DE102022204105A1 - Heat exchanger with integrated start-up heating - Google Patents
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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.The present invention relates to a gas-gas heat exchanger 10, wherein the gas-gas heat exchanger 10 has a first gas side and a second gas side, the first gas side having a first gas inlet 20 and a first gas outlet 30, the second gas side having a second gas inlet 40 and a second gas outlet 50, wherein the first gas side has a first gas distribution region 60 connected to the first gas inlet 20, the first gas side having a first gas collection region 70 connected to the first gas outlet 30, the first gas distribution region 60 and the first gas collection region 70 are connected to one another via a plurality of first heat exchange gas ducts 100, the first heat exchange gas ducts 100 being in thermal contact with the second gas side, characterized in that at least one first electrical heating element 120 is arranged in the first gas collection region 70.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einer integrierten Heizung zur Erwärmung zum Anfahren einer Anlage.The invention relates to a heat exchanger with an integrated heater for warming up a system.
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.Many chemical processes, for example and in particular the synthesis of ammonia from nitrogen and hydrogen, release heat, which is used to heat the educts supplied. However, when starting up such a chemical plant, the plant is initially too cold for the reaction and the reaction therefore does not provide the required heat. It is therefore common practice to provide the required energy, particularly using a natural gas burner. In most cases today, the hydrogen for ammonia synthesis is produced from natural gas, so natural gas is available in such plants.
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 CO2 verzichtet werden. Es ergibt sich daher die Notwendigkeit, die Edukte anders aufzuheizen, um auf die für die Reaktion notwendige Mindesttemperatur im Katalysatorbett zu kommen.However, there is increasing interest in reducing CO 2 emissions. Therefore, alternative sources of hydrogen are being sought that do not require the production of CO 2 . One source, for example, is electrolysis using electricity generated from renewable sources. However, this means that natural gas is no longer necessarily available for the start-up process, for example. On the other hand, the emission of CO 2 should also be avoided in such processes. There is therefore a need to heat the starting materials differently in order to reach the minimum temperature in the catalyst bed necessary for the reaction.
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.Two solutions in particular are currently being used. On the one hand, an electrical preheater is built between the heat exchanger and the converter. However, since pressures well over 100 bar (up to 400 bar) prevail in the recirculation circuit of ammonia synthesis, the housing for the electrical preheating must be correspondingly stable and therefore complex and expensive. On the other hand, the preheating is integrated directly into the converter. Although this eliminates the need for a separate housing, the space requirement reduces the amount of catalyst in the converter and thus reduces the maximum production output.
Aus der
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Aus der WO 2017 / 186 613 A1 ist ein Verfahren zum Anheizen eines Ammoniak-Konverters bekannt.A method for heating an ammonia converter is known from WO 2017/186 613 A1.
Aus der
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Aus der WO 2020 / 150 245 A1 ist die Verwendung erneuerbarer Energie zur Synthese von Ammoniak bekannt.The use of renewable energy for the synthesis of ammonia is known from WO 2020/150 245 A1.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine regenerative Vorwärmung zu ermöglichen, welche die Probleme der beiden bekannten Lösungen vermeidet.The object of the invention is to enable regenerative preheating, which avoids the problems of the two known solutions.
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.This task is solved by the gas-gas heat exchanger with the features specified in claim 1, the chemical plant with the features specified in claim 12 and the method with the features specified in claim 15. Advantageous further developments result from the subclaims, the following description and the drawings.
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 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 einfließenden 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 abgeschaltet werden oder langsam bis zum Erreichen der Zieltemperatur runtergeregelt werden.The gas-gas heat exchanger according to the invention has a first gas side and a second gas side. In regular operation, thermal energy in the gas-gas heat exchanger is transferred from the gas flowing through the second gas side to the gas flowing in the first gas side. In particular, the heat generated during the conversion of the gas is used to heat the inflowing educts. The first gas side has a first gas inlet and a first gas outlet. At the first gas flow, the gas stream to be heated is fed to the first gas side and the heated gas stream is then released again at the gas outlet. The second gas side accordingly has a second gas inlet and a second gas outlet. The gas that is to give off heat is introduced through the second gas inlet and leaves the gas-gas heat exchanger cooled through the second gas outlet. The first gas side has a first gas distribution area connected to the first gas inlet and a first gas collection area connected to the first gas outlet. The first gas distribution area and the first gas collection area are connected to one another via a plurality of first heat exchange gas ducts. The heat exchange gas ducts can, for example and preferably, be designed in a plate-shaped or tubular manner. By dividing it into several heat exchange gas ducts, the surface area is increased and heat transfer is improved. The number of the plural depends depends on the embodiment. If, for example, this is plate-shaped (plate heat exchanger), then 10 to 25 heat exchange gas ducts are common. If the embodiment is, for example, tubular (tube bundle heat exchanger), 20 to 250 heat exchange gas ducts are more common. The person skilled in the art will therefore choose the number of the majority according to the designs common in the prior art. The The first heat exchange gas guides are in thermal contact with the second gas side. This allows heat transfer to take place. According to the invention, at least one first electrical heating element is arranged in the first gas collection area. In regular operation, the first electrical heating element is switched off. This only heats up when starting up from the cold state. The The arrangement is chosen in such a way that the gas initially flows through the first gas side, is heated electrically at the end, and from there is fed into a reaction reactor. However, no reaction takes place there due to the temperature being too low. The gas then flows back into the Gas-gas heat exchanger, this time on the second gas side. Here the gas gives off the electrically generated heat to the incoming gas stream of the first gas side, which is then further heated electrically by the first electrical heating element at the end of the first gas side after being heated by the backflowing gas and is thus brought to a higher temperature. In this way, both the gas stream and the reaction reactor are heated continuously until a threshold temperature is reached, for example 370 ° C in ammonia synthesis, so that the reaction begins in the reaction reactor and generates additional energy. From this point on, the system is no longer dependent on the supply of external energy from the first electrical heating element. The first electrical heating element can either be switched off completely or slowly turned down until the target temperature is reached.
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.Due to the arrangement in the gas-gas heat exchanger, neither its own pressure-stable housing is required, nor is the space for the catalytic converter reduced in the converter, so that the problems known from the prior art can be solved in this way.
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 a further embodiment of the invention, the first gas collection region has a first subregion and a second subregion. The first portion is connected to the first heat exchange gas ducts and the second portion is connected to the first gas outlet. The first electrical heating element is arranged in the second portion. The effect is that the gas on the first gas side in the first subregion has approximately the temperature of the gas flowing into the second gas side and this is further increased in a separate second subregion. This also allows, for example, the extraction of gas streams at two different temperature levels.
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 a further embodiment of the invention, the second portion is thermally insulated from the second gas side. This prevents the hotter gas entering the second gas side from being further heated by the first electrical heating element. The heating by the first electrical heating element is thus limited to the colder gas on the first gas side. For example, the thermal insulation of the second portion can be achieved by a double tube, provided the second portion is tubular. The space in the double tube then acts as insulation and prevents heat generated by the first electrical heating element from being released to the second gas side.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Gasseite einen dritten Gasauslass auf. Der dritte Gasauslass ist mit dem ersten Gassammelbereich verbunden. In a further embodiment of the invention, the first gas side has a third gas outlet. The third gas outlet is connected to the first gas collection area.
Dieses ist insbesondere bevorzugt, wenn der erste Gassammelbereich unterschiedliche Temperaturniveaus aufweist.This is particularly preferred if the first gas collection area has different temperature levels.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Gasauslass verschließbar. 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 a further embodiment of the invention, the third gas outlet can be closed. The third gas outlet is particularly preferably closed during regular operation and is only opened in a specific phase of the start-up process. In particular, the third gas outlet can be closed with a valve.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Gasauslass mit dem ersten Teilbereich verbunden.In a further embodiment of the invention, the third gas outlet is connected to the first portion.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem ersten Teilbereich ein zweites elektrisches Heizelement angeordnet.In a further embodiment of the invention, a second electrical heating element is arranged in the first subregion.
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 a further embodiment of the invention, the gas-gas heat exchanger is designed as a plate heat exchanger. In this embodiment, the second gas side has a second gas distribution region connected to the second gas inlet and a second gas collection region connected to the second gas outlet. The second gas distribution area and the second gas collection area are connected to one another via a plurality of second heat exchange gas ducts. First heat exchange gas ducts and second heat exchange gas ducts are each arranged alternately next to one another and adjacent to one another.
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.In a further alternative embodiment of the invention, the gas-gas heat exchanger is designed as a tube bundle heat exchanger. There are two other important alternative embodiments. In a first exemplary embodiment, the second gas side can be designed as a large, continuous area in which the tubular first heat exchange gas guides run and are surrounded by the gas from the second gas side. In a second exemplary embodiment, the second gas side may have a second gas distribution region connected to the second gas inlet and a second gas collection region connected to the second gas outlet. The second gas distribution area and the second gas collection area are connected to one another via a plurality of second heat exchange gas ducts. First heat exchange gas ducts and second heat exchange gas ducts are each arranged parallel next to one another.
Bevorzugt wird die zweite Gasseite im Bereich der ersten Wärmetauschgasführungen in der der Gasführung in den ersten Wärmetauschgasführungen entgegengesetzten Richtung durchströmt (Gegenstromwärmetauscher).Preferably, the second gas side in the area of the first heat exchange gas ducts is flowed through in the direction opposite to the gas duct in the first heat exchange gas ducts (countercurrent heat exchanger).
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Gas-Gas-Wärmetauscher ein Druckgehäuse auf.In a further embodiment of the invention, the gas-gas heat exchanger has a pressure housing.
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 a further aspect, the invention relates to a chemical plant with a gas-gas heat exchanger according to the invention. The chemical plant has a conversion reactor. The reaction reactor has an educt input and a product output. The first gas outlet is connected to the educt inlet and the product outlet is connected to the second gas inlet. Particularly preferably, the chemical plant is an ammonia synthesis device and the reaction reactor is a converter. The gas-gas heat exchanger according to the invention is thus integrated in the recirculation circuit of the ammonia synthesis.
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 a further embodiment of the invention, the reaction reactor has a first sub-reactor and a second sub-reactor. A secondary educt inlet is arranged between the first sub-reactor and the second sub-reactor. The third gas outlet is connected to the secondary educt inlet. Thus, in particular, a less preheated gas can cool the gas stream heated by the reaction that starts. As a result, the full electrical heating power is available for the first reaction stage in the first sub-reactor and the second sub-reactor is heated with the incipient heat of reaction from the first sub-reactor.
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.
- a) introducing cold educt gas mixture into the first gas inlet,
- b) heating the educt gas mixture with the first electrical heater,
- c) record the temperature in the reaction reactor and/or the product gas mixture leaving the product outlet,
- d) determining the start of the chemical reaction in the reaction reactor based on the temperature recorded in step c),
- e) After the start of the chemical reaction, reduction of the heating output of the first electric heater.
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.The recording in step c) can take place directly or indirectly. For example, the heat released in another heat exchanger can also be recorded here, for example via the temperature of the heat exchange medium.
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 Umsetzungsreaktor 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.
- f) opening the connection between the third gas outlet and the secondary educt inlet,
- g) determining the start of the chemical reaction in the second sub-reactor of the reaction reactor based on the temperature recorded in step c),
- h) After the start of the chemical reaction in the second sub-reactor, disconnecting the connection between the third gas outlet and the secondary reactant inlet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt d) der anteiliger 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.In a further embodiment of the invention, the proportional start of the implementation is determined in step d) and the heating output of the first electrical heater is reduced proportionately. The advantage of this is that, on the one hand, it is possible to heat up to operating temperature as quickly as possible, but on the other hand, overshooting the temperature can be prevented. This is particularly important because an increased temperature shifts the equilibrium in ammonia synthesis to the side of the educts and temperatures that are too high lead to material damage.
Nachfolgend ist der erfindungsgemäße Gas-Gas-Wärmetauscher anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
1 erste beispielhafte Ausführungsform -
2 zweite beispielhafte Ausführungsform -
3 dritte beispielhafte Ausführungsform -
4 vierte beispielhafte Ausführungsform -
5 fünfte beispielhafte Ausführungsform
-
1 first exemplary embodiment -
2 second exemplary embodiment -
3 third exemplary embodiment -
4 fourth exemplary embodiment -
5 fifth exemplary embodiment
In den
In
Die zweite beispielhafte Ausführungsform, welche in
In
Die in
BezugszeichenReference symbols
- 1010
- Gas-Gas-WärmetauscherGas-gas heat exchanger
- 2020
- erster Gaseinlassfirst gas inlet
- 3030
- erster Gasauslassfirst gas outlet
- 4040
- zweiter Gaseinlasssecond gas inlet
- 5050
- zweiter Gasauslasssecond gas outlet
- 6060
- erster Gasverteilbereichfirst gas distribution area
- 7070
- erster Gassammelbereichfirst gas collection area
- 7272
- erster Teilbereichfirst section
- 7474
- zweiter Teilbereichsecond section
- 8080
- zweiter Gasverteilbereichsecond gas distribution area
- 9090
- zweiter Gassammelbereichsecond gas collection area
- 100100
- erste Wärmetauschgasführungfirst heat exchange gas supply
- 110110
- zweite Wärmetauschgasführungsecond heat exchange gas guide
- 120120
- erstes elektrisches Heizelementfirst electric heating element
- 130130
- dritter Gasauslassthird gas outlet
- 140140
- zweites elektrisches Heizelementsecond electric heating element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2116296 A1 [0005]EP 2116296 A1 [0005]
- DE 102019202893 A1 [0006]DE 102019202893 A1 [0006]
- EP 3623343 A1 [0007]EP 3623343 A1 [0007]
- EP 3730456 A1 [0009]EP 3730456 A1 [0009]
- CN 107188197 A [0010]CN 107188197 A [0010]
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Family Applications (1)
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-
2022
- 2022-04-27 DE DE102022204105.4A patent/DE102022204105A1/en active Pending
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