Derartige Reaktoren weisen regelmäßig ein innerhalb eines Reak- tormantels von einem Wärmeträger umspültes Kontaktrohrbündel, das sich zwischen einem reaktionsgaseintrittsseitigen und einem reaktionsgasaustrittsseitigen Rohrboden erstreckt, sowie die beiden Rohrböden stirnseitig überspannende Gaseintritts-bzw.

Gasaustrittshauben auf. Das zur Reaktion zu bringende Prozeßgas, im allgemeinen ein Gasgemisch, wird über die Gaseintrittshaube in die eine Katalysatormasse enthaltenden Kontaktrohre eingelei- tet und nach Passieren derselben über die Gasaustrittshaube aus dem Reaktor abgeführt. Dabei kann sich der Gaseintritt obersei- tig oder unterseitig befinden und der Wärmeträger gesamtheitlich gesehen im Gleich-oder Gegenstrom in bezug auf den Prozeß- gasstrom durch den Reaktor hindurchtreten. Auch kann der Reak- tor, wie etwa in DE 22 01 528 C, Fig. 5, gezeigt, mehrstufig ausgebildet sein.

Gewöhnlich wird der Prozeßgasstrom aus zwei oder mehreren erst kurz vor Eintritt in den Reaktor, d. h. dessen Gaseintrittshaube, zusammengeführten Stoffströmen erhallten. Dabei kann es, vor al- lem in unmittelbarer Nähe des gewöhnlich verhältnismaßig heißen Rohrbodens, zu für den Prozeß schädlichen Nebenreaktionen, ja sogar Zündungen und Deflagrationen kommen. Beispiele derartiger Reaktionsprozesse sind die Herstellung von Maleinsäureanhydrid, Phtalsäureanhydrid, Acrolein und Acrylsäure.

Im Versuch, solche Nebenreaktionen zu verhindern, hat man in die Gaseintrittshaube bereits Schüttungen aus keramischen Materia- lien oder ein Drahtmattengeflecht eingebracht. Ferner hat man versucht, da am gaseintrittsseitigen Rohrboden im Bereich der Rohrmündungen gewöhnlich die höchsten Temperaturen auftreten, diese Rohrmündungen durch eingesetzte Tüllen wärmezuisolieren.

All diese Maßnahmen haben sich jedoch letztendlich nicht als wirkungsvoll oder zumindest als zuverlässig im Sinne einer Ver- meidung der vorausgehend angesprochenen Nebenreaktionen erwie- sen.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Röh- renreaktor gemäß Gattungsbegriff so auszubilden, daß Nebenreak- tionen innerhalb der Gaseintrittshaube, wie vor allem Zündungen und Deflagrationen, zuverlässig unterbunden werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß maßgeblich durch das Kenn- zeichnungsmerkmal des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche ge- ben darüber hinausgehend vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkei- ten an.

Die betreffende Wärmeisolationsschicht an dem gaseintrittsseiti- gen Rohrboden bewirkt, gaseintrittsseitig, daß das eintretende Prozeßgas von dem heißen Rohrboden ferngehalten wird, und auf der Seite des die Kontaktrohre umspülenden Wärmeträgers, daß der Rohrboden im Verhältnis zu diesem Wärmeträger kühl gehalten wird.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des betref- fenden Röhrenreaktors anhand der Zeichnungen genauer beschrie- ben. Dabei zeigt Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungs- gemäßen Röhrenreaktor in einer ersten Ausführungsform samt anschließenden Elementen, Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch den gaseintritts- seitigen Endabschnitt eines ebensolchen Röhrenreaktors, jedoch mit einer Variante, Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch den gaseintritts- seitigen Endabschnitt eines Röhrenreaktors wie aus Fig.

1, jedoch mit einer anderen Variante, Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch den gaseintritts- seitigen Endabschnitt eines erfindungsgemäßen Röhrenreak- tors in einer anderen Ausführungsform, Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch den gaseintritts- seitigen Endabschnitt eines erfindungsgemäßen Röhrenreak- tors in einer weiteren Ausführungsform und Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch den gaseintritts- seitigen Endabschnitt eines erfindungsgemäßen Röhrenreak- tors in noch einer weiteren Ausführungsform.

Soweit in den einzelnen Figuren ohne weiteres vergleichbare Ele- mente auftreten, sind diese mit den gleichen Bezugszahlen be- zeichnet.

Der in Fig. 1 dargestellte Röhrenreaktor 2 weist in insoweit üb- licher Weise ein vertikales, sich von einem gaseintrittsseitigen Rohrboden 4 zu einem gasaustrittsseitigen Rohrboden 6 erstrek- kendes Rohrbündel 8 innerhalb eines zylindrischen Reaktormantels 10 auf, an dem die beiden Rohrböden 4 und 6 abgedichtet ange- bracht sind. Der gaseintrittsseitige Rohrboden 4 ist von einer Gaseintrittshaube 12 und der gasaustrittsseitige Rohrboden 6 von einer Gasaustrittshaube 14 überspannt, die wiederum an dem je- weiligen Rohrboden abgedichtet angebracht ist. Die einzelnen Rohre, wie z. B. 16, des Rohrbündels 8 enthalten eine gasdurch- lässige Katalysatormasse. Das damit zur Reaktion zu bringende Reaktions-oder Prozeßgas gelangt über eine Gaszuführungsleitung 18 in die Gaseintrittshaube 12, während das durch das Rohrbündel 8 hindurchgetretene, zur Reaktion gekommene Prozeßgas aus der Gasaustrittshaube 14 über eine Gasabführungsleitung 20 abgezogen wird. Den Reaktormantel 10 umgebende Ringkanäle 22 und 24 in der Nähe der beiden Rohrböden 4 und 6 ermöglichen die Zuführung bzw.

Abführung eines zumindest im Betrieb des Reaktors flüssigen Wär- meträgers in den bzw. aus dem Reaktormantel 10, wo es die ein- zelnen Rohre, wie z. B. 16, des Rohrbündels 8 von außen umspült, um Reaktionswärme abzuführen. Dabei kann die Strömung des Wärme- trägers, wie gezeigt, durch zweierlei Leitbleche 26 bzw. 28 in gewünschter Weise geführt und ggf. auch über den Reaktormantel- querschnitt verteilt werden. Der über den Ringkanal 22 aus dem Reaktormantel 10 abgezogene Wärmeträger wird durch eine Pumpe 30 dem Reaktormantel 10 über den Ringkanal 24 wieder zugeführt, wo- bei ein steuerbarer Teilstrom vermittels Zweigleitungen 32 und 34 über einen (nicht dargestellten) Kühler geführt wird.

Das über die Gaszuführungsleitung 18 dem Reaktor zugeführte Pro- zeßgas setzt sich (in diesem Fall) aus zwei Stoffströmen 36 und 38 zusammen, die, über Wärmetauscher 40 bzw. 42 vorgewärmt, in einem Mischer 44 gemischt werden, um als das vorerwähnte Prozeß- gas durch die Gaszuführungsleitung 18 der Gaseintrittshaube 12 zugeführt zu werden.

In manchen Fällen ist das zugeführte Prozeßgas als solches be- reits sehr reaktionsträchtig, insbesondere wenn es mit heißen Flächen in Berührung kommt, und innerhalb des unter der Gasein- trittshaube 12 befindlichen Raumes bildet normalerweise der Rohrboden die heißeste Fläche. Aus diesem Grunde sieht die Er- findung vor, den Rohrboden 4 wärmezuisolieren, sei es gegenüber dem das Rohrbündel 8 umspülenden Wärmeträger, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt, sei es gegenüber dem eintretenden Prozeßgas, _ wie in Fig. 3 gezeigt, oder beidem. Im einen Fall bewirkt die Isolierung, daß der Rohrboden vergleichsweise kühl gehalten wird, im anderen, daß das Prozeßgas daran gehindert wird, mit dem heißen Rohrboden in Berührung zu kommen.

Gemäß den Figuren 1,2 und 3 besteht die warmetragerseitig auf den Rohrboden 4 aufgetragene Wärmeisolationsschicht 46 bei- spielsweise aus Keramik, etwa einer Glasfritte, oder einem ent- sprechend wärmefesten Feststoff und umschließt die einzelnen Rohre, wie z. B. 16, ebenso dicht, wie sie sich an den Reaktor- mantel 10 anschließt. Während die Wärmeisolationsschicht 46 nach Fig. 1 eine gleichmäßige Dicke besitzt, nimmt ihre Dicke nach Fig. 2 zur Mitte hin zu unter der Annahme, daß der Rohrboden dort normalerweise die höchste Temperatur aufweist.

Es versteht sich, daß bei anderer Temperaturverteilung das Pro- fil der Wärmeisolationsschicht, wie z. B. 46, auch eine andere Form annehmen kann. So kann etwa die Wärmeisolationsschicht 46, wie in Fig. 3 gezeigt, am Rand des Rohrbodens 4 entlang der In- nenwand des Reaktormantels 10 einen Kragen 48 aufweisen, um den Temperaturgradienten am Anschluß des Reaktormantels an den küh- leren Rohrboden und damit Temperaturspannungen gering zu halten.

Auch kann, wie gleichfalls aus Fig. 3 ersichtlich, die Dicke der Wärmeisolationsschicht 46 im Bereich rohrfreier Zonen des Reak- tors eine andere, in der Regel eine größere als im Rohrbereich sein, um so der dort normalerweise stärkeren Erwärmung des Rohr- bodens Rechnung zu tragen. Sodann ist es denkbar, anstatt die Dicke oder nur die Dicke der Wärmeisolationsschicht deren Zusam- mensetzung zu variieren, sei es durch Variation des Mengenver- hältnisses ihrer Komponenten, sei es durch die Wahl völlig un- terschiedlicher Materialien. Auch kann sich die Wärmeisolations- schicht, wie z. B. 46, auf Teilbereiche des Rohrbodens, so etwa rohrfreie Zonen oder den Randbereich des Rohrbodens am Übergang zum Reaktormantel 10, beschränken.

Entsprechendes gilt auch für die gaseintrittsseitig auf den Rohrboden aufgebrachte Wärmeisolationsschicht 50 nach Fig. 4.

Sie unterscheidet sich von der Wärmeisolationsschicht 46 nach den Figuren 1 und 2 indessen dadurch, daß in ihr Durchbrechun- gen, wie z. B. 52, entsprechend und fluchtend mit dem Innenquer- schnitt der einzelnen Rohre, wie z. B. 16, ausgespart sein müs- sen, um dem Prozeßgas ungehinderten Zutritt zu den Rohren zu ge- währen.

Wie in Fig. 4 angedeutet kann die Gaseintrittshaube 12 zusätz- lich zu der Isolierung des gaseintrittsseitigen Rohrbodens eine Füllung 54 aus keramischem Material, einem Drahtmattengeflecht oder dergl. enthalten. Ferner kann die Gaseintrittshaube 12 aus Edelstahl hergestellt sein oder innenseitig eine reaktionshem- mende Beschichtung tragen. Schließlich kann auch noch durch Po- litur ihrer Innenflächen die Anlagerung von verblasenem Kataly- satorstaub aus den Rohren erschwert werden.

Fig. 5 zeigt, insofern ähnlich den Figuren 1 und 2, einen wärme- trägerseitig isolierten Rohrboden, 60. In diesem Fall allerdings besteht die Wärmeisolationsschicht aus einer gegenüber der Reak- tiönszone 62 des Reaktors abgeschlossenen Kammer 64. Die Kammer 64 besitzt übereinanderliegende Ein-und Auslässe 66 bzw. 68 für ein Kühlmittel sowie ein dazwischenliegendes Leitblech 70, wel- ches das Kühlmittel zwingt, an dem Rohrboden 60 wie auch einer Trennscheibe 72 entlangzustömen, welche die Kammer 64 von der Reaktionszone 62 trennt. Durch die Trennscheibe 72 sind die Rohre, wie z. B. 16, eingedichtet hindurchgeführt.

Das betreffende Kühlmittel kann aus dem gleichen oder einem an- deren Medium bestehen wie der Wärmeträger in der Reaktionszone 62. Im ersteren Fall kann es an geeigneter Stelle nach der Rück- kühlung von dem Wärmeträgerkreislauf nach Fig. 1 abgezweigt wer- den. Auch spielen etwaige kleinere Undichtigkeiten an der Rohr- durchführung durch die Trennscheibe 72 keine entscheidende Rolle. Dennoch sollte in der Kammer 64 in bezug auf die Reakti- onszone 62 etwa der gleiche Druck aufrechterhalten werden, um Leckströmungen an der Rohrdurchführung gering zu halten.

Indessen kann die Kammer 64 auch evakuiert oder mit einem unbe- weglichen festen, flüssigen oder gasförmigen Wärmeisolationsmit- tel, wie z. B. Sand, Öl oder Luft gefüllt sein. Dabei kann ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeisolationsmittel durch eine ein- gebaute Zellenstruktur an einer Zirkulation gehindert sein. Auf jeden Fall sollte das in der Kammer 64 verwendete Kühl-oder Wärmeisolationsmittel ein solches sein, welches mit dem in der Reaktionszone 62 auftretenden Wärmeträger nicht zu reagieren vermag.

Derartige Kammern sind prinzipiell auf der Gaseintrittsseite ebenso wie auf der Wärmeträgerseite des gaseintrittsseitigen Rohrbodens anwendbar und können sich u. U. auch wiederum nur über Teilbereiche des Rohrbodens, etwa rohrfreie Zonen oder den Rand- bereich, erstrecken.

Nach Fig. 6 besteht eine wärmeträgerseitige Wärmeisolations- schicht 80 an einem gaseintrittsseitigen Rohrboden 82 lediglich aus einer durch Einbauten 84 in Form einer Waben-oder konzen- trischen Ringstruktur strömungsberuhigten Zone des Wärmeträgers, der damit dort infolge des vom eintretenden Prozeßgas gekühlten Rohrbodens, gleichgültig ob der Reaktor im Gleichstrom oder Ge- genstrom arbeitet, in der Regel eine geringere Temperatur anneh- men wird als in der eigentlichen Reaktionszone. Dies gilt um so mehr, wenn die Kontaktrohre nicht bis zum Rohrboden hin mit Ka- talysator gefüllt werden.

Die Einbauten 84 können, müssen jedoch nicht unbedingt, wie in Fig. 6 gestrichelt angedeutet, durch eine Platte 86 abgedeckt sein, und ebenso können sie zum Rohrboden 82 hin abgedichtet sein.

Die Erfindung ist prinzipiell gleichermaßen anwendbar für exo- therm wie endotherm arbeitende Reaktoren, auch Mehrstufenreakto- ren wie etwa in DE 22 01 528 C, Fig. 5, gezeigt, und zwar unab- hängig davon, ob sich der Gaseintritt oberseitig oder untersei- tig befindet und der Wärmeträger im Gleich-oder Gegenstrom durch den Reaktor hindurchtritt.

Generell gilt, daß die am gaseintrittsseitigen Rohrboden auftre- tenden Rohrenden, falls wünschenswert, ganz oder teilweise von Katalysatormasse freigehalten oder mit einem inerten Material oder einer Mischung eines solchen mit Katalysatormaterial ge- füllt sein können, um die Reaktionstemperatur in der Nähe des Rohrbodens zu begrenzen.