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Verfahren zur Konvertierung von Kohlenmonoxyd mittels Wasserdampfes
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ten, bei niedrigerem Druck betriebenen Konvertierungsanlage das Vorhandensein einer solchen Anlage voraus und ist ausserdem dadurch erheblich eingeschränkt, dass die angebotene fühlbare Wärme des Kreis- laufwassers bei der niedrigen Temperatur in dieser Grössenordnung auch auf diese Weise nur zu einem geringen Teil verwertet werden kann.
Ein weiteres bekanntes Wärmerückgewinnungsverfahren besteht darin, dass man einen Teilstrom des den Konverter verlassenden Gases parallel zum Wärmeaustauscher über einen Verdampfer führt und die
Wärme zur Dampferzeugung nutzt, wobei das Kontaktgas bis auf einige Grad Celsius oberhalb seines
Taupunktes abgekühlt wird. Eine wirtschaftliche Abwärmeverwertung auf die vorgeschlagene Weise ist jedoch nur dann gegeben, wenn der Taupunkt möglichst niedrig liegt. Dieses Verfahren ist somit auf drucklose und Niederdruckkonvertierungsanlagen begrenzt.
Zweck der Erfindung ist es, die Wärmewirtschaft einer, insbesondere bei höherem Druck betriebenen
Konvertierungsanlage so zu verbessern, dass die bei den bekannten Verfahren auftretenden Nachteile ver- mieden werden.
Es bestand somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Konvertierung von Kohlenmonoxyd mit Wasser- dampf zu Kohlendioxyd und Wasserstoff zu entwickeln, das es gestattet, die im Wasserdampfanteil des
Kontaktgases enthaltene, latente Kondensationswärme sowie die fühlbare Wärme des Kontaktgases in einem Wärmeverbraucher als Überschusswärme weitgehend zu nutzen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Konvertierung von Kohlenmonoxyd mit Wasserdampf zu Kohlendioxyd und Wasserstoff unter Verwendung von im Kreislauf geführtem Wasser als Wärmeträger zwischen dem konvertierten Gas im Entfeuchter und dem Frischgas im Sättiger erfindungsgemäss da- durch gelöst, dass das konvertierte Gas nach erfolgtem Wärmeaustausch mit dem Frischgas in zwei ge- trennten Entfeuchtern, die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden und durch Wasser- kreisläufe mit den ebenfalls getrennten Sättigern verbunden sind, weitergekühlt wird und das Gas einen zwischen die beiden Entfeuchter geschalteten Wärmeaustauscher durchströmt,
wobei ein wesentlicher Anteil der aus dem konvertierten Gas zur Verfügung stehenden latenten Kondensationswärme des Wasserdampfes sowie die fühlbare Wärmemenge des Gases abgeführt und wirtschaftlich verwertet werden.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann grundsätzlich auch drucklos gearbeitet werden. Es empfiehlt sich aber, unter Druck zu arbeiten, da mit steigendem Druck auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht wird. Gute Ergebnisse werden z. B. bei Drücken von 20 bis 50 at erzielt.
Im kälteren Kreislauf erfolgt die Schlusskühlung des bereits vorgekühlten Kontaktgases in einem zweiten Entfeuchter, wobei auch hier, je nach den technologischen Erfordernissen, ein Teil des Wassers-entsprechend der bereits bekannten Verfahrensweise - in einem Oberflächenkühler zweckmässig auf eine möglichst tiefe Temperatur gekühlt wird. Die vom Kontaktgas an das Kreislaufwasser im zwei- ten Entfeuchter übertragene Wärme wird zum Vorwärmen und Sättigen des Frischgases mit Wasserdampf in einem ersten Sättiger genutzt.
Indem andern bei höherer Temperatur betriebenen Kreislauf wird das Wasser im indirekten Wärmeaustausch mit dem Kontaktgas auf möglichst hohe Temperaturen von etwa 140 bis 2200C gebracht und dann zur weiteren Aufheizung und Sättigung des Frischgases dem zweiten Sättiger aufgegeben. Das diesen Sättiger verlassende Wasser wird danach in dem ersten Entfeuchter durch das Kontaktgas im direkten Wärme- und Stoffaustausch wieder aufgeheizt.
Die im Wärmeaustauscher, der zwischen die beiden Entfeuchter geschaltet ist, zur Verfügung stehende Wärme kann zum Aufwärmen von Kesselspeisewasser oder zur Erzeugung von Niederdruckdampf ausgenutzt werden. Dabei erfolgt eine Abkühlung des Gases bis unter den Taupunkt. Es istvorteilhaft, das im Wärmeaustauscher anfallende Gaskondensat vollständig oder teilweise als Speisewasser für den als Dampferzeuger betriebenen Wärmeaustauscher zu nutzen.
Die Schlusskühlung erfolgt danach in dem bereits genannten zweitenEntfeuchter mit Hilfe des Wassers aus dem kälteren Kreislauf. Die dabei aus dem Kontaktgas kondensierenden Wasserdampfmengen sind in der Regel grösser als die im ersten Sättiger verbrauchten Mengen, so dass eine bestimmte Wassermenge aus diesem Kreislauf abgezogen werden muss. Das im wärmeren Kreislauf vorhandene Wasserdefizit wird durch dieses Überschusswasser sowie durch einen Teil der Kondensatmenge, die im Wärmeaustauscher aus dem Kontaktgas ausfällt, ausgeglichen.
Das Verfahren wird an einem Ausführungsbeispiel an Hand derschematischen Zeichnung nachstehend erläutert :
Ein kaltes, unter einem Druck von 30 at stehendes Frischgas mit einem CO-Gehalt von etwa 47 Vol. -0/0 wird in einem ersten Sättiger 1 und in einem zweiten Sättiger 2 auf 1920C aufgeheizt und mit Wasserdampf gesättigt. Danach erfolgt die weitere Vorwärmung auf 3350C im Gegen-
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strom zum Kontaktgas in den Wärmeaustauschern 3 und 4. Der Zusatzdampf wird über das Ventil 5 dem Frischgas zugesetzt. Vor Eintritt in den Konverter 6 wird das Frischgas im Wärmeaustauscher 7 auf eine Reaktionstemperatur von 3770C aufgeheizt ; die hiefür verwendete Wärme wird dem aus der zweiten Schicht des Konverters 6 mit einer Temperatur von 4100C austretendenvorkonvertiertenGas entzogen.
Nach Verlassen der ersten Katalysatorschicht wird der Gasstrom durch Eindüsen von Wasser aus dem Wasserkreislauf (0, 485 kp/Nm3 Rohgas) durch die Rohrleitung 8 vor der zweiten Katalysator- schicht zwischengekühlt. Das vorkonvertierte Gas tritt mit einer Temperatur von 3700C in die dritte
Schicht des Konverters 6 ein und verlässt diese mit einer Temperatur von 3750C und einem Rest-CO-Ge- halt von 3 Vol. -0/0. Dieses Kontaktgas wird dann in den Wärmeaustauschern 4 und 3 auf eine Tempe- ratur von 2520C vorgekühlt.
Nach Durchströmen des nachgeschalteten Wasservorwärmers 9 tritt das
Kontaktgas mit einer Temperatur von 1970C in den ersten Entfeuchter 10, um danach in dem Wär- meaustauscher 11 einen grossen Teil der durch den Zusatzdampf und durch die Reaktion in das Sy- stem eingebrachten Wärme im Temperaturbereich von 176 bis 1500C abzugeben. Die restliche Wärme wird dann im zweiten Entfeuchter 12 an das Wasser des kälteren Kreislaufes übertragen. Diese vom
Wasser aufgenommene Wärme wird im ersten Sättiger 1 an das Frischgas abgegeben. DiePumpe 13 fördert das Kreislaufwasser vom zweiten Entfeuchter 12 bei einer Temperatur von 1450C auf den er- sten Sättiger 1.
Die im Betrieb infolge des Druckabfalles im System sich einstellende Druckdiffe- renz zwischen dem Sättiger 1 und dem Entfeuchter 12 von etwa 2 kp/cm2 fördert das Wasser bei einer Temperatur von 1200C vom Sättiger 1 zum Entfeuchter 12. Ein Teil des Wassers wird vor Aufgabe auf den Entfeuchter 12 im Oberflächenkühler 14 mittels Kühlwassers auf eine Temperatur von 400C abgekühlt. Das aus dem ersten Entfeuchter 10 mit einer Temperatur von 190 C ablau- fende Wasser des wärmeren Kreislaufes wird über die Pumpe 15 in den Sättiger 2 gedrückt und vorher im Wasservorwärmer 9 auf eine Temperatur von 1950C aufgeheizt. Auch hier genügt in der Regel die Druckdifferenz zwischen dem Sättiger 1 und dem Entfeuchter 12, um das Kreislaufwasser mit einer Temperatur von 1630C vom Sättiger 2 auf den Entfeuchter 10 zu fördern.
Das Überschusswasser des kälteren Kreislaufes wird, zusammen mit einem Teil des im Wärmeaustauscher 11 anfallenden Gaskondensates, zur Deckung des Wasserdefizits in den wärmeren Kreislauf gegeben.
Gegenüber den bisher bekannten Verfahren der wirtschaftlichen Verwertung der im konvertierten Gas enthaltenen Wärme besteht der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens in einer wirtschaftlicheren Ausnutzung dieser Abwärme. Eine Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers in der Entfeuchterstufe ermöglicht eine Wärmeaustragung bei hohen Gastemperaturen und damit eine Nutzung der Kondensationswärme des im Gas enthaltenen Wasserdampfes zur Dampferzeugung in einem Abhitzekessel.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Konvertierung von Kohlenmonoxyd mit Wasserdampf zu Kohlendioxyd und Wasserstoff unter Verwendung von im Kreislauf geführtem Wasser als Wärmeträger zwischen dem konvertierten Gas im Entfeuchter und dem Frischgas im Sättiger, dadurch gekennzeichnet, dass das konvertierte Gas nach erfolgtem Wärmeaustausch mit dem Frischgas in zwei getrennten Entfeuchtern (10,12), die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden und durch Wasserkreisläufe mit den ebenfalls getrennten Sättigern (1, 2) in Verbindung stehen, weitergekühlt wird und das Gas einenzwi- schen die beiden Entfeuchter geschaltenen Wärmeaustauscher (11) durchströmt,
wobei ein wesentlicher Anteil der aus dem konvertierten Gas zur Verfügung stehenden latenten Kondensationswärme des Wasserdampfes sowie die fühlbare Wärmemenge des Gases abgeführt und wirtschaftlich verwertet werden.