Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak in einem Ammoniaksynthesekonverter, bei dem man einen Eduktgasstrom zunächst durch ein erstes Katalysatorbett leitet, in dem eine Reaktion der Eduktgase stattfindet, wobei dem ersten Katalysatorbett ein Wärmetauscher zugeordnet ist und man danach den Prozessgasstrom durch ein zweites Katalysatorbett leitet, in dem eine weitere Reaktion der Eduktgase stattfindet, wobei dem zweiten Katalysatorbett ein weiterer Wärmetauscher zugeordnet ist, wobei man den Eduktgasstrom dem Ammoniaksynthesekonverter in mindestens zwei Teilströmen über voneinander getrennte Einlässe zuführt, um die Temperatur der Prozessgasströme im Ammoniaksynthesekonverter zu beeinflussen und wobei man mindestens einen Teilstrom der Eduktgase als Kühlmedium durch einen der Wärmetauscher strömen lässt, um einen Wärmetausch mit einem den Wärmetauscher durchströmenden durch die Reaktion aufgeheizten Prozessgasstrom zu bewirken. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Ammoniaksynthesekonverter, welcher für die Herstellung von Ammoniak nach dem vorgenannten Verfahren geeignet ist.

Die Volumina der Druckbehälter für Ammoniak-Synthesereaktoren teilen sich prinzipiell auf die von den Katalysatorbetten, den Wärmetauschern und den Gaskanälen beanspruchten Teilvolumina auf. Bedingt durch die in der Regel verhältnismäßig hohen Arbeitsdrücke der Synthesereaktoren sind die Druckbehälter teure Komponenten. Eine Minimierung der spezifisch entsprechend teuren Druckbehältervolumina ist deshalb generell anzustreben.

Aus der US-Patentschrift US 7,780,925 B2 ist ein katalytischer Festbettreaktor für heterogene katalytische Reaktionen bekannt, welcher u.a . auch für die Ammoniaksynthese einsetzbar ist. Der dort beschriebene Reaktor umfasst ein erstes Katalysatorbett, in dem ein Wärmetauscher angeordnet ist, der als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist. Unterhalb des ersten Katalysatorbetts ist ein zweites Katalysatorbett mit einem zweiten Plattenwärmetauscher angeordnet. In seinem oberen Bereich weist dieser Reaktor eine Verjüngung im Durchmesser auf, so dass eine Art Flaschenhals ausgebildet ist. In diesem verjüngten oberen Bereich ist ein dritter Wärmetauscher angeordnet, wobei es sich hier jedoch um einen Rohrbündelwärmetauscher handelt. Die chemische Reaktion findet hier in nur zwei Katalysatorbetten statt.

In Situationen, in denen ein Austausch der Konvertereinsätze wegen des Erreichens der Lebensdauergrenze erforderlich wird, ist oft auch eine Kapazitätssteigerung der Anlage erwünscht. Ammoniaksynthesekonverter, wie sie aus der zuvor erwähnten US-Patentschrift 7,780,925 B2 bekannt sind, haben eine flaschenartige Form mit einem im Durchmesser reduzierten Zugang am Kopf, so dass man den Konvertereinsatz als ganze Einheit nicht austauschen kann . Eine Erhöhung des Katalysatorvolumens bei diesem Konvertertyp ist schwierig, da dafür Schweißarbeiten innerhalb des Konverters erforderlich wären. Diese Schweißarbeiten wären extrem risikobehaftet, da die Einsätze in den Konvertern über lange Zeiträume in einer stark nitrierenden Atmosphäre im Dauerbetrieb waren . Darüber hinaus würde ein Umbau des Konvertereinsatzes zu einem längeren Stillstand der Anlage und damit zu einem erheblichen Produktionsausfall führen, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Neuausrüstungsmaßnahme („Revamp") der Anlage insgesamt gefährdet wäre. Damit ein Umbaukonzept einer Anlage wirtschaftlich bleibt, sollte man auf größere Umbauarbeiten innerhalb des Konverters sowie auf längere und komplizierte Schweißarbeiten verzichten.

Weiterhin nachteilig ist bei diesen Konvertern, an denen oft bereits Maßnahmen zur Erhöhung der Kapazität durchgeführt worden sind, dass der bereits hohe Druckverlust eine weitere Erhöhung der Prozessgasmenge unmöglich macht.

Die bei Ammoniaksynthesekonvertern verwendeten Rohrbündelwärmetauscher beanspruchen ein relativ großes Volumen pro übertragener Wärmeleistung (geringe Wärmestromdichte), so dass dadurch weniger Volumen für das Katalysatorbett zur Verfügung steht. Ein Wärmetauscher, der ein geringeres Volumen bei der gegebenen Wärmeleistung benötigt, macht es möglich, das frei gewordene Volumen für zusätzlichen Katalysator zu verwenden und so die Produktion zu steigern . Wenn es andererseits gelingt, den Druckverlust der Wärmetauscher bei unverändertem Volumen zu reduzieren, kann man die Kapazitätserhöhung allein durch eine Erhöhung der Gasmenge und somit ohne Erhöhung des Katalysatorvolumens erreichen.

Bauartbedingt ist die spezifische Wärmeübertragungsleistung von Rohrbündel-Wärmetauschern begrenzt und wird von anderen Bauarten wie z.B. Plattenwärmetauschern deutlich übertroffen . Im Gegensatz zu Rohrbündel-Wärmetauschern sind Plattenwärmetauscher allerdings hinsichtlich der zulässigen Druckdifferenz zwischen den beiden Stoffströmen auf etwa 20 bar begrenzt. Da die Druckdifferenz bei Einsatz des Plattenwärmetauschers in einem Ammoniaksynthesekonverter der hier beschriebenen Art auf die Druckverluste in den Katalysatorbetten und Strömungskanälen beschränkt ist und unter etwa 5 bar liegt, ist hier der Einsatz von Plattenwärmetauschern grundsätzlich möglich .

Standard-Plattenwärmetauscher werden üblicherweise mit einer Vielzahl paralleler rechteckiger Platten mit vier Zuleitungsrohren (je zwei für kalten und warmen Strom) ausgeführt. Dabei sind die Platten nicht eben, sondern haben eine komplexe gewellte Form, meist im Fischgrätmuster, um die Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen und den Wärmeübergang durch höheren Turbulenzgrad zu verbessern sowie die mechanische Abstützung der in der Regel recht dünnen Platten untereinander zu gewährleisten . Weniger verbreitet, aber grundsätzlich bekannt, sind runde Plattenwärmetauscher.

Bei dem aus der US-Patentschrift 7,780,925 B2 bekannten Ammoniaksynthesekonverter sind für das erste und das zweite Katalysatorbett jeweils Plattenwärmetauscher vorgesehen, welche innerhalb des diesem zugeordneten Katalysatorbettes liegen . Dies hat zur Folge, dass in dem Katalysatorbett eine Kühlung durch Wärmetausch stattfindet, so dass im Prinzip eine isotherme Reaktionsführung vorliegt. Aus der EP 1 707 259 AI ist ein Verfahren zur Synthese von Methanol durch heterogene Katalyse bekannt, bei dem man das Eduktgasgemisch nacheinander durch mehrere Katalysatorbetten leitet, welche von dem Prozessgasstrom in axialer Richtung durchströmt werden. Zwischen den Katalysatorbetten findet jeweils eine Kühlung des Prozessgasstroms statt. Nach dem axialen Durchtritt durch drei Katalysatorbetten strömt das Prozessgas wiederum axial durch ein viertes Katalysatorbett, wobei in diesem vierten Katalysatorbett eine Anzahl von Plattenwärmetauschern angeordnet ist. Da diese Plattenwärmetauscher innerhalb des vierten Katalysatorbetts liegen, ist auch hier eine isotherme Reaktionsführung gegeben. Bei diesem bekannten Verfahren geht man somit so vor, dass man zunächst die Reaktion in kleineren Katalysatorbetten im Wesentlichen adiabat führt und danach in einem weiteren Katalysatorbett eine isotherme Reaktion anschließt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak in einem Ammoniaksynthesekonverter mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, in dem bei vergleichbarem Konvertervolumen eine Kapazitätssteigerung gegenüber bekannten Konvertern erreichbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, einen für dieses Verfahren geeigneten Ammoniaksynthesekonverter zur Verfügung zu stellen .

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Ammoniaksynthesekonverter mit den Merkmalen des Anspruchs 13.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass man den aus dem zweiten Katalysatorbett ausströmenden Prozessgasstrom anschließend durch ein drittes Katalysatorbett leitet.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sieht vor, dass man den Eduktgasstrom in einem dritten Wärmetauscher vorwärmt, bevor der Eduktgasstrom durch das erste Katalysatorbett geleitet wird, wobei der dritte Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist. Dies schafft die Möglichkeit einen effektiven und platzsparenden Plattenwärmetauscher in dem verjüngten Kopfbereich des Ammoniaksynthesekonverters unterzubringen, in dem nur ein reduzierter Bauraum zur Verfügung steht.

Vorteilhaft ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Einsatz besonders platzsparender runder Plattenwärmetauscher mit direkter seitlicher Einströmung des heißen Gases, wie sie beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten älteren Anmeldung DE 2016 114 713.3 vom 09. 08. 2016 beschrieben werden . Diese platzsparenden Plattenwärmetauscher füllen das gesamte zur Verfügung stehende Volumen, so dass man den Druckverlust durch die Vergrößerung der Abstände zwischen den einzelnen Platten deutlich reduzieren kann. Es sei hier darauf hingewiesen, dass der Druckverlust in den Wärmetauschern gewöhnlich den überwiegenden Teil des gesamten Druckverlustes in dem Ammoniak-Konvertereinsatz ausmacht. Mit reduziertem Druckverlust kann die Feedmenge (Menge des Speisestroms) erhöht werden, was zwar die Ammoniak-Austrittskonzentration senkt, aber durch die insgesamt größere Gasmenge die absolute Menge an synthetisiertem Ammoniak erhöht. Der Druckverlust steigt zwar auch durch die Erhöhung der Gasmenge, bleibt aber deutlich unter den kritischen Werten.

Bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Plattenwärmetauschern handelt es sich bevorzugt um besonders platzsparende runde Wärmetauscher der vorgenannten Art. Diese haben den Vorteil, dass der Prozessgasstrom zunächst das erste Katalysatorbett im Wesentlichen in radialer Richtung vollständig durchströmen kann und danach den diesem Katalysatorbett zugeordneten ersten Wärmetauscher durchströmt. Der Plattenwärmetauscher reduziert somit nicht das Volumen des Katalysatorbetts, da er anders als im Stand der Technik nicht in das Katalysatorbett hineinragt, sondern konzentrisch radial innenseitig zu dem Katalysatorbett angeordnet ist, so dass das Katalysatorbett den Wärmetauscher ringförmig außenseitig umgibt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist entsprechend vorgesehen, dass der Prozessgasstrom zunächst das zweite Katalysatorbett im Wesentlichen in radialer Richtung vollständig durchströmt und danach einen diesem Katalysatorbett zugeordneten zweiten Wärmetauscher durchströmt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung strömt der Prozessgasstrom in den ersten und/oder den zweiten Wärmetauscher im Wesentlichen in radialer Richtung ein und strömt in axialer Richtung aus dem jeweiligen Wärmetauscher aus. Dies ist durch eine spezifische kompakte und platzsparende Bauweise der Plattenwärmetauscher möglich . Im Wesentlichen axial aus dem ersten Wärmetauscher ausströmendes Prozessgas kann beispielsweise in einem Zwischenraum zwischen dem ersten Katalysatorbett und dem zweiten Katalysatorbett wieder radial nach außen strömen, so dass der Prozessgasstrom dann in das zweite Katalysatorbett wieder von radial außen eintritt und dieses von außen nach innen durchströmt, um danach nach Aufheizung durch die Reaktion im Katalysatorbett durch den zweiten Wärmetauscher zu strömen.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Prozessgasstrom zunächst ein erstes Katalysatorbett im Wesentlichen radial durchströmt, nach Austritt aus dem ersten Katalysatorbett seitlich in einen ersten Wärmetauscher einströmt, das Prozessgas danach ein zweites Katalysatorbett im Wesentlichen radial durchströmt, nach Austritt aus dem zweiten Katalysatorbett seitlich in einen zweiten Wärmetauscher einströmt, das Prozessgas danach ein drittes Katalysatorbett im Wesentlichen radial durchströmt und das Prozessgas nach Austritt aus dem dritten Katalysatorbett einen als Plattenwärmetauscher ausgebildeten dritten Wärmetauscher durchströmt, welcher im oberen Bereich des Druckbehälters, insbesondere in einem im Durchmesser verjüngten Kopfbereich des Druckbehälters, oberhalb des ersten Katalysatorbetts angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man einen ersten Eduktgasstrom, welcher einen ersten Teilstrom der Eduktgase darstellt, in einem unteren Bereich durch einen ersten Einlass dem Ammoniaksynthesekonverter zu, führt diesen ersten Teilstrom dann im Ammoniaksynthesekonverter in einem radial äußeren Bereich nach oben, leitet ihn dann durch den dritten Wärmetauscher und wärmt ihn so vor und führt ihn dann dem ersten Katalysatorbett zu.

Weiterhin führt man bevorzugt einen zweiten Eduktgasstrom, welcher einen zweiten Teilstrom der Eduktgase darstellt, beispielsweise in einem mittleren Bereich durch einen zweiten Einlass dem Ammoniaksynthesekonverter zu, leitet ihn dann im Ammoniaksynthesekonverter als Kühlmittel durch den zweiten Wärmetauscher, wärmt ihn so vor und führt ihn dann dem ersten Katalysatorbett zu.

Weiterhin führt man bevorzugt einen dritten Eduktgasstrom, welcher einen dritten Teilstrom der Eduktgase darstellt, in einem oberen Bereich durch einen dritten Einlass dem Ammoniaksynthesekonverter zu, leitet ihn dann im Ammoniaksynthesekonverter als Kühlmittel durch den ersten Wärmetauscher und wärmt ihn so vor und führt ihn dann dem ersten Katalysatorbett zu.

Das relative Volumenverhältnis der vorgenannten drei Teilströme ist je nach Anwendungsfall über weite Bereiche variabel .

Auf diese Weise leitet man bevorzugt wenigstens drei verschiedene Teilströme der Eduktgase in drei verschiedenen Bereichen in den Ammoniaksynthesekonverter ein und man leitet alle drei Teilströme der Eduktgase erst durch das erste Katalysatorbett, danach durch das zweite Katalysatorbett und danach durch das dritte Katalysatorbett, so dass alle Teilströme jeweils an der Reaktion in allen drei Katalysatorbetten teilnehmen .

Die vorgenannte bevorzugte erfindungsgemäße Lösung hat aufgrund ihrer spezifischen Stromführung des Prozessgasstroms im Ammoniakkonverter einen weiteren Vorteil gegenüber vorbekannten Lösungsansätzen, bei denen ein vergleichsweise großer Anteil der kalten Eduktgase (beispielsweise in einer Größenordnung von etwa 25 % des gesamten zugeführten Eduktgasstroms) zur Abkühlung des Produktgases nach dem ersten Katalysatorbett durch direkte Zumischung (sogenannter Quench) genutzt wird . Dies hat nämlich zur Folge, dass das durch Reaktion im ersten Katalysatorbett entstandene Produktgas durch den zugeführten frischen Quenchgasstrom verdünnt wird . Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, diesen Anteil des Quenchgases deutlich zu reduzieren. Die als Hauptstrom in den Ammoniaksynthesekonverter eingeleiteten frischen Eduktgase werden nun zunächst in einem Wärmetauscher indirekt vorgewärmt und nach der Vermischung mit den „kalten " Teilströmen, die ebenfalls jeweils durch einen Wärmetauscher geleitet wurden, wird der vereinigte Prozessgasstrom dem ersten Katalysatorbett zugeführt.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass man einen Teilgasstrom, den man als Kühlmittel durch den zweiten Wärmetauscher leitet, anschließend durch die Austrittsports des Wärmetauschfluids des ersten Wärmetauschers leitet und mit dem Strom des austretenden Wärmetauschfluids des ersten Wärmtauschers vereint. Diese Maßnahme erspart Platz für weitere Zuleitungswege und verbessert darüber hinaus die Vermischung der Teilströme vor dem Eintritt des Eduktgasstroms in das erste Katalysatorbett.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Ammoniaksynthesekonverter umfassend einen Druckbehälter, ein erstes ringförmig ausgebildetes Katalysatorbett in diesem Druckbehälter sowie wenigstens einen ersten diesem Katalysatorbett zugeordneten Wärmetauscher im Bereich zwischen dem ersten Katalysatorbett und einer Innenwand des Druckbehälters, weiterhin umfassend ein zweites ringförmig ausgebildetes Katalysatorbett in diesem Druckbehälter sowie wenigstens einen zweiten diesem Katalysatorbett zugeordneten Wärmetauscher im Bereich zwischen dem zweiten Katalysatorbett und einer Innenwand des Druckbehälters, wobei der erste und der zweite Wärmetauscher jeweils als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind, wobei wenigstens ein dritter Wärmetauscher vorgesehen ist, welcher in Strömungsrichtung des in den Druckbehälter einströmenden Eduktgasstroms gesehen dem ersten Katalysatorbett vorgeschaltet ist und wobei erfindungsgemäß der dritte Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.

Vorzugsweise umfasst der Ammoniaksynthesekonverter ein drittes Katalysatorbett, welches im Strömungsweg des Prozessgasstroms dem zweiten Katalysatorbett und dem zweiten Wärmetauscher nachgeschaltet ist.

Dieses dritte Katalysatorbett erstreckt sich bevorzugt im Ammoniaksynthesekonverter weiter nach radial innen als die beiden anderen Katalysatorbetten . Insbesondere ist auf der Höhe des dritten Katalyatorbettes kein weiterer Wärmetauscher vorgesehen, so dass die radiale Erstreckung des dritten Katalysatorbettes bis nahezu zur Behältermitte reichen kann und somit dieses Katalysatorbett ein größeres Volumen aufweisen kann. Eine Abkühlung in gewissem Umfang erfahren die aus dem dritten Katalysatorbett austretenden Produktgase dennoch, wenn sie, wie bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, vor dem ausströmen aus dem Konverter durch den dritten Plattenwärmetauscher geleitet werden, im Gegenstrom zu dem einströmenden Hauptgasstrom der Eduktgase, die hier vorgewärmt werden .

Vorzugsweise ist dabei der Einlass für den Eduktgasstrom im unteren Bereich des Druckbehälters angeordnet und der dritte Wärmetauscher ist im oberen Bereich des Druckbehälters oberhalb des ersten Katalysatorbetts angeordnet. Bei dieser Konzeption werden die unten in den Konverter eintretenden Eduktgase zunächst außerhalb des Reaktorraums im Konverter nach oben geleitet und strömen dann von oben her durch den dort vorgesehenen dritten Plattenwärmetauscher, bevor sie in das erste Katalysatorbett eintreten.

Vorzugsweise ist das zweite Katalysatorbett im Druckbehälter unterhalb des ersten Katalysatorbetts angeordnet und das dritte Katalysatorbett ist wiederum unterhalb des zweiten Katalysatorbetts und im unteren Bereich des Behälters angeordnet. Vorzugsweise ist eine axiale mittige Rohrleitung oder ein axiales mittiges Rohrleitungssystem im Behälter angeordnet, in welches der Produktgasstrom nach Durchtritt durch das dritte Katalysatorbett von unten her einströmt und welches einen Auslass für einen Produktgasstrom im oberen Bereich des Behälters aufweist. Der Behälter hat so eine kompakte Bauweise. Das unten einströmende Eduktgas (bzw. dessen Hauptstrom) strömt zunächst außerhalb der Katalysatorbetten nach oben, durchströmt dann im Innenbereich alle drei Katalysatorbetten von oben nach unten und erfährt danach wiederum eine Strömungsumlenkung und strömt durch eine etwa mittige Rohrleitung von unten nach oben, wo es aus dem Konverter austritt.

Die vorgenannte axiale mittige Rohrleitung für den Produktgasstrom ist dann im oberen Bereich des Konverters und in ihrem Ausströmbereich durch den dritten Wärmetauscher hindurchgeführt, bevor sie aus dem Konverter austritt.

Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ammoniaksynthesekonverters sieht vor, dass der dritte Wärmetauscher in einem oberen im Querschnitt verengten Bereich des Druckbehälters angeordnet ist. Diese Querschnittsverengung ist bei bestimmten Konvertertypen vorhanden und kann gemäß der Erfindung für die Unterbringung des dritten Plattenwärmetauschers genutzt werden. Die Katalysatorbetten, von denen das erste und das zweite bevorzugt jeweils einen Plattenwärmetauscher ringförmig umgeben, sich also auf gleicher axialer Höhe im Behälter befinden wie jeweils ein diesen zugeordneter Plattenwärmetauscher, benötigen mehr Raum und sind daher in dem unter der Querschnittsverengung gelegenen Bereich des Konverters angeordnet, in dem der Konverter einen größeren Querschnitt aufweist.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Längsschnitts durch eine Hälfte eines erfindungsgemäßen Ammoniaksynthesekonverters.

Nachfolgend wird zunächst unter Bezugnahme auf Figur 1 der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäßen Ammoniaksynthesekonverters erläutert, welcher insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 benannt ist. In der Zeichnung gemäß Figur 1 ist im Wesentlichen nur die linke Hälfte des Ammoniaksynthesekonverters 10 dargestellt. Diese umfasst einen Druckbehälter, in welchen über einen Einlass 11 im unteren Bereich des Druckbehälters ein Hauptstrom der Eduktgase Stickstoff und Wasserstoff eingeleitet werden, welche in dem Ammoniaksynthesekonverter nach dem Haber-Bosch- Verfahren zu Ammoniakgas umgesetzt werden. Dieser Hauptstrom der Eduktgase strömt in dem Druckbehälter zunächst in einem radial außen liegenden Kanal 12 in Richtung der Pfeile 13 nach oben hin. In seinem obersten Abschnitt weist der Ammoniaksynthesekonverter 10 einen verjüngten Kopfbereich 14 auf, welcher gegenüber dem gesamten darunter liegenden Bereich einen reduzierten Durchmesser aufweist. In diesem verjüngten Kopfbereich 14 ist ein dritter Plattenwärmetauscher 15 angeordnet, den das einströmende kalte Eduktgas von oben nach unten hin durchströmt, wobei der Eduktgasstrom durch im Gegenstrom durch diesen Plattenwärmetauscher 15 strömendes austretendes heißes Produktgas vorgewärmt wird . Der vorgewärmte Eduktgasstrom strömt dann nach Richtungsumkehr von oben nach unten in das Innere des Ammoniaksynthesekonverters ein, wobei der Eduktgasstrom im oberen Bereich zunächst nach radial außen geleitet wird, um dann in ein erstes Katalysatorbett 16 einzutreten. Dieses erste Katalysatorbett 16 durchströmt der Eduktgasstrom von radial außen nach radial innen hin . In diesem Katalysatorbett findet die Umsetzung der Eduktgase Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniakgas statt, wobei in der Regel keine vollständige Umsetzung erfolgt, so dass der entstehende Produktgasstrom auch noch Anteile der Eduktgase enthält.

Nach dem Durchströmen des ersten Katalysatorbetts 16 in etwa horizontaler Strömung von radial außen nach radial innen tritt der aufgrund der exothermen Reaktion erwärmte Prozessgasstrom in einen ersten Plattenwärmetauscher 17 ein, wo eine Abkühlung erfolgt durch einen kühlenden Gasstrom, welcher im Gleichstrom (oder ggf. alternativ im Gegenstrom) zu dem Prozessgasstrom den ersten Plattenwärmetauscher durchströmt. Bei diesem kühlenden Gasstrom handelt es sich um einen von außen zugeführten Teilstrom an Eduktgasen, welcher über eine Zuleitung 18 dem ersten Plattenwärmetauscher 17 zugeführt wird . Das Volumen dieses Teilstroms im Verhältnis zu dem Hauptgasstrom, der über den unteren Einlass 11 in den Ammoniaksynthesekonverter gelangt, kann je nach Bedarf variieren. Beispielsweise handelt es sich bei dem Teilstrom durch die Zuleitung 18 um einen prozentual geringeren Anteil der insgesamt dem Ammoniaksynthesekonverter 10 zugeführten Eduktgase. Dies muss aber keineswegs so sein. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt aber darin, dass dieser zweite, gegebenenfalls geringere Teilstrom auch an der Reaktion im ersten Katalysatorbett 16 teilnimmt. Dies wird dadurch erreicht, dass man diesen Teilstrom nach dem Durchleiten durch den ersten Plattenwärmetauscher 17 radial innen in Richtung der Pfeile in etwa axialer Strömung nach oben führt, dann über dem ersten Plattenwärmetauscher 17 mit dem von oben her eintretenden Hauptgasstrom der Eduktgase vermischt und radial nach außen leitet, wo der entstandene Gesamtstrom von radial außen her das erste Katalysatorbett 16 durchströmt. Durch diese Maßnahme wird zum einen eine höhere Ausbeute an Produktgas erzielt und gleichzeitig wird eine Kühlung des durch die Reaktion in dem ersten Katalysatorbett 16 entstandenen Prozessgases erreicht.

Der erste Plattenwärmetauscher 17 ist konzentrisch innen zu dem ersten Katalysatorbett 16 angeordnet, so dass er von dem ringförmigen ersten Katalysatorbett ringförmig umgeben wird . Bei den in dem erfindungsgemäßen Ammoniaksynthesekonverter 10 verwendeten Plattenwärmetauschern handelt es sich um besonders platzsparende Konstruktionen mit direkter seitlicher Einströmung des heißen Gases, die das gesamte zur Verfügung stehende Volumen im Behälter ausfüllen und die eine hohe spezifische Wärmeübertragungsleistung aufweisen. Unterhalb des ersten Plattenwärmetauschers 17 ist ein entsprechend konstruierter zweiter Plattenwärmetauscher 19 angeordnet. Weiterhin befindet sich unterhalb des ersten Katalysatorbetts 16 in dem Ammoniaksynthesekonverter 10 ein zweites Katalysatorbett 20, welches wiederum den zweiten Plattenwärmetauscher 19 außen ringförmig konzentrisch umgibt.

Das Prozessgas verlässt nach der Reaktion im ersten Katalysatorbett 16 und nach dem Durchströmen den ersten Plattenwärmetauscher 17 nach unten hin und strömt dann oberhalb des zweiten Katalysatorbetts 20 in Richtung des Pfeils 21 radial nach außen hin und tritt danach von radial außen her in das zweite Katalysatorbett 20 ein, in dem erneut eine Reaktion zu Ammoniakgas auftritt. Nach dem Durchströmen des zweiten Katalysatorbetts 20 gelangt der erwärmte Prozessgasstrom von radial außen her in den zweiten Plattenwärmetauscher 19 und durchströmt diesen nach radial innen hin in einer etwa horizontalen Strömung, wobei eine Abkühlung des zuvor durch die Reaktion erwärmten Prozessgases stattfindet. Zur Kühlung in diesem zweiten Plattenwärmetauscher 19 wird ein weiterer kühler Teilgasstrom von Eduktgas verwendet, welcher über eine Zuleitung 22 von außen her in den Ammoniaksynthesekonverter einströmt und dann an der Unterseite in den zweiten Plattenwärmetauscher 19 zunächst vertikal einströmt und dann nach Umlenkung horizontal diesen zweiten Plattenwärmetauscher 19 im Gleichstrom (oder ggf. alternativ im Gegenstrom) zu dem heißen Prozessgas aus dem zweiten Katalysatorbett 20 durchströmt und dann radial innenseitig in etwa axialer Richtung an dem zweiten Plattenwärmetauscher 19 und an dem ersten Plattenwärmetauscher 17 entlang nach oben hin strömt.

Hier erkennt man einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Strömungsführung der Teilströme, da der kühlende Teilstrom aus der Zuleitung 22, der durch den zweiten Plattenwärmetauscher 19 strömt, axial im mittigen Bereich des Konverters nach oben strömt und dann direkt durch die Ports des ersten Plattenwärmetauschers 17 strömt und sich mit dem den ersten Plattenwärmetauscher verlassenden Teilstrom aus der Zuleitung 18 vermischt. Dieser vereinigte Prozessgasstrom strömt oberhalb des ersten Plattenwärmetauschers 17 in Richtung des Pfeils 23 nach radial außen und vermischt sich dann mit dem von oben her zuströmenden Hauptstrom des Eduktgases, so dass alle drei Teilströme nach Vereinigung anschließend das erste Katalysatorbett 16 von außen nach innen durchströmen und an der Reaktion im ersten Katalysatorbett 16 teilnehmen. Auch der Teilstrom, der durch die Zuleitung 22 eintritt, erfüllt somit eine zusätzliche Funktion, nämlich die Kühlung der heißen Prozessgase im zweiten Plattenwärmetauscher 19 nach der Reaktion im zweiten Katalysatorbett 20. Dennoch geht auch dieser Teilstrom bei der Umsetzung zu Ammoniakgas nicht verloren, sondern nimmt an der Reaktion in allen drei Katalysatorbetten teil, wodurch die Ausbeute der Reaktion insgesamt weiter erhöht wird .

Der Prozessgasstrom, der nach der Reaktion im zweiten Katalysatorbett 20 aus dem zweiten Plattenwärmetauscher 19 vertikal nach unten hin ausströmt, strömt dann in einem Zwischenraum 24 in Richtung des Pfeils 25 radial nach außen und tritt dann von außen her in ein drittes Katalysatorbett 26 ein, um dieses dann nach radial innen hin zu durchströmen. Dieses dritte Katalysatorbett 26 ist im unteren Bereich des Druckbehälters angeordnet und somit unterhalb des zweiten Katalysatorbetts 20, wobei sich jedoch das dritte Katalysatorbett 26 anders als das zweite Katalysatorbett 20 ringförmig weiter nach radial innen hin erstreckt, da innenseitig zu diesem kein Plattenwärmetauscher angeordnet ist. Nach dem Durchströmen des dritten Katalysatorbetts 26 tritt das Produktgas an diesem radial innenseitig aus und strömt dann in Richtung der Pfeile 27 axial nach oben hin, um dann in einem mittig axial im Ammoniaksynthesekonverter angeordneten Strömungskanal 28 vertikal nach oben hin zu strömen. Im oberen Endbereich des Ammoniaksynthesekonverters 10 durchströmt das heiße Produktgas dann etwa vertikal von unten nach oben den dritten Plattenwärmetauscher 15, der sich in dem verjüngten Kopfbereich 14 des Ammoniaksynthesekonverters 10 befindet. Somit strömt dieses heiße Produktgas bevor es den Druckbehälter verlässt in dem dritten Plattenwärmetauscher im Gegenstrom zu dem in den Druckbehälter einströmenden kalten Hauptstrom des Eduktgases und erwärmt diesen .

Bezuqszeichenliste

10 Ammoniaksynthesekonverter

11 Einlass unten

12 Kanal

13 Pfeile

14 verjüngter Kopfbereich

15 dritter Plattenwärmetauscher

16 erstes Katalysatorbett

17 erster Plattenwärmetauscher

18 Zuleitung

19 zweiter Plattenwärmetauscher

20 zweites Katalysatorbett

21 Pfeil

22 Zuleitung

23 Pfeil

24 Zwischenraum

25 Pfeil

26 drittes Katalysatorbett

27 Pfeil

28 mittiger Strömungskanal