DE10028824A1 - Synthetic gas cooling process involves input of fresh water at least partly by topping up cooling water flow in circuit - Google Patents
Synthetic gas cooling process involves input of fresh water at least partly by topping up cooling water flow in circuitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen eines Gases, insbesondere eines Synthesegases, mit gleichzeitiger Erzeugung von Hochdruckdampf, bei dem das abzukühlende Gas in einem Kühler, der im Wesentlichen zwei im Gas- und/oder Flüssigkeitskontakt stehende Kontaktbereiche für das abzukühlende Gas und das Frischwasser aufweist, gegen verdampfendes Frischwasser abgekühlt wird, wobei bereits gegen das abzukühlende Gas erwärmtes Kühlwasser aus einem der Kontaktbereiche entnommen, in einem Kreislauf geführt und dem oder einem Kontaktbereich, der den ersten Kontaktbereich für das abzukühlende Gas und das Kühlwasser darstellt, zugeführt wird.The invention relates to a method for cooling a gas, in particular one Synthesis gas, with the simultaneous generation of high pressure steam, in which the gas to be cooled in a cooler, which is essentially two in the gas and / or Liquid contact areas for the gas to be cooled and the Fresh water has, is cooled against evaporating fresh water, wherein cooling water already heated against the gas to be cooled from one of the Removed contact areas, guided in a cycle and the or Contact area, which is the first contact area for the gas to be cooled and the Represents cooling water is supplied.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Abkühlen eines Gases, insbesondere eines Synthesegases, mit gleichzeitiger Erzeugung von Hochdruckdampf.The invention further relates to a device for cooling a gas, in particular a synthesis gas, with the simultaneous generation of High pressure steam.
Unter dem Begriff "Gas" sei nachfolgend immer auch ein Gasgemisch zu verstehen.The term "gas" should always be understood below to mean a gas mixture.
Gattungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen zum Abkühlen eines Gases mit gleichzeitiger Erzeugung von Hochdruckdampf werden beispielsweise in Synthesegasanlagen integriert. Bei der partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffeinsätzen wie beispielsweise Erdgas, Schweröl, Naphta, etc., reagieren diese mit Sauerstoff bei hoher Temperatur zu einem Synthesegas, bestehend aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser und Methan. Zur Kühlung dieses heißen Synthesegases - das eine maximale Temperatur von ca. 1460°C aufweist - wird dem Reaktor, in dem die Bildung des Synthesegases erfolgt ist, ein Dampferzeuger bzw. Kühler nachgeschaltet. In diesem wird das heiße Synthesegas gegen Wasser - das sog. Kesselspeisewasser -, das dabei verdampft, abgekühlt. Der gebildete Dampf kann hierbei einen Druck bis zu ca. 120 bar aufweisen.Generic methods and devices for cooling a gas with simultaneous generation of high pressure steam are, for example, in Syngas plants integrated. In the partial oxidation of Hydrocarbon applications such as natural gas, heavy oil, naphtha, etc., they react with oxygen at high temperature to form a synthesis gas, consisting of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water and methane. For Cooling of this hot synthesis gas - a maximum temperature of approx. 1460 ° C has - becomes the reactor in which the synthesis gas has been formed Steam generator or cooler downstream. In this is the hot synthesis gas against water - the so-called boiler feed water - which evaporates, cooled. The The steam formed can have a pressure of up to approx. 120 bar.
Die Fig. 1 zeigt ein zum Stand der Technik zählendes Verfahren zum Abkühlen von Synthesegas mit gleichzeitiger Erzeugung von Hochdruckdampf. Fig. 1 shows a scoring to the prior art method of cooling of synthesis gas with simultaneous production of high pressure steam.
Bei diesem wird einem Dampferzeuger bzw. Kühler K über Leitung 1 das heiße, abzukühlende Synthesegas zugeführt. Der Kühler K weist drei Bereiche a, b und c auf, wobei die Bereiche b und c als Kontaktbereiche für das abzukühlende Synthesegas und das dem Kühler K zuzuführende Frisch- und Kühlwasser dienen. Über Leitung 3 wird dem Kontaktbereich c Frischwasser zugeführt. Am Kopf des Kühlers wird über die Leitung 6 der in dem Kühler K gewonnene Hochdruckdampf abgezogen.In this, the hot synthesis gas to be cooled is fed to a steam generator or cooler K via line 1 . The cooler K has three areas a, b and c, the areas b and c serving as contact areas for the synthesis gas to be cooled and the fresh and cooling water to be supplied to the cooler K. Fresh water is supplied to the contact area c via line 3 . At the top of the cooler, the high pressure steam obtained in the cooler K is drawn off via line 6 .
Im unteren Abschnitt des Kontaktbereiches c ist eine Entnahmeleitung 4 vorgesehen, über die bereits gegen das abzukühlende Synthesegas erwärmtes Kühlwasser abgezogen und einer Pumpe P zugeführt wird. Der mittels der Pumpe P umgepumpte Kühlwasserstrom wird anschießend über Leitung 5 dem Kontaktbereich b des Kühlers K zugeführt. Der Kontaktbereich b stellt bei der dargestellten Kühlerkonstruktion den ersten Kontaktbereich für das abzukühlende Gas und das Kühlwasser dar.In the lower section of the contact area c, a removal line 4 is provided, via which cooling water which has already been heated against the synthesis gas to be cooled is drawn off and fed to a pump P. The pumped-over cooling water flow is then fed via line 5 to the contact area b of the cooler K. In the illustrated cooler construction, the contact area b represents the first contact area for the gas to be cooled and the cooling water.
Die Kontaktbereiche b und c sind durch geeignete Trennelemente - in den Fig. 1 und 2 dargestellt durch die gestrichelt gezeichnete Linie f - gegeneinander derart abgegrenzt, dass sie im Gas- und/oder Flüssigkeitskontakt stehen. Eine hermetische Abtrennung zwischen den Kontaktbereichen b und c ist im Regelfall aus prozesstechnischen Gründen nicht vorgesehen, da im Kontaktbereiche b entstehender Dampf in den Kontaktbereiche c eintreten können soll bzw. muss.The contact areas b and c are delimited from one another by suitable separating elements — shown by the dashed line f in FIGS. 1 and 2 — in such a way that they are in gas and / or liquid contact. A hermetic separation between the contact areas b and c is generally not provided for process-technical reasons, since steam generated in the contact areas b should or must be able to enter the contact areas c.
Der Kontaktbereich b ist zum Schutz der Gaseintrittseite der Tauscherrohre d, die aus dem Kühlerbereich a über den Kontaktbereich b in den Kontaktbereich c hineinreichen und durch die das heiße, abzukühlende Synthesegas strömt, erforderlich. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 1 lediglich ein Tauscherrohr d dargestellt. Im Regelfall werden vier bis ca. 20 Tauscherrohre vorgesehen. Das im Kontaktbereich b verdampfende Kühlwasser gelangt über die die Tauscherrohre d konzentrisch umgebenden Rohre e wieder in den Kontaktbereich c. Das abgekühlte Synthesegas verlässt den Kühler K über die Leitung 2.The contact area b is required to protect the gas inlet side of the exchanger tubes d, which extend from the cooler area a via the contact area b into the contact area c and through which the hot synthesis gas to be cooled flows. For the sake of clarity, only one exchanger tube d is shown in FIG. 1. As a rule, four to about 20 exchanger tubes are provided. The cooling water evaporating in the contact area b reaches the contact area c again via the pipes e concentrically surrounding the exchanger tubes d. The cooled synthesis gas leaves the cooler K via line 2 .
Bei Rohrwandtemperaturen von mehr als 550°C kommt es aufgrund von Eisenkarbid- Bildung - des sog. Metal Dusting - zu flächigen Materialverlusten, was aufwendige Reparaturen am Eintritt der Tauscherrohre d erforderlich macht. Hohe Rohrwandtemperaturen ergeben sich insbesondere dann, wenn zum einen ein sehr hochwertiger Dampf mit einem Druck von mehr als 80 bar erzeugt wird - in diesem Fall ist die Kühlwassertemperatur mit einer Temperatur von mehr als 290°C ebenfalls vergleichsweise hoch - und gleichzeitig der dem Kühler K vorgeschaltete Reaktor - der in der Figur nicht dargestellt ist - mit einer hohen Vergasungstemperatur betrieben wird, das abzukühlende Synthesegas daher die o. g. maximale Temperatur aufweist.At pipe wall temperatures of more than 550 ° C, iron carbide Formation - the so-called metal dusting - to flat material losses, which is expensive Repairs at the inlet of the exchanger tubes d required. Height Pipe wall temperatures arise in particular if, on the one hand, a very high-quality steam is generated at a pressure of more than 80 bar - in this case the cooling water temperature with a temperature of more than 290 ° C is also comparatively high - and at the same time the reactor upstream of the cooler K - which is not shown in the figure - operated at a high gasification temperature is, the synthesis gas to be cooled therefore the above. has maximum temperature.
Der Kühler K weist ferner eine Abschlämmleitung 7, über die mit Salzen angereichertes Wasser aus dem Kühler K entnommen werden kann, auf.The cooler K also has a drain line 7 , via which water enriched with salts can be removed from the cooler K.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen eines Gases, insbesondere eines Synthesegases, mit gleichzeitiger Erzeugung von Hochdruckdampf anzugeben, bei dem bzw. bei der die durch das Metal Dusting verursachten Materialverluste vermieden bzw. verringert werden können.The object of the present invention is a generic method and a Generic device for cooling a gas, especially one Synthesis gas, with simultaneous generation of high-pressure steam, specify where the material losses caused by metal dusting are avoided or can be reduced.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zuführung von Frischwasser ausschließlich durch Zuspeisung zu dem im Kreislauf geführten Kühlwasserstrom erfolgt.To solve this problem, a method is proposed which is characterized in that the supply of fresh water exclusively through Infeed to the circulating cooling water flow takes place.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen eines Gases, insbesondere eines
Synthesegases, mit gleichzeitiger Erzeugung von Hochdruckdampf weist
The device according to the invention for cooling a gas, in particular a synthesis gas, with the simultaneous generation of high-pressure steam has
- - einen Kühler mit im Wesentlichen zwei im Gas- und/oder Flüssigkeitskontakt stehenden Kontaktbereichen,- A cooler with essentially two in gas and / or liquid contact standing contact areas,
- - Mittel zum Zuführen des abzukühlenden Gases und von umgepumpten Kühlwasser in den Kühler,- Means for supplying the gas to be cooled and pumped Cooling water in the cooler,
- - Mittel zum Abführen von Hochdruckdampf, von abgekühltem Gas und von bereits gegen das abzukühlende Gas erwärmtem Kühlwasser aus dem Kühler,- Means for removing high pressure steam, cooled gas and cooling water already heated from the cooler against the gas to be cooled,
- - Mittel zum Umpumpen des bereits gegen das abzukühlende Gas erwärmten Kühlwassers, und- Means for pumping the already heated against the gas to be cooled Cooling water, and
- - Mittel zum Zuführen von Frischwasser zu dem umzupumpenden Kühlwasser- Means for supplying fresh water to the cooling water to be pumped
auf.on.
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen eines Gases, insbesondere eines Synthesegases, mit gleichzeitiger Erzeugung von Hochdruckdampf sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien im Folgenden anhand des in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The method according to the invention, the device according to the invention for cooling a gas, in particular a synthesis gas, with the simultaneous generation of high-pressure steam, and further refinements thereof, are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in FIG. 2.
Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzen die zu der Fig. 1 analogen Verfahrensschritte bzw. Anlagenteile identische Bezugszeichen.In the embodiment of the method according to the invention and the device according to the invention shown in FIG. 2, the method steps or system parts analogous to FIG. 1 have identical reference symbols.
Erfindungsgemäß erfolgt die Zuführung von Frischwasser zu dem Kühler K nunmehr nicht mehr ausschließlich unmittelbar in den Kontaktbereich c des Kühlers K, sondern zumindest teilweise durch eine Zuspeisung über die Leitung 3' zu dem in den Leitungen 4 und 5 im Kreislauf (zwangs)geführten Kühlwasserstrom.According to the invention, the supply of fresh water to the cooler K is now no longer exclusively directly into the contact area c of the cooler K, but at least partially by feeding via the line 3 'to the cooling water flow which is (forcibly) conducted in the lines 4 and 5 .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Zuspeisung des Frischwassers 3' auf der Saugseite der Pumpe P.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the fresh water 3 'is fed in on the suction side of the pump P.
Mittels dieser Ausgestaltung wird erreicht, dass bereits in der Pumpe P eine optimale Vermischung von Kühlwasser und zugespeistem Frischwasser erfolgt, so dass das über Leitung 5 dem Kontaktbereich b des Kühler K zugeführte Kühlwasser eine gesicherte gleichmäßig niedrige Temperatur aufweist. Diese Temperatur ist nun offensichtlich niedriger als diejenige des entsprechenden, in der Fig. 1 dargestellten Verfahrensstromes.This configuration ensures that the cooling water and fresh water supplied are already optimally mixed in the pump P, so that the cooling water supplied via line 5 to the contact area b of the cooler K has a secured, uniformly low temperature. This temperature is now obviously lower than that of the corresponding process stream shown in FIG. 1.
Durch die Zuführung von Kühlwasser mit einer niedrigeren Temperatur in den Kontaktbereich b des Kühlers K wird die Rohrwandtemperatur der Tauscherrohre d im Eintrittsbereich des abzukühlenden Gases deutlich verringert. Abhängig von der Temperatur und/oder der Menge des dem zwangsgeführten Kühlwassers zugemischten Frischwassers können nunmehr jederzeit Rohrwandtemperaturen von weniger als 550°C eingehalten werden, so dass (flächige) Materialverluste durch Metal Dusting wirkungsvoll vermieden werden können. By supplying cooling water with a lower temperature to the Contact area b of the cooler K is the tube wall temperature of the exchanger tubes d im Entry area of the gas to be cooled is significantly reduced. Depends on the Temperature and / or the amount of the forced cooling water admixed fresh water can now at any time pipe wall temperatures of less than 550 ° C are observed, so that (flat) material losses through metal Dusting can be avoided effectively.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Zuführung von Frischwasser ausschließlich durch eine Zuspeisung zu dem im Kreislauf geführten Kühlwasserstroms.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention the fresh water is supplied exclusively by a feed to the circulated cooling water flow.
Alternativ dazu kann ein Teilstrom des Frischwassers auch über Leitung 3" direkt dem Kühler K zugeführt werden.Alternatively, a partial flow of the fresh water can also be fed directly to the cooler K via line 3 ″.
Claims (6)
einen Kühler (K) mit im Wesentlichen zwei im Gas- und/oder Flüssigkeitskontakt stehenden Kontaktbereichen (b, c),
Mittel zum Zuführen des abzukühlenden Gases (1) und von umgepumpten Kühlwasser (5) in den Kühler (K),
Mittel zum Abführen von Hochdruckdampf (6), von abgekühltem Gas (2) und von bereits gegen das abzukühlende Gas erwärmtem Kühlwasser (4) aus dem Kühler (K),
Mittel zum Umpumpen (P) des bereits gegen das abzukühlende Gas erwärmten Kühlwassers (4), und
Mittel zum Zuführen von Frischwasser (3') zu dem umzupumpenden Kühlwasser (4).5. Device for cooling a gas ( 1 ), in particular a synthesis gas, with the simultaneous generation of high-pressure steam ( 6 )
a cooler (K) with essentially two contact areas (b, c) in gas and / or liquid contact,
Means for supplying the gas ( 1 ) to be cooled and pumped cooling water ( 5 ) into the cooler (K),
Means for discharging high-pressure steam ( 6 ), cooled gas ( 2 ) and cooling water ( 4 ) which has already been heated against the gas to be cooled, from the cooler (K),
Means for pumping around (P) the cooling water ( 4 ) which has already been heated against the gas to be cooled, and
Means for supplying fresh water ( 3 ') to the cooling water ( 4 ) to be pumped.
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