DE1141984B

DE1141984B - Verfahren zur Wiedergewinnung der Waerme und des Wasserdampfes aus den bei der Konvertierung von CO mit HO aus dem Konvertierungsreaktor austretenden Gasen

Info

Publication number: DE1141984B
Application number: DES51864A
Authority: DE
Inventors: Ing Jiri Drasky; Ing Ladislav Michalicka; Ing Jiri Simonek; Ing Jan Zoha
Original assignee: JAN ZOHA ING; JIRI DRASKY ING; JIRI SIMONEK ING; LADISLAV MICHALICKA ING
Current assignee: JAN ZOHA ING; JIRI DRASKY ING; JIRI SIMONEK ING; LADISLAV MICHALICKA ING
Priority date: 1955-12-27
Filing date: 1956-12-17
Publication date: 1963-01-03
Also published as: FR1163611A; CH354060A; US2934407A; GB850282A

Description

Es ist bekannt, Kohlenoxyd und Wasserdampf bei gewöhnlichem oder erhöhtem Druck in Kohlendioxyd und Wasserstoff zu konvertieren und hierbei Wärmetauscher zur Aufheizung des Frischgases durch das aus dem Konvertierungsreaktor austretende konvertierte Gas zu verwenden, wobei Wasser als Wärmeträger zwischen konvertiertem Gas und Frischgas dient. Bei einem bekannten Verfahren werden dem konvertierten Gas Wärme und Wasserdampf in einem Austauscher, einem sogenannten Rieselkühler, durch Kühlwasser entzogen. Das erhitzte Kühlwasser wird einem zweiten Austauscher, dem sogenannten Rieselsättiger, zugeführt, in dem es das zu konvertierende Frischgas vorwärmt und mit Wasserdampf anreichert. Beide Austauscher sind in zwei Stufen unterteilt, und das Kühlwasser wird zwischen jeweils entsprechenden Stufen von Kühler und Sättiger im Kreislauf geführt. In einem dieser beiden Wasserkreisläufe ist ein Niederdruckdampfkessel eingeschaltet, um die Uberschußwärme zur Erzeugung von Dampf auszunutzen. In einem anderen bekannten Fall ist dieses Verfahren dadurch weitergebildet worden, daß der in dem Niederdruckdampferzeuger gewonnene Niederdruckdampf in einem Kompressor komprimiert wird und seine Wärme in einem Wärmetauscher an einen Wasserkreislauf einer weiteren Vorwärmstufe für das Frischgas abgibt. Das Wasser dieses Kreislaufes nimmt auch Wärme in einem Kondensator auf, in dem der Abdampf einer zum Antrieb des Kompressors dienenden Turbine kondensiert wird. Der Frischdampf für die Turbine wird in einem durch die Reaktionswärme aus dem Konvertierungsreaktor beheizten Dampferzeuger gewonnen.

Das erwähnte Verfahren zum Konvertieren erfordert einen gegenüber der an der Reaktion beteiligten Menge 5- bis 6fachen Überschuß von Wasserdampf in dem der Reaktion zugeführten Gas.

Hierbei wird nur ein Teil des Wasserdampfes durch direktes Verdampfen des Kreislaufwassers im Rieselsättiger gewonnen. Der Rest des Wasserdampfes muß dem Frisch- oder Ausgangsgas in einer Menge von etwa 500 bis 800 g Dampf pro 1 Nm³ des Ausgangsgases je nach der Zusammensetzung des Gases vor und nach der Konvertierung zugeführt werden, was ein Mehrfaches der reagierenden Dampfmenge darstellt.

Bei den bisherigen Verfahren wird nur ein Teil der Wärme der Reaktionsprodukte zur Vorwärmung der Frischgase ausgenutzt, während ein bedeutender Teil der Wärme verlorengeht. Es muß daher den Frischgasen mit dem Wasserdampf eine etwa gleich große Wärmemenge von außen zugeführt werden, die dem Verfahren zur Wiedergewinnung der Wärme und des Wasserdampfes aus den bei der

Konvertierung von CO mit H₂O aus dem

Konvertierungsreaktor austretenden Gasen

Anmelder:

ίο Ing. Jiri Simonek, Ing. Ladislav Michalicka,

Ing. Jiri Drasky, Prag,

und Ing. Jan Zoha, Litvinov

(Tschechoslowakei)

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Spreer, Patentanwalt,
Göttingen, Groner Str. 35

Beanspruchte Priorität:
Tschechoslowakei vom 27. Dezember 1955 (Nr. 156-56)

Ing. Jiri Simonek, Ing. Ladislav Michalicka,

Ing. Jiri Drasky, Prag,

und Ing. Jan Zoha, Litvinov (Tschechoslowakei),
sind als Erfinder genannt worden

Kreislauf verlorengeht. Auf der anderen Seite ist für die Ableitung der im Verfahren selbst nicht ausgenutzten Wärme eine entsprechend große Kühlwassermenge erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Wiedergewinnung der Wärme und des Wasserdampfes aus den aus dem Konvertierungsreaktor austretenden Gasen zu entwickeln, bei dem der Wärme- und Feuchtigkeitsbedarf der Frischgase praktisch vollständig aus dem Wärmeinhalt und Wasserdampfgehalt der konvergierten Gase gedeckt werden kann.

Diese Aufgabe wird unter Verwendung von in Stufen unterteilten Austauschern und getrennten Wasserkreisläufen zwischen den einzelnen Austauscherstufen gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Druck der vorgewärmten und an Wasserdampf gesättigten Frischgase durch Kompression derart bemessen wird, daß der Druck bei der Konvertierung der Frischgase und beim Kühlen der Reaktionsgase etwa l,5mal so groß ist wie bei der Sättigung und Erwärmung der Frischgase. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also das Wärmegefälle zwischen den konvertier-

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ten Gasen und den Frischgasen durch Komprimieren der Gase vor ihrem Eintritt in die Kühl- oder Wärmetauscher in einem solchen Ausmaß erhöht, daß in allen Stufen der Austauscher mit Hilfe der Wasserkreisläufe ein nahezu vollständiger Übergang der Wärme und eine ausreichende Sättigung der Frischgase mit Wasserdampf eintritt. Durch die optimale Ausnutzung der in den konvertierten Gasen enthaltenen Wärme und Feuchtigkeit können die laufenden Betriebskosten gegenüber den bekannten Verfahren erheblich gesenkt werden. Gleichzeitig vermindert sich der Kühlwasserverbrauch beträchtlich. Durch die Komprimierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ablauf der Konvertierung im Reaktor nicht beeinflußt. Die für die Komprimierung benötigte Energie ist gering und beträgt z. B. etwa 0,055 bis 0,060 kWh für die Konvertierung von 1 Nm^ Wassergas.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schema des Verfahrens gemäß der Erfindung, während in

Fig. 2 die Verhältnisse bei den bekannten Verfahren und die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren an Hand von Enthalpie-Temperatur-Diagrammen einander gegenübergestellt sind.

Gemäß Fig. 1 wird das CO-haltige und auf etwa 9 atü komprimierte Ausgangsgas durch die Leitung 8 in den Kontaktaustauscher 1 (Sättiger) geleitet, wo es im Gegenstrom durch im Oberteil des Sättigers eingeführtes Heißwasser auf etwa 160° C erwärmt und befeuchtet wird. Das befeuchtete und erwärmte Gas wird hinter dem Sättiger mittels des Kompressors 4 auf einen entsprechenden Druck komprimiert, z. B. auf 14 atü, und gegebenenfalls nachträglich mit von außen durch die Leitung 9 zugeführtem Wasserdampf befeuchtet. Über den Oberflächenwärmeaustauscher 5 wird das Gas weiter in den Reaktor 6 befördert, wo bei einer Temperatur von 400 bis 600° C die eigentliche Konvertierung des Kohlenoxydes mit Wasserdampf stattfindet. Damit die Reaktion bei geeigneten Temperaturen verläuft, wird in den Reaktor durch die Leitung 12 Kühlkondensat zugeführt. Aus dem Reaktor 6 entweicht das konvertierte Gas über den Austauscher 5, wo es das befeuchtete Frischgas erwärmt, und über den Vorkühler 7, wo es das aus dem Kühler 2 kommende und dem Sättiger 1 zugeführte Wasser auf etwa 165⁰C erwärmt. Das vorgekühlte konvertierte Gas strömt weiter durch den Rieselkühler^ und tritt in auf etwa 30 bis 40⁰C abgekühltem Zustand durch die Leitung 13 zur weiteren Verarbeitung aus.

Im Kühler 2 wird das konvertierte Gas im Gegenstrom mit frischem, kühlem Wasser von etwa 20° C, welches von außen in den Oberteil des Kühlers durch die Leitung 10 eingeführt wird, gekühlt. Außerdem wird zwischen mehreren Stellen des Kühlers 2 und des Sättigers 1 — im Schema an zwei Stellen mittels Pumpen 3, 3' —das von entsprechenden Stellen des Sättigers 1 mit einer Temperatur von etwa 120 und 150° C entnommene Wasser umgepumpt. Im Kühler 2 wird das Wasser durch die konvertierten Gase auf etwa 160⁰C erwärmt. Aus dem Unterteil des Kühlers gelangt das Wasser durch Überdruck über den Vorkühler 7, in welchem seine Temperatur auf etwa 165⁰C erhöht wird, in den Sättiger 1. Der Verlust an Dampf bzw. Wasser in der Anlage wird durch von außen bei 9 zugeführten Frischdampf oder aber durch das Verhältnis zwischen von außen bei 10 zugeführtem Frischwasser und über 11 abgeführtem Wasser oder durch beide Maßnahmen ausgeglichen.

Wasser bildet hier also nicht nur eine Reaktionskomponente, sondern gleichzeitig auch ein Wärmetrag- und Wärmeaustauschmedium, welches in diesem Falle in zwei mit den Pumpen 3, 3' versehenen Kreisläufen umläuft. Die Überführung der Wärme aus dem konvertierten Gas in das Ausgangsgas wird durch Erhöhung des Temperaturniveaus der Wärme des konvertierten Gases infolge der Erhöhung des Druckniveaus in einem Teil des Systems mittels des Gebläses4, d.h. auf Grund des bereits erwähnten Prinzips des »Umpumpens« der Wärme, ermöglicht.

In Fig. 2 sind die Verhältnisse an Hand von vereinfachten Enthalpie(7)-Temperatur(i)-Diagrammen veranschaulicht, und zwar in Fig. 2 a für die bisher üblichen Verfahren und in Fig. 2 b für die Konvertierung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In beiden Diagrammen sind die einzelnen Abschnitte der Kurven in gleicher Weise durch zwei Zahlen bezeichnet. So erfolgt die Vorwärmung und Sättigung der Frischgase mit Wasserdampf im Abschnitt 11-12. Die weitere Erwärmung der Frischgase durch die aus dem Reaktor austretenden konvertierten Gase wird durch den Abschnitt 12-13 wiedergegeben.

Im Abschnitt 13-14 findet die Reaktion statt, während die konvertierten Gase durch Wärmetausch mit den vorgewärmten und an Wasserdampf gesättigten Gase im Abschnitt 14-15 Wärme verlieren. Schließlich zeigt der Abschnitt 15-16 die weitere Kühlung und Entfeuchtung der konvertierten Gase mit Hilfe der Kühlwasserkreisläufe. Aus den Diagrammen erkennt man, daß der die Kühlung und Entfeuchtung wiedergebende Abschnitt 15-16 bei dem Diagramm gemäß Fig. 2 b nach höheren Temperaturwerten verschoben ist, so daß über dem ganzen mit A bezeichneten Bereich der Wärmeinhalt der konvertierten Gase für die Erwärmung der Frischgase ausgenutzt werden kann. Nach dem Diagramm gemäß Fig. 2 a kann dagegen nur der Wärmeinhalt in den mit B und D bezeichneten Bereichen nutzbar gemacht werden, während im Bereiche Wärme verlorengeht, die durch Frischdampf von außen ersetzt werden muß.

Im Rahmen der Erfindung kann man eine Reihe von je nach dem Zweck verschiedenartig kombinierten oder mehr oder weniger komplizierten Systemen ausbilden. So z. B. kann man in dem System verschiedene Kombinationen von Oberflächen- und Kontaktaustauschern verwenden.
Zum Hervorrufen einer Druckänderung in den einzelnen Teilen des Systems können verschiedene geeignete Einrichtungen zum Komprimieren von gasförmigen Stoffen verwendet werden, die in den Arbeitsvorgang an eine geeignete Stelle während des Verdampfens oder nach dem Verdampfen des

Wassers in das Gas eingeschaltet werden. Keine dieser möglichen Anordnungen überschreitet den Rahmen der vorliegenden Erfindung, insofern sie das Grundprinzip der Verbindung einer Wärmepumpe mit einem mehrfachen Wasserkreislauf aus-

nutzen.

Die Erfindung kann vorteilhaft bei allen technologischen Vorgängen zur Erzeugung von Wasserstoff durch Konvertieren von Kohlenoxyd Verwendung

finden, wo eine vollkommene Wärmeausnutzung eine bedeutende Rolle in der Höhe der Erzeugungskosten spielt. Die Erfindung ermöglicht eine billige Konvertierung von Kohlenoxyd aus Leuchtgas zwecks Verringerung der Giftigkeit des Leuchtgases.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Wiedergewinnung der Wärme und des Wasserdampfes aus den bei der Konvertierung von CO mit H₂O aus dem Konvertierungsreaktor austretenden Gasen, bei dem den Gasen in einem unterteilten Austauscher (Rieselkühler) Wärme und Wasserdampf durch Kühlwasser entzogen und das erhitzte Kühlwasser unter Vorwärmung und Anreicherung des zu konvertierenden Gases mit Wasserdampf in einem zweiten, ebenfalls unterteilten Austauscher (Sättiger) wieder erneut im Kreislauf durch beide Austauscher geleitet wird, wobei die Wärmeübertragung vom Kühler auf den Sättiger durch im Kreislauf zwischen entsprechenden Stufen von Kühler und Sättiger geführtes Wasser erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der vorgewärmten und an Wasserdampf gesättigten Frischgase durch Kompression (Kompressor 4) derart bemessen wird, daß der Druck bei der Konvertierung der Frischgase (Reaktor 6) und beim Kühlen der Reaktionsgase (Rieselkühler 2) etwa l,5mal so groß ist wie bei Sättigung und Erwärmung der Frischgase (Sättiger 1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser aus der wärmsten

xo Stufe des Rieselkühlers (2) vor seiner Aufgabe in die wärmste Stufe des Rieselsättigers (1) durch einen mit dem konvertierten Gas beaufschlagten, dem Rieselkühler vorgeschalteten Vorkühler (7) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das komprimierte Frischgas vor Eintritt in den Reaktor einen dem Vorkühler (7) vorgeschalteten, mit dem konvertierten Gas beaufschlagten Wärmeaustauscher (5)

ao passiert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 389 294, 845 496, 926127, 947465.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen