BE1030484A1 - Wärmetauscher mit integrierter Anfahrheizung - Google Patents
Wärmetauscher mit integrierter Anfahrheizung Download PDFInfo
- Publication number
- BE1030484A1 BE1030484A1 BE20225309A BE202205309A BE1030484A1 BE 1030484 A1 BE1030484 A1 BE 1030484A1 BE 20225309 A BE20225309 A BE 20225309A BE 202205309 A BE202205309 A BE 202205309A BE 1030484 A1 BE1030484 A1 BE 1030484A1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- gas
- heat exchanger
- outlet
- reactor
- inlet
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 30
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical group N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 204
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003340 mental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0006—Controlling or regulating processes
- B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
- C01C1/0417—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the synthesis reactor, e.g. arrangement of catalyst beds and heat exchangers in the reactor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/1607—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
- F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gas-Gas-Wärmetauscher 10, wobei der Gas-Gas-Wärmetauscher 10 eine erste Gasseite und eine zweite Gasseite aufweist, wobei die erste Gasseite einen ersten Gaseinlass 20 und einen ersten Gasauslass 30 aufweist, wobei die zweite Gasseite einen zweiten Gaseinlass 40 und einen zweiten Gasauslass 50 aufweist, wobei die erste Gasseite einen mit dem ersten Gaseinlass 20 verbundenen ersten Gasverteilbereich 60 aufweist, wobei die erste Gasseite einen mit dem ersten Gasauslass 30 verbundenen ersten Gassammelbereich 70 aufweist, wobei der erste Gasverteilbereich 60 und der erste Gassammelbereich 70 über eine Mehrzahl an ersten Wärmetauschgasführungen 100 miteinander verbunden sind, wobei die ersten Wärmetauschgasführungen 100 mit der zweiten Gasseite im thermischen Kontakt sind, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Gassammelbereich 70 wenigstens ein erstes elektrisches Heizelement 120 angeordnet ist.
Description
1 BE2022/5309
Wärmetauscher mit integrierter Anfahrheizung
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einer integrierten Heizung zur Erwärmung zum Anfahren einer Anlage.
Viele chemische Prozesse, beispielsweise und insbesondere die Synthese von
Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff, setzen Wärme frei, welche dazu verwendet wird, die zugeführten Edukte zu erwärmen. Somit ergibt sich aber beim Anfahren einer solchen Chemieanlage, dass am Anfang die Anlage für die Reaktion zu kalt ist und die
Reaktion somit aber auch nicht die benötigte Wärme zur Verfügung stellt. Daher ist es üblich, die benötigte Energie insbesondere mittels eines Erdgasbrenners zur Verfügung zu stellen. In den meisten Fällen wird heutzutage der Wasserstoff für die
Ammoniaksynthese aus Erdgas hergestellt, Erdgas ist also in solchen Anlagen verfügbar.
Zunehmend besteht aber das Interesse, die CO2-Emissionen zu verringern. Daher wird nach alternativen Quellen für Wasserstoff gesucht, welche ohne die Erzeugung von CO2 auskommen. Eine Quelle ist zum Beispiel die Elektrolyse mittels regenerativ erzeugtem
Strom. Dieses führt aber dazu, dass Erdgas nicht mehr unbedingt zum Beispiel für den
Anfahrprozess zur Verfügung steht. Zum anderen soll auch bei solchen Prozessen dann auf die Emission von CO» verzichtet werden. Es ergibt sich daher die Notwendigkeit, die
Edukte anders aufzuheizen, um auf die für die Reaktion notwendige Mindesttemperatur im Katalysatorbett zu kommen.
Derzeit kommen dazu insbesondere zwei Lösungen zum Einsatz. Zum einen wird eine elektrische Vorheizung zwischen den Wärmetauscher und den Konverter gebaut. Da im
Rezirkulationskreis der Ammoniaksynthese aber Drücke weit über 100 bar (bis zu 400 bar) vorherrschen, muss das Gehäuse für die elektrische Vorheizung entsprechend stabil und damit aufwändig und teuer sein. Zum anderen wird die Vorheizung direkt in den Konverter integriert. Damit entfällt zwar die Notwendigkeit eines eigenen Gehäuses, der Platzbedarf reduziert jedoch die Menge des Katalysators im Konverter und reduziert damit die maximale Produktionsleistung.
Aus der EP 2 116 296 A1 ist eine Anfahrheizung für einen Ammoniakreaktor bekannt.
2 BE2022/5309
Aus der DE 10 2019 202 893 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak bekannt.
Aus der EP 3 623 343 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak bekannt.
Aus der WO 2017 / 186 613 A1 ist ein Verfahren zum Anheizen eines Ammoniak-
Konverters bekannt.
Aus der EP3730456A1 ist die Verwendung erneuerbarer Energien für die
Ammoniaksynthese bekannt.
Aus der CN 107188197 A ist ein Verfahren zur Verwendung von Stickstoff zum Aufheizen eines Ammoniaksynthesekatalysators bekannt.
Aus der WO 2020 / 150 245 A1 ist die Verwendung erneuerbarer Energie zur Synthese von Ammoniak bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine regenerative Vorwärmung zu ermöglichen, welche die
Probleme der beiden bekannten Lösungen vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gas-Gas-Wärmetauscher mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, die Chemieanlage mit den in Anspruch 12 angegebenen
Merkmalen sowie das Verfahren mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden
Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Der erfindungsgemäße Gas-Gas-Wärmetauscher weist eine erste Gasseite und eine zweite Gasseite auf. Im Regelbetrieb wird von dem durch die zweite Gasseite strömendem Gas thermische Energie im Gas-Gas-Wärmetauscher auf das in der ersten
Gasseite strömende Gas übertragen. Insbesondere wird die bei der Umsetzung des
Gases erzeugte Wärme zur Erwärmung der zuströmenden Edukte verwendet. Die erste
Gasseite weist einen ersten Gaseinlass und einen ersten Gasauslass auf. Am ersten
Gaseilnass wird der zu erwärmende Gasstrom der ersten Gasseite zugeführt und der erwärmte Gasstrom dann am Gasauslass wieder abgegeben. Die zweite Gasseite weist
3 BE2022/5309 entsprechend einen zweiten Gaseinlass und einen zweiten Gasauslass auf. Durch den zweiten Gaseinlass wird das Gas eingeleitet, welche Wärme abgegeben soll und verlässt den Gas-Gas-Wärmetauscher abgekühlt durch den zweiten Gasauslass. Die erste
Gasseite weist einen mit dem ersten Gaseinlass verbundenen ersten Gasverteilbereich und einen mit dem ersten Gasauslass verbundenen ersten Gassammelbereich auf. Der erste Gasverteilbereich und der erste Gassammelbereich sind über eine Mehrzahl an ersten Wärmetauschgasführungen miteinander verbunden. Die
Wärmetauschgasführungen können beispielsweise und bevorzugt plattenförmig oder rohrförmig ausgestaltet sein. Durch die Aufteilung auf mehrere
Wärmetauschgasführungen wird die Oberfläche vergrößert und damit der
Wärmeübergang verbessert. Die Anzahl der Mehrzahl hängt von der Ausführungsform ab. Ist diese beispielweise plattenförmig (Plattenwärmetauscher, so sind 10 bis 25
Wärmetauschgasführungen üblich. Ist die Ausführungsform beispielsweise rohrförmig (Rohrbündelwärmetauscher) sind eher 20 bis 250 Wärmetauschgasführungen üblich.
Der Fachmann wird die Anzahl der Mehrzahl also nach den im Stand der Technik üblichen Bauformen wählen. Die ersten Wärmetauschgasführungen sind mit der zweiten
Gasseite im thermischen Kontakt. Hierdurch kann der Wärmeübertrag erfolgen.
Erfindungsgemäß ist im ersten Gassammelbereich wenigstens ein erstes elektrisches
Heizelement angeordnet. Im Regelbetrieb ist das erste elektrische Heizelement ausgeschaltet. Lediglich bei Hochfahren aus dem kalten Zustand wird hierdurch erwärmt.
Die Anordnung ist derart gewählt, dass das Gas zunächst durch die erste Gasseite strömt, dort am Ende elektrisch erwärmt wird, von dort in einen Umsetzungsreaktor geführt wird. Dort findet jedoch aufgrund der zu geringen Temperatur noch keine
Reaktion statt. Das Gas strömt dann wieder in den Gas-Gas-Wärmetauscher, dieses Mal auf der zweiten Gasseite. Hier gibt das Gas die elektrisch erzeugte Wärme auf den einflieBenden Gasstrom der ersten Gasseite ab, welcher anschließend am Ende der ersten Gasseite dann nach der Erwärmung durch das rückströmende Gas weiter elektrisch durch das erste elektrische Heizelement weiter erwärmt und damit auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Auf diese Weise wird sowohl der Gasstrom als auch der Umsetzungsreaktor kontinuierlich erwärmt, bis eine Schwelltemperatur erreicht ist, beispielsweise 370°C bei der Ammoniaksynthese, sodass die Reaktion im
Umsetzungsreaktor beginnt und zusätzliche Energie erzeugt. Ab diesem Zeitpunkt ist das
System nicht mehr auf die Zufuhr externer Energie durch das erste elektrische
Heizelement angewiesen. Das erste elektrische Heizelement kann entweder vollständig
4 BE2022/5309 abgeschaltet werden oder langsam bis zum Erreichen der Zieltemperatur runtergeregelt werden.
Durch die Anordnung im Gas-Gas-Wärmetauscher wird weder ein eigenes druckstabiles
Gehäuse benötigt, noch wird im Konverter der Platz für den Katalysator reduziert, sodass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme hierdurch gelöst werden können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Gassammelbereich einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich auf. Der erste Teilbereich ist mit den ersten Wärmetauschgasführungen verbunden und der zweite Teilbereich ist mit dem ersten Gasauslass verbunden. Das erste elektrische Heizelement ist im zweiten
Teilbereich angeordnet ist. Der Effekt ist, dass das Gas auf der ersten Gasseite im ersten
Teilbereich in etwa die Temperatur des in die zweite Gasseite einströmenden Gases aufweist und diese in einem getrennten zweiten Teilbereich weiter erhöht wird. Dieses erlaubt beispielsweise auch die Entnahme von Gasströmen auf zwei unterschiedlichen
Temperaturniveaus.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Teilbereich gegen die zweite Gasseite thermisch isoliert. Hierdurch wird verhindert, dass das in die zweite
Gasseite eintretende heißere Gas durch das erste elektrische Heizelement weiter erwärmt wird. Die Erwärmung durch das erste elektrische Heizelement wird somit auf das kältere Gas der ersten Gasseite beschränkt. Beispielsweise kann die thermische Isolation des zweiten Teilbereichs durch ein Doppelrohr erreicht werden, sofern der zweite
Teilbereich rohrförmig ausgebildet ist. Der Zwischenraum im Doppelrohr wirkt dann als
Isolation und verhindert, dass Wärme, welche von dem ersten elektrischen Heizelement erzeugt wird, auf die zweite Gasseite abgegeben wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Gasseite einen dritten
Gasauslass auf. Der dritte Gasauslass ist mit dem ersten Gassammelbereich verbunden.
Dieses ist insbesondere bevorzugt, wenn der erste Gassammelbereich unterschiedliche
Temperaturniveaus aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Gasauslass verschlieBbar.
Besonders bevorzugt ist der dritte Gasauslass im Regelbetrieb verschlossen und wird nur in einer bestimmten Phase des Anfahrvorgangs geöffnet. Insbesondere ist der dritte
Gasauslass mit einem Ventil verschließbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Gasauslass mit dem ersten 5 Teilbereich verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem ersten Teilbereich ein zweites elektrisches Heizelement angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Gas-Gas-Wärmetauscher als
Plattenwärmetauscher ausgeführt. In dieser Ausführungsform weist die zweite Gasseite einen mit dem zweiten Gaseinlass verbundenen zweiten Gasverteilbereich und einen mit dem zweiten Gasauslass verbundenen zweiten Gassammelbereich auf. Der zweite
Gasverteilbereich und der zweite Gassammelbereich sind über eine Mehrzahl an zweiten
Wärmetauschgasführungen miteinander verbunden. Erste Wärmetauschgasführungen und zweite Wärmetauschgasführungen sind jeweils alternierend nebeneinander flächig aneinander angrenzend angeordnet.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Gas-Gas-
Wärmetauscher als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt. Hierbei gibt es zwei weitere wichtige alternative Ausführungsformen. Die zweite Gasseite kann in einer ersten beispielhaften Ausführungsform als ein großer durchgängiger Bereich ausgeführt sein, in welchem die rohförmigen ersten Wärmetauschgasführungen verlaufen und vom Gas der zweiten Gasseite umspült werden. Die zweite Gasseite kann in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform einen mit dem zweiten Gaseinlass verbundenen zweiten
Gasverteilbereich und einen mit dem zweiten Gasauslass verbundenen zweiten
Gassammelbereich aufweisen. Der zweite Gasverteilbereich und der zweite
Gassammelbereich sind über eine Mehrzahl an zweiten Wärmetauschgasführungen miteinander verbunden. Erste Wärmetauschgasführungen und zweite
Wärmetauschgasführungen sind jeweils parallel nebeneinander angeordnet.
Bevorzugt wird die zweite Gasseite im Bereich der ersten Wärmetauschgasführungen in der der Gasführung in den ersten Wärmetauschgasführungen entgegengesetzten
Richtung durchströmt (Gegenstromwärmetauscher).
6 BE2022/5309
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Gas-Gas-Wärmetauscher ein
Druckgehäuse auf.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Chemieanlage mit einem erfindungsgemäßen Gas-Gas-Wärmetauscher. Die Chemieanlage weist einen
Umsetzungsreaktor auf. Der Umsetzungsreaktor weist einen Edukteingang und einen
Produktausgang auf. Der erste Gasauslass ist mit dem Edukteingang verbunden und der
Produktausgang ist mit dem zweiten Gaseinlass verbunden. Besonders bevorzugt ist die
Chemieanlage eine Ammoniaksynthesevorrichtung und der Umsetzungsreaktor ist ein
Konverter. Der erfindungsgemäße Gas-Gas-Wärmetauscher ist somit im
Rezirkulationskreis der Ammoniaksynthese integriert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Umsetzungsreaktor einen ersten Teilreaktor und einen zweiten Teilreaktor auf. Zwischen dem ersten Teilreaktor und dem zweiten Teilreaktor ist ein Nebenedukteinlass angeordnet. Der dritte
Gasauslass ist mit dem Nebenedukteinlass verbunden. Somit kann insbesondere ein weniger vorgewärmtes Gas das durch die anspringende Reaktion erwärmte Gasstrom abkühlen. Dadurch steht die vollständige elektrische Heizleistung für die erste
Reaktionsstufe im ersten Teilreaktor zu Verfügung und der zweite Teilreaktor wird mit der beginnenden Reaktionswärme aus dem ersten Teilreaktor erwärmt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anfahren einer erfindungsgemäßen Chemieanlage. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Einleiten von kaltem Eduktgasgemisch in den ersten Gaseinlass, b) Erwärmen des Eduktgasgemisches mit der ersten elektrischen Heizung, c) Erfasse der Temperatur im Umsetzungsreaktor und/oder des den Produktausgang verlassenen Produktgasgemisches, d) Ermitteln des Beginns der chemischen Umsetzung im Umsetzungsreaktor anhand der in Schritt c) erfassten Temperatur, e) Nach dem Beginn der chemischen Umsetzung Reduktion der Heizleistung der ersten elektrischen Heizung.
7 BE2022/5309
Das Erfassen in Schritt c) kann hierbei direkt oder indirekt erfolgen. Beispielsweise kann hier auch die in einem weiteren Wärmetauscher abgegebene Wärme beispielsweise über die Temperatur des Wärmetauschmediums erfasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte zwischen Schritt d) und Schritt e) auf: f) Öffnen der Verbindung zwischen dem dritten Gasauslass und dem
Nebenedukteinlass, g) Ermitteln des Beginns der chemischen Umsetzung im zweiten Teilreaktor des
Umsetzungsreaktors anhand der in Schritt c) erfassten Temperatur, h) Nach dem Beginn der chemischen Umsetzung im zweiten Teilreaktor Trennen der
Verbindung zwischen dem dritten Gasauslass und dem Nebenedukteinlass.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt d) der anteilige Beginn der Umsetzung ermittelt und entsprechend wird anteilig die Heizleistung der ersten elektrischen Heizung reduziert. Vorteil hiervon ist, dass zum einen ein möglichst schnelles Aufheizen auf Betriebstemperatur möglich ist, zum anderen aber ein
Überschwingen der Temperatur verhindert werden kann. Dieses ist besonders wichtig, da eine erhöhte Temperatur das Gleichgewicht bei der Ammoniaksynthese auf die Seite der Edukte verschiebt und zu hohe Temperaturen zu Materialschaden führen.
Nachfolgend ist der erfindungsgemäße Gas-Gas-Wärmetauscher anhand von in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 erste beispielhafte Ausführungsform
Fig. 2 zweite beispielhafte Ausführungsform
Fig. 3 dritte beispielhafte Ausführungsform
Fig. 4 vierte beispielhafte Ausführungsform
Fig. 5 fünfte beispielhafte Ausführungsform
In den Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 sind drei beispielhafte Plattenwärmetauscher gezeigt, in den Fig. 4 und Fig. 5 sind zwei beispielhafte Rohbündelwärmetauscher gezeigt. Gleiche
Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen
8 BE2022/5309
In Fig. 1 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gas-Gas-
Wärmetauschers 10 gezeigt. Durch den ersten Gaseinlass 20, welcher im gezeigten spiegelsymmetrischen Aufbau zweimal vorhanden ist, strömt das Gasgemisch ein.
Dieses ist gerade beim Anfangen der Anlage noch kalt. Von dort gelangt das Gasgemisch in den ersten Gasverteilbereich 60 und wird dort auf die ersten
Wärmetauschgasführungen 100 (hier beispielhaft drei gezeigt) verteilt. Die ersten
Wärmetauschgasführungen 100 sind im gezeigten Beispiel plattenförmig. Im
Regelbetrieb wird das Gasgemisch hier durch das im Gegenstrom in den zweiten
Wärmetauschgasführungen 110 erwärmt. Beim Anfahren ist jedoch auch das Gas auf der zweiten Gasseite noch kalt, sodass hier keine oder eine nur geringe Erwärmung beim
Anfahren erfolgt. Anschließend gelangt das Gasgemisch in den ersten
Gassammelbereich 70 und wird hier mittels des ersten elektrischen Heizelements 120 erwärmt. Im Regelbetrieb ist das erste elektrische Heizelement 120 ausgeschaltet. Das erwärmte Gasgemisch wird über den ersten Gasauslass 30 abgegeben und in einen nicht gezeigten Umsetzungsreaktor, beispielsweise einen Konverter zu Ammoniaksynthese, überführt. Das aus dem Umsetzungsreaktor kommende Gasgemisch, welches im
Regelbetrieb durch die dort stattfindende Reaktion wärmer ist als das dem Gas-Gas-
Wärmetauscher 10 zustrômende Gasgemisch, wird durch den zweiten Gaseinlass 40 wieder in den Gas-Gas-Wärmetauscher 10 zurückgeführt. Vom zweiten Gaseinlass 40 gelangt das Gasgemisch in den zweiten Gasverteilbereich 80 und von dort in die zweiten
Wärmetauschgasführungen 110, im gezeigten Beispiel vier plattenförmige
Wärmetauschgasführung 110. Die ersten Wärmetauschgasführungen 100 und die zweiten Wärmetauschgasführungen 110 sind alternierend angeordnet. Von den zweiten
Wärmetauschgasführungen 110 gelangt das Gasgemisch denn in den zweiter
Gassammelbereich 90 und wird von dort über den zweiter Gasauslass 50 abgegeben.
Die zweite beispielhafte Ausführungsform, welche in Fig. 2 gezeigt ist, unterscheidet sich von der ersten beispielhafte Ausführungsform durch einen dritten Gasauslass 130 am erster Gassammelbereich 70 angeordnet ist. Daher kann man den ersten
Gassammelbereich 70 gedanklich in einen ersten Teilbereich (unten, angrenzend an den dritten Gasauslass 130) und einen zweiten Teilbereich (oben, angrenzend an den ersten
Gasauslass 30, mit dem ersten elektrischen Heizelement 120) teilen. Die in Fig. 3 gezeigte dritte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich dadurch, dass in diesem
9 BE2022/5309 gedanklichen ersten Teilbereich ein zweites elektrischen Heizelement 140 angeordnet ist.
In Fig. 4 ist eine zweite beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gas-Gas-
MWärmetauschers 10 gezeigt. Durch den ersten Gaseinlass 20 strömt das Gasgemisch ein. Dieses ist gerade beim Anfangen der Anlage noch kalt. Von dort gelangt das
Gasgemisch in den ersten Gasverteilbereich 60 und wird dort auf die ersten
Wärmetauschgasführungen 100 (hier beispielhaft vier gezeigt) verteilt. Die ersten
Wärmetauschgasführungen 100 sind im gezeigten Beispiel rohrförmig. Im Regelbetrieb wird das Gasgemisch hier durch das im Gegenstrom in den zweiten
Wärmetauschgasführungen 110 erwärmt. Beim Anfahren ist jedoch auch das Gas auf der zweiten Gasseite noch kalt, sodass hier keine oder eine nur geringe Erwärmung beim
Anfahren erfolgt. Anschließend gelangt das Gasgemisch in den ersten Teilbereich 72 des ersten Gassammelbereich 70 (in Fig. 4 und Fig. 5 gesondert gekennzeichnet). Von dort gelangt das Gasgemisch in den zweiten Teilbereich 74 des ersten Gassammelbereichs 70. In dem zweiten Teilbereich 74 ist das erste elektrische Heizelement 120 angeordnet, welches den Gasstrom erwärmt. Im Regelbetrieb ist das erste elektrische Heizelement 120 ausgeschaltet. Das erwärmte Gasgemisch wird über den ersten Gasauslass 30 abgegeben und in einen nicht gezeigten Umsetzungsreaktor, beispielsweise einen
Konverter zu Ammoniaksynthese, überführt. Das aus dem Umsetzungsreaktor kommende Gasgemisch, welches im Regelbetrieb durch die dort stattfindende Reaktion wärmer ist als das dem Gas-Gas-Wärmetauscher 10 zustrômende Gasgemisch, wird durch den zweiten Gaseinlass 40 wieder in den Gas-Gas-Wärmetauscher 10 zurückgeführt. Vom zweiten Gaseinlass 40 gelangt das Gasgemisch in die zweiten
Wärmetauschgasführungen 110, im gezeigten Beispiel eine rohrfôrmige zweite
Wärmetauschgasführung 110, in welcher die (im gezeigten Querschnitt vier) ersten rohrförmigen Wärmetauschgasführungen 100 angeordnet sind. Hierdurch ist ein
Wärmeùbertrag über alle Wandflächen der ersten Wärmetauschgasführungen 100 in die zweite Wärmetauschgasführung 110 möglich. Von den zweiten
Wärmetauschgasführungen 110 gelangt das Gasgemisch denn zum zweiten Gasauslass und wird dort abgegeben.
10 BE2022/5309
Die in Fig. 5 gezeigte fünfte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten beispielhafte Ausführungsform dadurch, dass im ersten Teilbereich 72 ein dritter
Gasauslass 130 angeordnet ist.
Bezugszeichen
Gas-Gas-Wärmetauscher 20 erster Gaseinlass 30 erster Gasauslass 40 zweiter Gaseinlass 10 50 zweiter Gasauslass 60 erster Gasverteilbereich 70 erster Gassammelbereich 72 erster Teilbereich 74 zweiter Teilbereich 80 zweiter Gasverteilbereich 90 zweiter Gassammelbereich 100 erste Wärmetauschgasführung 110 zweite Wärmetauschgasführung 120 erstes elektrisches Heizelement 130 dritter Gasauslass 140 zweites elektrisches Heizelement
Claims (17)
1. Gas-Gas-Wärmetauscher (10), wobei der Gas-Gas-Wärmetauscher (10) eine erste Gasseite und eine zweite Gasseite aufweist, wobei die erste Gasseite einen ersten Gaseinlass (20) und einen ersten Gasauslass (30) aufweist, wobei die zweite Gasseite einen zweiten Gaseinlass (40) und einen zweiten Gasauslass (50) aufweist, wobei die erste Gasseite einen mit dem ersten Gaseinlass (20) verbundenen ersten Gasverteilbereich (60) aufweist, wobei die erste Gasseite einen mit dem ersten Gasauslass (30) verbundenen ersten Gassammelbereich (70) aufweist, wobei der erste Gasverteilbereich (60) und der erste Gassammelbereich (70) über eine Mehrzahl an ersten Wärmetauschgasführungen (100) miteinander verbunden sind, wobei die ersten Wärmetauschgasführungen (100) mit der zweiten Gasseite im thermischen Kontakt sind, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Gassammelbereich (70) wenigstens ein erstes elektrisches Heizelement (120) angeordnet ist.
2. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gassammelbereich (70) einen ersten Teilbereich (72) und einen zweiten Teilbereich (74) aufweist, wobei der erste Teilbereich (72) mit den ersten Wärmetauschgasführungen (100) verbunden ist und der zweite Teilbereich (74) mit dem ersten Gasauslass (30) verbunden ist, wobei das erste elektrische Heizelement (120) im zweiten Teilbereich (74) angeordnet ist.
3. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gasseite einen dritten Gasauslass (130) aufweist, wobei der dritte Gasauslass (130) mit dem ersten Gassammelbereich (70) verbunden ist.
4. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Gasauslass (130) verschlieBbar ist.
5. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2 in Kombination mit einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Gasauslass (130) mit dem ersten Teilbereich (72) verbunden ist.
12 BE2022/5309
6. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Teilbereich (72) ein zweites elektrisches Heizelement (140) angeordnet ist.
7. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Gas-Wärmetauscher (10) als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist.
8. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Gas-Wärmetauscher (10) als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt ist.
9. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Gas-Wärmetauscher (10) ein Druckgehäuse aufweist.
10. Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilbereich (74) gegen die zweite Gasseite thermisch isoliert ist.
11. Gas-Wärmetauscher (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilbereich (74) in Form eines Doppelrohrs ausgeführt ist.
12. Chemieanlage mit einem Gas-Gas-Wärmetauscher (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Chemieanlage einen Umsetzungsreaktor aufweist, wobei der Umsetzungsreaktor einen Edukteingang und einen Produktausgang aufweist, wobei der erste Gasauslass (30) mit dem Edukteingang verbunden ist und der Produktausgang mit dem zweiten Gaseinlass (40) verbunden ist.
13. Chemieanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Chemieanlage eine Ammoniaksynthesevorrichtung und der Umsetzungsreaktor ein Ammoniakkonverter ist.
14. Chemieanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzungsreaktor einen ersten Teilreaktor und einen zweiten
13 BE2022/5309 Teilreaktor aufweist, wobei zwischen dem ersten Teilreaktor und dem zweiten Teilreaktor ein Nebenedukteinlass angeordnet ist, wobei der dritte Gasauslass (130) mit dem Nebenedukteinlass verbunden ist.
15. Verfahren zum Anfahren einer Chemieanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einleiten von kaltem Eduktgasgemisch in den ersten Gaseinlass (20), b) Erwärmen des Eduktgasgemisches mit der ersten elektrischen Heizung, c) Erfasse der Temperatur im Umsetzungsreaktor und/oder des den Produktausgang verlassenen Produktgasgemisches, d) Ermitteln des Beginns der chemischen Umsetzung im Umsetzungsreaktor anhand der in Schritt c) erfassten Temperatur, e) Nach dem Beginn der chemischen Umsetzung Reduktion der Heizleistung der ersten elektrischen Heizung.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte zwischen Schritt d) und Schritt e) aufweist: f) Öffnen der Verbindung zwischen dem dritten Gasauslass (130) und dem Nebenedukteinlass, g) Ermitteln des Beginns der chemischen Umsetzung im zweiten Teilreaktor des Umsetzungsreaktors anhand der in Schritt c) erfassten Temperatur, h) Nach dem Beginn der chemischen Umsetzung im zweiten Teilreaktor Trennen der Verbindung zwischen dem dritten Gasauslass (130) und dem Nebenedukteinlass.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) der anteilige Beginn der Umsetzung ermittelt wird und entsprechend anteilig die Heizleistung der ersten elektrischen Heizung reduziert wird.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE20225309A BE1030484B1 (de) | 2022-04-27 | 2022-04-27 | Wärmetauscher mit integrierter Anfahrheizung |
| PCT/EP2023/060940 WO2023209002A1 (de) | 2022-04-27 | 2023-04-26 | Wärmetauscher mit integrierter anfahrheizung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE20225309A BE1030484B1 (de) | 2022-04-27 | 2022-04-27 | Wärmetauscher mit integrierter Anfahrheizung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE1030484A1 true BE1030484A1 (de) | 2023-11-24 |
| BE1030484B1 BE1030484B1 (de) | 2023-11-27 |
Family
ID=81454724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE20225309A BE1030484B1 (de) | 2022-04-27 | 2022-04-27 | Wärmetauscher mit integrierter Anfahrheizung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE1030484B1 (de) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2116296A1 (de) | 2008-04-30 | 2009-11-11 | Ammonia Casale S.A. | Startheizgerät für Ammoniakreaktoren |
| CN107188197A (zh) | 2017-07-04 | 2017-09-22 | 兖矿新疆煤化工有限公司 | 氨合成触媒采用氮气提前升温开车的方法 |
| WO2017186613A1 (en) | 2016-04-26 | 2017-11-02 | Haldor Topsøe A/S | A method for start-up heating of an ammonia synthesis converter |
| EP3623343A1 (de) | 2018-09-11 | 2020-03-18 | Casale Sa | Verfahren zur synthese von ammoniak |
| WO2020150245A1 (en) | 2019-01-15 | 2020-07-23 | Sabic Global Technologies, B.V. | Use of renewable energy in ammonia synthesis |
| DE102019202893A1 (de) | 2019-03-04 | 2020-09-10 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zur Herstellung von Ammoniak |
| EP3730456A1 (de) | 2019-04-24 | 2020-10-28 | SABIC Global Technologies B.V. | Verwendung von erneuerbarer energie bei der ammoniaksynthese |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB892460A (en) * | 1959-03-09 | 1962-03-28 | Chemical Construction Corp | Method and apparatus for catalytic exothermic gaseous reactions |
| US20190277578A1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-12 | Dana Canada Corporation | Heat exchangers with integrated electrical heating elements and with multiple fluid flow passages |
-
2022
- 2022-04-27 BE BE20225309A patent/BE1030484B1/de active IP Right Grant
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2116296A1 (de) | 2008-04-30 | 2009-11-11 | Ammonia Casale S.A. | Startheizgerät für Ammoniakreaktoren |
| WO2017186613A1 (en) | 2016-04-26 | 2017-11-02 | Haldor Topsøe A/S | A method for start-up heating of an ammonia synthesis converter |
| CN107188197A (zh) | 2017-07-04 | 2017-09-22 | 兖矿新疆煤化工有限公司 | 氨合成触媒采用氮气提前升温开车的方法 |
| EP3623343A1 (de) | 2018-09-11 | 2020-03-18 | Casale Sa | Verfahren zur synthese von ammoniak |
| WO2020150245A1 (en) | 2019-01-15 | 2020-07-23 | Sabic Global Technologies, B.V. | Use of renewable energy in ammonia synthesis |
| DE102019202893A1 (de) | 2019-03-04 | 2020-09-10 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zur Herstellung von Ammoniak |
| EP3730456A1 (de) | 2019-04-24 | 2020-10-28 | SABIC Global Technologies B.V. | Verwendung von erneuerbarer energie bei der ammoniaksynthese |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1030484B1 (de) | 2023-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60025124T2 (de) | Methode und Vorrichtung zur Wasserstoffherstellung mittels Reformierung | |
| EP0807321B1 (de) | Brennstoffzellenmodul, bei dem zellenstapel, katalytische verbrennungseinrichtung und reformer in einem isolierenden schutzgehäuse zusammengefasst sind | |
| DE2927655C2 (de) | Verfahren zum Betreiben einer elektrochemischen Brennstoffzelle und dafür geeignete Brennstoffzelle | |
| DE19734051C2 (de) | Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem und zugehöriges Betriebsverfahren | |
| DE60128159T2 (de) | Vorrichtung zur reformierung von Brennstoff | |
| DE10211354B4 (de) | Brennstoffreformer | |
| DE102006020097A1 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben | |
| WO2019178628A1 (de) | Stapelartig aufgebautes brennstoffzellensystem | |
| EP0814054A2 (de) | Reformierungsreaktor, insbesondere zur Wasserdampfreformierung von Methanol | |
| DE102007050799B3 (de) | Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage | |
| EP3516179B1 (de) | Verfahren und anordnung zur wärmeenergierückgewinnung in anlagen umfassend wenigstens einen reformer | |
| DE102004010014B4 (de) | Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat | |
| DE102006029524A1 (de) | Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage | |
| EP3416916B1 (de) | Nh3 synthesenkonfiguration für grossanlagen | |
| BE1030484B1 (de) | Wärmetauscher mit integrierter Anfahrheizung | |
| DE19833644C2 (de) | Reaktoreinheit in einem System zur Erzeugung eines wasserstoffreichen Gases aus einem flüssigen Rohkraftstoff | |
| DE102022204105A1 (de) | Wärmetauscher mit integrierter Anfahrheizung | |
| AT520976B1 (de) | Wärmetauscher für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems | |
| WO2023209002A1 (de) | Wärmetauscher mit integrierter anfahrheizung | |
| EP1180496B1 (de) | Vorrichtung zur Zuführung von Edukten zu parallelen Räumen | |
| DE10010400A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Erhitzen und/oder Verdampfen flüssiger oder gasförmiger Medien | |
| DE102006024574A1 (de) | Brenner und damit ausgestattetes Brennstoffzellensystem | |
| AT406718B (de) | Blockheizkraftwerk | |
| EP3823926B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von ammoniak oder wasserstoff und verwendung der vorrichtung | |
| AT525898B1 (de) | Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellenanlage und Verfahren zum Erzeugen von Synthesegas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20231127 |