DE1401358B2

DE1401358B2 - Device for increasing the waste heat-steam yield in catalytic high-pressure syntheses

Info

Publication number: DE1401358B2
Application number: DE19601401358
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Leonding Linz Hinriehs (Österreich)
Original assignee: Lentia GmbH, Chem. u. pharm. Erzeugnisse-Industriebedarf, 8OOO München
Priority date: 1959-09-04
Filing date: 1960-08-10
Publication date: 1970-12-03
Also published as: AT216021B; DE1401358A1; GB931952A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erhö- spanntem Dampf, dadurch beträchtlich erhöhen läßt,The invention relates to a device for increased tensioned steam, thereby considerably increasing

hung der Dampfausbeute in einer Einrichtung für daß die Temperatur des in die Syntheseeinrichtunghung the steam yield in a device for that the temperature of the in the synthesis device

exotherme katalytische Gashochdrucksynthesen, ins- eintretenden Gases entsprechend erhöht wird, soexothermic catalytic high pressure gas syntheses, entering gas is increased accordingly, so

besondere für Ammoniak oder Methanol, mit Aus- daß dem, der Syntheseeinrichtung nachgeschalteten nähme von Einrichtungen mit Schachtöfen, mit einem 5 Dampferzeuger nicht nur eine größere Wärmemenge,especially for ammonia or methanol, with the exception of the downstream of the synthesis device would not only take a larger amount of heat from facilities with shaft furnaces with a steam generator,

Hauptwärmetauscher, einem diesem nachgeschal- sondern diese auch mit höherer Temperatur zuge-Main heat exchanger, one downstream of it, but also one with a higher temperature

teten Abwärme-Dampferzeuger und einer Kühlein- führt wird, wodurch gleichzeitig der Wärmeübergangexhausted waste heat steam generator and a cooling inlet, whereby the heat transfer is carried out at the same time

richtung für das kondensierbare Syntheseprodukt, des indirekten Austausche verbessert wird,direction for the condensable synthesis product, the indirect exchange is improved,

die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen dem Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Abwärme-Dampferzeuger und der Kühleinrichtung ίο die Reaktionsgase, welche die der Syntheseeinrich-which is characterized in that between the this is achieved according to the invention in that Waste heat steam generator and the cooling device ίο the reaction gases, which the synthesis device

ein zusätzlicher, vom gasförmigen Syntheseprodukt tung nachgeschaltete Dampferzeugungsanlage mit deran additional steam generation system with the downstream of the gaseous synthesis product

und dem Frischgas durchströmter, indirekt wirkender Temperatur des erzeugten Dampfes verlassen, vorand leave the fresh gas flowed through, indirectly acting temperature of the generated steam, before

Wärmetauscher angeordnet ist. ihrem Eintritt, beispielsweise in die Kühlanlage fürHeat exchanger is arranged. their entry, for example in the cooling system for

Demnach liegt der Anmeldung die technische das zu verflüssigende Reaktionsprodukt, einem noch-Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der 15 maligen Wärmeaustausch mit dem, in den Synthese-Dampfausbeute in einem, einer Einrichtung für exo- ofen eingedrückten Reaktionsgemisch unterworfen therme katalytische Gashochdrucksynthese nachge- werden. Hierbei wird durch Abgabe des restlichen schalteten Dampferzeuger zu schaffen. Wärmeinhaltes der Reaktionsgase an das kalte Syn-Accordingly, the technical application of the reaction product to be liquefied is a still-task based on a method to increase the 15 times heat exchange with the, in the synthesis steam yield subjected in a, a device for exo-oven impressed reaction mixture thermal catalytic high-pressure gas synthesis. This is done by submitting the remaining switched to create steam generator. Heat content of the reaction gases to the cold syn-

Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch ge- thesefrischgas die im Gaswege folgende Kühlanlage löst, daß ein zusätzlicher Wärmetauscher angeordnet 20 für das Reaktionsprodukt entlastet und weiter wird ist, in dem das aus dem Dampferzeuger austretende, hierdurch das Temperaturniveau des in den Synausreagierte Gasgemisch einen wesentlichen Teil theseofen eintretenden Gasgemisches praktisch um seiner Restwärme an das zum Hauptwärmetauscher den gleichen Betrag gehoben. Dementsprechend des Syntheseofens strömende Frischgas abgibt und wird auch das Temperaturniveau des Ofenausgangsdieses erwärmt. Da das Frischgas den Hauptwärme- 25 gases, das dieses Wärmeplus im Wärmetauscher des tauscher nunmehr mit höherer Temperatur erreicht, Reaktors übernimmt, erhöht, wodurch sich wegen somit die im Hauptwärmetauscher ausgetauschte des höheren Temperaturunterschiedes gegenüber Wärmemenge, unter der Voraussetzung konstanter dem Kesselspeisewasser eine Erhöhung der Dampf-Reaktionstemperatur, kleiner ist, als bei Anlagen menge bzw. des Dampfdruckes ergibt, ohne zusätzlichen Wärmetauscher, tritt das abzie- 30 Bei allen heute in der Technik üblichen Hochhende Synthesegas mit höherer Temperatur in den drucköfen der katalytischen Ammoniaksynthese wird Dampferzeuger ein. Da die . Gasaustrittstemperatur das kalte Frischgas in einem Zwischenraum zwischen aus dem Dampferzeuger aber im wesentlichen durch dem Hochdruckmantel und dem Einsatzmantel oder die Speisewassereintrittstemperatur bestimmt wird, Leitrohr nach abwärts an den Fuß des in fast allen d. h. im wesentlichen konstant ist, ergibt sich bei 35 Syntheseöfen vorhandenen oder zu jedem Ofen geAnlagen mit zusätzlichem Wärmetauscher ein grö- hörigen Wärmeaustauschers geführt, von wo auch es ßeres nutzbares Temperaturgefälle der abziehenden durch letzteren in die Katalyseeinrichtung strömt. Synthesegase im Dampferzeuger und damit eine Da sich also der Wärmeaustausch zwischen dem höhere Dampferzeugung. Als zusätzlicher Vorteil erfindungsgemäß wärmer zuströmenden Frischgas einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 und dem, den Syntheseofen verlassenden ausreawird eine Verkleinerung des im Syntheseofen einge- gierten Gasstrom im untersten Teil des üblichen bauten Hauptwärmetauschers, bedingt durch die Ver- Hauptwärmeaustauschers vollzieht, wird das Temminderung der auszutauschenden Wärmemengen, peraturniveau im Inneren des Ofens bzw. der Katagenannt. lysatormasse selbst praktisch nicht verändert, so daß,This task is essentially achieved by using fresh gas in the cooling system following in the gas path solves that an additional heat exchanger arranged 20 for the reaction product is relieved and further is, in which the exiting from the steam generator, thereby the temperature level of the reacted in the Synaus Gas mixture practically around a substantial part of the gas mixture entering this furnace its residual heat is raised the same amount to that of the main heat exchanger. Accordingly of the synthesis furnace emits flowing fresh gas and is also the temperature level of the furnace outlet warmed up. Since the fresh gas is the main heating gas that this heat plus in the heat exchanger of the exchanger is now reached at a higher temperature, the reactor takes over, increases, which is due to thus the higher temperature difference exchanged in the main heat exchanger Heat quantity, provided that the boiler feed water is constant, an increase in the steam reaction temperature, is smaller than the amount or the steam pressure in the case of systems, without an additional heat exchanger, the deduction occurs Synthesis gas with a higher temperature is used in the pressure furnaces of the catalytic ammonia synthesis Steam generator on. Since the. Gas outlet temperature the cold fresh gas in a space between from the steam generator but essentially through the high pressure jacket and the insert jacket or the feed water inlet temperature is determined, draft tube downwards to the foot of in almost all d. H. is essentially constant, there are systems for 35 synthesis furnaces or for each furnace with an additional heat exchanger, a larger heat exchanger is routed from where it is ßeres usable temperature gradient of the withdrawing flows through the latter into the catalytic device. Synthesis gases in the steam generator and thus a heat exchange between the higher steam generation. As an additional advantage according to the invention, fresh gas flowing in at a warmer temperature a variant of the device 40 according to the invention and the one leaving the synthesis furnace a reduction of the gas flow in the synthesis furnace in the lowest part of the usual built main heat exchanger, due to the main heat exchanger takes place, the temperature reduction the amount of heat to be exchanged, called the temperature level inside the furnace or the catagen. analyzer mass itself practically not changed, so that,

Zur Verwertung der Abhitze exothermisch ver- 45 trotz besserer Ausnutzung des Wärmegewinns derTo utilize the waste heat exothermically, despite better utilization of the heat gain

laufender chemischer Reaktionen, insbesondere von exothermen Katalyse, diese letztere selbst in keinerongoing chemical reactions, especially exothermic catalysis, the latter itself in none

■Gasen wie beispielsweise in der Ammoniak- oder in Weise negativ beeinflußt wird. Das Mehr an Wärme■ gases such as in the ammonia or in a negative way. The extra warmth

der Methanoldrucksynthese sind bereits zahlreiche wird somit nur dem abgehenden ausreagierten Syn-the methanol pressure synthesis are already numerous, so only the outgoing syn-

Vorschläge bekannt. Allgemein üblich und für die thesegas unter Umgehung des Katalysators aufge-Proposals known. Common practice and for thesegas bypassing the catalytic converter.

Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ausschlaggebend 50 laden. Es ist also im vorliegenden Falle nicht nötig,The cost-effectiveness of the process is crucial 50 load. It is therefore not necessary in the present case,

ist die Dampfgewinnung durch indirekten Wärme- eine bessere Wärmeausnutzung durch Vergrößerungis the steam generation through indirect heat - a better heat utilization through enlargement

austausch der die Syntheseeinrichtung verlassenden, der üblichen Wärmeaustauscheinrichtung des Reak-exchange of the usual heat exchange device of the reactor leaving the synthesis device

ausreagierten Gase gegen Speisewasser eines Dampf- tors herbeizuführen, es können im Gegenteil die bis-to bring reacted gases against the feed water of a steam generator, on the contrary, the up to now

kessels. Die diesen letzteren verlassenden Gase haben her hierzu verwendeten Vorrichtungen ohne Ände-boiler. The gases leaving the latter have been used for this purpose without any changes.

jedoch noch einen bestimmten, bei den Bedingungen 55 rung benutzt werden. Die zur Durchführung derhowever, there is also a specific one that can be used under the conditions. The implementation of the

des Wärmeaustausches im Dampfkessel nicht mehr erfindungsgemäßen Verbesserung zusätzlich nötigethe heat exchange in the steam boiler no longer additionally necessary improvement according to the invention

in diesem verwertbaren Wärmeinhalt, da sich die Einrichtung besteht lediglich aus einem, für die hierin this usable heat content, since the facility consists of only one, for here

Gastemperatur bestenfalls nur bis zur Eintrittstem- vorkommenden Temperaturen geeigneten Wärme-Gas temperature at best only up to the temperature of entry occurring temperatures suitable heat

peratur des Speisewassers in das La-Mont-System austauscher üblicher Art im Gasstrom zwischen demtemperature of the feed water in the La-Mont system exchangers of the usual type in the gas flow between the

abkühlen läßt. 60 Abwärme-Dampfkessel und der Kühlanlage für dielets cool down. 60 waste heat steam boiler and the cooling system for the

Mit Hilfe vorliegender Erfindung ist es nun mög- Ammoniakabtrennung oder für das sonstige Endlich, den Wärmeinhalt der die Syntheseeinrichtung produkt gegen ankommendes kaltes, frisches Synverlassenden Reaktionsgase und damit die Menge an thesegasgemisch.With the help of the present invention it is now possible- ammonia separation or for the rest Finally, the heat content of the synthesis device product against incoming cold, fresh Synausenden Reaction gases and therefore the amount of thesegas mixture.

erzeugbarem Niederdruckdampf wesentlich zu er- Sofern in Ausnahmefällen, bedingt durch die Di-If in exceptional cases, due to the di-

höhen. 65 mensionierung des Hauptwärmetauschers, das Frisch-heights. 65 dimensioning of the main heat exchanger, the fresh

Es wurde nämlich wie ausgeführt gefunden, daß gas durch das ihm aufgeladene Wärmeplus in dem-It was found, as stated, that gas, due to the heat plus charged to it,

sich die Menge an gewinnbarem Druckdampf, so- selben zu hoch erhitzt wird, kann diese ÜberhöhungIf the amount of pressurized steam that can be obtained increases if it is heated too high, this excess can occur

wohl an Niederdruckdampf als auch an höher ge- der Temperatur dieses Gases vor seinem Eintritt inprobably from low pressure steam as well as from the higher temperature of this gas before its entry into

die Kontaktmasse durch eine Kaltgaszuführung, wie sie bei vielen Reaktortypen üblich ist, unschwer ausgeglichen werden, ohne daß der Wärmeabtausch im Hauptwärmeaustauscher dadurch beeinträchtigt wird.the contact mass is easily balanced by a cold gas supply, as is customary in many reactor types without affecting the heat exchange in the main heat exchanger.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme kann dadurch noch verstärkt werden, daß das Reaktionsgefäß für die exotherme Hochdrucksynthese sorgfältig gegen Wärmeverluste isoliert wird, um jeden Wärmeverlust zum Schaden des nachfolgenden Wärmeaustauschers zu vermeiden. ·The effect of the measure according to the invention can be increased by the fact that the reaction vessel for exothermic high pressure synthesis is carefully insulated against heat loss in order to avoid any loss of heat to the detriment of the downstream heat exchanger. ·

In solchen Fällen, wo der Wärmeinhalt der Reaktionsgase nach dem Verlassen des sogenannten Dampfteiles nicht für den beschriebenen Zweck zur Verfügung steht, weil beispielsweise der restliche Wärmeinhalt für die Heißwasserbereitung oder für Heizungszwecke von Gebäuden od. dgl. verwendet wird, kann das Temperaturniveau des Reaktionsgases vor dem Dampfkessel auch dadurch im notwendigen Ausmaße erhöht werden, daß andere Wärmequellen, beispielsweise Kompressorenabwärme, Abwärme von CC-Konvertierungen und andere mehr zum erfindungsgemäßen Zwecke herangezogen werden. In those cases where the heat content of the reaction gases after leaving the so-called Steam part is not available for the purpose described because, for example, the rest Heat content for hot water preparation or for heating purposes in buildings or the like. Used is, the temperature level of the reaction gas upstream of the steam boiler can also be in the necessary The extent to which other heat sources, such as waste heat from compressors, can be increased Waste heat from CC conversions and others can be used for the purpose of the invention.

Auf die erfindungsgemäße Weise ist es möglich, die Ausbeute, beispielsweise an Niederdruckdampf, um 30 bis 50 % und mehr zu steigern.In the manner according to the invention it is possible to reduce the yield, for example of low-pressure steam, to increase by 30 to 50% and more.

Beim Gegenstande der oben beschriebenen Erfindung handelt es sich keineswegs um die übliche Aufwärmung des Frischgases auf die Anspringtemperatur der Katalyse durch die Wärme des ausreagierten Gases schlechtweg, etwa im Hauptwärmeaustauscher des Reaktors, sondern ausschließlich um die Verwertung jener restlichen Wärmemenge, die nach optimaler Ausnutzung der Reaktionsabwärme in einem Dampferzeuger, entsprechend der Temperatur des erzeugten Dampfes noch im Abgas enthalten ist und die früher verloren gegeben werden mußte. Die Erfindungseigenschaft dieses Vorschlages ist neben der beachtlichen neuen Wirkung auch dadurch begründet, daß bisher ein starkes Vorurteil dagegen bestand, Frischgas dem Reaktor mit höherer Temperatur aufzugeben, da man dadurch eine Verschlechterung der Katalyse und eine Schädigung der Reaktoreinrichtung durch verminderte Kühlwirkung befürchtete.The subject matter of the invention described above is by no means the usual warming up the fresh gas to the starting temperature of the catalysis by the heat of the reacted Gas, for example in the main heat exchanger of the reactor, but exclusively around the utilization of the remaining amount of heat that is generated after optimal utilization of the waste heat from the reaction in a steam generator, still contained in the exhaust gas, depending on the temperature of the steam generated is and which had to be given lost in the past. The invention characteristic of this proposal In addition to the considerable new effect, it is also justified by the fact that there has been a strong prejudice so far on the other hand, there was fresh gas to be added to the reactor at a higher temperature, as this would cause deterioration of the catalysis and damage to the reactor equipment due to decreased Cooling effect feared.

_ Wenn es gewünscht wird, die Abwärme der exothermen Synthese in Form von höher gespanntem Dampf, etwa von 6 atü oder darüber, in dem, dem Syntheseofen nachgeschalteten üblichen Abwärmedampfkessel auszunutzen, so muß dementsprechend auch das ausreagierte Synthesegas mit höherer Temperatur in diesen Dampfkessel eintreten. Nach der bisher beschriebenen einfachen Verfahrensvariante würde das gesamte Synthesefrischgas nach dem erfindungsgemäßen Wärmeabtausch mit dem, sodann auch den Dampfkessel mit höherer Temperatur verlassenden Reaktionsgas höher aufgewärmt werden. Da in einem solchen Falle unter Umständen auch der Hochdruckmantel des Syntheseofens unzulässig hoch erhitzt werden könnte, wird für diesen Fall der Dampfgewinnung bei höheren Drücken nur ein Teil, vorzugsweise, jedoch abhängig von den apparativen Gegebenheiten, ein größerer Anteil des Frischgases, dem Wärmeaustausch mit dem Reaktionsgas hinter dem Dampferzeuger unterworfen. Dieser bis in die Nähe der Temperatur des erzeugten Druckdampfes erhitzte Teil des Frischgasgemisches wird dem Syntheseofen durch eine zusätzliche Bohrung am unteren Ofendeckel oder mittels eines zusätzlichen, mit dem Gasabführungsrohr koaxialen Rohres in den Ofenraum unterhalb des Hauptwärmeaustauschers eingeführt. Der andere Teil des Frischgases wird ohne den erfindungsgemäßen Wärmetausch mit dem Reaktionsgas hinter dem Dampferzeuger dem Syntheseofen in üblicher Weise direkt oben aufgegeben, so daß er annähernd seine volle Kühlwirkung auf den Druckkörper bzw. den Einsatzmantel ausüben kann. Beide Anteile des Frischgases vereinigen sich unterhalb des im Syntheseofen befindlichen Hauptwärmetauschers und treten nach indirektem Wärmetausch in diesem mit dem den Syntheseofen verlassenden, ausreagierten Gas, in die Kontaktschicht ein. Das ausreagierte Gas strömt sodann, da es weniger Wärme an das Frischgas abgeben konnte, mit höherer Temperatur in den Dampfkessel. Damit der im Hauptwärmetauscher vereinigte Frischgasstrom mit der für den Ablauf der Synthese optimalen Temperatur auf den Katalysator auftrifft, kann der Hauptwärmeaustauscher gegenüber den üblichen Typen der katalytischen Ofeneinrichtungen, bei denen keine Aufwärmung des Frischgases außerhalb des Syntheseofens erfolgt, wesentlich kürzer gehalten werden, woraus sich.wieder eine Vergrößerung des Katalysatorraumes und damit der Leistung des betreffenden Ammoniakofens ergibt. Auf diese Weise' gelingt es, durch Anwendung des eingangs beschriebenen Prinzips auch Dampf von Drücken über etwa 6 atü ohne wesentliche Abänderung der üblichen Einrichtungen und ohne Störung der katalytischen Reaktion aus der Abwärme der exothermen katalytischen Reaktion zu gewinnen._ If desired, the waste heat from the exothermic Synthesis in the form of higher tension steam, about 6 atmospheres or above, in the, the To utilize the usual waste heat steam boiler downstream of the synthesis furnace, it must accordingly the fully reacted synthesis gas also enter this steam boiler at a higher temperature. After the simple process variant described so far would be the entire synthesis fresh gas according to the invention Heat exchange with the, then also leaving the steam boiler with a higher temperature Reaction gas are warmed up higher. Since in such a case also under certain circumstances the high-pressure jacket of the synthesis furnace could be heated to an impermissibly high level, in this case the Steam generation at higher pressures only a part, preferably, but depending on the equipment Conditions, a larger proportion of the fresh gas, the heat exchange with the reaction gas behind subject to the steam generator. This up to the vicinity of the temperature of the pressure steam generated The heated part of the fresh gas mixture is transferred to the synthesis furnace through an additional hole at the bottom Furnace cover or by means of an additional pipe coaxial with the gas discharge pipe into the furnace space Introduced below the main heat exchanger. The other part of the fresh gas is without the heat exchange according to the invention with the reaction gas downstream of the steam generator the synthesis furnace abandoned in the usual way directly above, so that it has almost its full cooling effect on the Can exert pressure body or the insert jacket. Both parts of the fresh gas combine below the main heat exchanger located in the synthesis furnace and occur after indirect heat exchange in this with the fully reacted gas leaving the synthesis furnace into the contact layer a. The fully reacted gas then flows with it, since it could give off less heat to the fresh gas higher temperature in the steam boiler. This means that the fresh gas flow combined in the main heat exchanger hits the catalyst at the optimal temperature for the synthesis to proceed, the main heat exchanger versus the usual types of catalytic furnace devices that do not have any The fresh gas is heated up outside the synthesis furnace, can be kept much shorter, from which again an enlargement of the catalyst space and thus the performance of the relevant Ammonia furnace results. In this way it is possible to use what was described at the beginning In principle, steam at pressures above about 6 atmospheres without any major changes to the usual equipment and without disrupting the catalytic reaction from the waste heat of the exothermic catalytic Gain reaction.

example 1

50 000 Nm³/h eines N.,/H₂-Gasgemisches treten mit einer Temperatur von 20° C in einen Ammoniakofen ein. Von dieser Frischgasmenge verlassen den Ofen 45 000 Nm³/h Reaktionsgas (enthaltend 12 Volumprozent NH₃) mit 200° C, also mit einer Erhöhung um 180° C. Dieses Gas betritt den Abwärmedampfkessel, dessen Speisewasser 130° C Anfangstemperatur aufweist und verläßt ihn mit der gleichen Temperatur. Die für die Dampferzeugung ausnutzbare Temperaturdifferenz des heißen Ofen- • ausgangsgases beträgt in diesem Falle maximal 70° C.50,000 Nm ³ / h of an N, / H ₂ gas mixture enter an ammonia furnace at a temperature of 20 ° C. From this amount of fresh gas, 45,000 Nm ³ / h of reaction gas (containing 12 percent by volume NH ₃ ) leave the furnace at 200 ° C, i.e. with an increase of 180 ° C. This gas enters the waste heat steam boiler, the feed water of which has an initial temperature of 130 ° C, and leaves it with the same temperature. The temperature difference of the hot furnace output gas that can be used to generate steam is in this case a maximum of 70 ° C.

Das die Dampferzeugungsanlage mit mindestens 130⁰C verlassende Ofenausgangsgas "wird nun mit dem Ofeneingangsgas von bisher 20° C in indirekten Wärmeaustausch gebracht, wodurch letzteres auf beispielsweise 60° C erwärmt wird. Das Mehr von 40° C addiert sich zu den 200° C der Temperaturerhöhung um 180° C durch die Katalyse, die ja praktisch unverändert bleibt, auf 240° C. Die zur Dampferzeugung verwertbare Temperaturdifferenz beträgt aber nunmehr 110° C an Stelle von 70° C wie zuvor.The steam generation plant leaving at least 130 ⁰ C the furnace exit gas "is now brought to the furnace inlet gas of the previous 20 ° C in indirect heat exchange, whereby the latter is heated to for example 60 ° C. The more added from 40 ° C to the 200 ° C of Temperature increase by 180 ° C due to the catalysis, which remains practically unchanged, to 240 ° C. The temperature difference that can be used for steam generation is now 110 ° C instead of 70 ° C as before.

Die Dampfausbeute wird damit um rund 50 % erhöht.This increases the steam yield by around 50%.

Example 2

60 000 Nm³/h eines N₂/H.,-Gasgemisches werden mit einer Temperatur von "35° C einem Ammoniakofen zugeführt. Vor Einführung in den Ammoniakofen werden zwei Drittel dieser Gasmenge (40 000 Nm³/h) in einem dem Dampferzeuger nachgeschalteten Wärmetauscher auf 170° C aufgewärmt und durch eine am unteren Deckel des Syntheseofens angebrachte Bohrung in den Raum zwischen dem unte-60,000 Nm ³ / h of an N ₂ / H. Gas mixture are fed to an ammonia furnace at a temperature of "35 ° C. Before being introduced into the ammonia furnace, two thirds of this amount of gas (40,000 Nm ³ / h) are added to a steam generator downstream heat exchanger is warmed up to 170 ° C and through a hole made on the lower cover of the synthesis furnace into the space between the lower

ren Ofendeckel und dem unteren Boden des Hauptwärmetauschers eingeführt. Ein Drittel der eingangs genannten Gasmenge, also 20 000 NmrVh, die durch den zwischen dem Druckmantel und dem Mantel des Ofeneinsatzes vorhandenen Ringspalt nach abwärts geführt werden, erfahren entlang ihres Weges eine Aufwärmung auf 95° C. Durch Vereinigung mit dem am unteren Ofendeckel mit 170° C eintretenden Gasstrom ergibt sich eine Mischtemperatur von 145⁰C. Das Gasgemisch (60 000Nm³/h) wird nun in üblicher Weise im Hauptwärmetauscher des Syntheseofens weiter aufgewärmt, passiert die Kontaktzone, um nach nochmaligem Durchgang durch den Hauptwärmetauscher den Syntheseofen mit einer Temperatur von 300° C zu verlassen. In einem dem Syntheseofen nachgeschalteten Dampferzeuger wird durch Abkühlung des mit 300° C aus dem Syntheseofen austretenden Gasstromes (53 700 Nm³/h) je Stunde eine Dampfmenge von 3,78 Tonnen (7 atü-Dampf) erzeugt. Der Gasstrom, der im Dampferzeuger auf eine Temperatur von 180° C abgekühlt wurde, betritt nun den außerhalb des Syntheseofens befindlichen zusätzlichen Wärmetauscher, um 'dort den eingangs genannten Anteil von 40 000 Nm³/h des Frischgases auf 170° C aufzuwärmen. Die auf Grund dieses Beispieles ermöglichte spezifische Dampferzeugung beträgt etwa 0,78 kg Dampf je Kilogramm NH₃.-ren furnace lid and the lower bottom of the main heat exchanger. A third of the gas quantity mentioned at the beginning, i.e. 20,000 NmrVh, which is led downwards through the annular gap between the pressure jacket and the jacket of the furnace insert, is heated to 95 ° C along its path ° C incoming gas stream results in a mixing temperature of 145 ⁰ C. the gas mixture (60 000nm ³ / h) is then further heated in a conventional manner in the main heat exchanger of the synthesis furnace, passes through the contact zone in order to again, pass through the main heat exchanger to the synthesis furnace at a temperature of 300 ° C. In a steam generator connected downstream of the synthesis furnace, a steam quantity of 3.78 tons (7 atmospheric steam) per hour is generated by cooling the gas stream exiting the synthesis furnace at 300 ° C (53,700 Nm ^{3 / h).} The gas stream, which was cooled to a temperature of 180 ° C in the steam generator, now enters the additional heat exchanger located outside the synthesis furnace in order to 'heat up the 40,000 Nm ³ / h portion of the fresh gas mentioned at the beginning to 170 ° C. The specific steam generation made possible on the basis of this example is about 0.78 kg steam per kg NH ₃ .-

Zura Stand der Technik wird bemerkt, daß Verfahren für eine Syntheseeinrichtung bei exothermen katalytischen Gas-Hochdrucksynthesen, bei dem eine Erhöhung der Temperatur des den Syntheseofen verlassenden ausreagierten Gasgemisches durch Erhöhung der Temperatur des in den Syntheseofen eintretenden Frischgases mittels Wärmeaustausch desselben (im Wärmetauscher) gegen das ausreagierte Synthesegasgemisch bewirkt wird, bekannt sind.It is noted in the prior art that methods for a synthesis facility involve exothermic high-pressure catalytic gas synthesis, in which an increase in the temperature of the synthesis furnace leaving the fully reacted gas mixture by increasing the temperature of the in the synthesis furnace incoming fresh gas by means of heat exchange of the same (in the heat exchanger) against the reacted Synthesis gas mixture is effected, are known.

Der Stand der Technik erschöpft sich somit darin, daß das der Syntheseeinrichtung zusätzlich aus dem Dampferzeugerabgas zugeführte Wärmeplus die thermischen Verhältnisse im Katalysator selbst nicht stören darf, daß also diese Mehrwärme dem »zu dem Ofen gehörigen Wärmeaustauscher« zugeführt werden muß, wo sich der Wärmeaustausch zwischen dem erfindungsgemäß wärmer zuströmenden Frischgas und dem den Syntheseofen verlassenden aus-. reagierten Gasstrom im untersten Teile des Wärmeaustauschers vollzieht; das Mehr an Wärme wird somit nur dem abgehenden ausreagierten Synthesegas unter Umgehung des Katalysators aufgeladen.The prior art is thus exhausted in the fact that the synthesis device additionally from the Steam generator exhaust gas supplied heat plus the thermal conditions in the catalytic converter itself not that this additional heat is fed to the "heat exchanger belonging to the furnace" must, where the heat exchange between the fresh gas flowing according to the invention warmer and the one leaving the synthesis furnace. reacted gas flow in the lowest part of the heat exchanger carries out; the more heat is only transferred to the outgoing, fully reacted synthesis gas charged by bypassing the catalytic converter.

Das ältere Recht gemäß dem deutschen Patent 1088 030 betrifft ein Verfahren zur Durchführung exothermer Reaktionen zwischen Gasen und gegebenenfalls Flüssigkeiten in Schachtofen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die aus dem Reaktionsgefäß austretenden heißen Reaktionsprodukte zunächst in einen Wärmeaustauscher leitet, wo sie einen Teil ihrer Wärme an mindestens einen der bereits vorgewärmten Reaktionsteilnehmer abgeben und diesen annähernd auf Reaktionstemperatur erhitzen, die Reaktionsprodukte dann in einen zweiten Wärmeaustauscher führt, wo sie einen weiteren Teil ihrer Wärme zur Erzeugung von Wasserdampf abgeben, anschließend die Reaktionsprodukte in einen dritten Wärmeaustauscher leitet, wo sie mindestens einen der-Reaktionsteilnehmer auf eine Temperatur von mindestens 50° C, zweckmäßig 100 bis 200° C, vorwärmen und mit einem Teil dieses vorgewärmten Reaktionsgutes die Temperatur im Reaktionsgefäß durch Einführung an einer oder an mehreren Stellen reguliert.The earlier right according to German patent 1088 030 relates to a method for implementation exothermic reactions between gases and possibly liquids in a shaft furnace, which means is characterized in that the hot reaction products emerging from the reaction vessel are first passes into a heat exchanger where it transfers some of its heat to at least one of the already release preheated reaction participants and heat them to approximately the reaction temperature, the reaction products then pass into a second heat exchanger, where they add another part of their Giving off heat to generate water vapor, then the reaction products in a third Heat exchanger passes where it at least one of the reactants to a temperature of Preheat at least 50 ° C, expediently 100 to 200 ° C and with part of this preheated reaction material, the temperature in the reaction vessel regulated by introduction in one or more places.

Aus dem Wortlaut des Anspruchs, übrigens in Übereinstimmung mit der Beschreibung (vgl. Spalte 1, Zeile 51 ff.), ist eindeutig zu entnehmen, daß das Verfahren gemäß dem älteren Recht des Patents 1088 030 nur die Durchführung von exothermen Reaktionen in Schachtofen zum Gegenstand hat, d. h. also in Öfen, in denen die Kühlung in der Reaktionszone durch Einführung von kaltem Frischgas erfolgt.From the wording of the claim, incidentally in accordance with the description (see column 1, Line 51 ff.), It can be clearly seen that the procedure is in accordance with the earlier right of the patent 1088 030 is only concerned with carrying out exothermic reactions in shaft furnaces, d. H. i.e. in furnaces in which the reaction zone is cooled by introducing cold fresh gas he follows.

Das Verfahren nach diesem älteren Recht sieht zwar ebenfalls vor, die Abwärme nach dem Hauptwärmetauscher dazu zu verwenden, Dampf zu erzeugen, um. anschließend die ausreagierten Gase in einem dritten Wärmetauscher zur Vorwärmung des frischen Synthesegases vor dem Hauptwärmetauscher zu verwenden, was erst die Dampfgewinnung im zweiten Wärmetauscher möglich macht, dieses Prinzip wird aber nur für den Schachtofen angewendet, wobei hier die zusätzliche Maßnahme erforderlich ist, daß die zur Kühlung verwendete Menge an Frischgas erheblich erhöht werden muß, um die höhere Temperatur dieses Gases auszugleichen und den gleichen Kühleffekt zu erzielen.The procedure according to this older law also provides for the waste heat after the main heat exchanger to use it to generate steam in order to. then the reacted gases in a third heat exchanger for preheating the fresh synthesis gas upstream of the main heat exchanger to use what only makes the steam generation in the second heat exchanger possible, this principle but is only used for the shaft furnace, whereby the additional measure is required here is that the amount of fresh gas used for cooling must be increased significantly to the to compensate for the higher temperature of this gas and achieve the same cooling effect.

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht somit darin, daß nach dem Dampferzeuger ein zusätzlicher Wärmetauscher eingeschaltet ist, durch den das Temperaturniveau des Dampferzeugers angehoben wird und dadurch eine höhere Dampfausbeute in diesem Abwärme-Dampferzeuger ermöglicht wird.The essential idea of the invention is that after the steam generator an additional Heat exchanger is switched on, through which the temperature level of the steam generator is raised and this enables a higher steam yield in this waste heat steam generator.

Claims

Claim:

Device for increasing the steam yield. '· In a device for exothermic catalytic High pressure gas syntheses, "especially for ammonia or methanol," with the exception of facilities with shaft furnaces, with a main heat exchanger and a downstream one Waste heat steam generator and a cooling device for the condensable synthesis product, characterized in that between the waste heat steam generator and the cooling device an additional one through which the gaseous synthesis product and the fresh gas flow, indirectly acting heat exchanger is arranged.