Die Erfindung betrifft den Bereich der technologischen Ausrüstungen zur Durchführung katalytischer Prozesse und kann in der chemischen, in der erdölchemischen und in anderen Industriezweigen zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen angewendet werden.

SU852541 (1981 ) offenbart einen Reaktor, welcher zur Durchführung von Reaktionen der Polymerisation und der Mischpolymerisation von gasförmigen Monomeren vorgesehen ist. Der erwähnte Reaktor besteht aus einem Korpus mit Vorrichtungen zur Zuspeisung und Ableitung eines zirkulierenden gasförmigen Mediums, der Ausgangskomponenten und des fertigen Produkts, einer Welle mit Mischblättern, welche aus Wärmerohren, Wärmetauscher und Pumpe bestehen, wobei die Wärmerohre vertikal und konzentrisch zur Welle in unterschiedlichen Radien zur Drehachse angeordnet sind. Die Vorrichtungen zur Zuspeisung und Ableitung des gasförmigen Mediums sind diametral im oberen Teil des Reaktors angeordnet, wobei sich zwischen den genannten Vorrichtungen die oberen Enden der erwähnten Wärmerohre befinden. Nachteile dieses bekannten Reaktors sind eine konstruktionsbedingte geringe Effektivität und damit verbundene geringe Ausbeute an Zielprodukt.

RU2278726 offenbart einen Reaktor zur Durchführung von katalytischen Gasphasenprozessen, welcher aus einem Korpus, einer Vorrichtung zur Zuspeisung der Ausgangskomponenten und einer Vorrichtung zur Ableitung des fertigen Produkts, sowie einer Vorrichtung zur Zuführung bzw. Ableitung von Wärme, die in Form einer Vielzahl von Wärmerohren ausgeführt ist, besteht. Dieser bekannte Reaktor enthält auch einen Katalysator, welcher auf die Wärmerohre und / oder den Korpus als Beschichtung aufgetragen ist. Dabei sind die Wärmerohre im Raum des Korpusses in einer schachbrettartigen Weise angeordnet und ihre gesamte Oberfläche, die sich in der katalytischen Zone befindet, ist so gewählt, dass sie die Zuführung bzw. Ableitung der zur Durchführung des katalytischen Prozesses notwendigen Menge an Wärmeenergie gewährleistet. Nachteile dieses bekannten Reaktors sind wiederum eine konstruktionsbedingte geringe Effektivität und geringe Ausbeute an Zielprodukt.

In der EP2062640A1 wird betont, dass es im Bereich der isothermen oder pseudoisothermen chemischen Reaktoren wünschenswert ist, Plattenwärmeaustauscher einzusetzen, da diese vorteilhaft eine hohe Oberfläche aufweisen, relativ preiswert sind und einfach zu montieren sind. In diesem Zusammenhang offenbart die EP2062640A1 einen derartigen Reaktor mit Plattenwärmeaustauschern, die zwei parallel angeordnete flache Wände aufweisen, wobei die einzelnen Plattenwärmeaustauscher im Reaktor radial zueinander angeordnet und in eine Katalysatorschicht eingebettet sind. Nachteilig ist, dass durch diese Anordnung der Abstand zwischen den Plattenwärmeaustauschern ausgerechnet an der Stelle, an der die stärkste Wärmeentwicklung stattfindet, am größten ist. Ein externer fluider Wärmeträger wird von außerhalb des Reaktors zu den Plattenwärmeaustauschern geführt und anschließend wieder nach außen abgeführt. Ähnlich aufgebaute isotherme Reaktoren mit Plattenwärmeaustauschern werden in der EP1436075B1 und EP1347825B1 offenbart. US2003/0175184A1 , DE19754185C1 und US 2005/0158217A1 offenbaren ebenfalls Reaktoren mit Plattenwärmeaustauschern.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Konverter zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen anzugeben, welcher sich durch eine erhöhte Effektivität und eine Erhöhung der Qualität des erzeugten Produkts auszeichnet.

Der Konverter soll sich insbesondere zur Durchführung katalytischer exothermer Reaktionen in der Gasphase mit einem Temperaturregime im Reaktionsraum, welches nahezu isotherm ist, eignen.

Diese Aufgabe wird durch einen Konverter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Konverter zur Durchführung exothermer katalytischer Reaktionen weist einen Korpus mit mindestens einem Zulauf für die Zuspeisung der Ausgangskomponenten und mindestens einem Ablauf zur Ableitung der Reaktionsprodukte auf. Der oder die Zuläufe sind bevorzugt in Form von Stutzen in der Seitenwand des Korpusses angebracht. Der Ablauf oder auch die Abläufe sind bevorzugt im unteren Teil des Korpusses angeordnet.

Der Korpus bildet die Außenwand des Konverters und wird nachfolgend funktionell in einen unteren und einen oberen Teil aufgeteilt. Der Korpus kann einteilig gefertigt sein, wird jedoch der einfacheren Handhabung halber (Montage / Demontage) bevorzugt in zwei Teilen (einem oberen, bevorzugt in Halbschalenform und einem unteren, der unten in Form einer Halbschale endet) oder drei Teilen gefertigt, die bevorzugt durch Flansche miteinander verbindbar sind. Der Korpus hat mindestens einen Zulauf für die Zuführung der Ausgangskomponenten und mindestens einen Ablauf zur Abführung der Reaktionsprodukte.

Im unteren Teil des Korpusses befindet sich der Reaktionsraum, in dem die exotherme katalytische Reaktion stattfindet. Der Reaktionsraum wird radial von einer inneren und einer äußeren Tragstruktur begrenzt. In der inneren Tragstruktur befindet sich ein (innerer) Hohlraum - das innere Zentralrohr - welches der Ableitung des gasförmigen Reaktionsproduktes nach außen, über einen Stutzen im unteren Teil des Korpusses, dient. Der Reaktionsraum und der innere Hohlraum sind bevorzugt nach oben und bevorzugt auch nach unten fest oder lösbar abgeschlossen. Der Abschluss nach unten wird durch eine Bodenplatte oder einem auf dieser angebrachten Katalysatortisch gebildet. Durch die Bodenplatte ragt das innere Zentralrohr. Nach oben wird der Reaktionsraum von einer Abdeckung, bevorzugt eine Dichtung, begrenzt.

Zwischen der äußeren Tragstruktur und der Innenwand des Korpusses verbleibt bevorzugt ein äußerer Hohlraum, welcher der Verteilung der Ausgangskomponenten dient. Der äußere Hohlraum ist bevorzugt nach oben und bevorzugt auch nach unten fest oder lösbar abgeschlossen. Der Abschluss nach oben wird bevorzugt durch die Korpuswand (im oberen Teil des Korpus) gebildet. Der Abschluss nach unten wird bevorzugt ebenfalls durch die Bodenplatte gebildet. In der Wand des Korpusses ist der Zulauf so angeordnet, dass die Ausgangskomponenten durch die äußere Tragstruktur bevorzugt über diesen äußeren Hohlraum in den Reaktionsraum strömen. Der Reaktionsraum bildet die Reaktionszone, d. h. in diesem findet die chemische Reaktion statt. Die Reaktionsprodukte strömen dann in den inneren Hohlraum (das innere Zentralrohr), der mit dem Ablauf verbunden ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, Zulauf und Ablauf zu vertauschen, so dass über den inneren Hohlraum die Ausgangsstoffe zugeführt werden, durch die Reaktionszone strömen und das Reaktionsprodukt über den äußeren Hohlraum abgeführt wird.

Erfindungsgemäß sind im Inneren des Korpusses auf dem Katalysatortisch oder direkt auf der Bodenplatte mehrere Wärmepaneele angeordnet. Als Wärmepaneel wird im Sinne dieser Anmeldung allgemein ein hohles, bevorzugt balken- oder rohrförmiges Element oder ein Element einer anderen Form zur Ableitung der Reaktionswärme aus dem Reaktionsraum verstanden.

Die Wärmepaneele sind auf der Bodenplatte angebracht und werden zusätzlich durch vertikale Zwischenwände auf der Bodenplatte in ihrer Lage fixiert.

Jedes Wärmepaneel (innerer Kühlkreislauf) weist einen unteren Teil, der sich im Reaktionsraum befindet, und einen oberen Teil, der aus dem Reaktionsraum in den oberen Teil des Korpusses herausragt und dort mit einer Wärmeaustauschvorrichtung (äußerer Kühlkreislauf) in Wirkverbindung steht, auf. Die unteren Teile der Wärmepaneele dienen zur Aufnahme der Wärme aus dem Reaktionsraum, in welchem sich der Katalysator befindet und die exotherme Reaktion stattfindet. Die oberen Teile der Wärmepaneele stehen in Wirkverbindung mit Wärmeaustauschvorrichtungen im Inneren des Konverters. Durch die Wärmeaustauschvorrichtungen und daran angeschlossene Leitungen und ggf. Kollektoren wird die Wärme unter Benutzung eines Wärmeaustauschmittels nach außen abgeführt. Der untere Teil der Wärmepaneele ist bevorzugt als Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche ausgebildet, wobei bevorzugt jeweils der spitze Teil zur zentralen Achse (zum inneren Zentralrohr) im unteren Teil des Korpusses gerichtet ist. Bevorzugt formt der spitze, zur zentralen Achse des Korpusses gerichtete untere Teil der Wärmepaneele einen Winkel von 1 ,5 bis 18°. Der Winkel wird insbesondere in Abhängigkeit von den Abmessungen des Konverters und des Verhältnisses Wärmeaustauschfläche zu Volumen des Katalysators gewählt.

Zwischen den keilförmigen unteren Teilen der Wärmepaneele ist bevorzugt Katalysator eingefüllt. Der Katalysator wird bevorzugt geschüttet. Allerdings kann der Konverter auch für Reaktionen ohne Katalysator (z.B. Neutralisationsreaktionen) oder für Reaktionen mit flüssigen Katalysatoren genutzt werden. Bevorzugt wird zusätzlich zwischen den Wärmepaneelen und innerer Tragstruktur und/oder äußerer Tragstruktur Katalysator eingefüllt. Die beschriebene keilförmige Konstruktion der Wärmepaneele ermöglicht ein optimales Verhältnis der Oberfläche der Wärmepaneele zum Katalysatorvolumen, wodurch die notwendige Temperaturkonstanz in der Katalysatorschüttung gewährleistet wird.

Der Reaktionsraum wird dabei nach außen, d. h. mantelseitig zum Korpus hin, durch die äußere Tragstruktur begrenzt, welche um die Wärmepaneele angeordnet ist, d. h. die äußere Tragstruktur umgibt sowohl den Katalysator als auch die Wärmepaneele. Unter Tragstruktur wird allgemein eine Struktur verstanden, welche den bevorzugt geschütteten Katalysator in Form hält, d. h. die undurchlässig für den Katalysator ist, durch die jedoch ein Stoffau stau seh möglich ist. Die äußere Tragstruktur ist eine gasdurchlässige, zumindest annähernd zylinderförmige Struktur, bevorzugt ein Netz oder Gitter oder auch ein perforiertes Gefäß oder eine Kombination davon.

Der Reaktionsraum (Katalysatorschüttung und Wärmepaneele) ist bevorzugt radial um die innere Tragstruktur angeordnet, die den inneren Hohlraum (inneres Zentralrohr) begrenzt. Der Reaktionsraum ist bevorzugt zylinderförmig (vorzugsweise gerader Hohlzylinder mit bevorzugt kreisförmiger Grundfläche) ausgebildet. Im Inneren dieses Zylinders befindet sich dann der innere Hohlraum (inneres Zentralrohr), mantelseitig begrenzt durch die innere Tragstruktur.

Die innere Tragstruktur ist bevorzugt ein perforiertes Gefäß oder auch ein Netz oder Gitter oder eine Kombination davon, besonders bevorzugt ein perforiertes Gefäß, welches zum Reaktionsraum durch ein Netz begrenzt wird. Das perforierte Gefäß ist nach oben fest geschlossen oder wird durch eine Dichtung und gegebenenfalls ein Netz abgedeckt.

Sowohl die innere als auch die äußere Tragstruktur dienen als Stützelemente für den vorzugsweise geschütteten Katalysator und sind (im Kontaktbereich zum Katalysator) durchlässig für die Ausgangskomponenten (Edukte) und die Reaktionsprodukte, die bei den gewählten Reaktionsbedingungen im Konverter bevorzugt in der Gasphase vorliegen.

Auf der Oberseite des Reaktionsraumes, d. h. über der Katalysatorschüttung, den unteren Teilen der Wärmepaneele und dem inneren Zentralrohr (innerer Hohlraum) befindet sich mindestens eine Abdeckung. Durch die Abdeckung ragen die oberen Teile der Wärmepaneele. Die Abdeckung ist bevorzugt eine Dichtung. Die Abdeckung hat bevorzugt einen hohen hydraulischen Widerstand. Die Abdeckung gewährleistet, dass die Reaktionsgase radial durch die Katalysatorschüttung zum inneren Zentralrohr strömen. Die Dichtung enthält oder besteht vorzugsweise aus Matten aus thermisch stabilem Material. Aufgrund der Abdeckung der Katalysatorschüttung und des inneren Zentralrohrs mit Hilfe der Dichtung nach oben wird die Gasströmung von der Außenwand des Konverters zum Zentralrohr radial durch die Katalysatorschüttung, die sich zwischen den Wärmepaneelen befindet, und durch das innere Zentralrohr zum Ausgang im unteren Teil des Korpusses geführt.

Um die Effektivität des Konverters zu erhöhen, ist der Katalysator bevorzugt nicht nur zwischen den Wärmepaneelen, sondern auch zwischen den Wärmepaneelen und der inneren und / oder der äußeren Tragstruktur eingebracht. Besonders bevorzugt sind die Wärmepaneele dabei zu den Seiten hin komplett vom Katalysator umschlossen.

Dadurch bilden sich in der Katalysatorschicht 3 Zonen aus:

1 . eine äußere adiabatische Zone zwischen äußerer Tragstruktur und den Wärmepaneelen,

2. eine isotherme Zone zwischen den Wärmepaneelen,

3. eine innere adiabatische Zone zwischen innerer Tragstruktur und den Wärmepaneelen.

In den adiabatischen Zonen wird das Reaktionsgas durch die exotherme Reaktion beim Einströmen in die Katalysatorschüttung zunächst erhitzt und bekommt vor dem Ausströmen einen zusätzlichen Energieeintrag. Dadurch kann vorteilhaft, insbesondere bei einer Kreislaufführung, auf eine externe Aufheizung des Gases verzichtet werden, was den Aufbau der Anlage vereinfacht und die Energiekosten minimiert. Die Dicke der Katalysatorschicht zwischen den Wärmepaneelen (isotherme Zone) entspricht dem Abstand der Wärmepaneele zueinander. Die Wände der benachbarten Wärmepaneele sind bevorzugt parallel zueinander bzw. in einem Winkel von 170° bis 190° bevorzugt 175° bis 185° zueinander angeordnet. Dadurch ergibt sich zwischen den Wärmepaneelen bevorzugt eine gleichförmige Schicht, d. h. eine Katalysatorschicht mit nahezu konstanter Dicke. Dadurch kann der Konverter prinzipiell in beide Richtungen betrieben werden, d. h. Zulauf und Ablauf können vertauscht werden. Die funktionellen Bezeichnungen in den Ansprüchen, die sich auf eine bestimmte Gasströmungsrichtung beziehen (wie z. B. Zulauf und Ablauf) sind somit in diesem Kontext und keinesfalls als limitierend zu verstehen.

Sowohl beim Betrieb in der Gasströmungsrichtung (Zulauf -> äußere Tragstruktur -> Katalysator - > innere Tragstruktur -> Ablauf) als auch in der umgekehrten Gasströmungsrichtung (Ablauf -> innere Tragstruktur -> Katalysator -> äußere Tragstruktur -> Zulauf) gilt folgendes:

Das Volumen des Katalysators, welcher sich zwischen der äußeren Tragstruktur und den Wärmepaneelen befindet, beträgt bevorzugt über 5 % und überschreitet bevorzugt nicht 30 % des Gesamtvolumens des Katalysators.

Das Volumen des Katalysators, welcher sich zwischen der inneren Tragstruktur und den Wärmepaneelen befindet, beträgt bevorzugt über 5 % und überschreitet bevorzugt nicht 30 % des Gesamtvolumens des Katalysators.

Der Großteil des Katalysators, bevorzugt mindestens 55 %, vorzugsweise bis 85 % und besonders bevorzugt nicht weniger als 65 % des gesamten Katalysatorvolumens, befindet sich damit zwischen den Wärmepaneelen.

Der Abstand zwischen den einzelnen Wärmepaneelen (und damit die Dicke der Katalysatorschicht zwischen diesen) beträgt bevorzugt 8 mm bis 200 mm.

Im Bereich zwischen den Wärmepaneelen (isotherme Zone) wird vorteilhaft eine nahezu konstante Temperatur (Temperaturschwankung max. 5 ⁰ C, bevorzugt max. 2 ⁰ C, besonders bevorzugt max. 1 °C) erreicht.

Erfindungsgemäß sind im oberen Teil des Korpusses die Wärmepaneele mit mindestens einer Wärmeaustauschvorrichtung (Wärmetauscher) verbunden. Dabei ist in einer Ausführungsform jedes einzelne Wärmepaneel (innerer Kühlkreislauf) mit einer einzelnen bevorzugt zylindrischen Wärmeaustauschvorrichtung (äußerer Kühlkreislauf) verbunden. Alternativ ist die Wärmeaustauschvorrichtung als eine Einheit für alle Wärmepaneele ausgeführt. In dieser Alternative bildet der obere Teil des Korpusses bevorzugt einen Raum für den Wärmeaustausch, der durch einen Zwischenboden vom Reaktionsraum getrennt ist. Die Wärmeaustauschvorrichtung dient zur Abführung der überschüssigen Reaktionswärme vom Wärmeträger im Wärmepaneel (und damit indirekt aus der Reaktionszone) durch Übergabe der Wärme an ein Wärmeaustauschmittel, welches durch die Wärmeaustauschvorrichtung oder die Wärmeaustauschvorrichtungen hindurchströmt. Das Wärmeaustauschmittel tritt durch einen Zulaufstutzen in den oberen Teil des Korpusses des Konverters ein, strömt durch die Wärmeaustauschvorrichtungen oder die Wärmeaustauschvorrichtung im oberen Teil der Wärmepaneele hindurch und nimmt dabei die überschüssige Reaktionswärme auf, wobei es verdampft, und verlässt den oberen Teil des Korpusses des Konverters durch einen Austrittsstutzen. Bevorzugt enthält der Konverter mindestens eine Abführung für das gasförmige Wärmeaustauschmittel.

Insbesondere bei Verwendung eines verdampfbaren Wärmeaustauschmittels enthält die Wärmeaustauschvorrichtung bevorzugt im unteren Bereich eine Spülöffnung. Durch diese wird vorteilhaft die Ablagerung schädlicher Verunreinigungen des Wärmeaustauschmittels im Inneren der Wärmeaustauschvorrichtung auf der Wärmeaustauschfläche (wie z. B. Kalk und Salze bei der Verwendung von Wasser als Wärmeaustauschmittel) vermieden. Dazu wird bevorzugt kontinuierlich oder periodisch ein Teil des Wärmeaustauschmittels, bevorzugt 5 bis 15 %, durch die Spülöffnung abgeleitet. Alternativ erfolgt das Spülen diskontinuierlich mit Wärmeaustauschmittel oder Spülflüssigkeit.

Sofern mehrere Wärmeaustauschvorrichtungen zum Einsatz kommen, enthält der Konverter bevorzugt Kollektoren, mit denen die Wärmeaustauschvorrichtungen miteinander verbunden sind. In einem Kollektor wird das gasförmige Wärmeaustauschmittel aus den einzelnen Wärmepaneelen gesammelt, um es aus dem Konverter gemeinsam abzuleiten. Weitere Kollektoren dienen vorzugsweise dem Zulauf des Wärmeaustauschmittels zu den Wärmeaustauschvorrichtungen und der Ableitung des für das Spülen verwendeten Wärmeaustauschmittels oder der Spülflüssigkeit.

Bevorzugt weist das System, insbesondere im Falle eines verdampfbaren Wärmeaustauschmittels, eine Füllstandskontrolle für das Wärmeaustauschmittel in den Wärmeaustauschvorrichtungen auf, die bevorzugt außerhalb des Konverters auf der Höhe des oberen Teils des Korpuses angeordnet ist. Diese Füllstandskontrolle weist bevorzugt ein Sichtfenster auf.

Die mit dem Wärmeaustauschmittel abgeführte Energie kann für unterschiedliche Prozesse (beispielsweise zur Vorwärmung der Ausgangskomponenten oder für die Sumpfheizung der Rektifikationskolonne zur Produkttrennung) verwendet werden. Der obere Teil der Wärmepaneele (Wärmeaustauschvorrichtung) ist röhrenförmig und weist bevorzugt ein Innenrohr und einen Mantel auf. Im Mantel strömt das Wärmeaustauschmittel. Der Boden des Mantels wird kontinuierlich mit niedriger Fließgeschwindigkeit von dem flüssigen Wärmeaustauschmittel durchströmt, oder kann auch während des Reaktionsprozesses in den Mantelrohren stehen, bei einer im Anschluss an den Reaktionsprozess stattfindenden Entleerung zur Absalzung und Abschlämmung der Mantelrohre. Dadurch wird eine Vermeidung der Anreicherung von schädlichen Beimengungen (Salze und andere) in den Wärmeaustauschmitteln gewährleistet.

Die unteren Teile der Wärmepaneele sind im Reaktionsraum als Hohlkörper, bevorzugt mit keilförmiger Grundfläche, ausgeführt. Die Außenwände der unteren Teile der Wärmepaneele stehen mit der Katalysatorschüttung in Kontakt, welche Wärme abgibt. Im Inneren der Wärmepaneele befindet sich ein Wärmeträger, welcher die Reaktionswärme aus der Katalysatorschüttung aufnimmt. Der Wärmeträger verdampft und steigt bevorzugt durch Rohre, die im Inneren der unteren Teile der Wärmepaneele angebracht sind, in den oberen Teil der Wärmepaneele und gibt dort seine Wärmeenergie an ein Wärmeaustauschmittel, welches sich im Mantel um das Rohr des oberen Teils der Wärmepaneele befindet, ab. Der Wärmeträger selbst wird dadurch wieder flüssig und fließt innerhalb der Wärmepaneele zurück. D. h. der Wärmeträger wird in den Wärmepaneelen in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Vorteilhaft muss der Wärmeträger damit nicht aus dem Korpus des Konverters herausgeführt werden. Bevorzugt sind die Wärmepaneele in ihrem Inneren so aufgebaut, dass der zurückfließende Wärmeträger an der Innenwand der Wärmepaneele entlang fließt. Dazu enthalten die Wärmepaneele bevorzugt im unteren Bereich Einbauten, über welche der zurückfließende Wärmeträger verteilt wird. Jedes Wärmepaneel enthält bevorzugt mindestens ein Rohr, welches den gasförmigen, aufsteigenden Wärmeträger aufnimmt.

Durch die Verdampfung des Wärmeträgers wird vorteilhaft eine höhere Wärmeabfuhr und damit effektivere Kühlung, erreicht. Steigt der Wärmeenergieeintrag in die Katalysatorschicht durch den exothermen Prozess an, wird dies durch eine erhöhte Verdampfung des Wärmeträgers ausgeglichen. Vorteilhaft erlaubt dies, den Wärmeträger (innerer Kühlkreislauf) in einem geschlossen System zu fahren. Die Regulierung der Temperatur im inneren Kühlkreislauf und damit in der Reaktionszone erfolgt durch die Zufuhr des Wärmeaustauschmittels im äußeren Kühlkreislauf. Vorteilhaft kann dadurch auf eine aufwendige Regeltechnik im inneren Kühlkreislauf verzichtet werden.

Der Wärmeträger wird in Abhängigkeit der im Konverter zu erreichenden Prozesstemperatur, d. h. der Temperatur in der Reaktionszone, gewählt. Als Wärmeträger können nicht nur klassische Wärmeträger, wie flüssige Metalle (z. B. Natrium und Cäsium) oder Salzschmelzen, sondern vorteilhaft auch einfachere und preiswertere, wie elementarer Schwefelverwendet werden.

Bevorzugt sind die Wärmepaneele so ausgestaltet, dass sie die komplette Wärmeenergie, die aus der Reaktionszone übertragen wird, aufnehmen und über den Wärmeträger und das Wärmeaustauschmittel abführen können, d. h. die Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone (die Kontaktfläche der Wärmepaneele zum Katalysator) wird entsprechend der aufzunehmenden Wärmeenergie dimensioniert. Durch den Füllstand des Wärmeaustauschmittels in den Wärmeaustauschvorrichtungen kann vorteilhaft die abzuführende Wärmemenge aus dem Konverter und damit letztendlich die Temperatur in der Reaktionszone eingestellt werden.

Bevorzugt wird die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur in der Reaktionszone (Katalysatorschicht) und der Temperatur des Wärmeträgers im Inneren der Wärmepaneele im Bereich der Reaktionszone bis unter 60 ⁰ C, vorzugsweise unter 30 ⁰ C, eingestellt.

Das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone (d. h. die Kontaktfläche des keilförmigen unteren Teils der Wärmepaneele mit dem Katalysator) zum Katalysatorvolumen ist abhängig von der abzuführenden Wärmeenergie, der Geschwindigkeit der Änderung der Temperatur und der Kontaktzeit, d. h. der im Konverter durchzuführenden Reaktion. Das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone zum Katalysatorvolumen beträgt bevorzugt mindestens 10 m ² /m ³ , besonders bevorzugt 60 m ² /m ³ oder mehr und befindet sich vorzugsweise im Bereich von 10 m ² /m ³ bis 250 m ² /m ³ . Eine überdimensionierte Wärmeaustauschfläche hat keine negativen Auswirkungen auf den Prozess.

Die Außenflächen der Wärmepaneele in der Reaktionszone sind bevorzugt mit einer Schicht aus Aluminiumdioxid und / oder Email beschichtet. Die Dicke dieser Schicht(en) betragen insgesamt bevorzugt 0,1 bis 2 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 1 mm, insbesondere 0,3 bis 0,7 mm. Die Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauschvorrichtungen beträgt bevorzugt um 3- bis 10- mal weniger als die Oberfläche der unteren Paneelenteile (Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone). Diese Fläche entspricht der möglichen Kontaktfläche der Wärmepaneele zum Wärmeaustauschmittel. Durch den Füllstand des Wärmeaustauschmittels kann diese vorteilhaft variiert werden und damit die Temperatur im Konverter eingestellt werden.

Bevorzugt enthält der Konverter zusätzlich mindestens eine Temperaturmesseinrichtung, bevorzugt Thermoelemente. Diese werden bevorzugt durch Stutzen im oberen Bereich des Korpusses des Konverters eingeführt. Die Temperaturmesseinrichtungen stehen bevorzugt mit der Katalysatorschüttung in Kontakt und erlauben die Temperaturmessung in der Reaktionszone. Bevorzugt enthält der Konverter mindestens eine Temperaturmesseinrichtung, besonders bevorzugt 3 Temperaturmesseinrichtungen, die gleichmäßig über den Querschnitt verteilt sind und die jeweils in 3 verschiedenen Höhen die Temperatur in der Reaktionszone messen. Die Temperaturmesseinrichtungen erlauben so eine Überwachung der Funktion der Wärmepaneele und eine Kontrolle der Temperatur in der Reaktionszone. Die Temperaturmesseinrichtungen ermöglichen eine automatische Prozesssteuerung durch eine automatisierte Steuerung de Füllstand des Wärmeaustauschmittels in den Wärmeaustauschvorrichtungen, der Temperatur des Einsatzstoffes am Eintritt des Konverters, des Dampfdruckes in der / den Wärmeaustauschvorrichtung / en.

Der erfindungsgemäße Konverter ist damit ein Reaktor, der sich durch seinen speziellen Aufbau besonders für eine isotherme Reaktionsführung eignet, d. h. eine Reaktion bei einer nahezu konstanten Temperatur im gesamten Volumen des Reaktionsraumes. Durch den direkten Kontakt der Wärmepaneele mit der Katalysatorschicht kann vorteilhaft die durch die exotherme Reaktion entstehende Wärme direkt am Entstehungsort abgeführt werden.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Konverters, insbesondere die Anordnung der Wärmepaneele und des Katalysators, ermöglicht es, ein optimales Verhältnis der Oberfläche der Wärmepaneele zum Volumen des Katalysators einzustellen, wodurch eine Temperaturführung nahe den isothermen Bedingungen im gesamten Volumen des Reaktionsraumes gewährleistet wird.

Vorteilhaft können in dem erfindungsgemäßen Konverter, je nachdem für welche Reaktion er eingesetzt wird, unterschiedliche Katalysatoren (z. B. ein kupferhaltiger Katalysator für die Synthese von Methanol aus Synthesegas oder ein zeolithhaltiger Katalysator für die Umsetzung von Methanol zu Benzin) verwendet werden. Durch den flexiblen Aufbau des Korpusses, der aus einem oberen und einem unteren Teil zusammengesetzt ist, wird es möglich, den Katalysator einfach auszuwechseln (bei Notwendigkeit der Erneuerung des Katalysators nach der Desaktivierung des Katalysators bzw. bei Einsatz des Konverters für eine andere Reaktion).

Durch seine hohe Effektivität, insbesondere die höhere Produktausbeute bei höheren Durchsätzen in Bezug auf das Katalysatorvolumen, wird es möglich, bei bestimmten Prozessen, bei denen klassisch mehrere Reaktoren eingesetzt werden (z. B. beim Prozess der Methanolsynthese), drei klassische aus dem Stand der Technik bekannte Reaktoren durch einen erfindungsgemäßen Konverter zu ersetzen.

Darüber hinaus wird es möglich, den Konverter sehr kompakt zu bauen. So sind beispielsweise Abmessungen des Korpusses von 1 bis 3 m Durchmesser und Höhen von 2 bis 20 m möglich. Die Größe des Konverters wird jedoch durch den darin durchzuführenden Prozess und den gewünschten Durchsatz bestimmt.

Durch die nahezu isotherme Reaktionsführung wird es möglich, die Ausbeute an Zielprodukt im Vergleich zur adiabaten Reaktionsführung zu erhöhen und gleichzeitig die Produktselektivität zu erhöhen. Somit werden weniger Nebenprodukte erhalten, was die Effektivität des Gesamtprozesses wesentlich verbessert.

Ein weiterer Gegenstand ist daher auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Konverters zur Durchführung chemischer, katalytischer Reaktionen in der Gasphase, bevorzugt mit nahezu isothermer Reaktionsführung. Anwendung findet er insbesondere in der chemischen und der erdölchemischen Industrie.

Gegenstand der Erfindung ist auch das Wärmepaneel als wichtiges Bauteil des erfindungsgemäßen Konverters. Das Wärmepaneel ist innen hohl und weist folgende Bestandteile auf: a.) einen unteren Teil, der als Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche ausgebildet ist, dessen seitliche Oberflächen als Wärmeaustauschflächen ausgebildet sind, b.) einen oberen Teil, der als Rohr ausgebildet ist und mit einer Wärmeaustauschvorrichtung in Wirkverbindung steht oder in Wirkverbindung gebracht werden kann, wobei das Rohr des oberen Teils mit der oberen Grundfläche des unteren Teils verbunden ist, so dass im unteren Teil verdampfter Wärmeträger in das Rohr aufsteigen kann und der kondensierte Wärmeträger aus dem Rohr in den unteren Teil zurückfließen kann. Der untere Teil des Wärmepaneels enthält bevorzugt horizontale Einbauten, die so ausgebildet sind, dass der zurückfließende kondensierte Wärmeträger an der Innenwand der Paneele nach unten fließt. Der untere Teil des Wärmepaneels enthält bevorzugt weiter Röhren zur Ableitung des verdampften Wärmeträgers in den oberen Teil.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines derart aufgebauten Wärmepaneels in einem Konverter zur Durchführung chemischer, katalytischer Reaktionen in der Gasphase, insbesondere in der chemischen und in der erdölchemischen Industrie.

Bevorzugte Ausführunqsform des erfindunqsqemäßen Konverters:

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Konverter einen Korpus mit einem Stutzen zur Zuführung der Ausgangskomponenten und einem Stutzen zur Ableitung der Reaktionsprodukte auf. Im unteren Teil des Korpusses befindet sich eine Bodenplatte, auf welcher eine Vielzahl von Wärmepaneele angeordnet ist, im oberen Teil stehen die erwähnten Wärmepaneele mit Wärmeaustauschvorrichtungen in Wirkverbindung, die so ausgeführt sind, dass die Möglichkeit des Durchströmens eines Wärmeaustauschmittels durch sie hindurch besteht, zwischen den Wärmepaneelen ist der Katalysator eingefüllt, welcher von außen durch ein Netz als äußere Tragstruktur begrenzt wird, das um die Wärmepaneele und die dazwischen befindliche Katalysatorschüttung befestigt ist, auf der Innenseite wird der Raum, der von Katalysator und Wärmepaneele eingenommen wird, durch ein perforiertes Gefäß als innere Tragstruktur begrenzt. Bevorzugt ist auf der äußeren Oberfläche des perforierten Gefäßes ein Netz angebracht, welches erlaubt, die Katalysatorteilchen am Ort derer Nutzung zu fixieren. Den Innenraum dieses perforierten Gefäßes bildet ein Hohlzylinder - das innere Zentralrohr - durch welches die gebildeten gasförmigen Reaktionsprodukte nach außen strömen.

Über Katalysator, Wärmepaneele und innerem Zentralrohr befindet sich eine Dichtung mit einem hohen hydraulischen Widerstand. In der bevorzugten Variante der Realisierung besteht die Dichtung aus Matten aus thermisch stabilem Material mit einem hohen hydraulischen Widerstand, was die Reaktionsgase zu einer radialen Strömung durch die Katalysatorschüttung in Richtung Zentralrohr zwingt.

Vorzugsweise umfasst der Korpus einen unteren Teil und einen oberen Teil, die miteinander durch Verwendung von Flanschen verbunden sind, was die Einfachheit der Montage / der Demontage des Konverters gewährleistet.

Im oberen Teil jedes Wärmepaneels kann eine zylindrische Wärmeaustauschvorrichtung zur Entfernung der Reaktionswärme aus der Reaktionszone angeordnet sein. Als Variante kann die Wärmeaustauschvorrichtung zur Abführung der überschüssigen Reaktionswärme eine Einheit für alle Wärmepaneele sein.

In der bevorzugten Ausführungsvariante hat das Wärmepaneel eine keilförmige Form, wobei der spitze Teil der zentralen Achse des Korpusses zugewandt ist. Solch eine Paneelkonfiguration gewährleistet ein optimales Verhältnis der Oberfläche der Wärmepaneele zum Katalysatorvolumen. Der Konverter kann zusätzlich Thermoelemente in der Region der Wärmepaneele enthalten, die durch Stutzen eingeführt sind, welche sich am Korpus befinden. Die Verwendung der erwähnten Thermoelemente erlaubt es, die Temperatur in der Reaktionszone zu kontrollieren.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind die Wärmepaneele, die sich durch folgenden Aufbau auszeichnen.

Bevorzugte Ausführunqsform der erfindunqsqemäßen Wärmepaneele:

Bevorzugt hat der untere Teil des Wärmepaneels eine zylindrische Form mit keilförmiger Grundfläche. Innen ist das Wärmepaneel hohl. Es enthält Einbauten. Mit der oberen Abdeckung des unteren Teils des Wärmepaneels ist ein Rohr verbunden, welches als oberer Teil des Wärmepaneels zusammen mit dem unteren Teil des Wärmepaneels eine Einheit bildet. Die Oberfläche des unteren Teils dieses Wärmepaneels dient als Wärmeaustauschfläche zwischen dem sich um das Wärmepaneel befindlichen Reaktionsraum und dem im Inneren des Wärmepaneels befindlichen Wärmeträger. Der Wärmeträger im Inneren des Wärmepaneels nimmt die bei einer exothermen Reaktion entstehende Wärmemenge auf, wobei er verdampft. Der gasförmige Wärmeträger steigt im Inneren des Wärmepaneels in eingebauten Röhren nach oben und sammelt sich in dem am Deckel des Wärmepaneels befestigten Rohr. Das Rohr steht in seinem oberen Bereich mit einer Wärmeaustauschvorrichtung in Wirkverbindung, an welche die vom Wärmeträger im Reaktionsraum aufgenommene Wärmemenge abgegeben wird, wobei der Wärmeträger kondensiert, an der Innenwand des Sammelrohres nach unten abläuft und im Inneren des unteren zylinderförmigen Paneelteils über horizontale Einbauten zu einer abfließenden Strömung an der Innenwand gezwungen wird und nach unten abfließt. Im Reaktionsraum verdampft der kondensierte Wärmeträger erneut durch Aufnahme der Reaktionswärme.

Anhand der nachfolgenden Abbildungen und Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.

In Fig. 1 ist die Seitenansicht (vertikaler Schnitt) eines erfindungsgemäßen Konverters, in Fig. 2 ist der horizontale Schnitt des Konverters durch den Reaktionsraum, in Fig. 3 ist der horizontale Schnitt eines Wärmpaneels und in Fig. 4 ist der vertikale Schnitt eines Wärmepaneels und einer Wärmeaustauschvorrichtung dargestellt. Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus Fig.2, in welchem die isothermen und adiabatischen Zonen eingezeichnet sind.

Der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Konverter zur Durchführung von exothermen katalytischen Reaktionen wird von einem Korpus begrenzt, der aus einem unteren Teil 1 und aus einem oberen Teil 2 zusammengesetzt ist. Der Korpus hat eine zentrale Achse 21. Im Korpus sind Stutzen zur Zuspeisung der Ausgangskomponenten 3 und zur Ableitung der Reaktionsprodukte 4 angebracht. Der Korpus ist zusammengesetzt, wobei der untere Teil 1 mit dem oberen Teil 2 durch Verwendung von Flanschen 5 und 6 verbunden ist. Im unteren Teil 1 des Korpusses des Konverters ist eine Bodenplatte 7, welche den Boden des Reaktionsraumes 25 bildet und auf welcher sich Wärmepaneele 8 befinden. Über dem Reaktionsraum 25 sind die oberen Teile der Wärmepaneele mit Wärmeaustauschvorrichtungen 9 verbunden, durch welche das Wärmeaustauschmittel zur Entnahme der Wärmeenergie aus den Wärmepaneele 8 strömt. Das Wärmeaustauschmittel tritt durch einen Zulaufstutzen 10 in den Kollektor für das Wärmeaustauschmittel (z. B. Speisewasser) 11 ein, weiter strömt es durch die Wärmeaustauschvorrichtungen 9, wo es verdampft, sich gasförmig im Kollektor für verdampftes Wärmeaustauschmittel 12 sammelt und es dann durch den Austrittsstutzen für das verdampfte Wärmeaustauschmittel 13 gasförmig abgeführt wird. Der Spülwasserkollektor 14 dient der Sammlung des Wärmeaustauschmittels zur Durchspülung der unteren Teile der Wärmeaustauschvorrichtungen zur Vermeidung von Salzablagerungen, und der Spülwasseraustrittsstutzen 15 dient seiner Ableitung aus dem Konverter. Zwischen den Wärmepaneelen 8, die im Bereich des Reaktionsraums eine keilförmige Form haben (s. Fig 3), ist ein Katalysator 16 eingestreut. Der Reaktionsraum 25, einschließlich Wärmepaneele 8, wird außenseitig (mantelseitig) durch ein Netz als äußere Tragstruktur 24 begrenzt. Das Volumen des Katalysators zwischen dem Rand der Wärmepaneele 8 und der äußeren Tragstruktur 24 liegt dabei unter 30 % des Gesamtvolumens des Katalysators. Im Inneren des Reaktionsraums 25 wird ein innerer Hohlraum 22 durch ein perforiertes Gefäß als innere Tragstruktur 17 begrenzt, welcher das innere Zentralrohr bildet, durch welches die Reaktionsgase abströmen. Dieses perforierte Gefäß ist ebenfalls von einem Netz umwickelt, um zu vermeiden, dass Katalysatorteilchen zusammen mit dem Reaktionsgas nach außen mitgerissen werden. Das Volumen des Katalysators zwischen der inneren Tragstruktur 17 und den Wärmepaneelen 8 beträgt unter 30 % des gesamten Katalysatorvolumens.

Der Reaktionsraum 25 und der innere Hohlraum 22 werden obenseitig durch eine Dichtung 18 begrenzt, welche aus Matten aus einem thermisch stabilen Material mit einem hohen hydraulischen Widerstand bestehen. Diese Dichtung 18 verhindert, dass die gasförmigen Ausgangskomponenten am Raum zwischen den keilförmigen Teilen der Wärmepaneele 8 vorbeiströmen oder in den von der inneren Tragstruktur 17 begrenzten inneren Hohlraum 22 (Zentralrohr zur Abführung der Reaktionsgase) bzw. aus der Katalysatorschicht von unten in den oberen Konverterraum strömen. Die Dichtung 18 hat dichte Durchführungen für die Wärmepaneele 8. Die gasförmigen Ausgangskomponenten strömen somit nur durch die Katalysatorschüttung 16, die sich zwischen den Wärmepaneelen 8 befindet. Durch die Stutzen 19 sind Vielzonenthermoelemente 20 zur Messung der Temperatur im Reaktionsraum 25 durchgeführt. Im Reaktionsraum 25 verlaufen die Thermoelemente 20 direkt durch die Katalysatorschüttung 16, parallel zur zentralen Achse in definiertem Abstand zu den angrenzenden Wärmepaneelen 8.

Das Funktionsprinzip des Konverters mit den Wärmepaneelen 8 ist wie folgt: In den Konverter treten gasförmige Ausgangskomponenten durch den Stutzen 3 ein, weiter gelangen diese über den äußeren Hohlraum 23 in den Reaktionsraum 25. Im Reaktionsraum 25 findet eine exotherme Reaktion statt, die Reaktionsprodukte treten aus dem Reaktionsraum 25 durch die innere Tragstruktur 17 in den inneren Hohlraum 22 ein und treten dann durch den Stutzen 4 aus dem Konverter aus. Während der Reaktion ist es für deren normalen Ablauf notwendig, aus dem Reaktionsraum 25 Wärme abzuführen. Das wird durch die Wärmepaneele 8 gewährleistet, die in ihrem Wesen „Wärmerohren" entsprechen und einen Wärmeträger enthalten, welcher durch die Wärmezufuhr verdampft. D. h. der untere keilförmige Teil jedes Wärmepaneels 8 entnimmt Wärme aus der Reaktionszone in der Katalysatorschüttung 16 und führt diese den Wärmeaustauschvorrichtungen 19 im oberen Teil 2 des Korpusses zu. In der Wärmaustauschvorrichtung 19 geht die Wärme dann auf ein Wärmeaustauschmittel über. Der Wärmeträger kondensiert dadurch wieder und fließt in den unteren Teil des Wärmepaneels 8 zurück. Das Wärmeaustauschmittel verdampft durch die zugeführte Wärmeenergie und wird dann über den Austrittsstutzen für das verdampfte Wärmeaustauschmittel 13 abgeführt und für andere Prozesse verwendet.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des unteren Teils eines Wärmepaneels 8 dargestellt. Das Wärmepaneel 8 hat im Inneren Röhren 26 zur Abführung des verdampften Wärmeträgers. In der Wärmeaustauschvorrichtung 9 kondensiert dieser wieder und läuft dann an den Innenwänden des Wärmpaneels 8 zurück nach unten. Weiterhin hat das Wärmepaneel 8 im Inneren horizontale Verstrebungen 27, welche das Wärmpaneel mechanisch stabilisieren und die mechanische Festigkeit des Wärmepaneels 8 bei hohem Druck im Reaktionsraum 25 gewährleisten. Das Wärmepaneel 8 ist keilförmig, wobei der spitze, zur zentralen Achse 21 des Korpusses gerichtete untere Teil des Wärmepaneels 8 einen Winkel 35 von 1 ,5 bis 18° formt. In Fig. 4 ist der vertikale Schnitt eines Wärmepaneels und einer mit dem Wärmepaneel in Wirkverbindung stehenden Wärmeaustauschvorrichtung dargestellt. Das Wärmepaneel besteht aus dem unteren zylinderförmigen Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche 28, an dessen Deckel ein vertikales Rohr 29 befestigt ist. Zylinderförmiger Hohlkörper 28 und vertikales Rohr 29 bilden einen Körper mit einem einheitlichen Innenraum. Dieser Raum ist nach außen geschlossen und enthält im zylinderförmigen Hohlkörper 28 Einbauten. Im Inneren des Körpers, bestehend aus zylinderförmigem Hohlkörper 28 und vertikalem Rohr 29, befindet sich der Wärmeträger, der die bei der exothermen katalytischen Reaktion freiwerdende Wärme aufnimmt. Dabei verdampft der flüssige Wärmeträger und steigt gasförmig nach oben in das vertikale Rohr 29. Um den oberen Teil dieses vertikalen Rohrs 29 ist ein Mantelrohr 30 befestigt, welches Teil der Wärmeaustauschvorrichtung 9 ist. Im Mantelrohr 30 befindet sich das Wärmeaustauschmittel, welches die Wärme aus dem Wärmeträger entnimmt, der dabei abkühlt und kondensiert. Das Kondensat des Wärmeträgers fließt an den Innenwänden des vertikalen Rohrs 29 nach unten in den zylinderförmigen Hohlkörper 28 des Wärmepaneels 8, wo es durch Einbauten zum Abfließen an den Innenwänden nach unten gezwungen wird. Anschließend verdampft der Wärmeträger wieder und der Prozess des Verdampfens und Kondensierens des Wärmeträgers durch Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe wiederholt sich, so dass sich der Wärmeträger immer im Kreislauf zwischen unterem Teil des Wärmepaneels 8 - dem zylinderförmigen Hohlkörper 28 - und oberem Teil des Wärmepaneels 8 - dem vertikalen Rohr 29 - befindet. Das System ist geschlossen. Der Wärmeträger verbleibt im Inneren de Wärmepaneel 8.

In Fig. 5 sind anhand eines Ausschnitts aus Fig. 2 die adiabatischen Zonen 33 und 34 und die isotherme Zone 32 innerhalb der Katalysatorschüttung 16 gezeigt. Das eingesetzte Reaktionsgas strömt zunächst durch die äußere adiabatische Zone 34 und wird hier durch die exotherme Reaktion auf optimale Reaktionstemperatur erwärmt. Anschließend strömt das Reaktionsgas zwischen den Wärmepaneelen 8 durch und wird hier - in der isothermen Zone 32 - durch die kontinuierliche Wärmeabführung auf nahezu konstanter optimaler Reaktionstemperatur gehalten. Abschließend wird die Mischung der Reaktionsgase in der inneren adiabatischen Zone 33 nochmals erwärmt. Durch diese zusätzliche Energieeinfuhr in der inneren adiabatischen Zone 33 wird es ermöglicht, das zirkulierende Reaktionsgas ohne eine externe Wärmezufuhr in den Konverter zurückzuführen. Ausführunqsbeispiel 1 - Anwendung des Konverters für die Methanolsvnthese:

Die Synthese von Methanol wird aus Synthesegas (CO + H ₂ + H ₂ O + CO ₂ + Inerte) bei einem Druck von 30 bis 70 bar und einer Temperatur von 220 ⁰ C bis 290 ⁰ C realisiert.

Als Katalysator kommt ein kupferhaltiger Katalysator, der üblicherweise für die Methanolsynthese verwendet wird, zur Anwendung. Die eingesetzte Katalysatormenge beträgt 0,45 m ² .

Im Konverter werden 24 Wärmepaneele verwendet, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind.

Jedes Wärmepaneel hat im unteren Bereich eine Zone der Ableitung der Reaktionswärme. Als Wärmeträger wird hier n-Dodekan verwendet. Im oberen Bereich weist jedes Wärmepaneel eine mit der Wärmeaustauschvorrichtung verbundene Zone der Kühlung auf. Als Wärmeaustauschmittel wird hier Wasser einer Temperatur nahe Siedetemperatur verwendet. Die Reaktionswärme wird durch den gebildeten Wasserdampf abgeleitet und für andere Prozesse genutzt. Der erzielte Dampfdruck beträgt 16 bar.

Die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur in der Reaktionszone und der Temperatur des Wärmeträgers in der Reaktionszone ist < 40 ⁰ C.

Die gesamte Wärmeaustauschfläche aller Wärmepaneele in der Reaktionszone (d. h. die Wärmeaustauschfläche zwischen der Katalysatorschüttung und dem Wärmeträger in den Wärmepaneelen) beträgt 33 m ² .

Das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone zum Katalysatorvolumen beträgt 60 m ² /m ³ .

Die Wärmeaustauschfläche in der Reaktionszone (d. h. die Kontaktfläche zum Katalysator) ist mit einer Schicht von 0,2 mm aus Aluminiumdioxid und Email einer Dicke von 0,3 mm beschichtet.

Die Wärmeaustauschfläche im Bereich der Wärmeaustauschvorrichtung beträgt 5,5 m ² . Diese entspricht der möglichen Kontaktfläche zum Wärmeaustauschmittel. Durch den Füllstand des Wärmeaustauschmittels kann die abgeleitete Wärmemenge variiert und damit die Temperatur im Reaktionsraum des Konverters eingestellt werden.

Jedes Wärmepaneel hat seine eigene Wärmeaustauschvorrichtung, in der Dampf erzeugt wird. Die Wärmeaustauschvorrichtungen sind jeweils als vertikales Rohr mit Mantelrohr im oberen Bereich der Wärmepaneele angeordnet. Alle Wärmeaustauschvorrichtungen sind durch einen gemeinsamen Kollektor für Speisewasser, einen Kollektor für verdampftes Wärmeaustauschmittel und einen Spülwasserkollektor mit anschließender Ableitung des Spülwassers durch den Spülwasseraustrittsstutzen (s. Fig. 1 ) miteinander verbunden.

Der Druck im Inneren des Wärmepaneels beträgt bis zu 4 bar. Der Befestigung der Wärmepaneele dienen Zwischenwände mit Einkerbungen eines Durchmessers von 30 mm. Die Zwischenwände werden vertikal alle 52 mm angebracht. Der Korpus hat einen Durchmesser von 2 m und 3 m Höhe.

Ausführunqsbeispiel 2 - Anwendung des Konverters zur Erzeugung von synthetischem Benzin aus Rohmethanol:

Die Synthese wird bei einem Druck von 7 - 50 bar und einer Temperatur in einem Bereich zwischen 280 ⁰ C bis 420 ⁰ C durchgeführt. Im Beispiel wird die Reaktion der Synthese von Benzin aus Rohmethanol bei einem Druck von 7 bar und einer Temperatur von 380 ⁰ C und bei einem Druck von 48 bar und einer Temperatur von 380 ⁰ C durchgeführt.

Als Katalysator kommt ein zeolithhaltiger Katalysator, der üblicherweise für die Benzinerzeugung aus Methanol verwendet wird, zur Anwendung. Die eingesetzte Katalysatormenge beträgt 0,45 1.

Im Konverter sind 24 Typenelemente angeordnet, die in Fig. 2 dargestellt sind.

Jedes Wärmepaneel hat im unteren Bereich eine Zone der Ableitung der Reaktionswärme. Als Wärmeträger wird hier Schwefel mit Jodzusatz verwendet. Im oberen Bereich weist jedes Wärmepaneel eine mit der Wärmeaustauschvorrichtung verbundene Zone der Kühlung auf. Als Wärmeaustauschmittel wird hier Wasser verwendet. Die Reaktionswärme wird durch den gebildeten Wasserdampf abgeleitet und für andere Prozesse genutzt. Der erzielte Dampfdruck beträgt 64 bar.

Die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur in der Reaktionszone und der Temperatur des Wärmeträgers in der Reaktionszone ist < 30 ⁰ C.

Die gesamte Wärmeaustauschfläche aller Wärmepaneele in der Zone der Ableitung der Reaktionswärme (d. h. die Kontaktfläche zum Katalysator in der Reaktionszone) beträgt 33 m ² . Das Verhältnis von Wärmeaustauschfläche (Kontaktfläche zum Katalysator) zum Katalysatorvolumen beträgt wiederum 60 m ² /m ³ . Die Wärmeaustauschfläche im Bereich der Wärmeaustauschvorrichtung beträgt 5,1 m ² .

Ansonsten ist der Konverter, wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, aufgebaut.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Konverters ermöglicht es, ein optimales Verhältnis der Oberfläche der Wärmepaneele zum Volumen des Katalysators einzustellen, wodurch eine nahezu isotherme Temperaturführung mit der dazu notwendigen Temperaturkonstanz im Katalysatorbett gewährleistet wird.

Bezugszeichenliste: Unterer Teil des Korpus Oberer Teil des Korpus Zulauf zur Zuspeisung der Ausgangskomponenten Ablauf zur Ableitung der Reaktionsprodukte Verbindungsflansch Verbindungsflansch Bodenplatte Wärmepaneel Wärmeaustauschvorrichtung Zulauf für das Wärmeaustauschmittel Kollektor für Wärmeaustauschmittel Kollektor für verdampftes Wärmeaustauschmittel Austrittsstutzen für das verdampfte Wärmeaustauschmittel Spülwasserkollektor / Kollektor für Spülflüssigkeit Spülwasseraustrittsstutzen / Austrittsstutzen für Spülflüssigkeit Katalysato rsch üttu ng Innere Tragstruktur (inneres Zentralrohr) Dichtung Stutzen für die Temperaturmesseinrichtung Temperaturmesseinrichtung Zentrale Achse Innerer Hohlraum Äußerer Hohlraum Äußere Tragstruktur Reaktionsraum Röhren für verdampften Wärmeträger Horizontale Verstrebungen Unterer Teil des Wärmepaneel (zylinderförmiger Hohlkörper mit keilförmiger Grundfläche) Oberer Teil des Wärmepaneels (vertikales Rohr) Mantelrohr (als Teil der Wärmeaustauschvorrichtung) Katalysatortisch Isotherme Zone Innere adiabatische Zone Äußere adiabatische Zone Winkel des spitzen unteren Teils des Wärmepaneels