2. 10
ceskoslovenská s0CIALISTICKÁ REPUBLIKA
Vydáno 15. srpna 1861 Vyloženo 15. února 1961 .
PATENTNÍ spis č.
100707
Fia, 17 f, 12/02 Třída 12 k, 3
Právo k využití vynálezu přísluší státu podle 3 odst. 6 zák. . 34/1957 Sb. Inž. MIRKO
BAUMANN, PRAHA
Zařízení k provádění exotermních reakcí, jako například synthesy čpavku s
přidruženou výrobou vodní páry v kotli za reaktorem .
Přihlášeno 16. července 1960 (PV 4550-60) Platnost patentu od 16. července 1960
Předmětem vynálezu je zařízení k provádění exotermních reakcí, jako např. synthesy amoniaku s
přidruženou výrobou vodní páry v kotli za reaktorem, u něhož je část parního okruhu nebo celý parní
okruh přemostěn obtokovým havarijním potrubím, spojujícím výstup zreagovaných plynů z reaktoru s
přívodem nebo odvodem synthesní směsi z ekonomiséru, přičemž toto obtokové havarijní potrubí je
opatřeno uzavíracím ventilem a analogické ventily jsou umístěny též v hlavním okruhu, a to jeden mezi
vstupem zreagované směsi do obtokového havarijního potrubí a přehřívačem páry a druhý mezi
zaústěním obtokového havarijního potrubí do hlavního okruhu a parním kotlem, resp. mezi řečeným
zaústěním a ekonomisérem.
Účelem vynálezu je dosažení nepřerušené výroby hlavního produktu, např. čpavku, při poruše
některého aparátu okruhu, sloužícího k výrobě vodní páry jakožto produktu vedlejšího.
Při reakcích, jako je např. synthesa amoniaku, se uvolňuje teplo,
které při starších zapojeních středotlakých synthesních okruhů je od
váděno ze zreagovaných plynů ve vodních chladičích a podchlazovacím systému. Zatím co použití
vodních chladičů je při výrobě amoniaku všeobecné bez ohledu na provozní tlak, může být podchlazovací
sys
tém při vyšším pracovním tlaku vynechán i v případě, že se má produkt získat všechen v kapalném stavu.

4. V nověji projektovaných závodech, např. pro výrobu amoniaku, se části tepla, vyvinutého při reakci,
využívá k výrobě vodní páry. Tím se získá vedlejší produkt při současném zlepšení ekonomické bilance
hlavního výrobku. Teplo pro výrobu páry se odnímá synthesmí směsi buď primárním vodním okruhem
přímo v reaktoru, nebo se cirkulující část nezreagovaných plynů odvádí před vstupem do katalysátorové
náplně do parního kotle zařazeného paralelně s reaktorem, popřípadě se potřebné teplo odvádí ze
zreagovaných plynů, v kotli, zapojeném za reaktorem. Pärnímu kotli bývá obvykle předřazen ekonomisér,
v němž se předehřívá napájecí, nejčastěji upravená voda. Za kotlem, v němž se získává nasycená vodní
pára, bývá běžně umístěn přehřívač. V případě, že jich není zapotřebí, mohou být ekonomisér nebo
přehřívač, nebo oba tyto aparáty vypuštěny. Zařazení parního kotie za reaktor odstraňuje nevýhody
odvádění uvolněného tepla primárním vodním okruhem přímo v reaktoru, spočívající jednak ve složitosti
vestavby takového reaktoru, jednak ve dvojím přestupu tepla, jednak v reaktoru a jednak ve vlastním
parním kotli, umístěném mimo reaktor, a odstraňuje též nevýhody paralelního zapojení kotle na výrobu
páry se synthesním reaktorem, spočívající v tom, že náplní katalysátoru i parním kotlem protéká jen část
plynů, chladících kontaktní prostor reáktoru. Dosud používané zapojení parního kotle za synthesním
reaktorem má nevýhodu, kterou je vyřazení – celého synthesního okruhu z výroby při poruše některé
části zařízení pro výrobu vodní páry. Zatím co ekonomisér pracuje na vodní i plynové straně s nižšími
teplotami, jsou parní kotel a přehřívač značně tepelně namáhány a poruchy jsou tedy u těchto zařízení
častější než u zmíněného ekonomiséru. Vzhledem k tomu, že přehřívač, parní kotel i ekonomis ér jsou
zařazeny s ostatními aparáty synthesního okruhu v sérii, jíž prochází společné topné potrubí vedoucí
žhavé plyny z reaktoru, vyvolává každá jejich porucha nutnost zastavení i provozu . reaktoru a tedy ztrátu
na hlavním produktu, např. amoniaku. U synthesního čpavkového reaktoru se jmenovitým výkonem 200 t
/24 hod. činí ztráta jen na akumulaci např. 60 000 až 80 000 Kčs24 hod. K tomu ovšem přistupují daleko
závažnější národohospodářské škody v důsledku nutnosti omezení, nebo dokonce zastavení výroben,
navazujících na synthesu amoniaku, např. výroby močoviny, kyseliny dusičně
Tuto nevýhodu, zařazerií parního kotle s ekonomisérem a přehřívačem za reaktorem odstraňuje
předložený vynález tím, že část parního okruhu, např. kotel s přehřívačem; popřípadě celý parní okruh
lze vysadit z chodu, aniž by bylo nutné přerušit provoz synthesního reaktoru zařazením obtokového
hávarijního potrubí, které je jedním koncem napojeno na cirkulační okruh mezi reaktorem a přehřívačem,
resp. mezi reaktorem a parním kotlem, není-li přehřívače použito, a druhým koncem je zaústěno do
cirkulačního okruhu buď mezi vodním chladičem a ekonomisérem, nebo mezi ekonomisérem a parním
kotlem, přičemž, k vyřazení části nebo, celého parního okruhu z chodu jsou v potrubí cirkulačního okruhu
před parním , kotlem a před vodním chladičem, popřípadě před ekonomisérem umístěny uzavírací
ventily, které umožňují odpojení celého parního okruhu nebo jeho části od tlakového prostoru
cirkulačního okruhu, a obtokové havarijní potrubí je opatřeno též jedním nebo dvěma uzavíracími ventily,
jejichž otevřením lze dosáhnout přímého spojení mezi výstupem synthesní směsi z reaktoru a vstupem
plynů do vodního chladiče, popřípadě ekonomiséru.
Příklad provedení vynálezu je znázorněn na připojených výkref
sech, kde v obr. 1 je schéma zařízení pro synthesu, čpavku s přidru

6. 100
110
120
130
3 - 100707
ženou výrobou vodní páry jednoho provedení a v obr. 2 je jeho další provedení.
Na obr. 1 oběhové čerpadlo 1 vyrovnávající tlakovou ztrátu v cirkulačním okruhu vytlačuje
synthesní směs do podchlazovacího sysmu 2, v němž se snižuje teplota plynné směsi např. na
20° C, při níž zkondensuje čpavek, vytvořený při reakci a unášený dosud synthesními plyny,
aby byl poté z nosných plynů odloučen v tzv. studeném separátoru . Plyny, zbavené kapalného
čpavku, postupují k synthesnímu reaktoru , k jehož spodní části je připojen rozváděcí kus .
Chladná synthesní směs vystupující z rozváděcího kusu 5 je vedena chladným spojovacím
potrubím 27 do výměníku 6 tepla, v němž se ohřívá, načež proudí zpět do rozváděcího kusu 5 a
z něho do vestavby reaktoru , v níž dochází k vlastnímu slučování reaktantů za vzniku produktu.
Zreagovaná synhesní směs vytéká s vysokou teplotou z rozváděcího kusu 5 dolním hrdlem 7 a
vstupuje do cirkulačního potrubí, které se- . stává ze dvou úseků, a to horkého Ba a chladného .
Horký úsek . cirkulačního potrubí sahá od dolního hrdla 7 rozváděcího kusu 5 k výměníku fi
tepla. Chladný úsek Bb cirkulačního potrubí jde od výměníku . tepla až ke vstupu hlavního
proudu cirkulační směsi do reaktoru . Horkým úsekem Ba cirkulačního potrubí, v němž je
zabudován vstupní uzavírací ventil , je vedena zreagovaná synthesní směs s vysokou teplotou
jako topné prostředí do zařízení 10 na výrobu vodní páry, které sestává z neoznačeného
přehřívače, vlastního parního kotle a ekonomiséru. Po předání potřebného množství tepla v
zařízení 10 pokračuje zreagovaná synthesní směs ve své cestě horkým úsekem Ba
cirkulačního potrubí přes uzavírací ventil 12 k výměníku tepia , v němž předává další část tepla
chladnější synthesní směsi. Část horkého úseku da cirkulačního potrubí, která vede horké jako
topné prostředí a v níž je zařazeno zařízení 10 pro výrobu vodní páry, je přemostěna
obtokovýİm havarijním potrubím 13 s jedním nebo dvěma obtokovými ventily 14. Přemosťovaná
část horkého úseku Ba cirkulačního potrubí začíná a končí uzavíracími ventily , 12, jimiž lze tuto
část horkého úseku Ra cirkulačního potrubí od ostatního cirkulačního potrubí oddělit. -
Napájecí voda je přiváděna do zařízení 10 pro výrobu vodní páry vstupním potrubím 15.
Přehřátá pára vystupuje ze zařízení 10 pro výrobu vodní páry odváděcí trubkou . Z výměniku
tepla 6 odtéká zrGagovaná synthesní směs dále do vodního chladiče 17, v němž zkondensuje
část čpavku, vytvořeného při průchodu synthesní směsi reaktorem . Zkondensovaný produkt je
ve formě kapiček odnášen plyny do teplého odlučovače 18, v němž se kapky odloučí, načež je
plynná směs nasávána oběhovým čerpadlem 1, dotlačována na požadovaný tlak, čímž je
oběhový cyklus uzavřen. Ovládání teplot v reaktoru 4 je provedeno s použitím několika
regulačních odboček 13, 20, 21, 22, v nichž jsou zařazeny regulační ventily 23, 24, 25, 26.
Chladná synthesní směs je přiváděna regulačními odbočkami 19, 20, 21, 22 do vestavby
reaktoru 4 pro regulaci průběhu teplot v katalysátorovém loži a je odebírána z chladného
spojovacího potrubí. 27. Čerstvá synthesní směs je přiváděna do cirkulačního okruhu za
oběhovým čerpadlem 1 potrubím . 31. čerstvých plynů.

7. Při mormálním chodu zařízení jsou vstupní uzavírací ventil G a
výstupni uzavírací ventil 12 otevřeny, kdežto obtokový havarijní ventil 14 je
uzavřen, takže veškerá zreagovaná horká synthesní směs, výstųpující z reaktoru
, proudí zařízením i 10 na výrobu vodní párs. . .
Při poruše některého článku zařízení 10 pro výrobu vodní páry se uzavře vstupní
uzavírací ventil 9 i výstupní uzavírací ventil 12, takže

9. 4 100707
zařízení 10 pro výrobu vodní páry je od tlakového prostoru cirkulačního okruhu
odděleno, když byl předtím otevřen obtokový havarijní ventil 14. Zreagovaná synthesní
směs, vystupující hrdlem 7 rozváděcího kusu 5 z reaktoru , protéká nyní všechna
obtokovým havarijním potrubím 13, které přemosťuje zařízení 10 pro výrobu vodní páry
a je zavedena přímo do výměníku tepla . Tím reaktor 4 může dále pracovat, i. když
zařízení 10 pro výrobu vodní páry je odstaveno. Pro odtlakování řečeného zařízení 10
pro výrobu vodní páry může být mezi vstupním uzavíracím ventilem . 9 a výstupním
uzavíracím ventilem 10 umístěn na výkresu nekreslený uvolňovací ventil.
Jiný příklad provedení vynálezu je nakreslen ve schématu v obr. 2, kde cirkulační
směs, přitékající od studeného separátoru 3 čpavku, je nasávána oběhovým čerpadlem
1 a po dotlačení na požadovaný tlak je dopravována k výměníku tepla , v němž se
ohřívá teplem, odebí
raným zreagovaným plynům, načež je zavedena do synthesního reaktoru . Zreagovaná
synthesní směs vystupuje ze synthęsního reaktoru * 4 s vysokou teplotou a proudí jako
topné prostředí horkým úsekem
Ba cirkulačního potrubí do přehřívače 32 vodní páry, za nímž je zařazen. vlastní parní kotel 33.
Z parního kotle 33 odtéká zreagovaná synthesní směs k výměníku tepla . V horkém úseku Ba
cirkulačního potrubí, které vede horké plyny jako topné prostředí, je před přehřívačem 32 páry
zařazen vstupní uzavírací ventil 9 a za parním kotlem 33 je výstupní uzavírací ventil 12. Oba
tyto ventily, tj. vstupní uzavírací ventil 9 a výstupní uzavírací ventil 12, poskytují možnost odpojit
přehřívák 32 páry a parní kotel 33 pd tlakového prostoru cirkulačního okruhu. Aby bylo
dosaženo při uzavřeném vstupním uzavíracím ventilu. no 3 a výstupním uzavíracím ventilu 12
průchodnosti cirkulačního okruhu, je do horkého úseku Ba tohoto cirkulačního potrubí zaústěno
jedním svým koncem obtokové havarijní potrubí 13, a to před vstupním uza- . víracím ventilem ,
zatím co druhý konec obtokového havarijního potrubí 13 je připojen za výstupní uzavírací ventil
12. Obtokové havarijní potrubí 13 může být při obou koncích opatřeno obtokovými havarijními
ventily 14 (kreslen je však jen jeden, které jsou v případě poruchy přehříváku 32 páry nebo
parního kotle 33 otevřeny, zatímco vstupní uzavírací ventil 9 a výstupní uzavírací ventil 12 jsou
zavřėny. Při normálním provozu synthesy, kdy parní kotel 33 i přehřívák 32 páry pracují, jsou
naopak vstupní uzavírací ventil 9 a výstupní uzavírací ventil 12 otevřeny, kdežto obtokové
havarijní ventily 14 zavřeny a uzavírají obtokové havarijní potrubí 13. Částečně ochlazená
zreagovaná synthesní směs odtéká z parního kotle 33 do výměníku tepla , v němž předává
další část tepla, uvolněného při reakci chladným cirkulačním plynům, proudícím od oběhového
čerpadla 1. Po výstupu
170
z výměníku tepla 6 je zreagovaná směs zavedena do ekonomiséru 35,
v němž předehřívá chladnou napájecí vodu, přiváděnou vstupním potrubím 15. Z ekonomiséru
35 odtéká zreagovaná směs s poměrně nízkou teplotou do vodního chladiče 17, v němž se dále
ochlazuje, přičemž část vytvořeného produktu kondensuje. Kapičky vysráženého čpavku jsou z

10. vodního chladiče 17 unášeny nosnou plynnou směsí do teplého odlučovače 18 čpavku, v němž
se zkondensovaný čpavek zachytí a je odváděn do skladu. Synthesní směs, obsahující zbytek,
vytvořeného a dosud neodloučeného plynného čpavku, je vedena z teplého odlučovače čpavku
18 do podchlazovacího systému 2. Před vstupem do tohoto podchlazovacího systému 2 je
přiváděna do cirkulačního , okruhu čerstvá synthesní směs potrubím 31. čerstvých plynů k
zajištění hmotové rovnováhy zařízení. V podchlazovacím systému 2 se cirkulační plyny
ochlazují na nízkou teplotu, potřebnou pro vysrážení zbývající
180

12. 190
210
220
5 100707
části vytvořeného čpavku. Zkapalněný produkt je poté zachycen ve studeném separátoru 3
čpavku, čímž je okruh uzavřen. Teplota v kontaktní části synthesního reaktoru 4 je ovládána
použitím chladné synthesní směsi, která je odebírána z chladného úseku 8b cirkulačního
potrubí za cirkulátorem 1. Chladná regulační směs je zavedena regulačními odbočkami 13, 2B,
21, 22, opatřenými regulačními ventily 23, 24, 25, 26 do vestavby synthesního reaktoru .
Napájecí voda, předehřátá v ekonomiséru 35, je vedena potrubím 36 do parního kotle 33, z
něhož je sytá vodní pára odváděna parním potrubím 37 do přehřívače páry 32. Přehřátá pára
odtéká odváděcím potrubím 16 ke spotřebičům. Vynález není dotčen, jestliže synthesní směs,
použitá pro ovládání teplotového průběhu v náplni katalysátoru synthesního reaktoru , se
odebírá z jiné části cirkulačního okruhu, než je chladný úsek Bb cirkulačního potrubí nebo
chladné spojovací potrubí 27 nebo jestliže je vypuštěn ekonomisér 35 nebo přehřívač 32 páry.
Není též směrodatné, jakým způsobem je synthesní zreagovaná směs zavedena do výměníku
tepla , nebo jsou-li váhy nebo množství chladné cirkulační směsi a horké zreagované směsi,
protékající výměníkem tepla , stejné nebo vzájemně různé nebo jeli tento výměník tepla fi vně
neb uvnitř tlakového tělesa reaktoru . Při použití vyššího provozního tlaku je možno vypustit
podchlazovací systém 2. Činnost uzavíracích ventilů , 12 a ventilů obtokových havarijních 14
může býti dále nuceně spřažena tak, že zavření jedněch podmiňuje otevření druhých a
obráceně, čímž se vyloučí možné nedopatření obsluhy.
Předmět patentu
Zařízení k provádění exotermních reakcí, jako na příklad synthesy čpavku s přidruženou
výrobou vodní páry v kotli za reaktorem, vyznačené tím, že část horkého úseku (8a),
cirkulačního potrubí, která vede horké plyny jako topné prostředí a v níž je zařazeno zařízení
(10) . pro výrobu vodní páry nebo jeho část, jako na příklad přehřívač (32) nebo parní kotel (33),
je přemostěna obtokovým havarijním potrubím 13], s jedním nebo dvěma obtokovými
havarijními ventily (14), přičemž přemosťovaná část horkého úseku (8a) cirkulačního potrubí
začíná a končí uzavíracími ventily (9, 12).
Severografia. n. p, závod 03

16. Obr. 2