178560. lajstromszámú szabadalom • Reaktor ammóniaszintézishez
3 178560 4 mennyiségű ammóniatartalommal, visszavezetik a reaktorba a friss szintézisgázzal együtt. A szintézisgáz komprimál ás ához és visszavezetéséhez szükséges energiaköltségek az ammóniatermelés gazdaságosságát döntően befolyásolják. Ez azt jelenti, hogy jelentős megtakarítást lehet elérni, ha az ammóniává alakulás hatásfokát (azaz az ammónia mennyiségét, a szintézisgáz térfogategységére vonatkoztatva) növeljük. Az ammóniaszintézisnél exoterm reakció játszódik le, emiatt a szintézisgáz hőmérséklete a katalizátoron való áthaladás közben növekszik. A növekvő hőmérséklet viszont azzal a következménnyel jár, hogy rendkívül fontossá válik a katalizátorágy vagy ágyak, továbbá a szintézisgáz hűtése. A hűtés megvalósítására a találmány tárgykörébe vágó szakterületen több ismert módszer is ismeretes. Az 1 204 634. számú brit szabadalmi leírásból megismerhető egy olyan reaktor, amelyben a katalizátor két vagy több egymástól elválasztott katalizátorágyban van elhelyezve és az ágyak közé hideg szintézisgázt vezetnek be. Ez a művelet egyszerű eszközökkel megvalósítható. Ennek a megoldásnak azonban az a hátránya, hogy a csak részben reagált szintézisgáz a friss szintézisgázzal keveredve felhígul, ami azt jelenti, hogy az ammónia koncentrációja egyre alacsonyabb lesz. A teljes mennyiségben reakcióba nem lépett szintézisgáz felhígulását egy másik, az ún. indirekt hűtés elvén működő megoldással lehet elkerülni. Ennek a célnak az elérése érdekében egy vagy több hőcserélőt építenek be a reaktorba vagy közvetlenül a katalizátorágyba vagy két egymástól elválasztott katalizátorágy közé. Dy módon a hideg szintézisgázt ezekben a hőcserélőkben keringtetve biztosítják a szükséges mértékű hűtést, miközben a szintézisgázt az ammóniaszintézishez szükséges hőmérsékletre hevítik. A hőcserélőkben hűtőközegként nyomás alá helyezett vizet is lehet alkalmazni, ami a későbbiekben gőzfejlesztésre használható. A fenti látszólagos előnyök ellenére e módszer ipari méretekben nem nyert széles körű alkalmazást. Ennek első oka az, hogy a beépített hőcserélő, valamint a hűtőközeget a hőcserélőkbe vezető, illetve az azokból elvezető csőhálózat rendkívül térigényes. Ez különösen ott játszik döntő szerepet, ahol az indirekt hőcsere gőzfejlesztéssel van összekapcsolva, az ehhez szükséges berendezés különösen bonyolult, mivel a hűtőközegként felhasznált vizet először el kell vezetni a reaktor köpenye mentén mielőtt az adott külső gőzfejlesztő egységbe betáplálnák. A találmány célja indirekt hűtéssel működő egyszerű eljárás és reaktor kidolgozására. A találmány szerint ezt a feladatot oly módon oldjuk meg, hogy a szintézisgáz főáramát, mielőtt azt az első katalizátorágyba bevezetnénk, legalább két különböző tápáramból állítjuk össze, miután az egyik áramot közbenső hőcserélő hűtőközegeként, a másikat pedig a főáram hűtésére használjuk. Az eljárás további jellemzője az, hogy a harmadik tápárammal a reaktor köpenyét hűtjük, mielőtt a további áramokba bekevernénk, a közbenső hőcserélőn átvezetett tápárammal hűtjük a reaktor köpenyét, a tápáramokat egy a reaktor szimmetriatengelyében levő pontban keverjük össze, az összekevert tápáramot az első katalizátorágy külső falára vezetjük, majd azon keresztül radiális irányban befelé áramoltatjuk. A találmány szerinti berendezés lényege, hogy legalább két belépőcsonkkal ellátott henger alakú térből áll, amelyek egyikében egy közbenső hőcserélő van koaxiálisán az egyik katalizátorágy magasságában elrendezve. A berendezés célszerű kiviteli alakja szerint a közbenső hőcserélő az első katalizátorágy magasságában van elrendezve, a reaktornak egy harmadik belépőcsonkja és egy ehhez rendelt gyűrűs tere van, kiegészítő hőcserélő van a második katalizátorágy és a harmadik belépőcsonk között kiképezve, az első belépőcsonk, a köpeny mentén kiképzett gyűrűs tér és a közbenső hőcserélő sorban van kötve, az egyes belépőcsonkok járatai a köpeny tengelyében össze vannak kötve. A találmányt a továbbiakban a rajz segítségével részletesen ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti reaktor alapváltozatának hosszmetszete, a 2. ábra a találmány szerinti reaktor második változatának hosszmetszete, a 3. ábra a találmány szerinti reaktor harmadik változatának hosszmetszete, a 4. ábra a találmány szerinti reaktor negyedik változatának hosszmetszete, az 5. ábra a találmány szerinti reaktor ötödik változatának hosszmetszete, a 6. ábra a találmány szerinti reaktor hatodik változatának hosszmetszete, a 7. ábra a találmány szerinti és az ismert eljárások összehasonlítására szolgáló hőmérséklet-kihozatal-diagram. Az 1. ábrán a találmány szerinti reaktor alapváltozatának. hosszmetszetét rajzoltuk meg, amelynek külső fala 11 köpenyként van kiképezve. A 11 köpeny egy sorozat kapcsolóelemmel van felszerelve, a szintézisgáz, illetve a technológiai gázáramok bevezetésére és elvezetésére, így a szintézisgáz ún. köpenyáramát bevezető 12 belépőcsonkja, a szintézisgáz csereáramát bevezető 13 belépőcsonkja és a szintézisgáz ún. kerülő áramát bevezető 14 belépőcsonkja van. A 11 köpenynek egy a szintézisgáz ún. termékáramát elvezető 15 kilépőcsonkja is van. Bizonyos esetekben, amikor egy adott tápáram először köpeny áramként, majd ezt követően csereáramként halad végig a reaktoron, a 13 belépőcsonk elhagyható, a 2., 3. és 5. ábrán feltüntetett kiviteli változatoknak megfelelően. A találmány szerinti reaktor lényeges részét képezi a beépített 21 első katalizátorágy, a 22 második katalizátorágy, a 41 közbenső hőcserélő és a koaxiálisán elrendezett 42 szállítócső. A 42 szállítócső a tápáramok egyikének csatlakoztatására van kiképezve. Az 1. és 6. ábrákon feltüntetett kiviteli változatoknál all köpeny fenékrészébe egy kiegészítő 61 hőcserélő van beépítve, amely azonban nem képezi a találmány szerinti megoldás lényeges és elengedhetetlen elemét, mert bizonyos esetekben, így a 2-5. ábrák szerinti kiviteli változatoknál beépítése 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
