CZ51198A3 - Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu - Google Patents
Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ51198A3 CZ51198A3 CZ98511A CZ51198A CZ51198A3 CZ 51198 A3 CZ51198 A3 CZ 51198A3 CZ 98511 A CZ98511 A CZ 98511A CZ 51198 A CZ51198 A CZ 51198A CZ 51198 A3 CZ51198 A3 CZ 51198A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- gas
- tube
- synthesis
- inlet
- waste heat
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
-
- 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
- C01C1/0447—Apparatus other than synthesis reactors
- C01C1/0452—Heat exchangers
-
- 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
- F28D7/10—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 one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/12—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 one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0229—Double end plates; Single end plates with hollow spaces
-
- 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
- F28D2021/0075—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for syngas or cracked gas cooling systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu
Oblast techniky
Průmyslová výroba amoniaku je založena na syntéze amoniaku při které vodík a dusík reaguje s amoniakem při exotermickém procesu. Syntéza amoniaku je prováděna v reaktoru za vysokého tlaku a zvýšené teploty, kdy dusík a vodík proudí přes lože s vhodným katalyzátorem. Takovýto reaktor se nazývá konvertor na syntézu amoniaku. Teplo vzniklé při exotermickém procesu v konvertoru je často znovu využíváno při výrobě páry v kotli na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu. Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu je tepelný výměník ve kterém horký plyn z konvertoru na syntézu amoniaku je ochlazován nepřímým přestupem tepla do ohřívané vody.
Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu pracuje za podmínek, které jsou mnoha způsoby ovlivňovány konstrukcí kotle. Nejpodstatnéjší podmínky jsou kladeny na vstupní trubku plynu na spoji s trubkovou stěnou kotle.
U kotle na odpadní teplo podle tohoto vynálezu není vstupní trubka plynu spojena s trubkovou stěnou kotle. Z tohoto důvodu je uvedenou konstrukcí odstraněna většina poruch kotlů.
Dosavadní stav techniky
Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu je ovlivněn mnoha speciálními podmínkami, které je obtížné obsáhnout v jednom konstrukčním provedení.
Tyto podmínky se týkají tlaku, teploty, nitridování, napadení vodíkem a koroze napětím.
Plyn při syntéze amoniaku bývá obvykle o tlaku 120 až 220 barů. Vařící voda bývá obvykle o nízkém (5 až 15 barů), středním (30 až 50 barů) a vysokém tlaku (90 až 130 barů). Oddělovací stěny mezi prostorem pro syntézu plynu a vařící vodou musí být odolné nejvyššímu tlaku ze dvou tekutin. Výsledkem je to, že plást a trubka tepelného výměníku jsou obvykle tlustostěnné trubky, jejichž plást má většinou tlouštku 300 až 450 mm.
Plyn při syntéze amoniaku bude mezi 380°C a 500°C na vstupu do kotle a mezi 200°C a 380°C na výstupu. Vařící voda bude mezi 150°C a 330°C, v závislosti na tlaku páry.
Kotel na odpadní teplo vzniklé často tvořen výměníkem ve tvaru tlustostěnnou trubkou. Tlustostěnná při syntéze plynu je
U-trubice s velmi trubka získá teplotu kovu, která je blízká teplotě plynu pronikajícího do pláště trubek. V případě U-trubic to bude znamenat, že oblast vstupní trubky bude horká, zatím co oblast výstupní trubky bude studená. Když je rozdíl teplot mezi vstupujícím plynem a vystupujícím plynem příliš velký, může dojít k tepelnému pnutí, které je nebezpečné. V případě výroby páry o nízkém a středním tlaku je žádoucí, aby byl teplotní rozdíl mezi 200°C až 300°C. Avšak je obtížné nebo nemožné vyrobit U-trubici kotle na odpadní teplo pro takovéto velké teplotní rozdíly.
Nitridování je poškozování materiálu způsobené amoniakem obsaženým v plynu při syntéze. Velikost nitridování závisí na slitině kovu a teplotě kovu. Nizkolegované oceli jsou nepřijatelně napadány při 380°C.
Korozivzdorné oceli mohou být užity do 450°C nebo výše a Iconell nemusí být napadena i při 500°C. Oblast vstupní trubky na trubkové stěně U-trubice kotle bude nejčastěji teplejší než 420°C. Materiály, které jsou v kontaktu s plyny při syntéze, musí být tedy vysoce legovány. Bude požadováno, aby povrch trubkové stěny kotle a vstupní povrch na straně plynu byl opatřen plátováním nebo obložením.
Vodík bude způsobovat zkřehnutí materiálu když bude tento vystaven působení plynů obsahujících vodík. Důležitými parametry jsou částečně tlak vodíku, teplota a legující prvky v oceli. Pro průmyslovou syntézu plynu za daného tlaku a teploty bude obvykle požadována ocel s obsahem 2% Cr a 1% Mo.
Koroze napětím je nebezpečná pro materiály, které jsou v kontaktu s vodou. Tento druh koroze však není nebezpečný pro feritické materiály, zatím co austenitické materiály jsou citlivé na tento druh napadení.
Typickým kotlem na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu je tepelný výměník v podobě U-trubice se syntézou plynu na straně trubky a vodou/párou na straně pláště. Trubková stěna je velmi tlustá. Vstupní strana trubkové stěny je opatřena plátováním Inconellem. Když jsou trubky přivařeny k trubkové stěně na straně plynu, musí být trubky potaženy na vnitřním povrchu Inconellem v oblasti celé trubkové stěny. Když jsou trubky přivařeny k trubkové stěně na straně vody, musí být vstupní otvory trubkové stěny opatřeny Inconellem.
Kotle na odpadní teplo vzniklé často rozbijí díky poruše způsobené při syntéze plynu se jedním nebo kombinací popsaných mechanických a/nebo korozních vlivů. Největší množství poruch se vyskytuje okolo otvoru vstupní trubky. To je dáno vysokou teplotou, teplotním rozdílem mezi vstupní a výstupní trubkou, korozí napětím, vodíkovou korozi mezi materiály s různým složením, nitridováním a napadením vodíkem.
Podstata vynálezu
Kotel na odpadní teplo podle vynálezu sestává z:
| 1) | Trubková stěna kotle |
| 2) | Otvory trubkové stěny |
| 3) | Trubky tepelného výměníku |
| 4) | Vstupní trubky |
| 5) | Deska vstupní trubky |
| 6) | Tlakový plást na straně vody/páry |
| 7) | Komora voda/pára |
| 8) | Vstupní vodní tryska |
| 9) | Výstupní tryska voda/pára |
| 10) | Tlakový plášt na straně plynu |
| 11) | Komora syntézy plynu |
| 12) | Vstupní komora plynu |
| 13 ) | Výstupní komora plynu |
| 14) | Vstupní plynová tryska |
| 15) | Výstupní plynová tryska |
| 16) | Izolace vstupní trubky |
| jak | je vidět na obr. 1 a 2 |
Příklady provedení vynálezu
Trubková stěna 1 kotle je na jedné straně spojena s tlakovým pláštěm 6 na straně voda/pára a na druhé straně s tlakovým pláštěm 10 na straně plynu a tvoří oddělovací stěnu mezi komorou 7 voda/pára a komorou 11 syntézy plynu.
Trubková stěna 1 je opatřena množstvím otvorů 2. Trubky 3. tepelného výměníku jsou na jednom konci uzavřeny, zatím co druhý konec je přivařen k trubkové stěně i v otvorech 2 trubkové stěny 1. Trubky 2 tepelného výměníku vstupují do komory 7 voda/pára. Deska 5 vstupní trubky je umístěna uvnitř komory 11 syntézy plynu. Deska 5 vstupní trubky je opatřena otvory odpovídajícími otvorům 2 trubkové stěny i. Vstupní trubky 4 s vnějším průměrem, který je menší než vnitřní průměr trubky 3 tepelného výměníku jsou upevněny v otvorech desky 5 vstupní trubky a procházejí do vnitřku trubek 3. tepelného výměníku. Deska 5 vstupní trubky je spojena s vstupní plynovou tryskou 14 pomocí prostředků desek a plástů tvořících plynotěsnou vstupní komoru 12 plynu. Vstupní trubky 4 jsou opatřeny vrstvou izolace 16.
Přívod vařící vody z parního stupně je veden do komory 7 voda/pára přes vstupní vodní trysku ,8. Trubky 3. tepelného výměníku jsou zásobovány teplem pro ohřev v komoře Ί_ voda/pára. Směs vody a páry je odváděna komorou 7. voda/pára přes výstupní trysky 9 voda/pára. Horký plyn z konvertoru ze syntézy amoniaku vstupuje do komory 11 syntézy plynu přes vstupní plynovou trysku 14. Plyn ze syntézy je dále veden přes otvory v desce 5 vstupní trubky, přes vstupní trubky 4 k uzavřenému konci trubek 3 tepelného výměníku od kterého se vrací prstencem vně vstupních trubek 4 a uvnitř trubek 2 tepelného výměníku, zpět k výstupní komoře 13 plynu. Plyn ze syntézy je nyní odváděn do kotle přes výstupní plynovou trysku 15. Když je plyn ze syntézy veden prstencem mezi vstupní trubkou 4. a trubkou 3 tepelného výměníku, je ochlazován, přičemž jeho teplo je nepřímo přenášeno do ohřívané vody. Přenosu tepla mezi vstupujícím plynem, proudícím uvnitř vstupních trubek 4 a plynem proudícím v prstenci je zabráněno vrstvou izolace 16.
Podstatnou výhodou kotle na odpadní teplo podle vynálezu je to , že tlustostěnná trubková stěna 1. bude pouze v kontaktu s ochlazeným vystupujícím plynem ze syntézy. Všechny známé problémy s kotli na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu, jak jsou popsány výše, se týkají horkého vstupního plynu a tepelného rozdílu mezi trubkami v tlustostěnné trubkové stěně. Deska 5 vstupní trubky podle vynálezu je tenká, protože není vystavena tlaku a může být zhotovena z austenitické vysoce legované oceli protože není v kontaktu s vodou.
Příklad.
Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu byl zkonstruován pro výrobu 600 metrických tun za den.
Plyn podrobený syntéze:
Tlak (bar)
Vstupní teplota (°C) Výstupní teplota (°C) Průtok (kg/s)
Molekulová hmota (kg/kmol)
195
423
343
33,3
11,35
Voda/pára:
Tlak (bar)
Vstupní teplota (°C) Výstupní teplota (°C)
Výroba páry (kg/s) Molekulová hmota (kg/kmol)
119
324
324
7,0
11,35
Mechanická konstrukce:
Počet trubek : 200
Délka trubky tepelného výměníku (mm): 6500
Vnější trubky tep. výměníku (mm) : 45
Vnitřní trubky tep. výměníku (mm) : 35
Vzdálenost trubek (mm) : 60
| Materiál trubky tep. výměníku | 2,25 Cr 1 Mo |
| Délka vstupní trubky (mm) | 6700 |
| Vnější vstupní trubky (mm) : | 26 |
| Vnitřní vstupní trubky (mm) : | 22 |
| Materiál vstupní trubky | SS/Cerafel |
| Délka tlakového pláště na straně | |
| voda/pára (mm) | 7000 |
| Vnější tlakového pláště na straně | |
| voda/pára (mm) | 1230 |
| Vnitřní tlakového pláště na straně | |
| voda/pára (mm) | 1100 |
| Materiál tlakového pláště na straně | |
| voda/pára | CS |
| Délka tlakového pláště na straně | |
| plynu (mm) | 1100 |
| Vnější tlakového pláště na straně | |
| plynu (mm) | 1700 |
| Vnitřní tlakového pláště na straně | |
| plynu (mm) | 1250 |
| Materiál tlakového pláště na straně | |
| plynu | 2,25 Cr 1 MO |
| Tloušťka trubkové stěny | 270 |
| Materiál trubkové stěny | 2,25 Cr 1 Mo |
37/- 7/
Claims (1)
- PATENTOVÉ NÁROKYŽárová trubka tepelného výměníku s několika teplosměnnými trubkami, vyznačující se tím, že teplosměnné trubky jsou ve tvaru dvojité trubky jejíž vnější trubka je uzavřena na výstupní straně a otevřený konec vnitřní trubky je umístěn mimo vnější trubky a je přizpůsoben pro výměnu tepla mezi horkým plynem na straně trubky vnější trubky a tekutinou na straně pláště trubky.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US3735997P | 1997-02-21 | 1997-02-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ51198A3 true CZ51198A3 (cs) | 1999-09-15 |
Family
ID=21893926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ98511A CZ51198A3 (cs) | 1997-02-21 | 1998-02-20 | Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0860673A3 (cs) |
| JP (1) | JPH10292901A (cs) |
| KR (1) | KR19980071464A (cs) |
| CZ (1) | CZ51198A3 (cs) |
| ID (1) | ID19944A (cs) |
| PL (1) | PL324937A1 (cs) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1957220B (zh) * | 2004-04-23 | 2010-06-16 | 奥胡斯卡尔斯丹麦公司 | 用于提高在容器中初始处于至少部分固化状态的物质的温度的方法、设备、系统和换热器 |
| RU2484403C2 (ru) * | 2010-03-29 | 2013-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Регенеративный теплообменник |
| RU2484404C2 (ru) * | 2010-03-29 | 2013-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ теплообмена газовых сред |
| DE102010046733B4 (de) * | 2010-09-28 | 2012-08-02 | Robert Bosch Gmbh | Ölvormischbrenner |
| ES2748856T5 (es) * | 2011-01-31 | 2023-03-14 | Haldor Topsoe As | Intercambiador de calor |
| CN103344138A (zh) * | 2013-07-15 | 2013-10-09 | 江苏七政新能源有限公司 | 一种多管式冷却器 |
| KR200476519Y1 (ko) * | 2013-11-29 | 2015-03-09 | 한전케이피에스 주식회사 | 열 교환기 튜브 플러그 |
| CN105114924A (zh) * | 2015-09-16 | 2015-12-02 | 江苏奥祺晨特种金属材料集团有限公司 | 一种插入管式环状流蒸汽发生器 |
| DE102017205780A1 (de) | 2017-04-05 | 2018-10-11 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zum Herstellen von Synthesegas sowie Synthesegas-Kühlungsanordnung und Verwendung |
| DK3406999T3 (da) | 2017-05-26 | 2021-02-01 | Alfa Laval Olmi S P A | Rørkedelvarmeveksler |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2810887A1 (de) * | 1978-03-13 | 1979-09-27 | Oschatz Gmb | Apparat zum kuehlen von industriellen gasen |
| JPS5677692A (en) * | 1979-11-27 | 1981-06-26 | Toyo Eng Corp | Heat exchanger |
| CH674258A5 (cs) * | 1988-09-26 | 1990-05-15 | Ammonia Casale Sa |
-
1998
- 1998-02-06 EP EP98102058A patent/EP0860673A3/en not_active Withdrawn
- 1998-02-18 KR KR1019980004925A patent/KR19980071464A/ko not_active Application Discontinuation
- 1998-02-20 CZ CZ98511A patent/CZ51198A3/cs unknown
- 1998-02-20 JP JP10038708A patent/JPH10292901A/ja not_active Withdrawn
- 1998-02-20 PL PL98324937A patent/PL324937A1/xx unknown
- 1998-02-23 ID IDP980250A patent/ID19944A/id unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0860673A3 (en) | 1999-03-24 |
| PL324937A1 (en) | 1998-08-31 |
| ID19944A (id) | 1998-08-27 |
| JPH10292901A (ja) | 1998-11-04 |
| KR19980071464A (ko) | 1998-10-26 |
| EP0860673A2 (en) | 1998-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2482020B2 (en) | Heat exchanger | |
| EP3169963B1 (en) | Shell and tube heat exchanger | |
| US4401153A (en) | Heat exchanger incorporating nitriding-resistant material | |
| EP2294009B1 (en) | Steam superheater | |
| RU2374587C2 (ru) | Способ осуществления теплообмена и теплообменник для его выполнения | |
| US11054196B2 (en) | Shell-and-tube heat exchanger | |
| CZ51198A3 (cs) | Kotel na odpadní teplo vzniklé při syntéze plynu | |
| EP0774103B1 (en) | Apparatus for cooling hot gas | |
| US9415364B2 (en) | Facility and reactor for directly synthesizing hydrochloric acid from hydrogen and chlorine with heat recovery | |
| EP3543637A1 (en) | Shell and tube heat exchanger | |
| US9481574B2 (en) | Apparatus for HCL synthesis with steam raising |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic |