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Dokumentenidentifikation DE69829549T2 23.03.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000935995
Titel Verfahren zur in-situ Modernisierung eines heterogenen Synthesereaktors
Anmelder Ammonia Casale S.A., Lugano, CH
Erfinder Guarino, Giuseppe, 6965 Cadro, CH;
Filippi, Ermanno, 6976 Castagnola, CH
Vertreter HUBER & SCHÜSSLER, 81825 München
DE-Aktenzeichen 69829549
Vertragsstaaten BE, DE, ES, FR, GR, IE, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.01.1998
EP-Aktenzeichen 982001141
EP-Offenlegungsdatum 18.08.1999
EP date of grant 30.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.03.2006
IPC-Hauptklasse B01J 8/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B01J 8/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur In-situ-Modernisierung eines heterogenen Synthesereaktors, insbesondere zur exothermen Synthese, wie beispielsweise zur Ammoniak- oder Methanolsynthese, und Umwandlung von Kohlenmonoxid, mit mindestens einem katalytischen Bett vom radialen oder axial-radialen Typ, das für den Einlass und Auslass von Gasen mit gegenüberliegenden perforierten Zylinderwänden ausgestattet ist.

In der nachfolgend angegebenen Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen soll der Begriff „In-situ-Modernisierung" die lokale Modifikation eines bereits vorhandenen Reaktors bedeuten, um dessen Leistungen zu optimieren und zum Beispiel eine Produktionskapazität und/oder eine Umwandlungsausbeute zu erhalten, die mit denen eines neu gebauten Reaktors vergleichbar sind.

In der Terminologie des Fachgebiets wird diese Modernisierungsart auch als Umrüsten oder Überholen bezeichnet.

Wie man weiß, wird auf dem Gebiet der heterogenen Synthesereaktionen im Allgemeinen zunehmend der Bedarf spürbar, die bereits vorhandenen Synthesereaktoren an die neu konzipierten Katalysatoren mit immer höherer Reaktionsaktivität anzupassen, um eine Optimierung der Umwandlungsausbeute und eine Verringerung des Energieverbrauchs zu erzielen, während die Investitionskosten gesenkt werden.

Tatsächlich hat der kontinuierliche Fortschritt bei der Realisierung von hochaktiven Katalysatoren – bei gleicher Produktionskapazität des Reaktors – bewirkt, dass die in das jeweilige Bett einzutragende Katalysatormasse deutlich unter dem maximalen Füllvolumen liegt, für das das Bett ausgelegt ist, wodurch Kosteneinsparungen beim Katalysator möglich werden.

Stand der Technik

Bei bereits vorhandenen Reaktoren, die mit katalytischen Betten vom axialen Typ ausgestattet sind, führt eine Anpassung des Reaktors an die neuen Katalysatoren mit hoher Reaktionsaktivität nicht zu bestimmten Problemen, da das/die katalytische/n Bett/en mit einer mehr oder weniger großen Menge an Katalysator beschickt werden kann/können, ohne dass wesentliche Modifikationen im Betrieb damit einhergehen – insbesondere vom Standpunkt der Fluiddynamik aus gesehen –, abgesehen von einem unterschiedlichen Druckabfall, der durch geeignete Modifizierung der Betriebsbedingungen des Reaktors trotzdem reguliert werden kann.

Bei den bereits vorhandenen Reaktoren, die katalytische Betten vom radialen oder axial-radialen Typ umfassen, bringt die Eintragung einer Katalysatormasse, die sich von der Auslegungsmasse unterscheidet, im Gegenteil dazu ernste Nachteile im Betrieb des/der katalytischen Betts/en mit sich.

Ein katalytisches Bett vom radialen Typ, das nur teilweise mit Katalysator gefüllt wird, zeigt zwangsläufig Reihen von Löchern in den Gaseinlass- und -auslasswänden, die im oberen Teil des Bett nicht abgedeckt sind, was zu einer unerwünschten Umgehung desselben durch die Reaktionsgase und einer entsprechenden drastischen Verringerung der Reaktorumwandlungsausbeute führt.

Dasselbe Problem ergibt sich bei einem katalytischen Bett vom axial-radialen Typ, wobei auch da die axiale Durchströmung des Katalysators durch die Reaktionsgase fehlt, was im Vergleich zu einem optimal beschickten katalytischen Bett eine weitere Reduzierung der Umwandlungsausbeute mit sich bringt.

Insbesondere vereitelt neben der Nichtabdeckung eines Teils der Löcher der perforierten Gaseinlass- und -auslasswände das Vorhandensein einer verringerten Menge an Katalysator im axial-radialen Bett die Funktion der axialen Streckenführung der in das Bett eintretenden Gase, die durch den nicht perforierten Abschnitt des oberen Teils der Gasauslasswand erfüllt wird.

Obwohl die so genannte Umrüstung von bestehenden Reaktoren immer mehr akzeptiert wird, wobei diese Technik darauf abzielt, den teuren Austausch eines Reaktors zu vermeiden, während gleichzeitig die maximale Umwandlungsausbeute und der minimale Energieverbrauch erreicht wird, der mit dem zur Verfügung stehenden Reaktionsvolumen kompatibel ist, sind bis heute keine Verfahren vorgeschlagen worden, die die Anpassung von vorhandenen, mit katalytischen Betten vom radialen oder axial-radialen Typ ausgestatteten Reaktoren ermöglichen, die die obige Anforderung erfüllen können.

Gegenwärtig werden aufgrund fehlender gültiger technischer Lösungen die radialen oder axial-radialen katalytischen Betten von vorhandenen Reaktoren noch immer mit herkömmlichen Katalysatoren beschickt, und zwar zum Nachteil der Optimierung der Umwandlungsausbeute und des Energieverbrauchs, die ansonsten durch Verwendung von neuen Katalysatoren mit hoher Reaktionsaktivität erzielbar wären.

Andererseits, d.h. durch Verwendung eines hochaktiven Katalysators, ist es immer notwendig, das verfügbare Volumen des radialen oder axial-radialen katalytischen Betts vollständig zu füllen, um die zuvor erwähnten Nachteile zu verhindern, und demgemäß wird – neben einer Erhöhung der Umwandlungsausbeute – auch eine Steigerung der Produktionskapazität des vorhandenen Reaktors erhalten, die nicht immer notwendig oder erwünscht ist, da eine solche Steigerung zum Beispiel einen Austausch der stromabwärts zum Synthesereaktor angeordneten Vorrichtungen, die ansonsten zu klein wären, sowie die dazu gehörenden hohen Investitions- und Baukosten mit sich bringen kann.

Außerdem erfordert das Füllen des ganzen verfügbaren Volumens in den bestehenden katalytischen Betten, die so ausgelegt sind, dass sie in geeigneter Weise einen herkömmlichen Katalysator mit geringerer Aktivität enthalten, eine solche Menge an Katalysator mit hoher Aktivität, dass die Investitionskosten unerschwinglich werden.

Gerade wegen dieser Nachteile hat die Verwendung von hochaktiven Katalysatoren in bereits vorhandenen heterogenen Synthesereaktoren mit katalytischen Betten vom radialen oder axial-radialen Typ bis jetzt noch keine konkrete Anwendung gefunden, obwohl der Bedarf auf dem Fachgebiet immer spürbarer wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, ein Verfahren zur Modernisierung eines heterogenen Synthesereaktors von dem Typ zur Verfügung zu stellen, der mindestens ein radiales oder axial-radiales Bett umfasst, um so die Verwendung von neuen Auslegungskatalysatoren mit immer größerer Reaktionsaktivität zu ermöglichen, um eine Optimierung der Umwandlungsausbeute und eine Verringerung des Energieverbrauchs auf einfache und zuverlässige Weise zu erzielen und die Investitions- und Betriebskosten zu senken.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren der im beigefügten Anspruch 1 angegebenen Art gelöst.

Günstigerweise ermöglicht das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine teilweise Beschickung des/der bereits vorhandenen radialen oder axial-radialen katalytischen Betts/en, was auf diese Weise eine wirksame Verwendung der neuen hochaktiven Katalysatoren ermöglicht, ohne dass der Betrieb der Betten nachteilig beeinflusst wird, und insbesondere die Fluiddynamik- und Druckabfallcharakteristika desselben unverändert beibehält.

Tatsächlich ist es dank des Vorhandenseins einer nicht perforierten Wand mit vorbestimmter Länge in der Nähe der oberen Zone der Gasauslasswand und der gleichzeitigen Bildung eines freien Raums zwischen der nicht perforierten Wand und der Gasauslasswand in vorteilhafter Weise möglich, ein doppeltes Ziel zu erreichen, das nachfolgend erläutert wird.

Einerseits ermöglicht die nicht perforierte Wand, den in die Betten gelangenden Gasstrom in die katalytische Masse zu lenken, wodurch die Bildung von unerwünschten Umgehungen verhindert wird, d.h. wodurch verhindert wird, dass Gas direkt durch die Löcher der Gasauslasswand, die aufgrund der nur teilweisen Füllung der katalytischen Betten nicht bedeckt sind, strömt, ohne durch den Katalysator hindurchzuströmen.

Andererseits ermöglicht das Vorhandensein des freien Raums, dass der Gasstrom, der durch die katalytische Masse hindurchgeleitet wurde, durch alle Löcher der Gasauslasswand austritt, um so den Druckabfall durch das/die katalytische/n Bett/en konstant zu halten.

Besonders zufrieden stellende Ergebnisse werden dadurch erzielt, dass eine nicht perforierte Wand vorgesehen wird, die sich zu einem Abschnitt erstreckt, der zwischen 5 % und 50 % der Länge der Gasauslasswand umfasst, bzw. ein weitgehend ringförmiger freier Raum mit einer Dicke zwischen 0,5 und 10 cm begrenzt wird.

Auf diese Weise ist es möglich, selbst relativ geringe Menge an hochaktivem Katalysator ohne das Risiko von unerwünschten katalytischen Bettumgehungen durch das Synthesegas einzutragen, während die Fluiddynamik- und die Druckabfallcharakteristika, die dem Umrüsten vorangehen, konstant gehalten werden.

Mit Bezug auf die vorliegende Erfindung ist hervorzuheben, dass die Fähigkeit, eine nur teilweise Beschickung des Katalysators in einem katalytischen Bett vom radialen oder axial-radialen Typ zu konzipieren – ohne dadurch den Betrieb desselben nachteilig zu beeinflussen –, in scharfem Widerspruch zur konstanten Lehre des Standes der Technik steht, gemäß der die Verwendung von radialen oder axial-radialen katalytischen Betten unausweichlich ein Vollfüllen derselben mit dem Katalysator mit sich bringt, um zu verhindern, dass Betten in unerwünschter Weise von Reaktionsgasen umgangen werden.

Tatsächlich war wegen der sehr intrinsischen Charakteristika von solchen Betten eine nur teilweise Beschickung eines radialen oder axial-radialen katalytischen Betts gemäß dem Stand der Technik unvorstellbar.

Erst nach den Forschungsarbeiten der Anmelderin ist es möglich geworden, das zuvor erwähnte technische Problem zu lösen, indem eine Modernisierung der bereits vorhandenen, katalytischen radialen oder axial-radialen Betten vorgeschlagen wird, die – im Gegensatz zur Lehre des Standes der Technik – eine teilweise Beschickung derselben ermöglicht.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der Beschreibung eines Beispiels zur Ausführung eines Modernisierungsverfahrens gemäß der Erfindung dargelegt, das nachfolgend mittels einer nicht einschränkenden Veranschaulichung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

1 zeigt schematisch den Längsschnitt eines vorhandenen Reaktors zum Durchführen von heterogenen Synthesereaktionen, der in geeigneter Weise gemäß dem Modernisierungsverfahren der vorliegenden Erfindung modifiziert ist.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug auf die 1 zeigt das Bezugszeichen 1 insgesamt einen heterogenen Synthesereaktor.

Reaktoren dieser Bauart sind besonders zum Durchführen von exothermen heterogenen Synthesereaktionen bei hohem Druck und hoher Temperatur (20–300 bar, 180–550°C) zum Beispiel zur Herstellung von Ammoniak oder Methanol oder zur Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid geeignet.

Der Reaktor 1 umfasst einen rohrförmigen Mantel oder ein rohrförmiges Gehäuse 2, der bzw. das für den Einlass der Reaktionsgase am Oberteil mit einer Düse 3 und für den Auslass der Reaktionsprodukte am Boden mit einer Düse 4 ausgestattet ist.

Das Gehäuse 2 ist am Oberteil auch mit einer Düse 5 ausgestattet, um den Zutritt eines Arbeiters in das Innere des Reaktors 1 zu ermöglichen, damit dieser die verschiedenen Zusammenbauvorgänge und die Wartung desselben durchführen kann. Düsen dieser Bauart sind dem Fachmann unter dem Fachnamen „Mannlöcher" allgemein bekannt.

Im Inneren des Gehäuses 2 wird ein katalytisches Bett 6 vom axial-radialen Typ erhalten, das an den Seiten durch die jeweiligen perforierten Gaseinlass- und -auslass-Zylinderwände 7 bzw. 8 und an der Unterseite durch den Boden des Gehäuses 2 begrenzt ist.

Das katalytische Bett 6 ist am Oberteil nicht geschlossen, um zu ermöglichen, dass ein Teil der Reaktionsgase axial durch dieses hindurchströmt. Um unerwünschte Katalysatorleckagen zu verhindern, können Eingrenzungsnetze – die dem Fachmann allgemein bekannt sind und daher nicht gezeigt werden – in das katalytische Bett 6 eingebaut werden.

Im Beispiel der 1 wird die Gaseinlasswand 7 in der Nähe des Gehäuses 2 angeordnet, während sich die Gasauslasswand 8 in der Mitte des Reaktors 1 befindet. Zwischen dem Gehäuse 2 und der Gaseinlasswand 6 wird ein freier Raum 9 erhalten, um zu ermöglichen, dass die Reaktionsgase das Bett 6 radial durchströmen. Die Gasauslasswand 8 ist am Oberteil auch durch einen gasdichten Deckel 10 von bekannter Bauart verschlossen.

Schließlich ist im Reaktor 1 eine Kammer 11, die sich koaxial zum katalytischen Bett 6 erstreckt, zwischen der Wand 8 und dem Deckel 10 vorgesehen, um die Reaktionsprodukte, die das Bett verlassen, zur Düse 4 zu führen, durch die sie schließlich entfernt werden.

Die gestrichelte Linie 12, die in der Nähe des oberen Endes der Gaseinlasswand 7 gezeigt ist, steckt das höchste Niveau ab, das durch den Katalysator im Inneren des katalytischen Betts 6 erreicht werden kann, und begrenzt zusammen mit den Seitenwänden 7 und 8 und dem Boden des Gehäuses 2 das im Reaktor 1 verfügbare Reaktionsvolumen.

Ein solches Volumen wird auf der Grundlage der Reaktionsaktivität des Katalysators berechnet, der zur Zeit der Entwicklung des Reaktors 1 im Handel erhältlich war, um eine vorbestimmte Produktionskapazität zu erzielen.

Daher hatte ein Reaktor 1, bevor er gemäß der vorliegenden Erfindung modernisiert wurde, noch immer ein katalytisches Bett 6, dessen Volumen vollständig durch einen herkömmlichen Katalysator eingenommen wurde.

Im Gegenteil dazu zeigt die gestrichelte Linie 13 das Niveau an, das durch den Katalysator im Reaktor 1 erreicht wird, der günstigerweise gemäß der vorliegenden Erfindung modernisiert wird.

Der Katalysator im Inneren des Betts 6 wird – als Ganzes gesehen – mit 14 angegeben und hat eine solche Reaktionswirksamkeit, dass eine Produktionskapazität des Reaktors vorgesehen wird, die der Auslegungskapazität entspricht, aber ein Volumen aufnimmt, das wesentlich kleiner als das Volumen des katalytischen Betts 6 ist.

Mit anderen Worten ist dank der größeren Reaktionsaktivität die Masse des Katalysators 14, der in den Reaktor eingetragen wird, sobald letzterer gemäß der Erfindung modernisiert ist, bei gleich bleibender Produktionskapazität viel kleiner als die Katalysatormasse, die vor der Modernisierung verwendet wird, was demgemäß Einsparungen bei den Katalysatorkosten mit sich bringt.

Der Pfeil F der 1 zeigt die verschiedenen Wege, die das Gas durch das katalytische Bett 6 nimmt.

Gemäß einem ersten Schritt des Modernisierungsverfahrens der vorliegenden Erfindung wird eine weitgehend nicht perforierte Zylinderwand 15 koaxial zur Gasauslasswand 8 im katalytischen Bett 6 vorgesehen. Die nicht perforierte Wand 15 steht von einem oberen Ende 8a der Gasauslasswand 8 um einen vorbestimmten Abschnitt desselben vor, so dass ein ringförmiger freier Raum 16 zwischen der Gasauslasswand 8 und der nicht perforierten Wand 15 begrenzt wird, damit ein Teil des das katalytische Bett 6 verlassenden Gases durchtritt, wie durch die Pfeile F der 1 angegeben ist.

In einem weiteren Schritt des vorliegenden Verfahrens werden Mittel zum Schließen des freien Raums 16 zwischen der nicht perforierten Wand 15 und der Gasauslasswand 8 in der Nähe des oberen Endes 8a von letzterem vorgesehen, wodurch die Umgehung des katalytischen Betts 6 oder die Rückführung der Gase dahin, die in den Reaktor gelangen bzw. diesen verlassen, verhindert wird.

Dank der Schritte des Vorsehens einer nicht perforierten Wand in der Nähe des oberen Endes der Gasauslasswand und des Begrenzens eines freien Raums zwischen den Wänden zum Durchtritt von reagierten Gase ist es günstigerweise möglich, das katalytische Bett mit Mengen an Katalysator zu beschicken, die wesentlich geringer als die Auslegungsmengen sind, ohne dass der Betrieb desselben nachteilig beeinflusst wird, wobei insbesondere die Fluiddynamik- und Druckabfallcharakteristika unverändert bleiben.

Tatsächlich verhindert die nicht perforierte Wand 15, obwohl das Niveau des Katalysators 14 beträchtlich unter dem oberen Ende 8a der Gasauslasswand 8 (gestrichelte Linie 13) bleibt und daher mehrere Löcher dieser Wand unabgedeckt lässt, dass Gasreagenzien das katalytische Bett 6 durchqueren, ohne in die katalytische Masse zu gelangen, und der freie Raum 16 ermöglicht es, alle Löcher der Wand 8 als Auslässe für die Reaktionsprodukte zu verwenden.

Sollte die nicht perforierte Wand 15 direkt mit der Gasauslasswand 8 in Kontakt sein – ohne dass ein freier Raum 16 gebildet wird –, würde ein katalytisches Bett erhalten werden, das dieselben Fluiddynamikcharakteristika wie das nicht modernisierte Bett hat, aber aufgrund der verringerten Zahl an Löchern, die für den Auslass der Reaktionsprodukte zur Verfügung stehen, wäre der Druckabfall erhöht.

Im Beispiel der 1 erstreckt sich die nicht perforierte Wand 15 günstigerweise zu einem Abschnitt, der zwischen 20 % und 40 % der Länge der Gasauslasswand 8 umfasst. In der Praxis erstreckt sich die Wand 15 vorzugsweise über eine solche Länge, dass im katalytischen Bett 6, das nur teilweise mit dem Katalysator 14 beschickt ist, eine Zone geschaffen wird, die vorzugsweise axial von den Reaktionsgasen durchströmt wird.

Wenn das katalytische Bett 6 nur vom radialen Typ ist, reicht die Wand 15 kaum über die gestrichelte Linie 13 hinaus, die das Niveau begrenzt, das vom Katalysator 14 erreicht wird, um so eine weitgehend radiale Durchströmung des katalytischen Betts sicherzustellen.

Darüber hinaus ist der freie Raum 16 vorzugsweise so begrenzt, dass er eine Dicke zwischen 1 und 5 cm hat. Auf jeden Fall muss die Dicke des freien Raums 16 so groß sein, dass ein Durchströmen von Gas möglich wird, ohne dass ein zusätzlicher Druckabfall erzeugt wird.

Günstigerweise wird der freie Raum 16 in der Nähe des oberen Endes 8a der Gasauslasswand verschlossen, um so unerwünschte Umgehungen der Gasreagenzien, die in das katalytische Bett 8 gelangen, oder das Rückführen der Reaktionsprodukte dahin zu verhindern.

Um die Ausführung des vorliegenden Modernisierungsverfahrens so weit wie möglich zu vereinfachen, wird die nicht perforierte Wand 15 in vorteilhafter Weise durch die Gasauslasswand 8 getragen.

Zum Beispiel kann die Wand 15 entfernbar an der Wand 8 durch spezielle Haltemittel, die an letztere in der Nähe seines oberen Endes 8a angehakt sind, entfembar angebracht sein.

Insbesondere wird die nicht perforierte Wand 15 – deren Durchmesser größer als die Gasauslasswand 8 ist – gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in der 1 gezeigt ist, günstigerweise durch ein horizontales gasdichtes Prallblech 17 gehalten, das über das obere Ende 8a der Gasauslasswand 8 vorsteht und sich daran anlehnt.

Günstigerweise bilden die Wand 15 und das Prallblech 8 eine Art gasdichtes Glas – das zum Beispiel aus einer nicht perforierten Platte hergestellt ist –, das umgedreht auf dem Deckel 10 der Gasauslasswand 8 ruht.

Nach dem Abschließen der genannten Schritte wird ein Reaktor 1 erhalten, der es ermöglicht, heterogene Synthesereaktionen mit hohen Umwandlungsausbeuten und einem geringen Energieverbrauch auf die folgende Weise durchzuführen.

Gasreagenzien, die durch die Düse 3 in den Reaktor 1 eingeführt werden, werden dem katalytischen Bett 6 zugeführt, das einen hochaktiven Katalysator 14 umfasst.

Je nach der Reaktionsart, werden die Temperatur und der Druck der Gasreagenzien, die dem katalytischen Bett 6 zugeführt werden, stromabwärts zum Reaktor 1 reguliert.

Die Gasreagenzien durchqueren das katalytische Bett 6 mit einem axial-radialen zentripetalen Strom. Dank des Vorhandenseins der nicht perforierten Wand 15 ist es möglich, den Gasreagenzienstrom axial abzulenken, wodurch unerwünschte Umgehungen des katalytischen Betts 6 verhindert werden.

Die Reaktionsprodukte, die im katalytischen Bett 6 erhalten werden, strömen durch die Gasauslasswand 8 und werden danach in der Kammer 11 gesammelt, um dann schließlich den Reaktor 1 durch die Düse 4 zu verlassen. Ein (kleiner) Teil der Reaktionsprodukte strömt günstigerweise entlang des freien Raums 16, wodurch es auf diese Weise möglich ist, auch den Teil der Wand 8 für den Auslass von Gasen auszunutzen, die durch die Wand 15 abgegrenzt ist.

Dabei ist es möglich – wobei die Produktionskapazität des bereits vorhandenen Reaktors gleich bleibt –, das katalytische Bett 6 nur teilweise mit einem Katalysator mit hoher Reaktionsaktivität zu beschicken, wodurch Kosten für den Katalysator eingespart werden und gleichzeitig die Fluiddynamik- und Druckabfallcharakteristika des katalytischen Betts unverändert bleiben.

Wenn eine Steigerung der Produktionskapazität des bereits vorhandenen Reaktors notwendig sein sollte – was die Notwendigkeit beinhalten würde, das verfügbare Volumen des katalytischen Betts 6 vollständig auszunutzen, indem dasselbe mit einem hochaktiven Katalysator beschickt wird – würde es ausreichen, die nicht perforierte Wand 15 und demgemäß auch das Prallblech 17, das dieselbe hält, aus dem Reaktor herauszunehmen, um das katalytische Bett 6 zu seinem ursprünglichen Aufbau zurückzubringen.

Die vorliegende Erfindung ist günstigerweise insbesondere auf den Gebieten der heterogenen Synthesereaktionen anwendbar, wo der technische Fortschritt es möglich gemacht hat, neue Katalysatoren zu entwickeln, die ständig steigende Reaktionsaktivitäten aufweisen.

Ein sehr interessantes Gebiet ist zweifellos das Gebiet der Ammoniaksynthese, wo es dank des vorliegenden Verfahrens nun möglich ist, die bereits vorhandenen Reaktoren wirksam zu modernisieren, um so hochaktive Katalysatoren zu verwenden, wie beispielsweise Graphit-Katalysatoren auf Rutheniumbasis.

Ein weiteres, besonders interessantes Gebiet ist das Gebiet der Kohlenmonoxidumwandlung, wo die bereits vorhandenen Reaktoren (zum Beispiel von der in der 1 gezeigten Art) vorteilhaft mit reduzierten Volumen an hochaktiven Katalysatoren beschickt werden können, wie beispielsweise Kupfer umfassende Katalysatoren für die Hochtemperaturumwandlung.

Allerdings ist das Modernisierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben mit Bezug auf die 1 beschriebene Reaktorart beschränkt, sondern kann auch auf Reaktoren angewendet werden, die eine Vielzahl von radialen oder axial-radialen Betten umfassen, die zum Beispiel im Inneren einer geeigneten Kassette gehalten sind.

Außerdem ist es für die Zwecke der Ausführung des vorliegenden Verfahrens überhaupt nicht relevant, ob das katalytische Bett von den Reaktionsgasen mit einem zentripetalen oder einem zentrifugalen Strom durchquert wird. Im letzteren Fall würde sich die Gasauslasswand 8 in der Nähe des Gehäuses 2 befinden und die nicht perforierte Wand 15 hätte einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser der Wand 8 ist.

Die vorliegende Erfindung kann offenkundig auch ausgenutzt werden, wenn eine Reduzierung der Produktionskapazität des vorhandenen Reaktors gewünscht wird und daher wenn eine Reduzierung der Masse des herkömmlichen Katalysators (mit niedriger Ausbeute), der in den Reaktor einzutragen ist, erforderlich ist.

Aus den obigen Ausführungen werden die vielen Vorteile, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden, deutlich; insbesondere ist es möglich, ein katalytisches Bett vom radialen oder axial-radialen Typ eines bereits vorhandenen Reaktors nur teilweise zu beschicken, wodurch auf diese Weise eine Einsparung bei den Katalysatorkosten erhalten wird, ohne dass dadurch der Betrieb des Reaktors nachteilig beeinflusst wird.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur In-situ-Modernisierung eines heterogenen Synthesereaktors mit einem äußeren Mantel, umfassend mindestens ein katalytisches Bett (6) vom radialen oder axial-radialen Typ, das mit gegenüberliegenden perforierten Zylinderwänden für den Einlass und Auslass (7, 8) von Gasen ausgestattet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

    – Vorsehen einer nicht perforierten Zylinderwand (15) koaxial mit der Gasauslasswand (8) in dem katalytischen Bett (6), wobei die nicht perforierte Zylinderwand (15) sich von einem oberen Ende (8a) der Gasauslasswand (8) entlang einem perforierten Abschnitt der Gasauslasswand (8) und über eine vorbestimmte Länge in dem katalytischen Bett erstreckt, so dass ein freier Raum (16) zwischen der Gasauslasswand (8) und der nicht perforierten Wand (15) begrenzt wird, damit ein Teil des das katalytische Bett (6) verlassenden Gases durchtreten kann, wobei der freie Raum eine Dicke aufweist, die groß genug ist, um den Durchtritt ohne einen zusätzlichen Druckabfall zu ermöglichen;

    – Vorsehen von Mitteln zum Verschließen des freien Raums (16) zwischen der nicht perforierten Wand (15) und der Gasauslasswand (8) in der Nähe des oberen Endes (8a) von letzterer, wodurch eine Umgehung des katalytischen Betts oder ein Rückschleusen von Gas, das in den Reaktor einströmt bzw. diesen verlässt, zu demselben verhindert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die nicht perforierte Wand zu einem Abschnitt erstreckt, der zwischen 5 % und 50 % der Länge der Gasauslasswand (8) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Raum (16) eine Dicke aufweist, die zwischen 0,5 und 10 cm umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht perforierte Wand (15) von der Gasauslasswand (8) getragen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Gasauslasswand (8) einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser der Gaseinlasswand (7) bzw. der nicht perforierten Wand (15) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht perforierte Wand (15) von einem gasdichten horizontalen Prallblech (17) getragen wird, das über das obere Ende (8a) der Gasauslasswand (8) vorsteht, und darauf ruht.
  6. Heterogener Synthesereaktor von der Bauart, die folgendes umfasst:

    – einen äußeren Mantel (2);

    – mindestens ein katalytisches Bett (6) vom radialen oder axial-radialen Typ, das mit gegenüberliegenden perforierten Zylinderwänden für einen Einlass und Auslass (7, 8) von Gasen vorgesehen ist, das sich in den Mantel (2) erstreckt;

    dadurch gekennzeichnet, dass er in dem katalytischen Bett weiter umfasst:

    – eine nicht perforierte Zylinderwand (15) koaxial mit der Gasauslasswand (8) in dem katalytischen Bett (6), wobei sich die nicht perforierte Zylinderwand (15) von einem oberen Ende (8a) der Gasauslasswand (8) entlang einem perforierten Abschnitt der Gasauslasswand (8) und über eine vorbestimmte Länge in dem katalytischen Bett erstreckt, so dass ein freier Raum (16) zwischen der Gasauslasswand (8) und der nicht perforierten Wand (15) begrenzt wird, damit ein Teil des das katalytische Bett (6) verlassenden Gases durchtreten kann, wobei der freie Raum eine Dicke aufweist, die groß genug ist, um den Durchtritt ohne einen zusätzlichen Druckabfall zu ermöglichen;

    – Mittel zum Verschließen des freien Raums (16) zwischen der nicht perforierten Wand (15) und der Gasauslasswand (8) in der Nähe des oberen Endes (8a) der letzteren, wodurch eine Umgehung des katalytischen Betts oder ein Rückschleusen von Gas, das in den Reaktor einströmt bzw. diesen verlässt, zu demselben verhindert wird.
  7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die nicht perforierte Wand (15) über eine Länge erstreckt, die zwischen 5 % und 50 % der Länge der Gasauslasswand (8) umfasst.
  8. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Raum (16) im Wesentlichen ringförmig ist und eine Dicke hat, die zwischen 0,5 und 10 cm umfasst.
  9. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht perforierte Wand (15) von der Gasauslasswand (8) getragen wird.
  10. Reaktor nach Anspruch 9, wobei die Gasauslasswand (8) einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser der Gaseinlasswand (7) bzw. der nicht perforierten Wand (15) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht perforierte Wand (15) von einem gasdichten horizontalen Prallblech (17), das über das obere Ende (8a) der Gasauslasswand (8) vorsteht, getragen wird und darauf ruht.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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