178560. lajstromszámú szabadalom • Reaktor ammóniaszintézishez
11 178S60 12 II. táblázat folytatása Példa 1 2 3 4 5 6 Főáram, az első katalizátorágy előtt 360 360 360 360 360 360 Főáram, az első katalizátorágy után 520 520 520 520 520 520 Főáram, a második katalizátorágy előtt 390 390 390 390 390 390 Főáram, a második katalizátorágy után 472 472 472 472 472 472 Termékáram, a reaktorból kilépve 345 472 472 472 472 385 Amint az a találmány szerinti eljárás szemlélte- 20 tésére bemutatott 1—6. példából jól látható, a reaktor fenekénél levő 61 hőcserélő a termékgáz hűtésére szolgál, mielőtt az még a 15 kilépőcsonkon keresztül elhagyná a 11 köpenyt. Enélkül a hűtés nélkül a termékgáz lényegesen magasabb 25 hőmérsékleten lépne ki a reaktorból. Jól lehet az ilyen magas hőmérséklet jóval nagyobb gondot igényel szerkezeti anyagok megválasztása, a reaktor fenekénél vagy annak szomszédságában elrendezett 61 hőcserélő beépítése mégis mellőzhető azokban az 30 esetekben, ahol a célszerűen kihasználható és a termékáram hőtartalmából hasznosítható hőmennyiség nagynyomású áramot eredményez. Ilyen meggondolás alapján hagytuk el a 61 hőcserélőt a 2—5. ábrák szerinti reaktornál, illetve a 2—5. példák ese- 35 tében. A találmány szerinti berendezésből és eljárásból következő gazdasági előnyök lényege az, hogy lehetőség nyílik a szintézisgáz egységnyi térfogatára vonatkoztatott magas ammóniakihozatalra. A viszony- 40 lag magas termelékenységet hűtéssel érjük el, a szintézisgáz főáramát két vagy több katalizátorágy között a belépés hőmérsékletek optimalizálása érdekében keverjük a tápáramokkal. Az ammóniaszintézis katalizátorának optimális kihasználása szempont- 45 jából elengedhetetlen az, hogy az eljárásban használt valamennyi katalizátorágy hőmérséklete egymástól függetlenül legyen beállítható. Ez egy olyan reaktorban és egy olyan eljárás megvalósítása esetén lehetséges csak, amikor a szintézisgáz különböző áramai- 50 nak egymáshoz viszonyított fajlagos mennyiségei a folyamattól függetlenül rugalmasan változtathatók. A találmány szerinti eljárás és reaktor előnyét, illetve előnyeit a két katalizátorágyon keresztül vezetett szintézisgáz ammóniatartalmának és 55 hőmérsékletének függvényében felrajzolt egyensúlyi görbéivel ábrázoljuk a 7. ábrán. Itt az A görbe az 1. példában felhasznált szintézisgáz összetételének és nyomásának függvényében mutatja be a termodinamikai egyensúlyi koncentrációt, a B görbe pedig a 60 gyakorlatban még elérhető 10°C-os közelítés jellemzőit mutatja. A 7. ábrán feltüntetett további vonalak azokat a változásokat mutatják be, amelyeket a szintézisgáz főárama ammóniakoncentrációjában és hőmérsékle- 65 tében mérhető különbségek akoznak két egymástól eltérő esetben a katalizátorágyakon történő áthaladás közben. Az egyik esetben, amelyet a 7. ábrán folytonos vonallal tüntettünk fel, a feltételek az 1. példában ismertetetteknek felelnek meg. Ebben az esetben a szintézisgázt 3,5 térfogat% ammóniakoncentrációval és 360 °C hőmérsékleten vezetjük be az első katalizátorágyba. Miközben a szintézisgáz főárama áthalad az első katalizátorágyon, a hőmérséklet és az ammónia koncentráció értéke az 1—2 folytonos vonalnak megfelelően változik, amely szerint az első katalizátorágyból kilépő gázelegy ammóni akoncentrációj a 14,4 térfogat%, hőmérséklete pedig 520 °C. Mielőtt a gázáramot bevezetnénk a második katalizátorágyba, a szintézisgáz főáramát indirekt hőcserével lehűtjük, miközben hőmérséklete az ammónia koncentráció állandó értéken maradása mellett a 2—3a folytonos vonal mentén változik. A szintézisgáznak a második katalizátorágyba történő belépésének helyén a gázáram hőmérséklete 390 °C, ammóniatartalma pedig 14,4 térfogat%. A szintézisgáz főáramának a második katalizátorágyon való áthaladása közben az előbbi paraméterek a 3a—4 folytonos vonal mentén változnak úgy, hogy a második katalizátorágyból történő kilépésükkor a főáram hőmérséklete 470 °C és ammóniakoncentrációja 20,8 térfogat%. Azoknál a változásoknál, amelyeket a 7. ábrán szaggatott vonallal tüntettünk fel, a körülmények megfelelnek az 1. példában ismertetetteknek, azzal a különbséggel, hogy a főáramot a két katalizátorágy között indirekt hűtés helyett közvetlen módszenei hűtöttük. Ezen intézkedésünknek semmilyen hatása nincs az első katalizátorágyra, így a termát paraméterei ismét csak a 7. ábra 1—2 folytonos vonalai mentén fognak találkozni. Hűtés közben azonban az ammónia koncentrációja csökkenni fog, mivel a hűtőgázt, amelynek ammóniatartalma alacsonyabb az első katalizátorágyból kilépő gázáraménál a szintézisgázhoz keverjük. Ennek megfelelően a paraméterek a 2—3b szaggatott vonal mentén fognak változni. A második katalizátorágyba való belépéskor a főáram hőmérséklete 390 °C lesz, ammóniakoncentrádója azonban a hígítás következtében mindössze 10,5 téifogat%-ra tehető. A második katalizátorágyon való áthaladás közben ezek a paraméterek a 6
