DE102007024934B4

DE102007024934B4 - Rohrbündelreaktoren mit Druckflüssigkeitskühlung

Info

Publication number: DE102007024934B4
Application number: DE102007024934A
Authority: DE
Inventors: Manfred Lehr
Original assignee: MAN DWE GmbH
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: CN101314119B; US20090010821A1; RU2008116511A; US7837954B2; CN101314119A; DE102007024934A1; AU2008201968B2; CN102151524B; AU2008201968A1; CN102151524A; RU2392045C2

Abstract

Satz vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen (2, 3, 4), die auf einer Baustelle zu einem Rohrbündelreaktor (5) zur Durchführung katalytischer Gas- und/oder Flüssigphasenreaktionen zusammenbaubar sind, wobei der Rohrbündelreaktor (5) ein Bündel (6) vertikaler Reaktionsrohre (7) aufweist, deren Enden (8, 10) in einem oberen und in einem unteren Rohrboden (9, 11) druckdicht befestigt und die von einem Reaktormantel (15) umschlossen sind, der mit den Rohrböden (9, 11) druckdicht verbunden ist, sodass der Reaktormantel (15) mit den Rohrböden (9, 11) einen Druckbehälter (17) ausbildet, wobei die Rohrböden (9, 11) jeweils von einer Reaktorhaube (24, 25) überspannt sind, die mit dem Reaktormantel (15) verbunden sind und mit denen die Reaktionsrohre (7) in Strömungsverbindung stehen, wobei der Baugruppensatz (1) folgende Merkmale aufweist,
– getrennte Baugruppen (2, 3, 4) für den Reaktormantel (15) und die Reaktorhauben (24, 25) einerseits und das Rohrbündel (6) und die Rohrböden (9, 11) andererseits,
– der Reaktormantel (15) und eine Reaktorhaube...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Satz vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen, die auf einer Baustelle bzw. am endgültigen Aufstellungsort zu einem Rohrbündelreaktor zur Durchführung katalytischer Gas- und/oder Flüssigphasenreaktionen zusammenbaubar sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Rohrbündelreaktor nach dem Oberbegriff von Anspruch 21 und auf eine Anordnung von Rohrbündelreaktoren nach dem Oberbegriff von Anspruch 30.
Rohrbündelreaktoren weisen eine Vielzahl von parallelen, zu einem Rohrbündel angeordneten Reaktionsrohren auf, in die meist granularer Katalysator und gegebenenfalls auch Inertmaterial oder verschiedene Kombinationen bezüglich Anordnung und Zusammensetzung von Katalysator und Inertmaterial eingefüllt sind. Das Rohrbündel ist von einem meist zylindrischen Reaktormantel umgeben. Die Enden der Reaktionsrohre sind offen und an den Rohraußenwänden abdichtend in Rohrböden festgelegt. Das Reaktionsgasgemisch („Feedgas”) wird den Reaktionsrohren über eine den betreffenden Rohrboden überspannende Reaktorhaube zugeführt und über eine weitere, den anderen Rohrboden überspannende Reaktorhaube als Produktgasgemisch abgeführt.
Bei einem weit verbreiteten System zur Abführung der Reaktionswärme in einem Rohrbündelreaktor bei exothermen Reaktionen wird ein flüssiger Wärmeträger, beispielsweise ein Wärmeträgeröl oder ein Gemisch aus Nitrat- und Nitritsalzen, mit einer Umwälzeinrichtung um die Außenseite der Reaktionsrohre im Gleich- oder Gegenstrom zur Strömung des Reaktionsgasgemisches durch den Reaktor geführt. Ein solches System hat den Vorteil eines nahezu drucklosen Betriebs, wodurch die Wandstärken auch bei großen Reaktoren relativ klein gehalten wer den können. Durch geeignete Einrichtungen zur Strömungsführung wird eine gute und gleichmäßige Wärmeabfuhr über den Reaktorquerschnitt erreicht.
Ein anderes System zur Abfuhr der Reaktionswärme ist die Druckflüssigkeitskühlung, häufig in Form einer Verdampfungskühlung, z. B. einer Siedewasserkühlung. Das Wärmeträgersystem wird dabei unter Druck betrieben mit teilweise, vollständig oder nicht verdampfenden Fluiden im Zwangs- oder Naturumlauf. Das bevorzugte Fluid ist Wasser. Im Folgenden werden die Begriffe ”Siedewasserkühlung” oder ”Siedewasserreaktor” lediglich beispielhaft für ”Verdampfungskühlung” bzw. ”Rohrbündelreaktor mit Verdampfungskühlung” verwendet und sollen keine Einschränkung bedeuten.
Bei der Verdampfungskühlung wird die Reaktionswärme dadurch abgeführt, dass damit ein Teil eines Wärmeträgers verdampft wird. Das entstehende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch steigt durch seine geringere Dichte nach oben, wird aus dem Reaktor herausgeführt und in einem Abscheider in eine Flüssigphase und in eine Dampfphase getrennt. Die Flüssigphase wird dem Reaktor wieder zurückgeführt, und die Dampfphase kann direkt ohne weiteren Wärmeträgerkreislauf als Nutzdampf verwendet werden. Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems liegt darin, dass bei gegebenem konstant gehaltenem Druck überall im Wärmeträgersystem die gleiche Temperatur herrscht, solange noch flüssiger Wärmeträger vorliegt und die Wände der Reaktionsrohre mit diesem in Kontakt stehen. An der Rohraußenwand gibt es weiterhin einen sehr guten Wärmeübergang, so dass der Aufwand für strömungsverbessernde Einbauten zur Gleichverteilung des Wärmeträgers gering ist. Durch die nur teilweise Verdampfung des Wärmeträgers wird erreicht, dass die Wände der Reaktionsrohre ständig in Kontakt mit flüssigem Wärmeträger stehen und so lokale Überhitzungen verhindert werden. Verschiedene Aus führungen dieser Bauart sind beispielsweise in US 3 518 284 A , DE 2 013 297 A , DE 2 123 950 A , DE 2 420 949 A , DE 30 28 646 A1 oder EP 0 532 325 A1 beschrieben.
Bei derartigen Rohrbündelreaktoren strebt man aus wirtschaftlichen Gründen eine möglichst große Kapazität an, d. h. eine möglichst große Rohranzahl bzw. ein möglichst großes für die Katalysatorfüllung nutzbares Rohrvolumen. Bei einigen Reaktortypen sind weiterhin Rohre mit Längen in der Größenordnung von 10 bis 15 m erforderlich. Die angestrebte Kapazitätsvergrößerung unterliegt jedoch Beschränkungen bezüglich der Transportmöglichkeiten. Obgleich mittlerweile schon relativ leichte Apparate mit Durchmessern von 10 bis 11 m auf dem Landwege transportiert werden können, ist es in der Regel nicht oder nur mit unverhältnismäßigem Aufwand möglich, berohrte Reaktoren mit Durchmessern größer als 4 bis 5 m auf der Schiene oder Straße über längere Distanzen zu transportieren. Dies liegt einerseits an den begrenzten Durchfahrtshöhen und/oder -breiten oder den Gewichtsbeschränkungen von Brücken oder ähnlichem, andererseits auch am Fehlen ausreichender Hebezeuge am Umlade- und/oder Aufstellungsort.
Daher ist es wünschenswert, sehr große oder sehr schwere Reaktoren in Teilen zur Baustelle bzw. zum Aufstellungsort zu transportieren und dort zusammenzubauen, und aber auch möglichst kompakte Rohrbündelreaktoren zu bauen, die als fertig montierte Rohrbündelreaktoren noch transportfähig sind. Im ersten Fall ist es wegen der fertigungstechnischen Einschränkungen auf einer Baustelle anzustreben, die einzelnen Reaktorelemente bezüglich des Gewichts und der Abmessungen so groß zu machen, wie es die Einschränkungen für den Transport gerade erlauben. Dadurch wird die Anzahl der Fügestellen so gering wie möglich gehalten.
In diesem Sinne ist z. B. auch eine Berohrung des Reaktors – d. h. das Einfädeln der Reaktionsrohre in die Rohrböden und das abdichtende Verbinden der Reaktionsrohre mit den Rohrböden – erst auf der Baustelle sehr unwirtschaftlich, zeitraubend und in den meisten Fällen aus fertigungtechnischen und qualitätssichernden Gründen nicht durchführbar, wobei damit die abmessungstechnischen Schwierigkeiten immer noch nicht gelöst wären.
In den folgenden Ausführungen wird auf Konstruktionen eingegangen, die sich mit dem Zusammenbau eines Reaktors beschäftigen. Im Besonderen sind dies Reaktoren, die zur Montage auf der Baustelle ausgelegt sind oder bei denen der Reaktor aus abgrenzbaren Baugruppen zusammengesetzt ist. Desweiteren werden besonders kompakte Reaktoren beschrieben und Zusammenschaltungen mehrerer kleinerer Reaktoren zu einer Reaktoreinheit.
Ein auf der Baustelle zusammensetzbarer Rohrbündelreaktor ist z. B. in DE 25 43 758 C3 beschrieben. Er weist mindestens zwei selbständige Sektoren mit zugeordneten Rohrbodensektoren, äußeren Mantelabschnitten und inneren Wandabschnitten sowie darin angeordneten Reaktionsrohren auf, wobei die jeweiligen Wände der Sektoren durch Abstandshalter gegeneinander abgestützt sind.
Die einzelnen Sektoren eines solchen Rohrbündelreaktors können noch am Fertigungsort vor dem Transport auf ihre Betriebsfähigkeit geprüft werden, weil die Reaktionsrohre bereits eingebaut sind und weil die die Reaktionsrohre umgebenden Wände einen allseits dicht abgeschlossenen Raum bilden. Die Sektoren sowie die Hauben, die Rohrverbindungen und die Stützen werden erst am Aufstellungsort zu dem Rohrbündelreak tor miteinander verbunden, in erster Linie durch Schweißverfahren.
Diese Sektorbauweise ist geeignet für den Betrieb mit einem nicht unter Druck stehenden flüssigen, nicht verdampfenden Wärmeträger. Der Wärmeträgerraum wird hier praktisch drucklos betrieben, wodurch die Dicke der Behälterwände im Wesentlichen nur durch die Eigengewichte und nicht durch den Innendruck bestimmt wird. Würde man einen solchen Rohrbündelreaktor als Siedewasserreaktor ausführen, bei dem als Wärmeträger ein verdampfendes Medium bei erhöhtem Druck eingesetzt wird, so ergäben sich aus Festigkeitsgründen deutlich größere Wanddicken für den Reaktormantel. Ein solcher Reaktor ist für die aus DE 25 43 758 C3 bekannte Sektorbauweise ungeeignet. Ein Haupthindernis liegt darin, dass Bauteile mit großen Wanddicken nach dem Verschweißen wärmebehandelt werden müssen, um beim Schweißvorgang aufgetretene Eigenspannungen im Werkstoff abzubauen. Eine lokale Wärmebehandlung der verbindenden Mantellängsnähte, wie es bei einem Siedewasser-Rohrbündelreaktor nach DE 25 43 758 C3 mit mehreren an die Baustelle gelieferten selbständigen und fertig berohrten Einheiten erforderlich wäre, ist wegen der thermischen Differenzdehnungen zwischen Reaktormantel und Reaktionsrohren nicht möglich.
Weitere Nachteile dieser Sektorbauweise sind darin zu sehen, dass die einzelnen Sektoren über eine Vielzahl von ebenen Wänden verfügen, die hinsichtlich der Druckkräfte im Inneren der Sektoren entweder unverhältnismäßig dick ausgeführt oder aufwändig durch Streben oder andere Abstützungen verstärkt werden müssen. Überdies gibt es durch den Innendruck im Sektorinneren an den Übergängen der einzelnen Wände Spannungsspitzen. Der zentrale Bereich des Reaktors kann nicht mit Reaktionsrohren besetzt und für Reaktionen genutzt werden und muss gegen die obere und untere Reaktorhaube abgedichtet wer den. Die gesamte Konstruktion schafft Dichtungsprobleme und ist anfällig für Spannungsrisse, insbesondere beim periodischen Betrieb bzw. bei häufig wechselnden Betriebsbedingungen.
In EP 1 210 976 A2 ist der Zusammenbau eines Rohrbodens eines Rohrbündelapparates aus mehreren Rohrbodenteilstücken mit Hilfe von mechanischen Verbindungselementen beschrieben. Die Rohrbodenteilstücke haben an der Fügestelle zusammen passende Konturen, die z. B. als Nut und Feder ausgeführt sein können und mit durch Nut und Feder laufende Bolzen gesichert werden. Zur Herstellung einer dichten Verbindung werden die Fügestelle und die Bolzenkontur an beiden Seiten des Rohrbodens verschweißt. Als wesentliche Vorteile dieser Konstruktion werden kleinere Fertigungsmaschinen, kürzere Fertigungszeiten und deutlich reduzierter Verzug im Vergleich zu voll durchgeschweißten Verbindungen genannt. Die Berührungsstellen einer derartigen Konstruktion bedürfen einer sorgfältigen Vorbereitung. Ist das Spiel einer Nut-und-Feder-Verbindung zu groß, so wird die Kraftübertragung von Rohrbodenteilstück zu Rohrbodenteilstück vermindert. Ist das Spiel zu klein, so klemmt es und die Teilstücke können nicht zusammengesetzt werden. Die Bohrungen für die Verbindungsbolzen können erst nach dem Zusammensetzen hergestellt werden. Die Gegenkonturen von Kanten müssen mit Rücksprüngen versehen werden, damit die Kanten nicht klemmen. Die Rohre können erst nach Fertigstellung der Verbindung eingeführt und im Rohrboden befestigt werden. Das Fertigungsverfahren kann somit überhaupt nur im Fertigungsbetrieb durchgeführt werden. Ein Zusammensetzen der Rohrbodenteilstücke auf der Baustelle ist wenig sinnvoll.
In DE 1 667 187 C ist ein Festbett-Hochdruckreaktor für exotherme katalytische Reaktionen mit mehrmaliger Zwischenkühlung zwischen mehreren Katalysatorbetten beschrieben. Das be sondere Merkmal dieses Reaktors ist ein unterteilter, mittig im Reaktor angeordneter Rohrbündelverdampfer als Kühler. Dieser ist mit seiner Rohrplatte auf der Reaktorhaube vorzugsweise herausziehbar befestigt. Nach Durchlauf durch den Reaktor tritt das Produktgas durch eine mittige Öffnung im Rohrboden des ersten inneren Wärmetauschers und einen anschließenden Stutzen aus dem Reaktor aus. Der Durchmesser dieser Reaktorbauart ist durch die erforderlichen großen Wandstärken, erforderlich wegen der verfahrensbedingt hohen Drücke, begrenzt. Ein Reaktor im Ausführungsbeispiel mit einem Innendurchmesser von 2,2 m wird in dieser Hinsicht etwa die Obergrenze darstellen. Bei noch größeren Durchmessern ist auch eine ebene Platte als Reaktorhaube wegen der erforderlichen großen Dicke nicht mehr ausführbar, schon gar nicht, wenn die Reaktorhaube, unabhängig von ihrer Form, durch eine Vielzahl von Durchführungen für Wärmetauscher-Rohrbündel verschwächt wird. Darüber hinaus wird eine lösbare Flanschverbindung bei größeren Durchmessern wegen der Größe der erforderlichen Flansche und Schrauben immer problematischer. Bei größeren Durchmessern ist weiterhin die Art und Weise der Gewichtskraftübertragung der Katalysatorbett-Wärmetauscher-Kombination auf den Reaktormantel nicht gelöst. Ein kleiner Vorsprung innerhalb des Reaktormantels als Auflager, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, und ebenso die dünne Tragplatte an der Oberseite der Katalysatorbett-Wärmetauscher-Kombination wird die festigkeitsmäßigen Anforderungen nicht erfüllen. Die vorgestellte Konstruktion ist für große Reaktordurchmesser zur Endmontage auf der Baustelle nicht geeignet.
Die DE 28 16 062 A1 beschreibt einen Methanisierungsreaktor mit einer im Reaktormantel eingehängten Festbett-Wärmetauscher-Kombination. Die Kühlung des Reaktionsgases erfolgt hier ausschließlich durch das eintretende kühle Feedgas. Dabei wird die gesamte Gewichtskraft der Festbett-Wärmetau scher-Kombination von einer oberen Tragplatte aufgenommen. Die Tragplatte ist auf dem oberen Ende des zylindrischen Reaktormantels aufgelagert und dort verschraubt. Die obere Reaktorhaube ist mit einer Schraubverbindung lösbar mit dem Reaktormantel verbunden. Das Produktgas wird mit einer Austrittsleitung aus dem Reaktor geführt, die mit einer Stopfbuchse zum Reaktormantel abgedichtet ist. Eine Kompensation der unterschiedlichen Längenausdehnungen des kalten Reaktormantels und der heißen Festbett-Wärmetauscher-Kombination ist vorgesehen. Es ist denkbar, die vorgestellte Konstruktion in ihre Hauptelemente Reaktormantel mit unterer Reaktorhaube, Festbett-Wärmetauscher-Kombination und obere Reaktorhaube zu zerlegen und diese separat zum Aufstellungsort zu transportieren und dort zusammenzubauen. Die vorgestellte Konstruktion ist jedoch aus ähnlichen Gründen wie der aus DE 1 667 187 A bekannte Festbett-Hochdruckreaktor in ihrem Durchmesser begrenzt, so dass hier ein Transport der Einzelteile zur Baustelle und ein Zusammenbau des Reaktors erst dort nicht erforderlich ist. Weiterhin verfügt der Reaktor nur über einen Druckraum, so dass sich das Konstruktionsprinzip nicht für einen Rohrbündelreaktor mit getrennten Reaktions- und Wärmeträgerräumen eignet.
Ferner sind Rohrbündelreaktoren mit herausnehmbarem Rohrbündel bekannt, das nach dem Schwimmkopfprinzip gelagert ist. Bei dem Schwimmkopfprinzip ist der Rohrboden eines Rohrbündelendes starr mit dem Apparatemantel verbunden und der andere Rohrboden mehr oder weniger frei beweglich. Dabei kann das Rohrbündel senkrecht stehend oder hängend angeordnet sein oder waagerecht als liegende Ausführung. Eine Vielzahl von Varianten dieses Konstruktionsprinzips ist in einschlägigen Regelwerken wie z. B. ASME, AD2000 oder TEMA beschrieben. Die Varianten beschäftigen sich in erster Linie mit der Art und Weise, in welcher das rohrseitige Fluid aus dem Rohrbündel wieder heraus geführt wird. Bei einem freien Schwimmkopf wird das rohrseitige Fluid am Rohrende umgelenkt und strömt in entgegengesetzter Richtung wieder zurück. Das rohrseitige Fluid hat beim Rücklauf meistens eine andere Temperatur als beim Zulauf, so dass in der Rücklaufleitung eine Längenkompensation vorgesehen werden muss. Eine Ausnahme bildet die Ausführung als U-Rohrbündel, bei dem die Längenkompensation durch die Rohre selbst erfolgt. Das rohrseitige Fluid kann jedoch auch in gleicher Richtung durch eine Austrittsleitung weitergeführt werden, die durch den Apparatemantel am anderen Ende herausführt. Gerade in diesem Fall muss eine Längenkompensation an einer geeigneten Stelle vorgesehen werden.
In DE 27 58 131 A1 wird ein Rohrbündelreaktor beschrieben, der vorzugsweise für endotherme Prozesse verwendet wird. Beispielsweise dient als Wärmeträger Heizgas, welches mit ring- und scheibenförmigen Umlenkblechen um die Reaktionsrohre herum geführt wird. Das Rohrbündel ist als stehendes Rohrbündel mit Schwimmkopf ausgeführt. In die Verbindungsleitung zwischen Schwimmkopf und oberer Reaktorhaube ist ein Kompensator eingebaut. Die Verbindungsleitung endet an einem Flansch in der oberen Reaktorhaube. An diesen Flansch schließt sich eine Reaktoraustrittsleitung an. Ebenso ist die obere Reaktorhaube mit einer Flanschverbindung an den zylindrischen Reaktormantel angeschlossen. An den unteren Rohrboden ist eine eigene Rohrbodenhaube angeschlossen. Von der unteren Rohrbodenhaube führt eine untere Verbindungsleitung zum Austrittsstutzen der unteren Reaktorhaube, mit der sie am Ende verschweißt ist. Der gasseitige Teil bildet somit eine eigene Baugruppe, deren Rohrböden nicht mit dem Reaktormantel verbunden sind. Zum Austausch des Rohrbündels wird zunächst die obere Reaktoraustrittsleitung und die obere Reaktorhaube abgeschraubt. Dann wird die geschweißte Anbindung der unteren Verbindungsleitung aufgetrennt, und das Rohrbündel kann nach oben herausgezogen werden. Nach Durchführung der Wartungs- oder Reparaturarbeiten wird der Reaktor in umgekehrter Rei henfolge wieder zusammengesetzt. Obgleich der beschriebene Reaktor relativ einfach zu demontieren ist, bestehen die grundsätzlichen Nachteile einer Schwimmkopfausführung. Die Rohrseite des Reaktors ist nicht direkt zur Umgebung sondern zum zweiten Druckraum hin abgedichtet. Damit ergeben sich zwangsläufig eine deutlich aufwändigere Konstruktion und eine zusätzliche Beanspruchung der inneren Druckhülle aus dem umgebenden Medium und dessen Druck und Temperatur.
Ein Rohrbündelreaktor mit Schwimmkopf in hängender Bauweise ist aus US 5 006 131 A bekannt. Er ist Teil eines dort beschriebenen Reaktorsystems. An den Rand des oberen Rohrbodens ist eine obere Reaktorhaube mit Gasaustrittsstutzen angeschlossen. An der oberen Reaktorhaube befindet sich weiterhin ein Mannlochstutzen. Nach unten hin ist an dem Rand des oberen Rohrbodens ein zylindrischer Mantel angeschlossen, der an seinem unteren Ende in eine untere Reaktorhaube übergeht. Die Reaktionsrohre münden an ihrem unteren Ende in einem Schwimmkopf, der aus einem unteren Rohrboden mit unterer Rohrbodenhaube besteht. Aus der unteren Rohrbodenhaube führt eine Austrittsleitung durch die untere Reaktorhaube aus dem Reaktor heraus. Die Austrittsleitung ist mittels eines außerhalb des Reaktors befindlichen Kompensators mit der unteren Reaktorhaube verbunden. Ein Wärmeträger wird an einer Reaktorseite eingeführt und an der anderen wieder herausgeführt. Ring- und scheibenförmige Umlenkbleche führen ihn beim Durchgang durch den Reaktor immer senkrecht zu den Rohren, um den Wärmeübergang zu verbessern. Für eine Endmontage am Aufstellungsort ist dieser Reaktortyp nicht geeignet, da mehrere dicke Bleche miteinander verschweißt werden müssen. Die bevorzugte Rohranzahl ist gering und wird in der US 5 006 131 A mit 250 und 1000 Rohren angegeben. Im Übrigen gelten die Ausführungen wie bei DE 1 667 187 A bezüglich der Problematik großer Reaktor durchmesser und wie bei DE 27 58 131 A1 bezüglich den Nachteilen einer Schwimmkopfkonstruktion.
Die DE 25 13 499 A1 beschreibt einen mit Wärmekonvektion arbeitenden Reformierofen und ein mit diesem Ofen versehenes System, mit dem wasserstoffreiches Gas oder Synthesegas erzeugt wird. Der Reformierofen bzw. Reaktor kann grundsätzlich noch für viele andere Anwendungen eingesetzt werden. In der beschriebenen Ausführung besitzt der Reformierofen, im Weiteren als Reaktor bezeichnet, einen mehrteiligen Rohrboden, an dem ein Bündel aus Reaktionsrohren befestigt ist. Die Reaktionsrohre münden an ihren unteren Enden in ein Zentralrohr, welches durch den Rohrboden nach oben und im Weiteren durch die obere Reaktorhaube aus dem Reaktor herausführt. Der Rohrboden mit den daran hängenden Reaktionsrohren hängt radial innen mit einer starken Schweißverbindung an dem Zentralrohr, durch welches das Produktgas den Reaktor verlässt, und an seinem äußeren Umfangsrand durch ein langgestrecktes Tragteil am unteren Teil der oberen Reaktorhaube. Das langgestreckte Tragteil ist relativ elastisch und vermag unterschiedliche radiale Ausdehnungen von zylindrischem Mantelteil, oberer Reaktorhaube und oberem Rohrboden auszugleichen. Solche Bewegungen sollen vermindert werden durch eine Isolationsschicht innerhalb des mehrteiligen oberen Rohrbodens. Die obere Reaktorhaube ist an den zylindrischen Reaktorhauptteil angeflanscht, so dass das Herausziehen der oberen Reaktorhaube samt Rohrboden und Reaktionsrohren aus dem Reaktor leicht möglich ist. Die hier beschriebene Konstruktion ist nur für kleine und mittlere Reaktordurchmesser möglich, da das gesamte Rohrbündel in erster Linie an dem Zentralrohr hängt. Das langgestreckte Tragteil zwischen Rohrboden und oberer Reaktorhaube vermag nur geringe Kräfte aufzunehmen. Ein getrennter Transport und ein Zusammenfügen einzelner Reaktorgruppen auf der Baustelle wären denkbar, doch ist ein Befüllen und vor allem Wiederentleeren der Rohre mit granularem Katalysator schwierig, wenn überhaupt vollständig möglich.
Eine Konstruktion mit mehrfacher Längenkompensation ist aus EP 1 048 343 A2 bekannt. Es wird ein Rohrbündelreaktor beschrieben, dessen Reaktionsrohre an ihren oberen Enden einzeln über Kompensatoren an einem oberen Rohrboden befestigt sind. Die unteren Enden der Reaktionsrohre sind fest mit einem unteren Rohrboden verbunden. Der untere Rohrboden ist mit einer Haube umschlossen, an die sich ein Stutzen anschließt. Dieser Stutzen ist über einen noch im Inneren des Reaktors gelegenen Kompensator an den unteren Reaktoraustrittsstutzen angeschlossen. Der Anschluss eines einzelnen Reaktionsrohrs an einen Rohrboden mit Hilfe eines Kompensators stellt hohe Anforderungen an die Schweißung. Solche Arbeiten können nur sinnvoll in einem Fertigungsbetrieb durchgeführt werden. Eine Fertigung am Aufstellungsort ist praktisch ausgeschlossen. Eine Teilung des Rohrbündels mit angeschlossenen Rohrböden ist ebenfalls problematisch, da die Kompensatoren äußerst empfindlich sind und beim Transport beschädigt werden könnten.
In dem Bestreben, eine kompakte Reaktoreinheit zu schaffen, wurde z. B. in WO 2004/067165 A1 die Möglichkeit vorgeschlagen, bei einem Rohrbündelreaktor mit teilweiser Verdampfung des Wärmeträgers den eintretenden Wärmeträger über innenliegende Ringkanäle gleichmäßig über den Reaktorumfang zu verteilen. Dadurch wird die Zahl von Rohrleitungen außerhalb des Reaktors auf ein Minimum reduziert. Trotzdem sind radial am Umfang des Reaktormantels angeordnete Stutzen notwenig, die die Gesamtabmessungen des Reaktors für den Transport vergrößern. Zur Zerlegung in mehrere Baugruppen und zum Transport derselben ist dieser Reaktortyp jedoch nicht geeignet.
In DE 1 542 494 C3 ist ein Rohrbündelreaktor mit flüssigem Salz als Wärmeträger beschrieben. Der Wärmeträger gibt seine im Rohrbündelreaktor aufgenommene Wärme über seitlich herauslaufende Rohre in einem außerhalb des Reaktors angeordneten Wärmetauscher, beispielsweise in der Ausführung eines Dampferzeugers, ab und wird wieder in den Reaktor zurückgeführt. Ein besonderes Merkmal dieses Rohrbündelreaktors ist die Anordnung der Reaktionsrohre in mehreren Rohrbündelsektoren, zwischen denen sich rohrfreie Gassen befinden. Eine Gasse ist gegenüber den anderen etwas breiter ausgebildet und dient zusätzlich zur Aufnahme einer Zulaufleitung zum Wärmetauscher und einer Rücklaufleitung vom Wärmetauscher. Zentral im Rohrbündelreaktor ist ein Leitrohr mit eingebautem Propeller angeordnet, der von einem Elektromotor angetrieben wird. Von dem vom Propeller abwärts geförderten Wärmeträger gelangt der größte Teil in den Raum zwischen unterem Rohrboden und einer darüber befindlichen Drosselscheibe und wird mit Hilfe der Gassen und der Drosselscheibe gleichmäßig über den gesamten Reaktorquerschnitt verteilt. Diese Hauptmenge strömt dann die Reaktionsrohre umspülend aufwärts und fließt nach Durchtritt durch eine obere Drosselscheibe wieder oben in das Leitrohr ein. Die Restmenge des Wärmeträgers gelangt durch eine Zulaufleitung zum Wärmetauscher, gibt dort die aufgenommene Wärme ab und strömt über eine Rücklaufleitung wieder zum Rohrbündelreaktor in den Einlauf des zentralen Leitrohrs zurück. Bemerkenswerte Einzelheit dieser Konstruktion ist die Verteilung bzw. Sammlung des Wärmeträgers zentral im Inneren des Reaktors, wodurch aufwändige Verteileinrichtungen wie Ringkanäle und besonders gestaltete Eintrittfenster in das Reaktorinnere entfallen.
WO 2004/004884 A1 schlägt ein Reaktorsystem bzw. eine Reaktoranordnung vor, in dem bzw. in der mehrere Reaktoreinheiten parallel wie ein einziger Reaktor unter Verzicht auf indivi duelle Mess- und Regeleinrichtungen betrieben werden. Die Reaktoreinheiten werden mit einem gemeinsamen Wärmeträgersystem betrieben, welches bevorzugt mit Siedewasserkühlung im Naturumlaufverfahren arbeitet. Das Reaktionsgas wird über ein oder mehr Leitungen zwei oder mehr Reaktoreinheiten zugeführt. Es sind ein oder mehrere gemeinsame Produktentnahmen vorhanden. Bevorzugt werden Rohrbündelreaktoren mit katalysatorgefüllten Reaktionsrohren verwendet. Das vorgestellte Reaktorsystem bietet eine Lösungsmöglichkeit an, um die Leistungsfähigkeit eines sehr großen Reaktors zu erreichen und für dessen Montage die Transportfähigkeit der Einzelreaktoren zu nutzen.
Grundsätzlich ist das Parallelschalten von mehreren kleineren Einheiten zu einer größeren Einheit in der Verfahrenstechnik ein weitverbreitet eingesetztes Mittel. Nachteil dieser Betriebsweise ist in der Regel die Notwendigkeit von aufwändigen Verteil- und Sammlersystemen und den entsprechenden Stutzen für die Zu- und Ableitung der Reaktionsgase und der Wärmeträgerfluide zu den einzelnen Einheiten. Weiterhin benötigt jede der kleineren Einheiten eigene Möglichkeiten für die innere Zugänglichkeit, um z. B. Katalysator zu wechseln. Zudem ist mit der Parallelschaltung ein kostenintensiver Mehraufwand bei z. B. den Abstützungen der Einheiten, der gegenseitigen Kompensation von Wärmedehnungen, der Isolierung, dem Platzbedarf und den umgebenden Stahlbauten verbunden. WO 2004/004884 A1 gibt jedoch keinerlei Maßnahmen an, die den Mehraufwand der Parallelschaltung minimieren, um zu wirtschaftlichen Lösungen zu gelangen.
Aus DE 10 258 180 A1 ist es bekannt, Reaktoren hintereinander zu schalten. Ferner wird dort vorgeschlagen, im Hot-Spot gefährdeten Reaktionsteilabschnitt zwei oder mehrerer Reaktoren parallel zueinander anzuordnen und das Reaktionsgemisch anschließend über einen Reaktor zusammenzuführen, d. h. das Re aktionsgemisch in die Gaseintrittshaube dieses nachgeschalteten Reaktors einzuleiten und durch den Reaktor hindurchzuleiten.
Bei großtechnischen chemischen Produktionsanlagen soll aus wirtschaftlichen Gründen häufig eine große Rohrbündelreaktoreinheit mit möglichst vielen Reaktionsrohren eingesetzt werden. Große Rohrbündelreaktoren überschreiten jedoch hinsicht lich Abmessungen und/oder Gewicht die Grenzen der Transportfähigkeit. Die aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen zur Ausbildung von Baugruppen sind für Rohrbündelreaktoren mit Druckflüssigkeitskühlung nicht geeignet. Darüber hinaus ist es ebenfalls aus Transport- aber auch aus Montagegründen wünschenswert, dass solche Rohrbündelreaktoren bzw. -reaktoranordnungen an sich kompakt ausgebildet sind und möglichst wenig Zubehöreinrichtungen benötigen.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Rohrbündelreaktoreinheit mit Druckflüssigkeitskühlung und großer Kapazität für katalytische Gas- und/oder Flüssigphasenreaktionen bereit zu stellen, die in ihrer Kapazität nicht durch Transport- und/oder Montageprobleme begrenzt ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Satz vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Die Aufgabe wird bei einem Rohrbündelreaktor der eingangs genannten Art auch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 21 gelöst.
Ferner wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art die Aufgabe auch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 30 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind druckflüssigkeitsgekühlte Rohrbündelreaktoreinheiten transportabel, die größere Kapazitäten aufweisen als die bisher aufgrund ihrer Abmessungen und/oder Gewichte transportierbaren Rohrbündelreak toreinheiten, und können unter Baustellenbedingungen bei Einhaltung von Qualitätsanforderungen montiert werden, die einer kompletten werkseitigen Fertigung und Montage entsprechen.
Unter Baustellenbedingungen ist im Rahmen dieser Erfindung zu verstehen, dass das Schweißen von dicken Blechen, wie z. B. von Rohrböden, mit Wandstärken größer 38 mm nicht möglich ist, da solche Bleche nach den derzeit gültigen Vorschriften wärmebehandelt werden müssen. Da z. B. in die Rohrböden jedoch die Reaktionsrohre bereits eingeführt und verschweißt sind, ist eine Wärmebehandlung der Rohrböden nicht möglich.
Ein erfindungsgemäßer Satz vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen weist für das Rohrbündel und die daran befestigten Rohrböden ausschließlich Baugruppen auf, die von dem Reaktormantel und den Reaktorhauben getrennt sind. Das heißt, der Reaktormantel und die Reaktorhauben bilden Baugruppen, die keinerlei Teile des Rohrbündels und der Rohrböden enthalten. Auf diese Weise ist es möglich, den Reaktormantel und die Reaktorhauben erforderlichenfalls auf der Baustelle zunächst für sich aus Unterbaugruppen zusammenzusetzen, ohne dass durch erforderliche Montageschweißnähte am Reaktormantel und den Reaktorhauben das Rohrbündel und die Rohrböden in Mitleidenschaft gezogen werden. Denn der Reaktormantel und die Reaktorhauben weisen in der Regel solche Dicken auf, dass sie nach dem Schweißen wärmebehandelt werden müssen. Angrenzende oder dicht benachbarte Rohrböden würden durch die thermische Belastung verformt werden und müssten ihrerseits wieder wärmebehandelt werden, was jedoch auf der Baustelle nicht möglich ist oder wirtschaftlich nicht zu vertreten ist.
Dabei bilden Reaktormantel und eine Reaktorhaube, beispielsweise die untere Reaktorhaube, mindestens eine Mantel/Hauben-Baugruppe und die andere Reaktorhaube, beispielsweise die obere Reaktorhaube, mindestens eine Hauben-Baugruppe. Mindestens eine dieser Baugruppen weist für die mindestens eine bzw. für jede Rohrbündel-Baugruppe Unterstützungseinrichtungen auf, die die Rohrbündel-Baugruppen) vertikal abstützen, ohne dass die Verbindung Rohrbündel bzw. Rohrboden mit Reaktormantel und Reaktorhauben irgendeine nachträgliche Wärmebehandlung der verbundenen Bauteile erfordert. Bevorzugte Ausgestaltungen der Rohrbündel-Baugruppen bzw. -Unterbaugruppen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 sowie in 4 angegeben bzw. dargestellt. Beispiele für konstruktive Ausgestaltungen solcher Verbindungen bzw. vertikalen Abstützungen sind in den Unteransprüchen 7 bis 12 und 14 bis 17 sowie in den 2a–d, 5a + b und 6a–d angegeben bzw. dargestellt.
Darüber hinaus sind erfindungsgemäß die mindestens eine Mantel/Hauben-Baugruppe und/oder die Rohrböden mit Dichtungseinrichtungen versehen, die im zusammengesetzten Zustand der Baugruppen auf der den Reaktionsrohren abgewandten Seiten der Rohrböden und/oder an deren Umfangsrändern am Reaktormantel bzw. an den Rohrböden druckdicht befestigbar sind, wobei die Dichtungseinrichtungen aufgrund ihrer Ausbildung und Anordnung zum einen druckdicht und zum anderen ohne nachträgliche Wärmebehandlung der Rohrböden befestigbar sind. Beispiele für konstruktive Ausgestaltungen solcher Dichtungseinrichtungen sind in den Ansprüchen 18 bis 20 und in den 2a–d und 3a–d angegeben bzw. dargestellt. Auf diese Weise kann unter Baustellenbedingungen nach dem Einsetzen der Rohrbündel-Baugruppe(n) in die Mantel/Hauben-Baugruppe ein Druckbehälter bzw. -raum zwischen Rohrböden und Reaktormantel und damit auch ein zweiter Druckraum zwischen den Rohrböden, den Reaktorhauben und den Reaktionsrohren ausgebildet werden. Es sind somit zwei direkt zur Umgebung abgedichtete Druckräume vorhanden, wodurch eine Schwimmkopf-Lösung und der damit verbundene erhebliche Aufwand vermieden wird.
Im zusammengesetzten Zustand aller Baugruppen kann der Abstand der Trennfuge, d. h. der Montageschweißnaht, zwischen der Mantel/Hauben- und der Hauben-Baugruppe zum nächstliegenden Rohrboden gegenüber konventionellen Bauarten geringer sein, da die Dichtungseinrichtungen die thermischen Belastungen, die bei der Wärmebehandlung der Montageschweißnaht auftreten, nur in geringem Maße auf den Rohrboden übertragen können.
Die Rohrbündel-Baugruppen sind auf Unterstützungseinrichtungen vertikal gestützt, die am Reaktormantel angebracht sind, und/oder liegen auf Unterstützungseinrichtungen auf, die beispielsweise als radial verlaufende Rippen oder zentraler Auflagerring ausgebildet sind, wobei die Rippen längs der Teilungsränder der Rohrbündel-Baugruppen oder im Innenbereich von deren Rohrbodenabschnitten verlaufen können. Die Rohrbündel-Baugruppen können an ihrem unteren und/oder oberen Rohrbodenabschnitt abgestützt sein. Es ist auch denkbar, dass die Rohrbodenabschnitte an ihren Teilungsrändern vertikale Flansche aufweisen, die miteinander kräfte- und momentensteif verschraubt sind. In jedem Fall sind die Rohrbodenabschnitte der Rohrbündel-Baugruppen lediglich durch Montage-Dichtungsschweißnähte miteinander oder mit der Unterstützungseinrichtung verschweißt, sodass eine Wärmebehandlung der Rohrbodenabschnitte nach deren Verschweißen nicht erforderlich ist.
Ein erfindungsgemäßer Satz vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen ist somit unter Baustellenbedingungen zu einem Rohrbündelreaktor zusammenfügbar, der die Qualitätsstandards bezüglich Schweißtechnik, Prozesstechnik und Handhabung eines vollständig werkseitig montierten Rohrbündelreaktors erfüllt. Die Baugruppen des Rohrbündelreaktors können dabei auch an unterschiedlichen Standorten hergestellt und anschließend getrennt zur Baustelle transportiert werden.
Als wesentliche Montageschritte werden zunächst eventuelle Mantelschüsse bzw. -Baugruppen und die untere Haube auf der Baustelle miteinander verschweißt und wärmebehandelt. Danach werden einzeln die Rohrbündel-Baugruppen in den Reaktormantel eingeführt und miteinander und mit dem Reaktormantel verbunden. Abschließend wird die obere Haube an den Reaktormantel angeschlossen. Hier ist ein Schweißen und Wärmebehandeln der entsprechenden Schweißnähte problemlos möglich, da der obere Rohrboden keinen direkten Kontakt zu dieser Montageschweißnaht hat.
Nachfolgend werden die Fertigungs- und Montageschritte eines erfindungsgemäßen Satzes vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen detaillierter beschrieben.
Werkseitig können beispielsweise folgende Baugruppen montagefertig, d. h. fertig geschweißt und wärmebehandelt, vorbereitet sein:

– mehrere Rohrbündel-Baugruppen, deren Reaktionsrohre an ihren Enden in die zugehörigen Rohrbodenabschnitte eingeschweißt sind, wobei die unteren und/oder oberen Rohrbodenabschnitte Dichtungseinrichtungen zum Anschluss an den Reaktormantel aufweisen;
– untere Reaktorhaube mit Stutzen, Standzargenanschluss, zylindrischem Anschlussstück, Rohrbodenunterstützungen (z. B. Rippen), Auflagerring für Rohrbodenabschnitte bzw. -Teilstücke, Wärmeträgerzuleitung;
– mehrere Baugruppen (Schüsse) des Reaktormantels, teils mit Dichtungseinrichtungen zum Anschluss an einen Rohrboden;
– obere Reaktorhaube mit Stutzen;
– Dampfaustrittsrohr mit Kompensator;
– Standzargenunterteil.

Sämtliche werkseitig montagefertig vorbereiteten Baugruppen werden zur Baustelle transportiert. Dort wird beispielsweise in folgenden Schritten montiert:

– Der erste Mantelschuss wird mit der unteren Reaktorhaube in horizontaler Ausrichtung verschweißt.
– Nacheinander werden die weiteren Mantelschüsse in gleicher Ausrichtung montiert und verschweißt.
– Das Standzargenunterteil wird an den Standzargenanschluss der nun fertiggestellten, noch liegenden Mantel/Hauben-Baugruppe montiert und verschweißt.
– Die Mantel/Haubenbaugruppe mit angeschlossenem Standzargenunterteil wird als Ganzes komplett wärmebehandelt.
– Die Mantel/Hauben-Baugruppe mit Standzarge wird auf einem Fundament vertikal aufgestellt und befestigt.
– Die einzelnen Rohrbündel-Baugruppen werden in den Reaktormantel und die untere Reaktorhaube eingeführt und auf die Unterstützungseinrichtungen aufgelegt.
– Die einzelnen Rohrbündel-Baugruppen werden mit dem Reaktormantel und mit der Wärmeträgerzulaufleitung sowie untereinander druckdicht verschweißt.
– Die Dampfaustrittsleitung einschließlich Kompensator wird im oberen Rohrboden montiert und verschweißt.
– Die obere Reaktorhaube wird mit dem obersten Mantelschuss und der Dampfaustrittsleitung verschweißt und anschließend wärmebehandelt.

Die Reihenfolge der einzelnen Montageschritte kann in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten und speziellen Anforderungen vertauscht werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, transportable Rohrbündelreaktoren mit großer Kapazität bereitzustellen, auch dadurch gelöst, dass ein Rohrbündelreaktor bei gleicher Kapazität wie bekannte transportable Reaktoren kompakter ausgebildet ist, sodass er andererseits bei gleichen Abmessungen wie solche bekannte Reaktoren eine größere Kapazität aufweist. Erfindungsgemäß wird dies nach Anspruch 21 dadurch erreicht, dass mindestens ein Rohr für die Zuleitung und/oder für die Ableitung des Wärmeträgers sich in axialer Richtung durch einen Rohrboden hindurch erstreckt. Dadurch ist ein Zu- und/oder ein Ableitungsrohr in radialer Richtung durch den Reaktormantel hindurch nicht mehr erforderlich, sodass sich die radialen Abmessungen des Rohrbündelreaktors wesentlich verringern.
Soll die Kapazität eines solchen Rohrbündelreaktors soweit vergrößert werden, dass er als werkseitig fertig montierter Reaktor nicht mehr transportfähig wäre, so ist er aufgrund seiner erfindungsgemäßen Ausbildung besonders zur Aufteilung in einen erfindungsgemäßen Satz vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen geeignet, da die die Rohrböden durchlaufenden Zu- oder Ableitungsrohre gleichzeitig als vertikale Unterstützungseinrichtungen für Rohrbündel-Baugruppen ausgebildet werden können. Hierzu wird auf die vorstehende Beschreibung der vertikalen Abstützung der Rohrbündel-Baugruppen Bezug genommen.
Die auf der Baustelle fertig zusammengefügten Rohrbündel-Baugruppen bilden eine gemeinsame Funktionseinheit, die von einem gemeinsamen Wärmeträgerraum umgeben ist. Vorzugsweise wird der in den Mantelraum eintretende flüssige Wärmeträger durch rohrfreie Gassen gleichmäßig verteilt und/oder gesammelt, die besonders bevorzugt sternförmig von den Zu- und/oder Ableitungsrohren für den Wärmeträger aus verlaufen. Weitere Maßnahmen zur Verteilung des in den Mantelraum des Reaktors eintretenden flüssigen Wärmeträgers können wie im Stand der Technik bekannt ausgeführt werden.
Darüber hinaus kann bei einem zumindest teilweise verdampfenden Wärmeträger ein sich durch den oberen Rohrboden hindurch erstreckendes Ableitungsrohr für das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch ohne weiteres als Abstützung für eine über der oberen Reaktorhaube angeordnete Dampftrommel ausgebildet sein. Hierdurch wird der Bauraum für die Dampftrommel reduziert, da eine Abstützung auf der Außenseite des Reaktormantels nicht erforderlich ist.
In bevorzugten Ausführungsformen kann dabei nur ein Zu- und/oder Ableitungsrohr zentral angeordnet sein, oder es können zwei oder mehrere Zu- und/oder Ableitungsrohre symmetrisch zur Reaktorachse dezentral angeordnet sein. In jedem Fall können sie als Unterstützungseinrichtungen für die Rohrbündel-Baugruppen ausgebildet sein.
Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe, eine transportable Rohrbündelreaktoreinheit mit großer Kapazität zur Verfügung zu stellen, erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 30 gelöst. Dadurch, dass die Gaseintritts- und die Gasaustrittshauben benachbarter Rohrbündelreaktoren jeweils über kurze Rohrleitungen miteinander verbunden sind, ist nicht für jeden Rohrbündelreaktor eine eigene externe Gaszuführungs- und Gasabführungsleitung notwendig. Auf diese Weise können die Rohrbündelreaktoren äußerst dicht nebeneinander gestellt werden. Darüber hinaus ist über den oberen Reaktorhauben eine gemeinsame Dampftrommel angeordnet, die mit jedem Rohrbündelreaktor d. h. mit deren jeweiligem Druckbehälter für den Wärmeträger, in Strömungsverbindung steht. Insgesamt benötigt die Anordnung durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen seitlich neben den Rohrbün delreaktoren, d. h. in horizontaler Richtung, deutlich weniger Bauraum als bekannte Anordnungen von Rohrbündelreaktoren.
Die einzelnen Rohrbündelreaktoren können hinsichtlich ihrer Abmessungen und Gewichte jeweils so ausgelegt sein, dass sie als werkseitig komplett montierter Rohrbündelreaktor noch transportabel sind. Auf der Baustelle werden sie zu der erfindungsgemäßen Anordnung zusammengesetzt und bilden so im Verbund eine Reaktoreinheit mit großer Kapazität.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Gaszu- und die Gasableitungsrohre sowie die kurzen Rohrleitungen zwischen den Reaktorhauben eine Querschnittsgröße auf, die der eines Mannloches entspricht. Auf diese Weise ist die Begehbarkeit der Reaktorhauben zu Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten gewährleistet, ohne dass jede Reaktorhaube mit einem eigenen Zugangsstutzen versehen sein muss.
Vorteilhafterweise ist die Dampftrommel mit jedem Rohrbündelreaktor über mindestens eine Steigleitung und über Fallleitungen verbunden. Die Steigleitungen dienen dabei wieder als Abstützungen für die Dampftrommel. Über die Fallleitungen kann der flüssige Wärmeträger aus der Dampftrommel den Rohrbündelreaktoren direkt wieder zugeführt werden.
In günstiger Weiterbildung der Erfindung sind sämtliche Rohrbündelreaktoren zu einer mechanischen Einheit aneinander befestigt und stehen sie auf einer gemeinsamen Unterkonstruktion. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform sind sämtliche Rohrbündelreaktoren von einer gemeinsamen Isolierhülle umgeben. Mit diesen Maßnahmen kann der Aufwand für die Befestigung und Lagerung sowie Isolierung der Rohrbündelreaktoren möglichst gering gehalten werden.
Vorteilhafterweise sind sämtliche Rohrbündelreaktoren einer erfindungsgemäßen Anordnung Rohrbündelreaktoren der weiter oben beschriebenen Art.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
1a in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Baugruppensatz mit einer Mantel/Hauben-Baugruppe, einer Rohrbündel-Baugruppe und einer Hauben-Baugruppe, wobei jede Baugruppe im Längsschnitt dargestellt ist;
1b die Baugruppen aus 1a im zu einem Rohrbündelreaktor zusammengesetzten Zustand;
2a–2d Längsschnitte durch 4 Ausführungsbeispiele für Einrichtungen zur Unterstützung des Umfangsrands eines Rohrbodens, mit starrer druckdichter Verbindung zwischen Rohrboden und Reaktormantel;
3a–3d Längsschnitte durch 4 Ausführungsbeispiele für elastisch verformbare Dichtungseinrichtungen;
4 in einer Perspektivansicht eine sektorförmige Rohrbündel-Baugruppe;
5a einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine als Rippen ausgebildete Unterstützungseinrichtung, längs Linie Va-Va in 5b;
5b eine Querschnittsansicht der Unterstützungseinrichtung aus 5a, längs Linie Vb-Vb in 5a;
6a–6d Längsschnitte durch 4 Ausführungsbeispiele für Unterstützungseinrichtungen längs Tei lungsrändern von Rohrbündel-Baugruppen, mit druckdichten Verbindungen zwischen den Rohrbündel-Baugruppen;
7 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine kräfte- und momentensteife Verbindung von Teilungsrändern von Rohrbündel-Baugruppen;
8 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Rohrbündelreaktor, mit zentralen axialen Zu- und Ableitungsrohren für den Wärmeträger;
9 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Rohrbündelreaktor, mit zentralen axialen Zu- und Ableitungsrohren für den Wärmeträger;
10a einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Rohrbündelreaktor, mit jeweils 4 dezentral symmetrisch angeordneten Zu- und Ableitungsrohren für den Wärmeträger;
10b einen Querschnitt durch den Rohrbündelreaktor aus 10a, längs Linie Xb-Xb in 10a;
11 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Rohrbündelreaktor, mit Dampftrommel;
12a einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung von Rohrbündelreaktoren, längs Linie XIIa-XIIa in 12b;
12b eine Draufsicht auf die Anordnung von 12a, längs Linie XIIb-XIIb;
13a einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße An ordnung von Rohrbündelreaktoren, längs Linie XIIIa-XIIIa in 13b, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die beiden jeweils ganz außen stehenden Rohrbündelreaktoren dargestellt sind; und
13b eine Draufsicht auf die Anordnung aus 13a, längs Linie XIIIb-XIIIb.
In 1a ist ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Satz 1 vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen 2, 3, 4 dargestellt, die zu dem in 1b dargestellten Rohrbündelreaktor 5 zusammenbaubar sind.
Der fertig montierte Rohrbündelreaktor 5 kann zur Durchführung katalytischer exothermer oder endothermer Gas- und/oder Flüssigphasenreaktionen ausgelegt sein. Er weist ein Bündel 6 vertikaler, katalysatorgefüllter Reaktionsrohre 7 auf. Die oberen Enden 8 der Reaktionsrohre 7 sind in einem oberen Rohrboden 9 druckdicht, d. h. auch gas- und flüssigkeitsdicht, befestigt. Die unteren Enden 10 der Reaktionsrohre 7 sind in einem unteren Rohrboden 11 druckdicht befestigt. Dabei erstrecken sich die Reaktionsrohre 7 durch den jeweiligen Rohrboden 9, 11 hindurch bevorzugt bis zu dessen den Reaktionsrohren 7 abgewandten Seite 12, 13. Die Enden 8, 10 der Reaktionsrohre 7 sind offen und an ihren Stirnseiten bzw. Außenseiten 14 mit den Rohrböden 9, 11 verschweißt.
Die Reaktionsrohre 7 haben in der Regel Außendurchmesser im Bereich zwischen 15 mm und 60 mm und Wandstärken zwischen 1 mm und 3 mm. Die im Rahmen dieser Erfindung eingesetzten Reaktionsrohre 7 haben bevorzugte Längen im Bereich zwischen 6 Meter und 15 Meter. In den Figuren sind die Längen und Durchmesser nicht maßstäblich dargestellt.
Das Rohrbündel 6 ist von einem zylindrischen Reaktormantel 15 umschlossen, der mit den Rohrböden 9, 11 druckdicht verbunden ist. Die Mittenachse ist mit 16 bezeichnet. Reaktormantel 15 und Rohrböden 9, 11 bilden auf diese Weise miteinander einen Druckbehälter 17 aus. Der untere Rohrboden 11 liegt mit seinem Umfangsrand 18 auf einer Unterstützungseinrichtung 19 auf, in 1a und 1b ein Auflagerring 19a, der an der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 befestigt ist. Der obere Rohrboden 9 wird ausschließend von den Reaktionsrohren 7 gestützt und ist somit axial beweglich gelagert.
Der Reaktormantel 15 weist radial sich erstreckende Zuleitungsstutzen 21 und Ableitungsstutzen 22 für einen flüssigen Wärmeträger 23 auf. Der Wärmeträger 23 wird mit Überdruck in den von Reaktormantel 15 und Rohrböden 9, 11 gebildeten Druckbehälter 17 eingeleitet, umspült dort die Reaktionsrohre 7 und kann dabei teilweise verdampfen. Durch die Ableitungsstutzen 22 wird der Wärmeträger 23 abgeführt.
Jeder Rohrboden 9, 11 wird von einer Reaktorhaube 24, 25 überspannt, die mit den Reaktionsrohren 7 über deren offene Enden in 8, 10 Strömungsverbindung stehen. Dabei bildet eine der Reaktorhauben 24, 25, im dargestellten Beispiel die untere 25, eine Gaseintrittshaube und die andere Reaktorhaube 24 eine Gasaustrittshaube aus. Die Reaktorhauben 24, 25 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel einen zentralen Gaseintritts- bzw. einen zentralen Gasaustrittsstutzen 27, 26 für ein Reaktionsgas 28 auf. Ferner weisen sie jeweils einen dezentral angeordneten wiederverschließbaren Zugangsstutzen 29 auf, dessen Öffnungsweite der eines Mannloches entspricht.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Baugruppen 2, 3, 4 ausgebildet, die werkseitig vorgefertigt werden und auf der Baustelle – d. h. am endgültigen Aufstellungsort des Rohr bündelreaktors 5 – zu dem kompletten betriebsfähigen Rohrbündelreaktor 5 zusammenbaubar sind.
Wesentlich bei der Aufteilung in Baugruppen ist, dass die Reaktionsrohre 7 mit den daran befestigten Rohrböden 9, 11 und eventuell weiteren daran befestigten Elementen, wie. z. B. Haltescheiben, immer von Reaktormantel 15 und Reaktorhauben 24, 25 getrennte Baugruppen ausbilden.
Zu den Baugruppen gehört eine Mantel/Hauben-Baugruppe 2. Sie enthält den Reaktormantel 15 und die an diesem befestigte untere Reaktorhaube 25. In der unteren Reaktorhaube 25 sind Gasverteilungseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik angeordnet. An der unteren Reaktorhaube 25 sind auch bereits der Gaseintrittsstutzen 27 und der Zugangsstutzen 29 befestigt. Ferner sind an der Außenseite der Reaktorhaube 25 Stützeinrichtungen 30 befestigt, die an eine Unterkonstruktion angeschlossen werden können und den kompletten Rohrbündelreaktor 5 abstützen.
Der Reaktormantel 15 weist bereits die Zuleitungs- und Ableitungsstutzen 21, 22 für den Wärmeträger 23 auf. Ferner sind an der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 nahe der unteren Reaktorhaube 25 der umlaufende Auflagerring 19a, auf den der untere Rohrboden 11 auflegbar ist, und an dem Auflagerring 19a Dichtungseinrichtungen 31 befestigt, die mit dem unteren Rohrboden 11 druckdicht verbindbar sind. Diese Dichtungseinrichtungen 31 sind als in radialer Richtung flexible Lasche 32 ausgebildet und werden in Verbindung mit 3c näher beschrieben.
Zu dem Baugruppensatz gehört ferner eine Rohrbündel-Baugruppe 3. Sie enthält das Rohrbündel 6 mit den beiden daran befestigten Rohrböden 9, 11. Der untere Rohrboden 11 weist an sei nem Umfangsrand 18 eine Schulter 33 auf, mit der er auf den Auflagerring 19a der Mantel/Hauben-Baugruppe 2 auflegbar ist. Auf der dem Rohrbündel 6 abgewandten Oberseite 12 des oberen Rohrbodens 9 sind als Dichtungseinrichtungen 31 bogenförmige Bleche 34 druckdicht befestigt, mit denen der obere Rohrboden 9 mit der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 wiederum druckdicht verbindbar ist.
Die Dichtungseinrichtungen 31 sind radial elastisch verformbar, sodass sie unterschiedlichen radialen Wärmeausdehnungen von Rohrboden 9, 11 und Reaktormantel 15 folgen können.
Als dritte Baugruppe gehört zu dem dargestellten Baugruppensatz eine Hauben-Baugruppe 4, die die obere Reaktorhaube 24 enthält. An der oberen Reaktorhaube 24 sind bereits der Gasaustrittsstutzen 26 sowie ebenfalls ein Zugangsstutzen 29 befestigt.
Im Folgenden wird der Zusammenbau der drei oben beschriebenen Baugruppen 2, 3, 4 zu dem kompletten Rohrbündelreaktor 5 beschrieben:
Zunächst wird die Mantel/Hauben-Baugruppe 2 vertikal aufgerichtet, wobei die untere Reaktorhaube 25 das untere Ende ausbildet. In das obere offene Ende des Reaktormantels 15 wird dann die Rohrbündel-Baugruppe 3 eingesetzt, wobei der untere Rohrboden 11 das untere Ende der Rohrbündel-Baugruppe 3 bildet. Die Rohrbündel-Baugruppe 3 wird bis zur Anlage der Schulter 33 des unteren Rohrbodens 11 an dem Auflagerring 19a der Mantel/Hauben-Baugruppe 2 in diese eingeführt. Dann werden mittels Montageschweißnähten 35 die unteren Dichtungseinrichtungen 32 mit der dem Rohrbündel 6 abgewandten Unterseite 13 des unteren Rohrbodens 11 druckdicht verschweißt und mittels Montagesschweißnähten 36 die am oberen Rohrboden 9 be festigten Dichtungseinrichtungen 34 druckdicht mit der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 verschweißt. Schließlich wird die Hauben-Baugruppe 4 auf den oberen Rand 37 des Reaktormantels 15 aufgesetzt und mit diesem ebenfalls mittels einer Montageschweißnaht 38 verschweißt.
Der Auflagerring 19a nimmt die gesamte vertikale Last ausschließlich über den Kontakt unterer Rohrboden 11/Auflagerring 19a auf, sodass keine weiteren Befestigungseinrichtungen oder -maßnahmen zur Lastabtragung notwendig sind, insbesondere keine Verschweißung über die gesamte Rohrbodendicke, die dessen Wärmebehandlung nach einer solchen Verschweißung erfordern würde. Die oben beschriebenen Montageschweißnähte 35, 36 an den Dichtungseinrichtungen 31, 32, 34 sind lediglich Dichtnähte zur Ausbildung eines Druckbehälters 17 zwischen Rohrböden 9, 11 und Reaktormantel 15 und können daher mit einer relativ geringen Dicke ausgeführt werden, die gemäß den einschlägigen Vorschriften keine nachträgliche Wärmebehandlung der angeschlossenen Bauteile erfordert. Die Montageschweißnaht 38 zwischen Hauben-Baugruppe 4 und Mantel/Hauben-Baugruppe 2 kann erforderlichenfalls ohne weiteres wärmebehandelt werden, da der obere Rohrboden 9 keinen direkten Kontakt zu dieser Montageschweißnaht 38 hat.
Die 2a bis 2d zeigen weitere Ausführungsbeispiele für Unterstützungseinrichtungen 19 zur vertikalen Abstützung der Rohrbündel-Baugruppe 3 durch die Mantel/Hauben-Baugruppe 2, d. h. am Umfangsrand 18 des unteren oder des oberen Rohrbodens 11, 9. Sämtliche in den 2a bis 2d dargestellten zugehörigen druckdichten Verbindungen zwischen Rohrboden 9, 11 und Reaktormantel 15 sind ausschließlich als Schweißnähte ausgeführt und daher nicht elastisch.
2a zeigt eine Vertikalkräfte übertragende Montageschweißnaht 39 zwischen dem unteren Rohrboden 11 und dem Reaktormantel 15. Dazu ist am Umfangsrand 18 des Rohrbodens 11 ein sich radial erstreckender Flansch 40 ausgebildet, dessen Dicke gegenüber der Dicke des Rohrbodens 11 soweit reduziert ist, dass gemäß den einschlägigen Vorschriften, z. B. den AD-Merkblättern, eine Wärmebehandlung des Rohrbodens 11 nach dem Schweißen nicht notwendig ist. Gegenüber dem Rohrboden-Flansch 40 ist an der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 ebenfalls ein Flansch 41 ausgebildet, dessen Dicke der des Rohrboden-Flansches 40 entspricht. Die einander gegenüber liegenden Kanten der Flansche 40, 41 bilden eine sich nach unten öffnende Fuge zur Ausbildung einer V-förmigen Montageschweißnaht 39, sodass die Montageschweißnaht 39 von unten ausgeführt werden kann. Diese kraftübertragende Schweißnaht 39 bildet gleichzeitig die druckdichte Verbindung 31 zwischen Rohrboden 11 und Reaktormantel 15 aus. Die Flansche 40, 41 können bündig mit der Unterseite 13 des Rohrbodens 11 oder mit dessen dem Rohrbündel 6 zugewandter Oberseite 42 ausgebildet sein. Mittels solcher Flansche 40, 41 kann auch der obere Rohrboden 9 mit dem Reaktormantel 15 verschweißt werden und können auch beide Rohrböden 9, 11 eines Rohrbündels 6 mit dem Reaktormantel 15 verschweißt werden.
In dem in 2b dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Auflage eines unteren Rohrbodens 11 ein Auflagerring 19b mit einer nach unten geneigten Unterseite 43 ausgebildet. Die druckdichte Verbindung 31 zwischen Rohrboden 11 und Reaktormantel 15 bzw. Auflagerring 19b erfolgt hier mittels einer Montage-Dichtungsschweißnaht 44 an der Unterseite 13 des Rohrbodens 11.
2c zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Auflagerring 19c und der Umfangsrand 18 des unteren Rohrbodens 11 klauen- bzw. hakenförmig ineinander greifen und somit nicht nur in vertikaler Richtung, sondern auch in radialer Richtung eine formschlüssige Verbindung ausbilden. Die druckdichte Verbindung 31, 44 ist wie in 2b ausgeführt.
Das in 2d dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht hinsichtlich der vertikalen Abstützung im Wesentlichen dem in 1b dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch der Abstand von der Unterseite 13 des unteren Rohrbodens 11 bis zur Unterseite 45 des Auflagerrings 19d kleiner ist. Zur Aufnahme vertikal nach oben gerichteter Kräfte ist hier noch eine Lasche 46 angeordnet, die sowohl an der Unterseite 45 des Auflagerrings 19d als auch an der Unterseite 13 des unteren Rohrbodens 11 anliegt und von einer Schraube 47 durchlaufen wird, die in die Unterseite 13 des Rohrbodens 11 eingeschraubt ist und die Lasche 46 gegen den Auflagerring 19d und den Rohrboden 11 verspannt.
Die 3a bis 3d zeigen weitere Ausführungsbeispiele für in radialer Richtung elastisch verformbare Dichtungseinrichtungen zwischen Rohrboden und Reaktormantel bzw. Reaktorhaube.
3a zeigt die Dichtungseinrichtung 34 aus den 1a und 1b zwischen oberem Rohrboden 9 und Reaktormantel 15 – in 1b als Detail IIIa bezeichnet – in vergrößertem Maßstab. Die Dichtungseinrichtung 34 ist als bogenförmiges Blech ausgebildet, das werkseitig an die Oberseite 12 des Rohrbodens 9 angeschweißt ist und auf der Baustelle nach dem Zusammenfügen der Baugruppen 2, 3, 4 mit dem Reaktormantel 15 mittels Montageschweißnaht 36 verschweißt wird.
3b zeigt eine im Querschnitt ringförmige Dichtungseinrichtung 48, die mittels jeweils eines Befestigungsflansches 49 mit dem Umfangsrand 50 des oberen Rohrbodens 9 und dem Reaktormantel 15 verschweißt ist. Bei dieser Lösung können beide Schweißnähte 51 als Montagesschweißnaht ausgeführt sein.
3c zeigt das Detail IIIc aus 1b in ähnlicher Ausführung in vergrößertem Maßstab. Die Unterstützungseinrichtung 19 ist ein Auflagerring 19a mit geneigter Unterseite 43 (ähnlich 2b), auf dem der untere Rohrboden 11 mittels einer Schulter 33 am Umfangsrand 18 aufliegt. Bei dem in 3c dargestellten Ausführungsbeispiel ist radial einwärts des Auflagerrings 19a eine vertikale Lasche 32 ausgebildet, deren unteres Ende 52 mit dem Auflagerring 19a biegesteif verbunden ist, die eine vorgegebene Länge aufweist, mit einem vorgegebenen radialen Abstand 53 zum Auflagerring 19a angeordnet ist und im zusammengesetzten Zustand von Rohrbündel-Baugruppe 3 und Mantel/Hauben-Baugruppe 2 an ihrem oberen Ende 54 mit der Unterseite 13 des unteren Rohrbodens 11 mittels Montageschweißnaht 35 verschweißbar ist. Aufgrund ihrer freien Länge ist die Lasche 19a in radialer Richtung elastisch biegbar.
Das in 3d dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Dichtungseinrichtung 31 entspricht im Wesentlichen dem in 3a gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch der obere Rohrboden 9 mit einer Schulter 55 am Umfangsrand 50 auf einem Auflagerring 19e aufliegt und die Dichtungseinrichtung 31 als L-förmiges Blech 56 ausgebildet ist. Der lange Schenkel 56a ist werkseitig mit der Oberseite 12 des Rohrbodens 9 verschweißt und verläuft in vertikaler Richtung. Der kurze Schenkel 56b wird nachdem Zusammenfügen der Baugruppen 2, 3, 4 mittels einer Montageschweißnaht 57 mit dem Reaktormantel 15 verschweißt.
Die Ausführungsbeispiele für Dichtungseinrichtungen 31 gemäß den 3a, 3b und 3d können – in einer um eine horizontalen Achse gespiegelten Ausführungsform – auch bei unteren Rohrböden 11 verwendet werden.
Statt der oben beschriebenen drei Baugruppen 2, 3, 4 kann ein erfindungsgemäßer Baugruppensatz 1 auch mehr Baugruppen aufweisen. So können aus Reaktormantel 15 und einer Reaktorhaube 24, 25, aus dem Rohrbündel 6 mit den daran befestigten Rohrböden 9, 11 sowie aus der zweiten Reaktorhaube 25, 24 statt jeweils eine Baugruppe jeweils mehrere Baugruppen gebildet sein.
4 zeigt eine Rohrbündel-Baugruppe 100, die aus einer Teilung des Rohrbündels 6 und der daran befestigten Rohrböden 9, 11 in mehrere Baugruppen entstanden ist. Das Rohrbündel 6 ist längs Teilungsebenen 101 geteilt, die parallel zu den Reaktionsrohren 7 verlaufen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Teilungsebenen 101 in radialer Richtung und enthalten alle die Mittelachse 16 des Rohrbündels 6. Die Rohrbündel-Baugruppen 100 sind daher sektorförmig ausgebildet.
Die radial verlaufenden Ränder 102 der Rohrböden 9, 11 bilden die Teilungsränder der Rohrbündel-Baugruppe bzw. des Rohrbündel-Sektors 100. Sie schließen im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkel von 45° ein, sodass das Rohrbündel 6 aus acht solcher Rohrbündel-Sektoren 100 zusammensetzbar ist.
Die in Umfangsrichtung außen liegenden Reaktionsrohre 7 solcher Rohrbündel-Baugruppen 100 weisen in Umfangsrichtung einen vorgegebenen Abstand zu den benachbarten Teilungsrändern 102 der Rohrbodensektoren 103, 104 auf. Auf diese Weise sind im zusammengesetzten Zustand der Rohrbündel-Sektoren 100 längs der Teilungsränder 102 der Rohrbodensektoren 103, 104 rohrfreie Gassen 105 ausgebildet, die einen Freiraum zur druckdichten Verbindung der Rohrbündel-Sektoren 100 miteinander schaffen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich in jedem Rohrbündel-Sektor 100 zwischen den Rohrbodenabschnitten bzw. -sektoren 103, 104 quer zu den Reaktionsrohren 7 vier Haltescheiben 106, die ebenfalls sektorförmig ausgebildet sind, von den Reaktionsrohren 7 durchlaufen werden und mit diesen verbunden sind. Die Haltescheiben 106 verhindern das Ausknicken der Reaktionsrohre 7.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 4 nur ein Reaktionsrohr 7 dargestellt und in den Haltescheiben 106 Durchtrittsöffnungen für den Wärmeträger 23 nicht dargestellt.
Dazu sind in jedem Rohrbündel-Sektor 100 die benachbarten Haltescheiben 106 miteinander und die Rohrböden 103, 104 mit der jeweils benachbarten Haltescheibe 106 mittels vertikaler Bleche 107 schub- und biegefest, insbesondere in der Blechebene, verbunden. Die Bleche 107 zwischen den Rohrböden 103, 104 und den jeweils benachbarten Haltescheiben 106 sind perforiert, um einen Durchtritt des Wärmeträgers zu ermöglichen. Die vertikalen Bleche 107 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den in Umfangsrichtung außen liegenden Reaktionsrohren 7 und den Radialrändern 102 der Rohrboden- bzw. der Haltescheibensektoren 103, 104, 106 angeordnet. Diese Bleche 107 sind auch gegen Stabilitätsversagen, wie z. B. Knicken und Beulen, ausgelegt und bilden eine Lagesicherung für die Haltescheiben 106, die wiederum aufgrund ihrer Verbindung mit den Reaktionsrohren 7 deren Knicken verhindern.
Radial innen weisen die sektorförmigen Rohrböden 103, 104 und Haltescheiben 106 einen konkaven kreisbogenförmigen Rand 108 auf. Dieser kreisbogenförmige Innenrand 108 der Rohrbodensektoren 103, 104 ist zur Anlage und Befestigung an einer zentralen Stütze oder an einem zentralen Stutzen vorgesehen.
In 4 sind an den Rohrbodensektoren 103, 104 keine Einrichtungen zur Auflage auf Unterstützungseinrichtungen dargestellt (wie beispielsweise eine Schulter am Umfangsrand wie bei der Rohrbündel-Baugruppe aus 1a) und auch keine Dichtungseinrichtungen. 4 soll nur ein schematisches Ausführungsbeispiel für eine sektorförmige Ausbildung einer Rohrbündel-Baugruppe 100 darstellen.
Die 5a und 5b zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine rippenförmige Unterstützungseinrichtung 109. Dort ist ein rechteckiges Rippenkreuz ausgebildet, auf dem vier sektorförmige Rohrbündel-Baugruppen 100 mit ihren unteren sektorförmigen Rohrböden bzw. Rohrbodenabschnitten 104 aufliegen, wobei hier der Sektorwinkel 90° beträgt. Die Rippen 109 sind in Form eines umgedrehten T ausgebildet, wobei der freie Rand 110 des Steges 111 die Auflagerfläche für die unteren Rohrböden 104 der Rohrbündel-Baugruppe 100 ausbildet. Das Rippenkreuz ist mit der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 verschweißt.
Ferner ist noch ein umlaufender Auflagerring 112 an der Innenwand 20 des Rektormantels 15 angebracht, auf dem die unteren Rohrböden 104 ebenfalls aufliegen. Diese weisen an ihren Teilungsrändern 102 und an ihren Umfangsrändern 18 Schultern 113, 33 auf, mit denen sie zur vertikalen Abstützung auf den Rippen 109 und dem Auflagerring 112 aufliegen. An ihren Unterseiten 114 sind die unteren Rohrböden 104 mit dem Auflagerring 112 und den Rippen 109 mit Montage-Dichtungsschweiß nähten 115, 116 verschweißt, die im vorliegenden Fall die druckdichten Verbindungen der Rohrbündel-Baugruppen 100 untereinander sowie mit dem Reaktormantel 15 ausbilden.
Die Rohrbündel-Baugruppen 100 weisen keine Teile auf, die die Teilungsebenen 101 durchstoßen, d. h. in den Bauraum einer benachbarten Rohrbündel-Baugruppe 100 hineinragen. Daher können die einzelnen Rohrbündel-Baugruppen bzw. -Sektoren 100 nacheinander von oben in den bereits montierten Reaktormantel 15 eingesetzt und auf das Rippenkreuz 109 aufgelegt werden.
Aus 5a sind auch die ausgebildeten rohrfreien Gassen 105 ersichtlich, die entsprechend dem Rippenkreuz 109 ebenfalls kreuzförmig verlaufen. Dabei ist der Abstand der in Umfangsrichtung außen liegenden Reaktionsrohre 7 zum Teilungsrand 102 der Rohrbodensektoren 104 so ausgelegt, dass die Reaktionsrohre 7 im auf das Rippenkreuz 109 aufgelegten Zustand der Rohrbündel-Baugruppen 100 an den Stegen 111 vorbeilaufen.
5b zeigt den kreuzförmigen Verlauf der Stege 111 und Flansche 117 des Rippenkreuzes 109.
In den 6a bis 6d sind einige Ausführungsbeispiele für die Verbindung von Rohrbündel-Baugruppen 100 miteinander und/oder mit einer rippenförmigen Unterstützungseinrichtung 109 dargestellt.
6a zeigt die Auflage unterer Rohrbodensektoren 104 auf dem oberen Flansch 118 einer T-förmigen Unterstützungsrippe 119. Der Teilungsrand 102 der Rohrbodensektoren 104 weist eine Schulter 113 auf, die auf der Oberseite 120 des Flansches 118 aufliegt. Die Schultern 113 sind mit dem Flansch 118 verschraubt, wobei die Schraube 121 den Flansch 118 jeweils von unten durchläuft und in einem Sackloch 122 in der Schulter 113 des Rohrbodensektors 104 verschraubt ist. Ferner ist die Unterseite 114 des Rohrbodensektors 104 mit dem Seitenrand 123 des Flansches 118 mittels Montageschweißnaht 124 verschweißt.
6b zeigt eine ähnliche Unterstützungseinrichtung, jedoch für die oberen Rohrbodensektoren 103. Die Rohrbodensektoren liegen mit der Schulter 125 auf der Oberseite 126 eines verbreiterten Kopfes 127 einer Rippe 128 auf. Ein Schraubbolzen 129 durchläuft die Schulter 125 von oben und ist in einem Sackloch 130 im Rippenkopf 127 verschraubt und mit der Oberseite 131 des Rohrbodensektors 103 mittels Montageschweißnaht 132 druckdicht verschweißt. Die Teilungsränder 102 der Rohrbodensektoren 103 sind mittels einer Montageschweißnaht 133 miteinander druckdicht verschweißt.
Bei dem in 6c dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die oberen Rohrböden 103 der Rohrbündel-Baugruppen 100 wieder mit einer Schulter 125 auf einer Rippe 134 auf und sind auf ihrer Oberseite 131 mittels eines U-förmigen 135 Bauteils 135 druckdicht miteinander verbunden, das die Fuge zwischen den Rohrbodenabschnitten 103 überbrückt und mit deren Oberseite 131 jeweils mit Montageschweißnaht 136 druckdicht verschweißt ist.
Das in 6d dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine ähnliche Verbindung zwischen den unteren Rohrbodenabschnitten 104 und einer Unterstützungsrippe 137, wie sie in 2a für die Verbindung des Umfangsrandes 18 des unteren Rohrbodens 11 mit der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 dargestellt ist. Die Teilungsränder 102 der Rohrbodenabschnitte 104 weisen einen Flansch 138 mit gegenüber der Rohrbodendicke reduzierter Dicke auf. Die Rippe 137 weist Flansche 139 entsprechender Dicke auf, die im zusammengesetzten Zustand der Baugruppen den Rohrboden-Flanschen 138 gegenüberliegen und mit diesen mittels Montageschweißnähten 140 verschweißbar sind. Die Montageschweißnähte 140 bilden hier sowohl die vertikale Abstützung als auch die druckdichte Verbindung. Die Dicke der Flansche 138, 139 bzw. der Montageschweißnähte 140 ist so ausgelegt, dass gemäß den einschlägigen Vorschriften eine Wärmebehandlung der miteinander verschweißten Bauteile nach dem Verschweißen nicht erforderlich ist.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Schweißverbindung zwischen unteren Rohrbodenabschnitten 104 und einer Rippe 137, wobei die Flansche 138, 139 bündig mit der Unterseite 114 der Rohrbodenabschnitte 104 verlaufen. Ebenso könnten die Flansche 138, 139 bündig mit der Oberseite 141 der unteren Rohrbodenabschnitte 104 oder zwischen diesen beiden Grenzlagen verlaufen, wobei in allen Fällen die Schweißnähte von unten ausgeführt werden.
Eine ähnliche Schweißverbindung ist auch für die kraftübertragende und druckdichte Verbindung oberer Rohrbodenabschnitte 103 mit einer Rippe denkbar, wobei die Flansche wiederum bündig mit der Unterseite oder mit der Oberseite der Rohrbodenabschnitte 103 verlaufen oder auch beliebig zwischen diesen Lagen angeordnet sein können. Die Schweißfugen öffnen dabei nach oben, sodass die Montageschweißnähte von oben ausführbar sind.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine rippenfreie Verbindung von Rohrbodenabschnitten 104. Hierbei weisen die Teilungsränder 102 Verbindungsflansche 142 auf, die nach dem Zusammensetzen der Baugruppen 100 miteinander verschraubbar 143 sind, um eine kräfte- und momentensteife Verbindung auszubilden. Dabei können die Verbindungsflansche 142 vollflächig aneinander anliegen oder auch nur teilweise. Im in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die unteren Rohrbodenabschnitte 104 auf diese Weise miteinander verbunden. An ihren den Reaktionsrohren 7 abgewandten Enden weisen die Verbindungsflansche 142 Schweißnahtvorbereitungen auf, sodass sie im zusammengesetzten Zustand mittels Montageschweißnaht 144 miteinander druckdicht verschweißbar sind.
An ihren Umfangsrändern 18 liegen die Rohrbodenabschnitte 104 mit Schultern 33 auf einem Auflagerring 112 auf und sind mit diesem mittels Montageschweißnaht 115 verschweißt, ähnlich wie im in 5a dargestellten Ausführungsbeispiel.
In 8 ist ein Rohrbündelreaktor 5 zur Durchführung von Gas- und/oder Flussigphasenreaktionen dargestellt, bei dem sich zur Reduzierung der horizontalen Reaktorabmessungen, d. h. der Abmessungen senkrecht zur Reaktorachse 16, das Zuleitungsrohr 201 für den flüssigen Wärmeträger 23 durch einen Rohrboden, im dargestellten Fall durch den unteren Rohrboden 11, und ebenfalls das Ableitungsrohr 202 für den Wärmeträger 23, der dann ein Flüssigkeits-Dampf-Gemisch sein kann, durch einen Rohrboden hindurch erstreckt, im dargestellten Fall durch den oberen Rohrboden 9.
Dieser Rohrbündelreaktor 5 weist wie der in 1b dargestellte Reaktor ein Bündel 6 vertikaler, katalysatorgefüllter Reaktionsrohre 7 auf, deren Enden 8, 10 in dem oberen und in dem unteren Rohrboden 9, 11 druckdicht befestigt sind. Das Rohrbündel 6 ist von einem Reaktormantel 15 umschlossen, der mit den Rohrböden 9, 11 kräfte- und momentensteif sowie druckdicht verbunden ist, sodass der Reaktormantel 15 mit den Rohrböden 9, 11 einen Druckbehälter 17 ausbildet. Der von dem Zuleitungsrohr 201 zugeführte flüssige Wärmeträger 23 umspült unter Druck die Reaktionsrohre 7, wobei er auch zumindest teilweise verdampfen kann. Ein entstehendes Flüssigkeits- Dampf-Gemisch wird durch das Ableitungsrohr 202 in eine Dampftrommel (vergleiche 11) abgeleitet. Die Rohrböden 9, 11 sind jeweils von einer Reaktorhaube 24, 25 überspannt, die mit dem Reaktormantel 15 verbunden sind und die mit den offenen Enden 8, 10 der Reaktionsrohre 7 in Strömungsverbindung stehen.
Das Rohrbündel 6 weist einen zentralen rohrfreien Bereich 203 auf, in den das Zuleitungsrohr 201 und das Ableitungsrohr 202 münden. Ferner verlaufen von dem Zu- und dem Ableitungsrohr 201, 202 aus sternförmig rohrfreie Gasse, die eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgers 23 im Rohrbündel 6 bewirken.
Das Zuleitungsrohr 201 verläuft durch einen Zuleitungsstutzen 204 in der unteren Reaktorhaube 25, das Ableitungsrohr 202 durch einen Ableitungsstutzen 205 in der oberen Reaktorhaube 204. Die Stutzen 204, 205 sind außerhalb des Reaktors 5 mit den Rohren 201, 202 jeweils über Kompensationseinrichtungen 206 verbunden, die unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Rohr 201, 202 und Haube 25, 24 ausgleichen.
Ferner weist die obere Reaktorhaube 24 einen Gaseintrittsstutzen 27 und die untere Reaktorhaube 25 einen Gasaustrittsstutzen 26 auf. In der oberen Reaktorhaube 24 sind Gasverteilungseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik angeordnet.
9 zeigt eine Modifikation des Ausführungsbeispiels aus 8, wobei der in 9 dargestellte Reaktor 5 aus einem erfindungsgemäßen Baugruppensatz 1 zusammengesetzt ist.
Anders als in 8 ist bei dem in 9 dargestellten Reaktor 5 der obere Rohrboden 9, 103 nicht starr mit dem Reaktormantel 15 verbunden, sondern auf den oberen Enden 8 der Reaktionsrohre 7 axial beweglich gelagert, d. h. der obere Rohrboden 9, 103 ist relativ zum Reaktormantel 15 beweglich und kann daher der Wärmeausdehnung der Reaktionsrohre 7 folgen.
Das Wärmeträger-Zuleitungsrohr 201 verläuft zentral und vertikal durch die untere Reaktorhaube 25 und ist mit dieser werkseitig verschweißt. Außerhalb der Reaktorhaube 25 verläuft es in einem rechten Winkel horizontal zur Seite.
Das Wärmeträger-Ableitungsrohr 202 verläuft ebenfalls zentral und vertikal durch die obere Reaktorhaube 24 und ist mit dieser werkseitig verschweißt. Es weist in der oberen Reaktorhaube 24 eine Kompensationseinrichtung 207 auf, um Längenänderungen in Folge der thermischen Belastung auszugleichen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rohrbündelreaktor 5 aus folgenden Baugruppen zusammengesetzt:
Eine erste Baugruppe 2 enthält die untere Reaktorhaube 25 mit dem an ihr befestigten Wärmeträger-Zuleitungsrohr 201 und mit zwei an ihr befestigten Stutzen – einem Gasaustrittsstutzen 26 und einen Zugangsstutzen 29 – sowie einer an ihr befestigten Stützeinrichtung 30 für den fertig montierten Rohrbündelreaktor 5.
Die erste Baugruppe 2 enthält ferner den vollständigen Reaktormantel 15, der mit der unteren Reaktorhaube 25 verschweißt ist. An der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 ist nahe der unteren Reaktorhaube 25 ein umlaufender Auflagerring 19a ausgebildet, auf den der Außenrand 18 von unteren Rohrbodensektoren bzw. -abschnitten 104 mittels einer Schulter 33 auflegbar ist. An dem Auflagerring 19a ist eine vertikale Lasche 32 gemäß 1a, 1b oder 3c ausgebildet. Ferner ist unterhalb des Auflagerrings 19a an der Innenwand 20 dieser ersten Baugruppe 2 ein Rippenkreuz 208 befestigt, das in seinem Zentrum mit der Außenseite des Zuleitungsrohrs 201 verschweißt ist und dessen oberer Rand 209 eine Auflagerfläche für den unteren Rohrboden 104 von Rohrbündel-Baugruppen ausbildet. Die Rippen 208 sind in Form eines umgedrehten T ausgebildet (entsprechend 5a).
Zudem weist das Zuleitungsrohr 201 an seinem in das Rohrbündel 6 mündenden Ende einen zentralen Auflagerring 210 mit einem radial nach außen vorspringenden Absatz 211 auf, auf den die Innenränder 212 von Rohrbodenabschnitten 104 mit einer Schulter 213 auflegbar sind. Der lichte Querschnitt des zentralen Auflagerrings 210 entspricht dem des Zuleitungsrohrs 201.
Die erste Baugruppe 2 enthält außerdem noch den Teil der oberen Reaktorhaube 24, der in axialer Fortsetzung des Reaktormantels 15 eine zylindrische Wand aufweist.
Die zweite bis fünfte Baugruppe 3a–3d enthalten jeweils einen 90° Sektor 100 des Rohrbündels 6 mit den entsprechenden daran befestigten oberen und unteren Rohrbodensektoren 103, 104.
Die unteren Rohrbodensektoren 104 weisen an ihren äußeren Umfangsrändern 18 die bereits erwähnten Schultern 33 zur Auflage auf den am Reaktormantel 15 angebrachten Auflagering 19a auf. Radial innen weisen die Rohrbodensektoren 104 konkave kreisbogenförmige Innenränder 212 mit der ebenfalls bereits erwähnten Schulter 213 zur Auflage auf den zentralen Auflagerring 210 auf.
Im in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet somit das Zuleitungsrohr 201 einen Teil der Unterstützungseinrichtungen 19 für den unteren Rohrboden 104 aus.
Auf die Oberseite 12 der oberen Rohrbodenabschnitte 103 ist nahe deren äußeren Umfangsränder 18 werkseitig eine elastische Dichtungseinrichtung 34 gemäß 3a geschweißt, die im eingesetzten Zustand der Rohrbündel-Baugruppen 100 bzw. 3a–3d mit dem Reaktormantel 15 mittels Montageschweißnaht 36 druckdicht verschweißbar ist.
Die oberen Rohrbodenabschnitte bzw. -sektoren 103 weisen an ihren radial inneren Rändern 215 einen Flansch 216 auf, der ähnlich wie in 6d dargestellt ausgebildet ist, jedoch bündig mit der Oberseite 12 der Rohrbodenabschnitte 103 verläuft. Der Flansch 216 weist gegenüber den Rohrbodenabschnitten 103 eine reduzierte Dicke auf, die gemäß den einschlägigen Vorschriften nach der Verschweißung eine Wärmebehandlung der verschweißten Bauteile nicht mehr erfordert. Die Innenränder 215 der oberen Rohrbodensektoren 103 sind im zusammengesetzten Zustand der Rohrbündel-Baugruppen 3a–3d an das Ableitungsrohr 202 anlegbar und mit dessen Außenseite mittels Montageschweißnaht 217 verschweißbar.
Eine sechste Baugruppe 4, die der dritten Baugruppe aus 1a entspricht, enthält den gewölbten Teil der oberen Reaktorhaube 24 mit dem an ihr befestigten Wärmeträger-Ableitungsrohr 202 und mit zwei an ihr befestigten Stutzen – einem Gaseintrittsstutzen 27 und einem Zugangsstutzen 29.
Der Zusammenbau der Baugruppen 2, 3a–d, 4 wird wie folgt durchgeführt:
Zunächst wird die erste Baugruppe 2 vertikal aufgerichtet, sodass die untere Reaktorhaube 25 unten ist und die erste Baugruppe 2 auf die Stützeinrichtung 30 gestellt ist.
Nun werden nacheinander die vier Rohrbündel-Baugruppen bzw. -Sektoren 3a–d in die erste Baugruppe 2 so eingesetzt, dass die unteren Rohrbodenabschnitte 104 auf dem äußeren Auflagerring 19a und dem zentralen Auflagerring 210 mit ihren Schultern 213 sowie auf den Rippen 208 aufliegen. Die am äußeren Auflagerring 19a angeordneten vertikalen Laschen 32 werden mit der Unterseite 13 der Rohrbodenabschnitte 104 mit Montageschweißnaht 35 druckdicht verschweißt. Ferner werden die unteren Rohrbodenabschnitte 104 mit dem zentralen Auflagerring 210 und den Rippen 208 an ihren Unterseiten 13 mit Montageschweißnaht 218 druckdicht verschweißt. Die auf der Oberseite 12 der oberen Rohrbodenabschnitte 103 angebrachten Dichtungseinrichtungen 34 werden mit der Innenwand 20 des Reaktormantels 15 bzw. der oberen Reaktorhaube 24 mit Montageschweißnaht 36 druckdicht verschweißt.
Dann wird die sechste Baugruppe 4 auf den oberen Rand 37 der ersten Baugruppe 2 gesetzt und mit diesem mittels Montageschweißnaht 38 verschweißt. Gegebenenfalls wird diese Montageschweißnaht 38 wärmebehandelt. Wenn die sechste 4 auf die erste Baugruppe 2 aufgesetzt ist, werden die radial innen liegenden Flansche 216 der oberen Rohrbodenabschnitte 103 mit dem in das Rohrbündel 6 mündenden Ende des Ableitungsrohrs 202 an dessen Außenwand mit Montageschweißnaht 217 druckdicht verschweißt.
Gegebenenfalls ist das Wärmeträger-Ableitungsrohr 202 werkseitig in der oberen Reaktorhaube 24 horizontal geteilt und wird es auf der Baustelle mit Montageschweißnaht 219 zusammengeschweißt.
Bis erforderlichenfalls auf die Montageschweißnaht 38 zwischen erster 2 und sechster Baugruppe 4 sind sämtliche Montageschweißnähte als wärmebehandlungsfreie Schweißnähte ausgelegt.
Die 10a und 10b zeigen einen ähnlichen Rohrbündelreaktor 5 wie 9, jedoch mit jeweils 4 Zuleitungs- und 4 Ableitungsrohren 201, 202 für den Wärmeträger 23, die den unteren bzw. oberen Rohrboden 103, 104 sowie die untere bzw. obere Reaktorhaube 2 durchlaufen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind 4 sektorförmige Rohrbündel-Baugruppen 100 bzw. 3a–3d ausgebildet, wobei der Sektorwinkel 90° beträgt. In jeden Rohrbündel-Sektor 3a–3d mündet ein Zuleitungsrohr 201 in den unteren Rohrbodensektor 104 und ein Ableitungsrohr 202 in den oberen Rohrbodensektor 103. Jedes Zuleitungsrohr 201 bildet die vertikale Abstützung für den zugehörigen Rohrbündel-Sektor 3a–3d.
Zur Ausbildung der Baugruppen 3a–3d ist jedes Zu- und jedes Ableitungsrohr 201, 202 in der jeweiligen Reaktorhaube 25, 24 horizontal geteilt.
Dabei ist das in das Rohrbündel 6 mündende Endstück 220 des Zuleitungsrohrs 201 werkseitig mit dem jeweiligen unteren Rohrbodensektor 104 verschweißt. Das anschließende Leitungsstück 221 durchtritt die untere Reaktorhaube 25 und ist mit dieser werkseitig verschweißt. Nach dem Einsetzen der Rohrbündel-Baugruppen 3a–3d in die Mantel/Hauben-Baugruppe 2 werden die Endstücke 220 mit den jeweils anschließenden Leitungsstücken 221 mit Montageschweißnaht 222 verschweißt.
Versteifungsrippen 223 erstrecken sich zwischen den Außenseiten der Endstücke 220 und den Unterseiten 13 der Rohrbodensektoren 104 und sind mit diesen werkseitig verschweißt.
Ebenso sind die in das Rohrbündel 6 mündenden Endstücke 224 der Ableitungsrohre 202 werkseitig mit dem jeweiligen oberen Rohrbodensektor 103 verschweißt. Das anschließende Leitungsstück 225 durchtritt die obere Reaktorhaube 24 und ist mit dieser werkseitig verschweißt. Die Endstücke 224 enthalten bereits die Kompensationseinrichtungen 226. Nach dem Aufsetzen der Hauben-Baugruppe 4 auf die Mantel/Hauben-Baugruppe 2 werden die Endstücke 224 mit den jeweils anschließenden Leitungsstücken 225 mit Montageschweißnaht 227 verschweißt.
Die Dichtungseinrichtungen 228 zwischen dem Reaktormantel 15 und dem unteren bzw. oberen Rohrboden 104, 103 entsprechen der Ausführungsform gemäß 3a in rechwinkliger Ausgestaltung. Sie sind werkseitig mit der Unterseite 13 des unteren Rohrbodens 104 bzw. mit der Oberseite 12 des oberen Rohrbodens 103 verschweißt und werden auf der Baustelle mit Montageschweißnähten 229 druckdicht an den Reaktormantel 15 geschweißt.
Sowohl die unteren als auch die oberen Rohrbodensektoren 104, 103 weisen an ihren radial inneren Rändern 330 Flansche 231 mit gegenüber den Rohrböden 104, 103 reduzierter Dicke auf, an denen die Rohrbodensektoren 104, 103 mittels Montageschweißnaht 232 miteinander verschweißt sind. Die Flansche 231 verlaufen bei den unteren Rohrbodensektoren 104 bündig mit der Unterseite 13 und bei den oberen Rohrbodensektoren 103 bündig mit deren Oberseite 12.
Die Zu- und die Ableitung des Reaktionsgases 28 erfolgt mittels eines zentralen Gaseintrittsstutzens 27 in die untere Reaktorhaube 25 bzw. mittels eines zentralen Gasaustrittsstutzens 26 aus der oberen Reaktorhaube 24. Die obere Reaktorhaube 24 weist einen Zugangsstutzen 29 auf, wie auch die untere Reaktorhaube 25.
Wie aus 10b ersichtlich ist, verlaufen längs der Teilungsränder 102 der Rohrbündel-Sektoren 100 bzw. 3a–3d rohrfreie Gassen 105. Zusätzlich sind in jedem Rohrbündel-Sektor 3a–3d weitere 4 rohrfreie Gassen 233 ausgebildet, die sternförmig von dem jeweiligen Zuleitungs- bzw. Ableitungsrohr 201, 202 des Rohrbündel-Sektors 3a–3d aus verlaufen.
Der in 11 dargestellte Rohrbündelreaktor 5 weist wie der in der 10a dargestellte Rohrbündelreaktor ebenfalls vier Ableitungsrohre 202 auf, die in den oberen Rohrboden 9 münden und aus der oberen Reaktorhaube 24 austreten. Der Wärmeträger 23 umspült die Reaktionsrohre 7 und verdampft zumindest teilweise. Das entstehende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch steigt durch die Ableitungsrohre 202 nach oben.
Die Ableitungsrohre 202 münden in eine über der oberen Reaktorhaube 24 angeordnete Dampftrommel 234 und bilden gleichzeitig deren Unterstützungseinrichtung aus. Von der Dampftrommel 234 aus erstreckt sich ein Fallrohr 235 zentral und vertikal durch die obere Reaktorhaube 24 und durch den oberen Rohrboden 9 hindurch bis kurz oberhalb des unteren Rohrbodens 11. Durch dieses Fallrohr 235 strömt flüssiger Wärmeträger 23 aus der Dampftrommel 234 zurück in den Druckbehälter bzw. Wärmeträgerraum 17 zwischen den Rohrböden 9, 11.
Die Rohrböden 9, 11 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel über ihre gesamte Dicke an dem Reaktormantel 15 befestigt. Das heißt, der dargestellte Rohrbündelreaktor 5 ist nicht aus erfindungsgemäßen Baugruppen zusammengesetzt, sondern kom plett im Werk gefertigt. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, solche Rohrbündelreaktoren 5 in ähnlicher Weise, wie in 9 dargestellt, als erfindungsgemäßen Baugruppensatz zu fertigen, wobei im Ausführungsbeispiel von 11 das durch die untere Reaktorhaube verlaufende Zuleitungsrohr entfällt und durch das Fallrohr 235 ersetzt ist.
Die untere und die obere Reaktorhaube 25, 24 weisen wiederum jeweils einen Gasein- bzw. Gasaustrittsstutzen 27, 26 sowie einen Zugangsstutzen 29 auf.
In den 12a und b sowie 13a und b sind jeweils Anordnungen 300 mehrerer Rohrbündelreaktoren 5 dargestellt. Jeder dieser Rohrbündelreaktoren 5 ist ein kompletter, für sich betriebsfähiger Rohrbündelreaktor 5 mit einem Bündel vertikaler, katalysatorgefüllter Reaktionsrohre. Die Enden der Reaktionsrohre sind in einem oberen und in einem unteren Rohrboden 9, 11 druckdicht befestigt. Ein Reaktormantel 15 umschließt das Rohrbündel und ist mit den Rohrböden 9, 11 druckdicht verbunden, sodass der Reaktormantel 15 mit den Rohrböden 9, 11 einen Druckbehälter ausbildet. Ein flüssiger, zumindest teilweise verdampfender Wärmeträger 23 umspült unter Druck die Reaktionsrohre. Die Rohrböden 9, 11 sind jeweils von einer Reaktorhaube 24, 25 überspannt, die mit dem Reaktormantel 15 verbunden sind und die mit den Reaktionsrohren in Strömungsverbindung stehen. Eine der Reaktorhauben bildet eine Gaseintrittshaube aus, im dargestellten Ausführungsbeispiel die obere Reaktorhaube 24, und die andere, im vorliegenden Fall die untere, Reaktorhaube 25 bildet eine Gasaustrittshaube aus.
Jeder Rohrbündelreaktor 5 bildet hinsichtlich Abmessungen und Gewicht eine für sich transportfähige Einheit bzw. Baugruppe der Anordnung 300 aus.
Zu einer erfindungsgemäßen Anordnung 300 zusammengestellt, sind jeweils die Gaseintritts- und jeweils die Gasaustrittshauben 24, 25 benachbarter Rohrbündelreaktoren 5 über kurze Rohrleitungen 301 miteinander verbunden. Eine oder einige der Gaseintritts- bzw. der Gasaustrittshauben 24, 25 ist bzw. sind mit (nicht dargestellten) Gaszu- bzw. Gasableitungsrohren verbunden, die von außen in die Anordnung 300 hinein bzw. aus der Anordnung herausführen.
Oberhalb der Anordnung 300 ist eine Dampftrommel 302 angeordnet, die mit jedem von den Rohrbündelreaktoren 5 kommenden Ableitungsrohr 303, 305 für die Flüssigkeits-Dampf-Gemische 23 und die auch mit jedem zu den Rohrbündelreaktoren führenden Zuleitungsrohr 304, 312 für den flüssigen Wärmeträger 23 in Strömungsverbindung steht.
In den 12a und 12b ist eine Anordnung 300 von 6 Rohrbündelreaktoren 5 dargestellt, die in zwei zueinander parallelen Dreier-Reihen aufgestellt sind. Die Gaseintritts- und die Gasaustrittshauben 24, 25 der beiden mittleren Rohrbündelreaktoren 5a dieser beiden Dreier-Reihen weisen in ihren Scheitelbereichen Zuführungs-Ableitungsstutzen 27, 26 auf, die an externe – d. h. von außen kommende bzw. nach außen führende – Gaszuführungs- bzw. Gasableitungsrohre anschließbar sind. Die Gaseintritts- und die Gasaustrittshauben 24, 25 der jeweils äußeren Rohrbündelreaktoren 5b der Dreier-Reihen sind mit der Gaseintritts- bzw. der Gasaustrittshaube 24, 25 des mittleren Rohrbündelreaktors 5a ihrer Dreier-Reihe über kurze Rohrleitungen 301 verbunden, sodass das zugeführte Gas 28 von der mittleren Gaseintrittshaube 24 zu den beiden äußeren Gaseintrittshauben 24 strömen kann und das reagierte Gas 28 von den beiden äußeren Gausaustrittshauben 25 zu der mittleren Gasaustrittshaube 25 strömen kann.
Der Begriff ”kurze Rohrleitung” soll besagen, dass die Rohrleitung 301 direkt und möglichst ohne Umwege – d. h. auf möglichst kurzem Wege – zwischen den Reaktorhauben 24, 25 verläuft.
In jeder Dreier-Reihe – d. h. in jeder Reihe von Rohrbündelreaktoren 5, deren Reaktorhauben 24, 25 durch die kurzen Rohrleitungen 301 miteinander verbunden sind – weist eine Gaseintritts- und eine Gasaustrittshaube 24, 25 einen Zugangsstutzen 29 auf, durch den hindurch eine Person in die Reaktorhaube 24, 25 gelangen kann.
Die Querschnittsgröße der kurzen Rohrleitungen 301 zwischen den Reaktorhauben 24, 25 entspricht zumindest der eines Mannloches, sodass die Person durch diese kurzen Rohrleitungen 301 hindurch auch in die anderen Reaktorhauben 24, 25 der Reihe gelangen kann. Hierdurch werden Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten in den Rohrbündelreaktoren 5 ermöglicht, ohne dass die Reaktorhauben 24, 25 entfernt werden müssen oder jede Reaktorhaube 24, 25 einen eigenen Zugangsstutzen aufweisen muss.
Ebenso sind die mit dem flüssigen verdampfenden Wärmeträger 23 gefüllten Druckbehälter der Rohrbündelreaktoren 5 über Rohrleitungen 305, 312 miteinander verbunden. Dazu weist jeder Rohrbündelreaktor 5 einen oberen Ringkanal 307 zur Ableitung des Flüssigkeits-Dampf-Gemisches und einen unteren Ringkanal 308 zur Zuleitung von flüssigem Wärmeträger 23 auf. Die Ringkanäle 307, 308 sind auf der Außenseite des Reaktormantels 15 angebracht und stehen mittels über den Umfang gleichmäßig verteilte Öffnung mit den Druckbehältern im Inneren des Reaktormantels 15 in Strömungsverbindung.
Die jeweils einander gegenüberliegenden oberen Ringkanäle 307 der beiden Dreier-Reihen stehen über Wärmeträger-Ableitungsrohre 305 miteinander in Strömungsverbindung. In jedes dieser drei Wärmeträger-Ableitungsrohre 305 mündet eine Steigleitung 303, deren oberes Ende in die Dampftrommel 302 mündet und über die das entstandene Flüssigkeits-Dampf-Gemisch aus den jeweils beiden angeschlossenen Rohrbündelreaktoren 5 in die Dampftrommel 302 strömt.
Die Steigleitungen 303 bilden gleichzeitig die vertikalen Abstützungen für die Dampftrommel 302.
In der Dampftrommel 302 wird die Flüssigkeit von dem Dampf abgetrennt. An ihrer Oberseite weist die Dampftrommel 302 eine Ableitung 309 für Dampf 310 auf. Horizontal mündet in die Dampftrommel 302 eine Zuleitung 311 für flüssigen Wärmeträger 23, die gleichzeitig die horizontale Abstützung der Dampftrommel 302 bilden kann.
Die unteren Ringkanäle 308 der beiden äußeren Rohrbündelreaktoren 56 stehen über Wärmeträger-Zuleitungsrohre 312 mit dem unteren Ringkanal 308 des mittleren Rohrbündelreaktors 5 ihrer Dreier-Reihe in Strömungsverbindung. In jedes dieser vier Wärmeträger-Zuleitungsrohre 312 mündet eine Fallleitung 304, deren oberes Ende in die Dampftrommel 302 mündet und über die flüssiger Wärmeträger 23 aus der Dampftrommel 302 zurück in die Rohrbündelreaktoren 5 strömt.
Die Rohrbündelreaktoren 5 sind über eine Befestigungskonstruktion 313 mechanisch zu einer Einheit miteinander verbunden. Mittels an der Einheit angebrachter Auflagekonsolen 314 kann diese Einheit von einer Unterstützungskonstruktion 315 abgestützt werden. Im vorliegenden Fall liegen die Auflagekonsolen 314 auf horizontalen Trägern 315 auf.
Bei dem in den 13a und 13b dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 300 sind 10 Rohrbündelreaktoren 5 auf einer Kreislinie aufgestellt. Die Ausbildung der Rohrbündelreaktoren 5 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 9, wobei die Rohrbündelreaktoren 5 jedoch jeweils solche Abmessungen und Gewicht aufweisen, dass sie transportabel und daher werkseitig fertig montiert sind.
Die Gaseintrittshauben 24, d. h. die oberen Reaktorhauben, zweier einander diametral gegenüberliegender Rohrbündelreaktoren 5 weisen jeweils einen Gaseintrittsstutzen 27 auf, der an ein externes Gaszuführungsrohr anschließbar ist.
Benachbarte Gaseintrittshauben 24 sind jeweils über eine kurze Rohrleitung 301 miteinander verbunden. Einige der Gaseintrittshauben 24 – im dargestellten Beispiel sind es vier – weisen einen Zugangsstutzen 29 auf, über den eine Person in die Gaseintrittshaube 24 gelangen kann. Der Querschnitt der kurzen Rohrleitungen 301 ist wiederum mindesten so groß wie der eines Mannloches, sodass die Person – wie im Ausführungsbeispiel gemäß 12a und b – durch die kurzen Rohrleitungen 301 von einer Gaseintrittshaube 24 zur nächsten gelangen kann.
Im Zentrum der Anordnung 300, in Höhe bzw. unterhalb der Gasaustrittshauben 25, d. h. der unteren Reaktorhauben, ist ein Gassammelbehälter 316 angeordnet. Benachbarte Gasaustrittshauben 25 sind über Gasaustrittsleitungen 317 miteinander verbunden. Von jeder Gasaustrittsleitung 317 führt eine Gassammelleitung 318 zu diesem Gassammelbehälter 316.
Der Gassammelbehälter 316 ist als Abscheider ausgebildet und weist in seinem Innenraum oberhalb der Einmündungen 319 der Gassammelleitungen 318 einen Filter 320 auf. Flüssige Bestandteile 321 des reagierten Gases 322 werden abgeschieden und im unteren Bereich des Abscheiders 316 gesammelt, von wo die Flüssigkeit 321 über eine Flüssigkeits-Austrittsleitung 323 abgeleitet wird. Die gasförmigen Bestandteile 324 strömen durch den Filter 320 hindurch nach oben und werden von dort über eine Gas-Austrittsleitung 325 abgeleitet.
Da die Gasaustrittshauben 25 im dargestellten Ausführungsbeispiel untereinander nicht durch begehbare Rohrleitungen verbunden sind, ist jede Gasaustrittshaube 25 mit einem eigenen Zugangsstutzen 29 versehen, der beispielhaft nur in 13a beim linken Rohrbündelreaktor 5 dargestellt ist.
Oberhalb der Rohrbündelreaktoren 5 ist eine gemeinsame ringförmige Dampftrommel 302 angeordnet, mit der jeder Rohrbündelreaktor 5 jeweils über eine eigene Steigleitung 303 verbunden ist. Die Steigleitung 303 durchläuft den oberen Rohrboden 9 und die Gaseintrittshaube 24 des jeweiligen Reaktors 5. Durch die Steigleitung 303 hindurch steigt das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch 23 aus den Rohrbündelreaktoren 5 in die Dampftrommel 302 auf. Auch hier bilden die Steigleitungen 303 die vertikale Abstützung der Dampftrommel 302.
Ferner führt von der Dampftrommel 302 zu jeweils zwei benachbarten Rohrbündelreaktoren 5 im Innenbereich der kreisförmigen Anordnung 300 eine Fallleitung 304, die sich in Höhe der Gasaustrittshauben 25 in zwei Wärmeträger-Verteilerleitungen 326 verzweigt. Diese beiden Wärmeträger-Verteilerleitungen 326 führen zu den jeweiligen benachbarten Rohrbündelreaktoren 5, durchlaufen die Gasaustrittshaube 25 und münden in den unteren Rohrboden 11 des jeweiligen Rohrbündelreaktors 5. Durch diese Fall- und Verteilerleitungen 304, 326 hindurch strömt flüssiger Wärmeträger 23 von der Dampftrommel 302 zurück in die Rohrbündelreaktoren 5.
Auf der Oberseite der Dampftrommel 302 ist eine Ableitung 309 für den Dampf 310 angeordnet. Ferner wird der Dampftrommel 302 über eine Wärmeträger-Zulaufleitung 311 flüssiger Wärmeträger 23 zugeführt.
Auch bei dieser Anordnung 300 sind sämtliche Rohrbündelreaktoren 5 zu einer mechanischen Einheit aneinander befestigt und stehen auf einer gemeinsamen Unterkonstruktion 315.

Claims

Satz vorgefertigter Rohrbündelreaktor-Baugruppen (2, 3, 4), die auf einer Baustelle zu einem Rohrbündelreaktor (5) zur Durchführung katalytischer Gas- und/oder Flüssigphasenreaktionen zusammenbaubar sind, wobei der Rohrbündelreaktor (5) ein Bündel (6) vertikaler Reaktionsrohre (7) aufweist, deren Enden (8, 10) in einem oberen und in einem unteren Rohrboden (9, 11) druckdicht befestigt und die von einem Reaktormantel (15) umschlossen sind, der mit den Rohrböden (9, 11) druckdicht verbunden ist, sodass der Reaktormantel (15) mit den Rohrböden (9, 11) einen Druckbehälter (17) ausbildet, wobei die Rohrböden (9, 11) jeweils von einer Reaktorhaube (24, 25) überspannt sind, die mit dem Reaktormantel (15) verbunden sind und mit denen die Reaktionsrohre (7) in Strömungsverbindung stehen, wobei der Baugruppensatz (1) folgende Merkmale aufweist, – getrennte Baugruppen (2, 3, 4) für den Reaktormantel (15) und die Reaktorhauben (24, 25) einerseits und das Rohrbündel (6) und die Rohrböden (9, 11) andererseits, – der Reaktormantel (15) und eine Reaktorhaube (25) bilden mindestens eine Mantel/Hauben-Baugruppe (2), – die zweite Reaktorhaube (24) bildet mindestens eine Hauben-Baugruppe (4), – das Rohrbündel (6) mit den daran befestigten Rohrböden (9, 11) bildet mindestens eine Rohrbündel-Baugruppe (3), – die mindestens eine Mantel/Hauben-Baugruppe (2) und/oder die mindestens eine Hauben-Baugruppe (4) weisen bzw. weist für jede Rohrbündel-Baugruppe (3) Unterstützungseinrichtungen (19) auf, die zur vertikalen Abstützung der Rohrbündel- Baugruppen (3) eingerichtet sind, ohne nach dem Zusammenbau deren nachträgliche Wärmebehandlung zu erfordern, – die mindestens eine Mantel/Hauben-Baugruppe (2) und/oder die Rohrböden (9, 11) weisen bzw. weist Dichtungseinrichtungen (31) auf, mit denen im zusammengesetzten Zustand der Baugruppen (2, 3, 4) der Reaktormantel (15) und die Rohrböden (9, 11) an den den Reaktionsrohren (7) abgewandten Seiten der Rohrböden (12, 13) und/oder an deren Umfangsrändern (18) miteinander druckdicht verbindbar sind, ohne deren nachträgliche Wärmebehandlung zu erfordern.
Baugruppensatz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei Rohrbündel-Baugruppen (3a, 3b), wobei jede Teilungsebene (101) zwischen zwei Rohrbündel-Baugruppen (3a, 3b) das Rohrbündel (6) einschließlich der Rohrböden (9, 11) längs der Reaktionsrohre (7) teilt und die Rohrbodenabschnitte (9, 11) der Rohrbündel-Baugruppen (3a, 3b) an ihren Teilungsrändern (102) Einrichtungen aufweisen, um benachbarte Rohrbodenabschnitte (9, 11) druckdicht und wärmebehandlungsfrei miteinander zu verbinden.
Baugruppensatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Teilungsebene (101) die Mittelachse (16) des Rohrbündels (6) enthält.
Baugruppensatz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jeder Rohrbündel-Baugruppe (3a, 3b) quer zu den Reaktionsrohren (7) mindestens eine Haltescheibe (106) erstreckt, die von jedem Reaktionsrohr (7) durchlaufen wird und die Reaktionsrohre (7) horizontal führt und mittels mindestens eines Fixierungselements (107), das sowohl an der mindestens einen Haltescheibe (106) als auch an mindestens einem der Rohrböden (9, 11) befestigt ist, in ihrer Lage relativ zu den Rohrböden (9, 11) fixiert ist.
Baugruppensatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vertikal benachbarte Haltescheiben (106) jeweils durch mindestens ein Fixierungselement (107) aneinander befestigt sind.
Baugruppensatz nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungselemente als parallel zu den Reaktionsrohren (7) verlaufende biege- und schubsteife Bleche (107) ausgebildet sind und jedes an einem Rohrboden (9, 11) angrenzende Blech (107) perforiert ist.
Baugruppensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungseinrichtungen (19) einen an der Innenwand (20) des Reaktormantels (15) ausgebildeten, umlaufenden oder in Umfangsrichtung unterteilten horizontalen Auflagerring (19a–19e) aufweisen, auf den einer der Rohrböden (9, 11) an seinem Umfangsrand (18, 50) auflegbar ist.
Baugruppensatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagerring (19a, 19b, 19d, 19e) zur Auflage des unteren Rohrbodens (11) angeordnet ist und am Umfangsrand (18) des unteren Rohrbodens (11) eine Schulter (33) ausgebildet ist, die auf den Auflagerring auflegbar ist.
Baugruppensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungseinrichtungen (19) radial verlaufende Rippen (109) aufweisen, die an Mantel/Hauben- und/oder Hauben-Baugruppen (2, 4) befestigt und im Mittenbereich miteinander verbunden sind und auf denen im zusammengesetzten Zustand der Baugruppen (2, 3, 4) einer der Rohrböden (9, 11) auflegbar ist.
Baugruppensatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (109) mit der Innenwand (20) des Reaktormantels (15) und/oder einer Reaktorhaube (24, 25) verschweißt sind.
Baugruppensatz nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Rippen (109) gleich der Anzahl der Rohrbündel-Baugruppen (3a–3d) ist.
Baugruppensatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (109) im zusammengesetzten Zustand der Baugruppen (2, 3, 4) unter den Teilungsrändern (102) der Rohrbündel-Baugruppen (3a–3d) verlaufen.
Baugruppensatz nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbodenabschnitte (9) der Rohrbündel-Baugruppen (3a–3d) an ihren Teilungsrändern (102) Einrichtungen (142, 143) aufweisen, um benachbarte Rohrbodenabschnitte (9) kräfte- und momentensteif miteinander zu verbinden, ohne dass deren Wärmebehandlung erforderlich ist.
Baugruppensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungseinrichtungen (19) mindestens einen an der Innenwand (20) des Reaktormantels (15) und einen am Umfangsrand (18, 50) mindestens eines Rohrbodens (9, 11) ausgebildeten, umlaufenden Flansch (41, 40) aufweisen, die einander radial gegenüberliegen, miteinander verschweißbar sind und eine axiale Dicke aufweisen, die wärmebehandlungsfrei verschweißbar ist.
Baugruppensatz nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungseinrichtungen (19) eine zentrale Abstützung (210) nahe der Mittelachse (16) des Rohrbündels (6) aufweisen.
Baugruppensatz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Abstützung ein Anker ist.
Baugruppensatz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Abstützung ein Stutzen ist.
Baugruppensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtungen (31) in radialer Richtung elastisch verformbar sind.
Baugruppensatz nach Anspruch 8 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagerring (19a) umläuft und radial einwärts des Auflagerrings (19a) mit Abstand zu diesem eine vertikale, umlaufende Lasche (32) ausgebildet ist, deren unteres Ende (52) am Auflagerring (19a) befestigt ist und deren oberes Ende (54) zum Verschweißen mit der Unterseite (13) des unteren Rohrbodens (11) ausgebildet ist.
Baugruppensatz nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtungen (31) eine bogenförmige Lasche (34) aufweisen, die sich zwischen den den Reaktionsrohren (7) abgewandten Seiten (12, 13) der Rohrböden (9, 11) und dem Reaktormantel (15) erstreckt und mit diesen verbunden ist.
Rohrbündelreaktor zur Durchführung katalytischer Gas- und/oder Flüssigphasenreaktionen, mit einem Bündel vertikaler, katalysatorgefüllter Reaktionsrohre, deren Enden in einem oberen und in einem unteren Rohrboden druckdicht befestigt und die von einem Reaktormantel umschlossen sind, der mit den Rohrböden druckdicht verbunden ist, sodass der Reaktormantel mit den Rohrböden einen Druckbehälter ausbildet, in dem ein flüssiger Wärmeträger unter Druck die Reaktionsrohre umspült, wobei die Rohrböden jeweils von einer Reaktorhaube überspannt sind, die mit dem Reaktormantel verbunden sind und mit denen die Reaktionsrohre in Strömungsverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zuleitungsrohr (201) und/oder mindestens ein Ableitungsrohr (202) für den Wärmeträger (23) sich in axialer Richtung durch einen Rohrboden (11, 9) hindurch erstreckt.
Rohrbündelreaktor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrbündel (6) rohrfreie Gassen (105, 233) aufweist.
Rohrbündelreaktor nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrfreien Gassen (233) sternförmig von den Zu- und/oder Ableitungsrohren (201, 202) für den Wärmeträger (23) aus verlaufen.
Rohrbündelreaktor nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger (23) ein zumindest teilweise verdampfender Wärmeträger ist und über der oberen Reaktorhaube (24) eine Dampftrommel (234) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Ableitungsrohr (202) sich durch den oberen Rohrboden (9) und die obere Reaktorhaube (24) hindurch in die Dampftrommel (234) hinein erstreckt und für diese auch eine Abstützung ausbildet.
Rohrbündelreaktor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der Dampftrommel (234) aus mindestens ein Fallrohr (235) für den flüssigen Wärmeträger (23) in den Druckbehälter (17) zurück bis oberhalb des unteren Rohrbodens (11) erstreckt.
Rohrbündelreaktor nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Zuleitungsrohr (201) und/oder nur ein Ableitungsrohr (202) ausgebildet und zentral angeordnet ist.
Rohrbündelreaktor nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestes zwei Zuleitungsrohre (201) und/oder mindestens zwei Ableitungsrohre (202) ausgebildet und symmetrisch dezentral angeordnet sind.
Baugruppensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass er die Baugruppen für einen Rohrbündelreaktor nach einem der Ansprüche 21 bis 27 enthält.
Baugruppensatz nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zu- und/oder jedes Ableitungsrohr (201, 202) zumindest einen Teil der Unterstützungseinrichtungen (19) ausbilden.
Anordnung mit mindestens zwei Rohrbündelreaktoren in engem Abstand nebeneinander, wobei jeder Rohrbündelreaktor ein Bündel vertikaler, katalysatorgefüllter Reaktionsrohre aufweist, deren Enden in einem oberen und in einem unteren Rohrboden druckdicht befestigt und die von einem Reaktormantel umschlossen sind, der mit den Rohrböden druckdicht verbunden ist, sodass der Reaktormantel mit den Rohrböden einen Druckbehälter ausbildet, in dem ein flüssiger Wärmeträger unter Druck die Reaktionsrohre umspült und zumindest teilweise verdampft, wobei die Rohrböden jeweils von einer Reaktorhaube überspannt sind, die mit dem Reaktormantel verbunden sind und mit denen die Reaktionsrohre in Strömungsverbindung stehen und von denen die eine eine Gaseintrittshaube und die andere eine Gasaustrittshaube ausbildet, die mit Gaszu- bzw. Gasableitungsrohren in Strömungsverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseintritts- und/oder die Gasaustrittshauben (24, 25) benachbarter Rohrbündelreaktoren (5) jeweils miteinander über kurze Rohrleitungen (301) verbunden sind, durch die hindurch im Betriebszustand zugeführtes bzw. reagiertes Gas von einem Rohrbündelreaktor zum anderen strömt, und die Anzahl der Gaszu- und/oder der Gasableitungsrohre (26, 27) in die Anordnung (300) hinein bzw. aus ihr heraus geringer ist als die Anzahl der Rohrbündelreaktoren (5), und dass über den oberen Reaktorhauben (24) eine gemeinsame Dampftrommel (302) angeordnet ist, die mit jedem Rohrbündelreaktor (5) in Strömungsverbindung steht.
Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgröße der Gaszu- und der Gasableitungsrohre (27, 26) sowie der kurzen Rohrleitungen (301) zwischen den Reaktorhauben (24, 25) der eines Mannloches entspricht.
Anordnung nach Anspruch 30 oder 31, wobei die Dampftrommel (302) mit jedem Rohrbündelreaktor (5) über Steig- und Fallleitungen (303, 304) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Steig- und/oder Fallleitungen (303, 304) geringer ist als die Anzahl der Rohrbündelreaktoren (5).
Anordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Rohrbündelreaktoren (5) zu einer mechanischen Einheit aneinander befestigt sind und auf einer gemeinsamen Unterkonstruktion (315) stehen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Rohrbündelreaktoren (5) von einer gemeinsamen Isolierhülle umgeben sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Rohrbündelreaktoren (5) Rohrbündelreaktoren nach einem der Ansprüche 21 bis 27 sind.