände an der Innenseite mit einer Schutzauskleidung bedeckt sind.
Dennoch ist die Ähnlichkeit der Struktur insofern verhältnismäßig begrenzt, als die innere und äußere Wand der erfindungsgemäßen Reaktoren nicht aneinander gefügt sind. Im Inneren der Struktur dieser erfindungsgemäßen Reaktoren wurde ein Raum zwischen der inneren und äußeren Wand vorgesehen, wobei dieser Raum für die kontrollierte Rekombination des atomaren Wasserstoffs, der durch die innere Wand diffundieren soll, vorgesehen ist (des atomaren Wasserstoffs, der während des Betriebs des Reaktors durch die innere Wand diffundieren würde) und kein Mittel einschließt, das die Diffusion des atomaren Wasserstoffs von der inneren Wand in Richtung äußere Wand gewährleisten würde (kein Mittel, das für den atomaren Wasserstoff eine Brücke zwischen der inneren Wand und der äußeren Wand bilden kann). Weiters findet man in der Struktur der erfindungsgemäßen Reaktoren Mittel, die während des Betriebs dieser Reaktoren:
- die Drücke beiderseits der inneren Wand ausgleichen (diese innere Wand stabilisieren); so dass diese keine mechanische Belastung aufnimmt;
- die Zirkulation und Evakuierung des Wasserstoffs, der in den Raum eingetreten ist, aus diesem Raum gewährleisten, der zwischen der inneren und äußeren Wand vorgesehen ist. Dieser Wasserstoff wird nach außen evakuiert. Es wird im Rahmen einer vorteilhaften Verwendung dieser erfindungsgemäßen Reaktoren vorgesehen, in diesem Raum einen möglichst geringen Wasserstoffdruck zu halten. In jedem Fall wird es angestrebt, in diesem Raum keine hydrierende Umgebung des Typs des Reaktionsmediums zu bilden.
Die Mittel zur Gewährleistung des Ausgleichs der Drücke sowie der Zirkulation und Evakuierung des Hydrogens können identisch oder verschieden sein.
Der Fachmann wird bereits die Vorteile einer solchen Zwei- Komponenten-Struktur erfasst haben: In deren Inneren keinerlei Problem einer Grenzfläche und, wie oben beschrieben, Verschiebung der Phänomene des Fließens und des Angriffs durch Wasserstoff in dem Raum. Tatsächlich kann man, da die innere Wand mechanisch nicht beansprucht ist, für ihre Herstellung vom Fließen absehen, und da die äußere Wand vor Wasserstoff geschützt ist (in dem Sinn, dass die innere Wand ein Hindernis für seinen Durchgang darstellt und insbesondere einerseits der atomare Wasserstoff, der trotz allem durch diese innere Wand diffundiert ist, zu molekularen Wasserstoff in dem Raum rekombiniert und somit neutralisiert wird, der zu diesem Zweck zwischen der inneren und äußeren Wand vorgesehen ist, und andererseits wird die Ansammlung des molekularen Wasserstoffs in diesem Raum durch die Zirkulation und Evakuierung dieses verhindert), kann man für deren Herstellung vom Angriff durch diesen Wasserstoff absehen.
Weiters bildet der zwischen der inneren und äußeren Wand vorgesehene Raum eine Unterbrechung in der thermischen Leitung, wobei die Unterbrechung interessante Konsequenzen mit sich bringt.
In einer solchen Struktur:
- ist die innere Wand davon befreit, hohe mechanische Eigenschaften aufzuweisen;
- ist die äußere Wand vom "aggressiven" Wasserstoff isoliert, generell vor dem Wasserstoff geschützt und ihre Zusammen setzung (Kohlenstoffgehalt, Gehalt an verschiedenen Zusätzen) und ihre Dicke können optimiert werden, wobei vom Wasserstoff abgesehen wird und nur das Fließen berücksichtigt wird;
- kann die äußere Wand auf eine Temperatur gebracht werden, die geringer ist als die der inneren Wand (aufgrund der Unterbrechung der thermischen Leitung), was offensichtliche Konsequenzen hinsichtlich der Beständigkeit in Bezug auf das Fließen hat;
- trifft man nicht mehr auf Grenzflächen-Probleme (wie oben beschrieben) im Laufe der Abkühlung.
Es wird daran erinnert, dass der "aggressive" Wasserstoff hauptsächlich aus atomarem Wasserstoff gebildet ist: H. Es ist insbesondere der atomare Wasserstoff (man kann dennoch das gemeinsame Vorhandensein von H&spplus;-, sogar H&supmin;, -Ionen nicht ausschließen ....), der durch die Wände diffundieren und in ihrem Inneren mit dem Kohlenstoff, der in ihre Zusammensetzung eintritt, reagieren kann. Das Molekül H&sub2; per se ist im Wesentlichen nicht aggressiv (da es nicht in die metallische Struktur eindringen kann) ... daher das Interesse (das dem Fachmann nicht verborgen geblieben sein wird) am zwischen der inneren und äußeren Wand der erfindungsgemäßen Reaktoren vorgesehenen Raum, dem Raum zur kontrollierten Rekombination des "aggressiven" Wasserstoffs (H). Im Inneren dieses Raums ist der atomare Wasserstoff, der durch die innere Wand diffundiert ist, zu molekularem Wasserstoff rekombiniert und findet sich somit gefangen, neutralisiert. Der Wasserstoff kann nicht ohne erneute Dissoziation in die Dicke der äußeren Wand eindringen. Diese äußere Wand ist somit vor dem atomaren Wasserstoff geschützt, so lange der molekulare Wasserstoffdruck in dem Raum ausreichend gering ist, um jede neue Dissoziation zu verhindern. Der Schutz der äußeren Wand wird vorteilhafter Weise durch das Beibehalten eines sehr geringen Wasserstoffdruckes in diesem Raum optimiert. Dieses Ergebnis kann, wie dies weiter unten im vorliegenden Text präzisiert wird, durch Mittel erhalten werden, die dazu vorgesehen sind, den in diesen Raum eingetretenen Wasserstoff (nach außen) zu evakuieren.
Der Fachmann wird ohne besondere Schwierigkeiten die Dimensionierung dieses Raumes in dem einen oder anderen Verhältnis beherrschen. Als Beispiel wird präzisiert, dass dessen Breite in der Regel zwischen 1 und 50 cm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 cm, beträgt. Diese Breite ist zu optimieren, um die erwarteten Effekte (Rekombination des atomaren Wasserstoffs, Verringerung der Temperatur der äußeren Wand) für den kostengünstigsten Ausgleich der Drücke beidseits der inneren Wand zu erhalten, um die Wärmedehnungen aufzunehmen und den gesamten Platzbedarf des Reaktors zu begrenzen.
Das Konzept der Trennung der inneren und äußeren Wand zur Ausbildung des Raumes zur Rekombination des atomaren Wasserstoffs (wobei die Trennung auch eine Unterbrechung des Wärmeübergangs durch Leitung bewirkt) wird gemäß der Erfindung zur Verfügung gestellt, wobei es in verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden kann.
Es können insbesondere auf einfache Weise diese innere und äußere Wand durch diesen nicht unterteilten Raum getrennt sein. Es kann ebenfalls zusätzlich zu der inneren und äußeren Wand zumindest eine zusätzliche Wand vorgesehen sein, die den Raum in zumindest zwei (koaxiale) Kammern teilt. Gemäß dieser Hypothese werden angebrachte Mittel vorgesehen, so dass während des Betriebs des Reaktors die Drücke beidseits der zusätzlichen Wand ausgeglichen werden und der in jede dieser Kammern eingetretene Wasserstoff zirkulieren und nach außen evakuiert werden kann. Diese zusätzliche Wand ist ähnlich der inneren Wand in dem Sinn, dass es nicht notwendig ist, dass sie erhöhte mechanische Eigenschaften aufweist. Es ist zu bemerken, dass sie weiters ebenfalls davon ausgenommen ist, eine besondere Korrosionsbeständigkeit in dem Sinne aufzuweisen, dass sie mit dem Reaktionsmedium nicht in Kontakt tritt. Die zusätzliche Wand ist natürlich koaxial zur inneren und äußeren Wand vorgesehen. Das Vorsehen zumindest einer solchen zusätzlichen Wand kann sich als vorteilhaft erweisen, insbesondere um ein zusätzliches Hindernis für die Diffusion des atomaren Wasserstoffs und den Wärmeübergang zu bilden, den Ausgleich der Drücke beidseits der inneren Wand kostengünstiger zu gestalten und die Wahl des Materials, das die innere Wand bildet, unter Absehen von seiner Permeabilität für Wasserstoff zu ermöglichen, wobei nur ihre Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsfestigkeit und Inertheit bezüglich Wasserstoff berücksichtigt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die korrosionsbeständige und für Wasserstoff permeable innere Wand mit zumindest einer zusätzlichen Wand verbunden, die durch ihre geringe Permeabilität für Wasserstoff gekennzeichnet ist (und vorzugsweise durch ihre geringe Wärmeleitfähigkeit).
Die innere Wand sowie gegebenenfalls die zusätzliche(n) Wand (Wände) sind in der Struktur der erfindungsgemäßen Reaktoren stabilisiert. Sie können insbesondere miteinander und mit der äußeren Wand durch Zwischenstege fest verbunden sein. Es ist darauf zu achten, dass diese Stege keine Brücken für den atomaren Wasserstoff bilden.
In genereller Weise wird erinnert, dass der Raum zwischen der inneren und äußeren Wand kein Mittel einschließt, das die Diffusion des atomaren Wasserstoffs gewährleistet, eine Brücke für den atomaren Wasserstoff bildet. In diesem Sinn nimmt man für die mechanische Montage Bautricks zu Hilfe und/oder man verwendet Teile aus für atomaren Wasserstoff nicht leitbaren Materialien. Eine solche Montage kann insbesondere verbrauchbare, verlorene Teile aufweisen (z. B. Teile der äußeren Wand). Eine solche Montage kann ebenfalls durch den auf ein Minimum verringerten Wärmeübergang von der inneren Wand in Richtung äußere Wand optimiert werden. Für diese mechanische Montage werden selbstverständlich die Wärmedehnungen berücksichtigt, denen die Materialien während des Betriebes dieser Reaktoren unterworfen werden.
Was die Mittel zur Gewährleistung des Ausgleichs der Drücke beidseits der inneren und gegebenenfalls beidseits der zusätzlichen Wand (Wände) betrifft, können diese ebenfalls gemäß verschiedenen Formen vorliegen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird vorzugsweise in den zwischen der inneren und äußeren Wand vorgesehenen Raum, gegebenenfalls in jede der Kammern dieses Raumes - ein freigehaltener Raum (freigehaltene Kammern) - ein Fluid zum Druckausgleich geleitet, und diese Mittel weisen zumindest eine Öffnung zur Zuleitung des Ausgleichfluids auf. Diese Zuleitungsöffnung kann auch als Öffnung zur Entleerung dieses Fluids verwendet werden, wenn dieses diskontinuierlich ersetzt werden soll (zum Abführen des Wasserstoffs, den es aufgenommen hat). Diese Zuleitungsöffnung kann gemäß einer anderen Ausführungsform mit zumindest einer Auslassöffnung des Ausgleichsfluids verbunden sein. Auf diese Weise kann zumindest eine Zuleitungsöffnung und zumindest eine Auslassöffnung für das Druckausgleichsfluid vorgesehen sein, wobei das Fluid kontinuierlich oder diskontinuierlich erneuert werden kann. Diese Öffnungen stehen miteinander über geeignete Mittel mit entsprechenden Fluid-Zuleitungs-, -Entnahme- und gegebenenfalls -Reinigungsvorrichtungen in Verbindung. Das Verwenden des Fluids in einer kontinuierlichen Zirkulation oder diskontinuierlich erneuert (gegebenenfalls mit Wiederverwendung nach Reinigung) erlaubt das Abführen des Wasserstoffs, der in den freien Raum eingetreten ist, aus diesem heraus. Die oben beschriebenen Mittel - Öffnungen - zur Gewährleistung des Druckausgleichs erlauben es somit ebenfalls im Rahmen dieser ersten Ausführungsform der Erfindung, das Abführen des Wasserstoffs nach außen sicherzustellen.
Die erfindungsgemäßen Reaktoren weisen demnach im Rahmen dieser Ausführungsform auf:
- eine innere Wand, die bestimmt ist, einerseits mit dem Reaktionsmedium und andererseits mit einem Fluid zum Druckausgleich in Kontakt zu stehen;
- gegebenenfalls zumindest eine zusätzliche Wand, die dazu vorgesehen ist, an ihren zwei Flächen mit einem Fluid bzw. Fluiden zum Druckausgleich in Kontakt zu treten;
- eine äußere Wand, die dazu vorgesehen ist, mit einem Fluid zum Druckausgleich in Kontakt zu kommen und den Druck aufzunehmen;
wobei diese Wände nicht direkt miteinander in Kontakt kommen, da ein freier Raum zwischen ihnen vorgesehen ist.
Im Rahmen dieser ersten Ausführungsform der Erfindung weist der Aufbau der Reaktoren zwischen der inneren und äußeren Wand einen (gegebenenfalls in freie Kammern unterteilten) freien Raum auf, und enthält Mittel - an entsprechenden Stellen vorgesehene Öffnung(en) -, die zusammen mit einem Fluid gleichzeitig den Druckausgleich beidseits der inneren Wand, bzw. beidseits der zusätzlichen Wand (Wände) (diese innere Wand und gegebenenfalls die dazwischentretenden zusätzliche(n) Wand (Wände) werden im Betrieb des Reaktors unter hydrostatischen Druckbedingungen gehalten) und die Zirkulation und Abfuhr des Wasserstoffs, der in den freien Raum bzw. in dessen Kammern eingetreten ist, nach außen gewährleisten.
Dieses Abführen, das kontinuierlich oder diskontinuierlich (siehe weiter unten) durchgeführt werden kann, ist vorteilhaft für die Aufrechterhaltung eines möglichst geringen partiellen Wasserstoffdrucks, in jedem Fall eines geringen Wasserstoffdrucks, in diesem freien Raum bzw. in jeder der diesen bildenden Kammern. Auf diese Weise wird jegliches Risiko einer neuen Dissoziation des molekularen Wasserstoffs und somit einer Absorption von atomarem Wasserstoff in der äußeren Wand minimiert.
Im Fall dieser ersten Ausführungsform kann das Fluid zum Druckausgleich gegebenenfalls als Kühlfluid verwendet werden.
Gemäß einer zweiten Variante werden andere Mittel zum Ausgleich der Drücke beidseits der inneren Wand und gegebenenfalls beidseits der zusätzlichen Wand (Wände) verwendet. Man kann insbesondere einen starren Aufbau mit einer starken Offenporigkeit aus einem Material, in dem der atomare Wasserstoff sehr schwach löslich ist, in dem Raum zwischen der inneren und äußeren Wand, gegebenenfalls in jeder der Kammern des Raumes, vorsehen. Dieser starre Aufbau - ein Feststoff - stabilisiert diese innere Wand und gegebenenfalls die zusätzliche(n) Wand (Wände). Er besteht aus einem Material, in dem der atomare Wasserstoff sehr gering löslich ist. Es ist vorteilhaft, jeglichen Übergang von atomarem Wasserstoff von der inneren Wand in Richtung äußere Wand, im Inneren dieses Aufbaus (über dieses Material), zu minimieren oder besser zu verhindern. Er weist weiters eine starke Offenporigkeit auf (die Poren stehen miteinander in Verbindung und münden im Äußeren des Aufbaus). Es ist tatsächlich vorteilhaft, in ihrem Inneren die Rekombination von atomarem Wasserstoff und die Zirkulation des molekularen Wasserstoffs zu ermöglichen. Diese Porigkeit spielt im Rahmen dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung dieselbe Rolle wie der freie Raum im Rahmen der ersten Ausführungsform hinsichtlich der kontrollierten Rekombination des Wasserstoffs. Zum Abführen des Wasserstoffs ist vorgesehen, diesen Aufbau mit entsprechenden Mitteln zu verbinden. Es wird insbesondere zumindest eine Öffnung vorgesehen, die diesen "mit diesem Aufbau gefüllten" Raum, gegebenenfalls jede der "mit diesem Aufbau gefüllten" Kammern dieses Raumes (im Rahmen der Erfindung ist das Vorsehen von Aufbauten desselben Typs, aber unterschiedlich, in diesen Kammern nicht ausgeschlossen), mit der Umgebungsatmosphäre (dem Äußeren) verbindet. Der Wasserstoff kann über den Umweg der Offenporigkeit dieses Materials und dieser Öffnung abgeführt werden. Es werden vorzugsweise zumindest zwei Öffnungen dieses Typs vorgesehen, um die Abfuhr des Wasserstoffs zu optimieren und vorzugsweise eine Spülung des Wasserstoffs durch ein Fluid zu ermöglichen, das in dem Raum zwangszirkuliert wird, in dessen Innerem der poröse Aufbau vorgesehen ist, gegebenenfalls in jeder der Kammern dieses Raumes, in deren Innerem dieser poröse Aufbau vorgesehen ist. Dieses Fluid zirkuliert ebenfalls aufgrund der Offenporigkeit des Materials.
Diese zweite Ausführungsform, gemäß der ein poröser starrer Aufbau vorgesehen ist, gegebenenfalls mit einer Fluidspülung (mit geringer Intensität) in seinem Inneren, ist offensichtlich nicht bewerkstelligbar, ohne dass dieser Aufbau ausreichend starr ist, um selbst den Druck des Reaktionsmediums auszuhalten, ohne komprimiert zu werden. Anderenfalls muss zusätzlich zum porösen Aufbau, der nicht ausreichend starr ist, in seinem Inneren ein unter Druck stehendes Fluid vorgesehen werden. Dieses Fluid unterstützt diesen porösen Aufbau, seine Porigkeit und die innere Wand unter hydrostatischem Druck zu halten, wobei gleichzeitig die Zirkulation und Evakuierung des Wasserstoffs gewährleistet ist. In diesem Fall - Vorsehen eines durch ein Fluid verstärkten Aufbaus - wird die Menge des notwendigen Fluids (im Verhältnis zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform) begrenzt und die thermische Isolierung kann optimiert werden.
Als mögliches starres poröses Material können im Rahmen dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung nicht limitierend keramische Materialien und vorzugsweise Aluminiumoxid genannt werden (dieses Aluminiumoxid kann auch eine gute thermische Isolierung gewährleisten).
Es ist festzuhalten, dass gemäß dieser zweiten Ausführungsform die Mittel zum Druckausgleich (starrer Aufbau, Feststoff) und zur Evakuierung des Wasserstoffs unterschiedlich sein können.
Die erfindungsgemäßen Reaktoren weisen demnach im Rahmen dieser Ausführungsform auf:
- eine innere Wand, die dazu vorgesehen ist, einerseits mit dem Reaktionsmedium und andererseits mit einem starren Aufbau in Verbindung zu sein;
- gegebenenfalls zumindest eine zusätzliche Wand, die dazu vorgesehen ist, an ihren beiden Flächen mit einem (mehreren) starren Aufbau(ten) in Verbindung zu stehen;
- eine äußere Wand, die mit einem starren Aufbau in Verbindung steht und dazu vorgesehen ist, den Druck auszunehmen;
wobei der auf charakteristische Weise zwischen diesen Wänden vorgesehene Raum gegenwärtig kein freier Raum ist; wobei der Raum in jedem Fall in seinem Inneren (über seine Offenporigkeit) den für die kontrollierte Rekombination des Wasserstoffs (und die Zirkulation dieses rekombinierten Wasserstoffs) notwendigen freien Raum aufweist.
Wie im Rahmen der vorigen Ausführungsform ist die Evakuierung des Wasserstoffs durch die zu diesem Zweck vorgesehene(n) Öffnunge(en), die kontinuierlich oder diskontinuierlich (siehe weiter unten) durchgeführt werden kann, vorteilhaft für das Erhalten eines möglichst geringen Wasserstoffdrucks, in jedem Fall eines geringen Wasserstoffdrucks, in dem Raum zwischen der inneren und äußeren Wand bzw. in jeder der diesen Raum bildenden Kammern. Wie oben beschrieben kann zur Optimierung dieser Evakuierung eine Spülung durch ein Fluid vorgesehen werden. Es wurde jedenfalls festgestellt, dass ein solches Spülfluid zur Stärkung des porösen Aufbaus, um die innere Wand und gegebenenfalls die zusätzliche(n) Wand (Wände) unter hydrostatischen Druck zu bringen, herangezogen werden kann.
Im Rahmen der Erfindung sollen gemischte Ausführungsformen nicht ganz ausgeschlossen werden, die aus der Kombination der ersten und zweiten oben beschriebenen Ausführungsformen resultieren; insbesondere eine erste gemischte Ausführungsform, gemäß der der zwischen der äußeren und inneren Wand vorgesehene Raum in mehrere Kammern geteilt ist, wobei zumindest eine dieser Kammern des Typs eines freien Raumes ist (erste oben beschriebene Ausführungsform) und zumindest eine der anderen Kammern des Typs eines mit einem porösen Material gefüllten Raumes ist (zweite oben beschriebene Ausführungsform); und eine zweite gemischte Ausführungsform, gemäß der der Raum oder zumindest eine der Kammern dieses Raumes ein Volumen aufweist, das nur teilweise von einem porösen Aufbau eingenommen wird, wobei ein Fluid zum Druckausgleich somit notwendigerweise in dem freigelassene Volumen zum Einsatz gelangt.
Während des Betriebes der erfindungsgemäßen Reaktoren ist die äußere Wand vor Wasserstoff geschützt und ist mechanischen Belastungen unterworfen, wogegen die innere Wand keinen mechanischen Belastungen unterworfen ist, aber einer hydrierenden und korrodierenden Umgebung ausgesetzt ist. Die gegebebenfalls zusätzliche(n) Wand (Wände) ist (sind) selbst vor dem Reaktionsmedium geschützt und einer hydrierenden Umgebung ausgesetzt, die viel weniger agressiv ist (in dem Sinn, dass der Wasserstoff an Agressivität verloren hat, sobald er die zusätzliche(n) Wand (Wände) erreicht), und ist (sind) keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt.
Die Materialien für den Aufbau und die Dicke dieser Wände werden im Rahmen der Erfindung entsprechend gewählt.
Vorteilhafterweise wird vorgesehen, um ein wirkliches Hindernis für den Wasserstoff zu bilden, dass zumindest eine der Wände, ausgewählt aus der inneren Wand und gegebenenfalls der (den) zusätzlichen Wand (Wänden), aus einem Material hergestellt ist, das eine geringe Permeabilität für Wasserstoff aufweist. In diesem Sinne wird zum Beispiel vorgesehen, dass nicht-oxidierbarer Stahl, insbesondere ferritischer Stahl, verwendet wird.
Es wird betont, dass dies lediglich eine vorteilhafte Ausführungsform darstellt und dass das Vorsehen eines Materials mit höherer Permeabilität für Wasserstoff auf dieser Ebene keine Katastrophe darstellt (dies ist im Rahmen der Erfindung keinesfalls ausgeschlossen) in dem Sinn, dass nach der Wand aus diesem Material zumindest ein freier Raum für die kontrollierte Rekombination des durch diese Wand diffundierten atomaren Wasserstoffs und für die Evakuierung dieses Wasserstoffs vorgesehen ist. (Es ist hier die Permeabilität für Wasserstoff gemeint, und nicht für das Reaktionsmedium.)
Diese Wände - die innere und gegebenenfalls die zusätzliche(n) - können aus Blättern mit geringer Dicke bestehen, in dem Sinn, dass sie mechanisch nicht beansprucht werden.
Was die innere Wand betrifft, muss selbstverständlich darauf geachtet werden, dass sie den gewünschten Widerstand bezüglich Korrosion aufweist.
Was die äußere Wand der erfindungsgemäßen Reaktoren betrifft, ist sie zu optimieren - Material, Dicke -, wobei das Fließen bei der Betriebstemperatur und nicht die Gegenwart von Wasserstoff berücksichtigt wird. Sie muss nicht mehr überdimensioniert sein, und sie kann aus ferritischem Stahl hergestellt werden.
Bei gleichen Leistungen weisen die erfindungsgemäßen Hydrierungsreaktoren demnach eine Dicke ihrer äußeren Wand auf, die wesentlich geringer ist als jene der äußeren Wände der Reaktoren nach dem Stand der Technik. Es wird insbesondere betont, dass die erfindungsgemäßen Reaktoren unter viel strengeren Temperatur- und Wasserstoffdruckbedingungen betrieben werden können, selbst wenn sie aus herkömmlichen Stählen hergestellt werden. Dies ermöglicht es, die Ausbeute der in ihrem Inneren durchgeführten Reaktionen zu erhöhen, ohne spezielle Stähle zu verwenden (hinsichtlich des Widerstandes gegenüber dem Angriff von Wasserstoff). Dieses Konzept der Erfindung ist ebenfalls vorteilhaft, da es:
- einerseits die Verlängerung der Lebensdauer dieser Reaktoren durch gegebenenfalls die (einzige) Erneuerung der inneren Wand,
- andererseits die Transformation von Reaktoren gemäß dem Stand der Technik, die gegebenenfalls bereits in Betrieb sind, in erfindungsgemäße Reaktoren ermöglicht, insbesondere durch das Einführen einer erfindungsgemäßen inneren Wand in ihrem Inneren.
Es wird weiters daran erinnert, dass das Konzept der Erfindung eine Verringerung der termischen Verluste aufgrund der Unterbrechung der termischen Wärmeleitung durch Konduktion (aufgrund des Raumes zwischen den Wänden) erlaubt, wobei diese Verringerung noch durch das Vorsehen eines passenden Materials in dem Raum zwischen den Wänden optimiert werden kann.
Gemäß ihrem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Hydrierungsverfahren, die in einem eigenständigen Reaktor durchgeführt werden, der die oben beschriebenen Merkmale aufweist und insbesondere:
- zumindest einen Raum für die kontrollierte Rekombination des atomaren Wasserstoffs zwischen seiner inneren und äußeren Wand (wobei dieser Raum auch die Unterbrechung des thermischen Wärmeübergangs durch Konduktion gewährleistet), wobei dieser Raum kein Mittel einschließt, das die Diffusion dieses atomaren Wasserstoffs von der inneren Wand in Richtung äußere Wand gewährleisten kann;
- Mittel zum Druckausgleich beidseits der inneren Wand und zur Gewährleistung der Zirkulation und Evakuierung des Wasserstoffs aus diesem Raum.
Die erfindungsgemäßen Hydrierungsverfahren können insbesondere gemäß zwei Hauptausführungsformen durchgeführt werden, je nach der Natur der Mittel, die in dem Reaktor zur Stabilisierung der inneren Wand des Reaktors und zur Evakuierung des Wasserstoffs aus dem Raum zwischen der inneren Wand und der äußeren Wand vorgesehen werden.
Das Hydrierungsverfahren, das in einem Reaktor durchgeführt wird, in dessen Innerem der (die) zwischen den inneren, äußeren bzw. zusätzlichen Wänden vorgesehene(n) Raum (Räume) freigelassen ist (sind), verwendet ein Fluid, das Druckausgleichsfluid. Dieses Fluid hält unter hydrostatischen Druckbedingungen die innere Wand sowie gegebenenfalls die zusätzliche(n) Wand (Wände). Das Fluid dient zugleich als Träger für die Zirkulation und Abfuhr des Wasserstoffs nach außen.
Dieses Fluid füllt den freien Raum zwischen der inneren und äußeren Wand des Reaktors, wenn keine zusätzliche Wand vorgeshen ist, bzw. jede der Kammern dieses freien Raums, wenn zumindest eine zusätzliche Wand vorhanden ist. Gemäß dieser zweiten Hypothese können zumindest zwei verschiedene Fluide in diesen verschiedenen Kammern verwendet werden. Es kann insbesondere dasselbe Fluid in verschiedenen Reinheitsstufen und/oder unter verschiedenen Zirkulationsbedingungen verwendet werden.
Dieses (diese) Fluid(e) zum Druckausgleich kann (können) kontinuierlich oder diskontinuierlich erneuert werden. Es (sie) wird (werden) durch entsprechende Mittel zugeleitet und durch zumindest eine zu diesem Zweck vorgesehene Zuleitungsöffnung eingeführt. Es (sie) kann (können) diskontinuierlich durch diese (ihre) Zuleitungsöffnung entnommen werden. Es (sie) kann (können) kontinuierlich oder diskontinuierlich durch zumindest eine Auslassöffnung, die von dieser (ihrer) Zuleitungsöffnung verschieden ist, entnommen werden. Dieses Fluid kann nach Reinigung wieder verwendet werden. Wenn der freie Raum zwischen der inneren und äußeren Wand des Reaktors in mehrere Kammern unterteilt ist, kann wie oben beschrieben dasselbe Fluid in unterschiedlichen Reinheitsgraden in diesen Kammern verwendet werden. Auch kann dasselbe Fluid oder können verschiedene Fluide unter unter schiedlichen Zirkulationsbedingungen verwendet werden. Wie bereits beschrieben gewährleistet die Verwendung dieses (dieser) Fluids (Fluide) neben dem Stützen der inneren Wand und gegebenenfalls zumindest einer zusätzlichen Wand unter hydrostatischen Druckbedingungen die Evakuierung des Wasserstoffs, der durch die Wand (Wände) diffundiert ist. Es wurde ebenfalls bereits dargestellt, dass dieses Fluid gegebenenfalls als Kühlfluid verwendet werden kann.
Dieses (diese) Fluid(e) zum Druckausgleich ist (sind) ausgewählt aus den Flüssigkeiten oder Gasen, die in Bezug auf die Wände, mit denen es (sie) in Kontakt ist (sind), inert sind. Es (sie) ist (sind) selbstverständlich frei von Sauerstoff, um jegliches Risiko einer Explosion zu vermeiden. Es (sie) ist (sind) vorteilhafterweise zur thermischen Isolierung des Reaktionsmediums (der inneren Wand des Reaktors) ausgesucht. Es (sie) ist (sind) vorteilhaft ein Gas (Gase). Es ist vorteilhafterweise Argon.
Gemäß zwei vorteilhaften Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens:
- verwendet man relativ reines Argon im freien Raum zwischen der inneren und äußeren Wand, das kontinuierlich oder diskontinuierlich in Zirkulation gebracht wird; oder
- verwendet man Argon, das in der ersten Kammer des freien Raumes zwischen der inneren und äußeren Wand kontinuierlich in Zirkulation gebracht wird, wobei die erste Kammer durch die innere Wand und eine zusätzliche Wand begrenzt ist, und Argon, das periodisch in der zweiten Kammer des freien Raumes zwischen der inneren und äußeren Wand erneuert wird (diskontinuierlich in Zirkulation gebracht wird), wobei die zweite Wand durch diese zusätzliche Wand und die äußere Wand begrenzt ist.
Das erfindungsgemäße Hydrierungsverfahren, das in einem Reaktor durchgeführt wird, in dessen Innerem der (die) zwischen den inneren bzw. äußeren und gegebenenfalls zusätzlichen Wänden vorgesehene(n) Raum (Räume) mit einem porösen starren Aufbau (mit starker Offenporigkeit) versehen ist (sind), verwendet nicht unbedingt ein Fluid, wenn der poröse starre Aufbau den Druckausgleich an der inneren Wand so wie gegebenenfalls an der (den) zusätzlichen Wand (Wänden) gewährleisten kann. Dieser starre Aufbau ist natürlich aus einem Material, das die Diffusion des atomaren Wasserstoffs maximal begrenzt. Vorzugsweise ist das Material ein guter thermischer Isolator. Im Inneren dieses Aufbaus kann eine "natürliche" Zirkulation des Wasserstoffs, der durch die innere Wand (bzw. durch die innere Wand und zumindest eine zusätzliche Wand) diffundiert ist, aufgrund der Offenporigkeit des Aufbaus und aufgrund der Öffnung(en), die diesen Aufbau mit der Umgebungsatmosphäre (dem Äußeren) in Verbindung bringt (bringen), erhalten werden.
In jedem Fall wird im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Einsatz eines solchen Fluids zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Spülung dieses porösen starren Aufbaus vorgesehen. Auf diese Weise kann eine bessere Abfuhr des Wasserstoffs erhalten werden.
Das verwendete Fluid ist vorteilhafterweise ein Gas, zum Beispiel Argon. Es wird vorteilhafterweise mit einem Druck in Zirkulation gebracht, der etwas über dem Umgebungsdruck liegt. Der Fachmann wird verstanden haben, dass gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Druck dieses Gases den Druck des Reaktionsmediums nicht ausgleicht (insoweit, als der poröse starre Aufbau ausreichend starr ist). Dieses Gas wird lediglich zur Abfuhr des Wasserstoffs, zur Optimierung seiner Autoevakuierung verwendet.
Es wird daran erinnert, dass bei dieser Ausführungsform, in der der verwendete poröse Aufbau die notwendigen mechanischen Eigenschaften nicht aufweist (um seine Offenporigkeit bei den Betriebsbedingungen des Reaktors beizubehalten), ein Fluid unter entsprechendem Druck notwendigerweise verwendet werden muss.
Schließlich ist es im Rahmen der Erfindung keinesfalls ausgeschlossen, das Verfahren in einem erfindungsgemäßen Reaktor des gemischten Typs durchzuführen (der zumindest eine Kammer der Art mit einem freien Raum und zumindest eine Kammer der Art mit einem mit porösem Material gefüllten Raum aufweist oder zumindest eine Kammer, die lediglich teilweise mit einem porösen Material gefüllt ist).
Schließlich betrifft die Erfindung gemäß einem letzten Aspekt generell die Verwendung von Reaktoren mit den oben genannten Merkmalen. Diese Reaktoren werden vorteilhafterweise zur Durchführung von Hydrierungsreaktionen verwendet, um Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltende Gase unter strengen Temperatur- und Wasserstoffdruckbedingungen zu speichern, um physikalisch-chemische Studien unter strengen Temperatur- und Wasserstoffdruckbedingungen durchzuführen (insbesondere Studien über die Absorption von Wasserstoff durch Metalle).
Es wird empfohlen, sie in allen Zusammenhängen zu verwenden, wo Probleme hinsichtlich eines Angriffs der Wände durch Wasserstoff auftreten können. Es wird hier die Tatsache betont, dass das Konzept der Erfindung sowohl im Labor (Reaktoren mit geringen Kapazitäten) als auch in industriellem Rahmen (Reaktoren mit großen Kapazitäten) verwendet werden kann.
Die Erfindung wird in den beiliegenden Figuren dargestellt und in Relation zum nächstkommenden Stand der Technik gezeigt.
Die Fig. 1 und 2 stellen schematisch einen Reaktor nach dem Stand der Technik dar. Die Fig. 2 ist ein Schnitt gemäß II- II in Fig. 1.
Die Fig. 3 und 4 stellen schematisch einen erfindungsgemäßen Reaktor in der Art mit einem freien Raum (1. Ausführungsform) dar. Die Fig. 4 ist ein Schnitt gemäß IV-IV in Fig. 3.
In den Fig. 1 und 2 sind dargestellt:
- bei 1 die äußere Wand eines Reaktors gemäß Stand der Technik,
- bei 2 die innere Verkleidung dieser äußeren Wand 1,
- bei 3 das Reaktionsvolumen.
Die Verkleidung 2 ist an der äußeren Wand 1 angebaut. Sie ist normalerweise aus nicht-oxidierbarem Stahl vom austenitischen Typ, also relativ durchlässig für automaren Wasserstoff.
Es ist in Fig. 2 die Art Schäden schematisch dargestellt, die im Betrieb des Reaktors gemäß Stand der Technik auftritt. Das Reaktionsvolumen 3 schließt Produkte ein, die Wasserstoff unter hohem Druck und hoher Temperatur umfassen. Der atomare Wasserstoff migriert unter diesen Bedingungen durch die Verkleidung 2 und:
- wird einerseits an der Grenzfläche Verkleidung 2/äußere Wand 1 eingefangen, wobei Taschen 4 mit molekularem Wasserstoff (auch Methan) gebildet werden. Dieser molekulare Wasserstoff entsteht hier durch eine nicht-kontrollierte Rekombination. Die Gastaschen führen zu Rissen an dieser Grenzfläche und sogar zu Ablösungen. (Die Grenzfläche wird weiters Beanspruchungen unterworfen, die durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Materialien bei der Temperaturentwicklung hervorgerufen werden);
- dringt und migriert andererseits in die äußere Wand 1 ein und erzeugt in ihrem Inneren Methantaschen 5. Die Beanspruchungen, die durch die Gastaschen mit sehr hohem Druck entstehen, addieren sich zu den Fließbeanspruchungen, um Risse in dieser äußeren Wand 1 zu bilden. Es ist ein solcher Riss bei 6 dargestellt.
Um dem Angriff durch Wasserstoff Rechnung zu tragen, wurde eine äußere, sehr dicke Wand 1 vorgesehen.
Weiters gibt es in dieser Art Reaktor einen Wärmeübergang von der inneren Wand 2 zur äußeren Wand 1 durch Konduktion.
In den Fig. 3 und 4 sind dargestellt:
- bei 10 die äußere Wand eines erfindungsgemäßen Reaktors,
- bei 20 die innere Wand dieses Reaktors,
- bei 30 das Reaktionsvolumen,
- bei 50 der freie Raum, der auf charakteristische Weise zwischen der äußeren Wand 10 und der inneren Wand 20 vorgesehen ist.
Dieser freie Raum 50 schützt die äußere Wand 10 vor Wasserstoff, wobei die Rekombination von atomarem Wasserstoff (H), der durch die innere Wand 20 diffundiert ist, sowie seine Evakuierung gewährleistet sind. Er ermöglicht auch die äußere Wand 10 auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als jene der inneren Wand 20, und zwar zu Folge der Unterbrechung der thermischen Wärmeleitung.
Die innere Wand 20 wird unter hydrostatischen Druckbedingungen durch den Einsatz des Druckausgleichsfluids F gehalten. Die Zirkulation dieses Fluids F, die durch den Pfeil symbolisiert ist, gewährleistet die Abfuhr des Wasserstoffs, der durch die innere Wand 20 diffundiert ist. Dieses Fluid F wird durch die Öffnung (51) zugeleitet und durch die Öffnung (52), mit Wasserstoff beladen, abgezogen.

Claims

1. Hydrierungsreaktor mit einer Doppelwand, wobei diese Doppelwand aus einer äußeren Wand (10) zur Aufnahme der mechanischen Belastungen und einer inneren Wand (20) besteht, die das Reaktionsvolumen (30) begrenzt, in dessen Innerem ein Reaktionsmedium reagieren soll, wobei die innere Wand (20) gegenüber dem Reaktionsmittel beständig ist und die äußere Wand (10) vor jeglichem Kontakt mit diesem schützt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äußeren (10) und der inneren (20) Wand ein Raum (50) zur kontrollierten Rekombination des atomaren Wasserstoffs vorgesehen ist, der durch die innere Wand (20) diffundieren soll, wobei der Raum (50) keinerlei Mittel einschließt, das die Diffusion des atomaren Wasserstoffs von der inneren Wand (20) zur äußeren Wand (10) gewährleisten kann, und dass sein Aufbau Mittel zum Ausgleichen der Drücke beidseits der inneren Wand (20) und zur Gewährleistung der Zirkulation und Evakuierung des in den Raum (50) eingetretenen Wasserstoffs nach außen während des Betriebes des Reaktors aufweist.

2. Hydrierungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (50) durch zumindest eine zusätzliche Wand in mehrere Kammern geteilt ist, wobei Mittel zum Ausgleichen der Drücke beidseits der zusätzlichen Wand und zur Evakuierung des dort eingetretenen Wasserstoffs von jeder dieser Kammern nach außen während des Betriebs des Reaktors vorgesehen sind.

3. Hydrierungsreaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Wände, ausgewählt aus der inneren Wand (20) und gegebenenfalls der zusätzlichen Wand (Wände), auf Basis eines Materials mit einer geringen Permeabilität für Wasserstoff ausgebildet ist.

4. Hydrierungsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zumindest eine Öffnung (51) zur Zuleitung eines Fluids (F) zum Druckausgleich in dem Raum (50) und gegebenenfalls zumindest eine Öffnung zur Zuleitung eines Fluids (F) zum Druckausgleich in jeder der Kammern des Raumes (50) umfassen.

5. Hydrierungsreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zumindest eine Zuleitungsöffnung (51) und zumindest eine Auslassöffnung (52) für ein Fluid (F) zum Druckausgleich in dem Raum (50), gegebenenfalls in jeder der Kammern des Raumes (50), umfassen.

6. Hydrierungsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen starren Aufbau mit einer starken Offenporigkeit aus einem Material, in dem der atomare Wasserstoff sehr schwach löslich ist, der in dem Raum (50), gegebenenfalls in jeder der Kammern des Raumes (50), angeordnet ist, und zumindest eine Öffnung aufweisen, die den Raum (50), gegebenenfalls jede der Kammern des Raumes (50), mit der Umgebungsatmosphäre verbindet.

7. Hydrierungsreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Öffnungen den Raum (50), gegebenenfalls jede der Kammern des Raumes (50), mit der Umgebungsatmosphäre verbinden.

8. Hydrierungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchgeführt wird.

9. Hydrierungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Reaktor nach einem der Ansprüche 4 oder 5 durchgeführt wird, wobei die innere Wand (20) und gegebenenfalls die zusätzliche(n) Wand (Wände) mittels Einwirkung zumindest eines Fluids (F) in dem Raum (50), gegebenenfalls in jeder der Kammern des Raumes (50), unter Bedingungen mit hydrostatischem Druck gehalten wird (werden), wobei das Fluid (F) kontinuierlich oder diskontinuierlich erneuert wird.

10. Hydrierungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das einwirkende Fluid (F) Argon ist.

11. Hydrierungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Reaktor durchgeführt wird, dessen freier Raum (50) in mehrere Kammern geteilt ist, wobei zumindest zwei verschiedene Fluide in den Kammern einwirken und/oder dasselbe Fluid oder zumindest zwei verschiedene Fluide unter unterschiedlichen Zirkulationsbedingungen einwirken.

12. Hydrierungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Reaktor nach Anspruch 7 durchgeführt wird, wobei ein Reinigungsfluid innerhalb des starren Aufbaus kontinuierlich oder diskontinuierlich in Zirkulation gebracht wird.

13. Verwendung eines Reaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Durchführung von Hydrierungsreaktionen, zur Speicherung von Wasserstoff oder von Wasserstoff enthaltenden Gasen unter schwierigen Temperatur- und Wasserstoff-Druckbedingungen, zur Durchführung von physikalisch-chemischen Studien unter harten Temperatur- und Wasserstoff-Druckbedingungen.