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Verfahren und Vorrichtung zum Befeuchten von Gasen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Befeuchten von Gasen, insbesondere bei erhöhtem Druck,
und auf eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
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In verschiedenen Fällen ist es erforderlich, ein Gas bei erhöhtem
Druck mit einer Flüssigkeit zu befeuchten. Beispielsweise kann man aus kohlenoxydhaltigen
Gasgemischen durch Umsetzung mit Wasserdampf wasserstoffreichere Gasgemische erzeugen.
Diese Umsetzung wird häufig unter erhöhtem Druck durchgeführt, um die Ausbeute zu
verbessern.
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Die Befeuchtung wird gewöhnlich in der Weise vorgenommen, daß der
in dem umgesetzten Gas-Dampf-Gemisch enthaltene Dampf durch direkte Berieselung
mit kälterem Wasser kondensiert wird.
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Mit dem dabei erhaltenen heißeren Wasser wird das ankommende Frischgas
berieselt. Der Rest des benötigten Wasserdampfes wird durch Zusatz einer entsprechenden
Dampfmenge oder eines Gemisches von Dampf und Einspritzwasser aufgebracht.
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Ein Nachteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß man Zusatzdampf
von etwas höherem Druck als dem Arbeitsdruck des zu befeuchtenden Gases benötigt.
Dieser Dampf ist teurer als der durch Berieselung des umzusetzenden Gases gewonnene,
außerdem ist für seine Erzeugung eine unter dem erforderlichen Druck betriebene
Kesselanlage notwendig, die in vielen Fällen besonders für diesen Zweck errichtet
werden muß.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bekannt, einen getrennten
Heizkreislauf für das Befeuchtungsmittel vorzusehen und die befeuchtende Flüssigkeit
zum Erhitzer zurückzuführen. Das Erhitzen des Befeuchtungsmittels (z. B. Wasser)
und das Befeuchten des gegebenenfalls unter Druck stehenden Gases wird hierbei in
zwei getrennten Arbeitsstufen durchgeführt. Der Erhitzer kann mit Gas oder öl oder
auch mit Heißdampf beheizt werden.
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Bei den bekannten Verfahren muß das eingespritzte Wasser beim Eintritt
in den Verdampfer einen Wärmeinhalt aufweisen, der demjenigen für die nachfolgende
Erhitzung und Befeuchtung des Gases entspricht. Das bedingt entweder einen sehr
großen Wasserumlauf oder eine entsprechend hohe Temperatur des Wassers am Ausgang
des Erhitzers. Im letzteren Falle braucht man für die Beheizung des Erhitzers Hochdruckdampf
oder eine Flüssigkeit bei hoher Temperatur.
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Bei der Anlage zur Durchführung des bekannten Verfahrens wird das
am Boden des Verdampfers sich abscheidende überschüssige Wasser über eine Verbindungsleitung
und eine Pumpe einem Kondensator
zugeführt und dort zum Berieseln des konvertierten
Gases verwendet. Vom Kondensator gelangt das Wasser über eine weitere Pumpe wieder
in den Erhitzer und von dort in den Berieselungsverdampfer zurück. Auf diesem umfangreichen
Kreislauf sind Wärmeverluste in Rohrleitungen u. dgl. unvermeidlich.
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Demgegenüber ist das ertindungsgemäße Verfahren zum Befeuchten von
Gasen, insbesondere bei erhöhtem Druck, unter Verwendung eines getrennten Heizkreislaufes
für das Befeuchtungsmittel und Rückführung der befeuchtenden Flüssigkeit zum Erhitzer
dadurch gekennzeichnet, daß das zu befeuchtende Gas zusammen mit dem flüssigen Befeuchtungsmittel
durch ein bzw. mehrere Rohrbündel eines Verdampfers durchgeleitet wird und daß das
befeuchtete Gas anschließend von der überschüssigen Flüssigkeit befreit und diese
erneut in den Verdampfer eingeleitet wird.
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Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch
einen oder mehrere hintereinandergeschaltete beheizte Verdampfer mit einer Eintrittskammer
für das zu befeuchtende Gas und das zu verdampfende Befeuchtungsmittel, welche mit
dem Rohrbündel des Verdampfers in Verbindung steht, sowie durch eine Austrittskammer,
die mit einem Flüssigkeitsabscheider verbunden ist, der seinerseits über eine Abflußleitung
mit der Entrittskammer in Verbindung steht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage zu seiner Durchführung
haben erhebliche Vorteile gegenüber dem eingangs geschilderten bekannten Verfahren.
Der gesonderte Erhitzer und der mit einer Berieselungsvorrichtung arbeitende Verdampfer
sind erfindungsgemäß durch einen einzigen Röhrenverdampfer ersetzt. Der Wärmeaustausch
in den Rohrbündeln des Verdampfers geht infolge der strömenden
Gase
viel besser und schneller vonstatten als in einem mit Berieselung arbeitenden Verdampfer
bzw. einem lediglich mittels Kontaktwärme arbeitenden Erhitzer. Das Heizmittel des
Röhrenverdampfers braucht nur wenig höhere Temperatur als das zu befeuchtende Gas
aufzuweisen.
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Ferner ist der Kreislauf des Befeuchtungsmittels erfindungsgemäß
wesentlich vereinfacht. Das sich im Abscheider sammelnde überschüssige Wasser gelangt
sofort wieder in den Röhrenverdampfer zurück, wofür bei Verwendung eines Steigfilmverdampfers
nicht einmal eine Pumpe erforderlich ist.
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Es ergibt sich somit eine besonders gedrängte und platzsparende Bauweise
für die entsprechende Anlage, bestehend allein aus Röhrenverdampfer, Abscheider
und Kreislaufleitung.
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Es werden zwei Ausführungsformen als den Erfindungsbereich keineswegs
einschränkendes Beispiel beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die Zeichnungen,
von welchen Fig. 1 eine Anlage mit Fallfilmverdampfer darstellt; F i g. 2 stellt
eine Anlage mit Steigfllmverdampfer (Kletterverdampfer) dar.
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In der F i g. 1 enthält der Verdampfer 1 das Rohrbündel 2; der Heizmantel
des Apparates wird durch die Rohrleitung3 mitWasserdampf gespeist, während das Kondenswasser
durch die Rohrleitung 4 wieder zu dem hier nicht dargestellten Dampfkessel zurückkehrt.
Das zu befeuchtende Gas wird durch die Rohrleitung 5 herbeigeführt; die letztere
mündet im Oberteil des Verdampfers in eine Kammer 6 aus, welche mit dem Rohrbündel
in Verbindung steht.
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Das Wasser wird durch die Rohrleitung 7 eingeführt.
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Bei seinem Durchgang durch die Rohre des Verdampfers kommt das Gas
also in Berührung mit dem inVerdampfung befindlichen Wasser, und am unteren Ende
des Rohrbündels in der Kammer 8 erscheint ein Gemisch aus Gas, Wasserdampf und überschüssigem
Wasser, welches anschließend in den Abscheider 9 einrtitt, in welchem das überschüssige
Wasser abgeschieden wird und sich in dem Behälter 10 ansammelt, während das mit
Wasserdampf gesättigte Gasgemisch durch die Rohrleitungll abgeführt wird.
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Außerdem wird durch die Rohrleitung 12 Wasser in den Abscheider eingeführt.
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Das in dem Abscheider angesammelte Wasser fließt im Kreislauf wieder
zu der Kammer 6, und zwar durch die Rohrleitung 13, die Pumpe 14 und die Rohrleitung
7.
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Als praktisches Beispiel ist der Fall eines Gases zu betrachten,
welches unter einem absoluten Druck von 13 kg/cm2 strömt und welches mit Wasser
derart anzureichern ist, daß der Partialdruck des Wassers im Gas sich auf 6,3 kg/cm2
beläuft. Der Taupunkt des Gemisches, welcher diesem Partialdruck entspricht, beläuft
sich auf 1600 C; das Gas muß also auf diese Temperatur erhitzt und mit Wasser gesättigt
werden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Rohrbündel des Verdampfers
durch Wasserdampf von einer Temperatur, die je nach den Eigenschaften des Apparates
etwas über dem Taupunkt des Gemisches liegt, erhitzt bzw. beheizt, also bei-
spielsweise
mit Wasserdampf von 1700 C entsprechend einem absoluten Dampfdruck von 8,07 kg/cm2.
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Dagegen hätte bei dem klassischen Verfahren der Druck des direkt eingespritzten
Dampfes in dem gleichen Falle 13 kg/cm2 überschreiten müssen.
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Obwohl die soeben beschriebene Anlage mit Fallfilmverdampfer den
Vorzug besitzt, dem Kreislauf der Gase nur einen mit geringen Verlusten behafteten
Widerstand entgegenzusetzen, kann sie doch auch mit einem Steigfilmverdampfer (Kletterverdampfer),
wie ihn die F i g. 2 zeigt, versehen werden.
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Der Stromkreis für die Beheizung des Verdampfers 1 umfaßt dann eine
Rohrleitung 3 für die Zuleitung des Dampfes und eine Rohrleitung 4 für die Ableitung
des Kondenswassers, jedoch ist - wie man sieht - der Abscheider 9 mit der Kammer
6 des Verdampfers nur durch eine einfache Rohrleitung 13 verbunden, und die Pumpe
14 entfällt somit. Die Zuleitung der Gase erfolgt durch die Rohrleitung 5, und das
mit Wasser gesättigte Gasgemisch wird durch die Rohrleitung 11 abgeführt.
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Der Erfindungsbereich ist keineswegs auf die dargestellten konstruktiven
Einzelheiten noch auf die angeführten Zahlenbeispiele beschränkt. Es kann z. B.
das einzige Rohrbündel durch mehrere solcher, in Reihe geschalteter Rohrbündel ersetzt
werden.