DE1417707C3 - Device to increase the waste heat-steam yield with catalytic! High pressure syntheses - Google Patents

Device to increase the waste heat-steam yield with catalytic! High pressure syntheses

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DE1417707C3 DE1417707A DE1417707A DE1417707C3 DE 1417707 C3 DE1417707 C3 DE 1417707C3 DE 1417707 A DE1417707 A DE 1417707A DE 1417707 A DE1417707 A DE 1417707A DE 1417707 C3 DE1417707 C3 DE 1417707C3
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Description

Im Hauptpatent 1 401 358 ist eine Einrichtung zur Erhöhung der Dampfausbeute in einer Einrichtung für exotherme katalytische Gashochdrucksynthesen, insbesondere für die Ammoniak- oder Methanolsynthese, mit Ausnahme von Einrichtungen in Schachtofen beschrieben, die aus einem Hauptwärmetauscher, einem diesem nachgeschalteten Abwärme-Dampferzeuger, einem weiteren zusätzlichen indirekten Gaswärmetauscher zwischen SyntheseproduktgasIn the main patent 1 401 358 is a device for Increasing the steam yield in a facility for exothermic catalytic high-pressure gas syntheses, especially for ammonia or methanol synthesis, with the exception of equipment in shaft furnaces described, which consists of a main heat exchanger, a downstream waste heat steam generator, another additional indirect gas heat exchanger between synthesis product gas

ao und Frischgas und schließlich aus einer Kühlvorrichtung für das kondensierbare Syntheseprodukt besteht, das in dem folgenden Abscheidebehälter flüssig von dem zum Syntheseofen im Kreislauf zurückkehrenden Syntheseproduktgas abgetrennt wird.ao and fresh gas and finally consists of a cooling device for the condensable synthesis product, the liquid in the following separator tank from the one returning to the synthesis furnace in the circuit Synthesis product gas is separated.

Das durch diese Anordnung erzielbare Wärmeplus des Frischgases wird im Hauptwärmetauscher des Syntheseofens dem ausreagierten Gas vor seinem Eintritt in den Abhitzedampferzeuger zusätzlich aufgeladen, wobei in letzterem durch Erhöhung der Temperaturdifferenz gegenüber dem Kühlmittel ein besserer Wärmeübergang bewirkt wird, was zur Folge hat, daß durch die höhere Eingangstemperatur des Abgases in den Dampferzeuger mehr Dampf, beziehungsweise Dampf von höherer Spannung erzeugt werden kann.The heat plus of the fresh gas that can be achieved by this arrangement is used in the main heat exchanger of the The synthesis furnace is additionally charged with the reacted gas before it enters the waste heat steam generator, whereby in the latter one by increasing the temperature difference compared to the coolant Better heat transfer is effected, with the result that the higher inlet temperature of the Exhaust gas in the steam generator generates more steam, or steam of higher voltage can be.

An Stelle der Restwärme des Reaktionsgases hinter dem Dampferzeuger kann im Bedarfsfalle auch die Abwärme anderer Prozesse wie z. B. der Gaskonvertierung, der Gaskompression oder anderer Abwärmequellen, zur Aufwärmung des frischen Synthesegasgemisches benützt werden.Instead of the residual heat of the reaction gas downstream of the steam generator, the Waste heat from other processes such as B. gas conversion, gas compression or other waste heat sources, can be used to warm up the fresh synthesis gas mixture.

Gemäß dem Hauptpatent wird entweder die gesamte noch verfügbare Restwärme des ausreagierten Synthesegases hinter dem Dampferzeuger od. dgl.According to the main patent, either the entire remaining heat of the reacted is used Synthesis gas behind the steam generator or the like.

durch indirekten Wärmeaustausch dem Frischgas aufgeladen, sofern die dadurch bedingte Temperaturerhöhung des Eingangsgases nicht für den Druckkörper des Syntheseofens schädlich ist, oder es wird in solchen Fällen, wo der Druckkörper wärmeempfindlich ist, die erwähnte Restwärme nur einem bestimmten Anteil des Frischgases aufgeladen, der sodann unterhalb des Hauptwärmetauschers des Reaktors durch eine besondere Bohrung im unteren Ofendeckel aufgegeben wird, während der übrige Anteil des Frischgases ohne diese Aufwärmung zur Kühlung des Reaktordruckkörpers im Zwischenraum zwischen diesem und dem Ofeneinsatzmantel verwendet und zu diesem Zwecke wie üblich am oberen Ofendeckel aufgegeben wird. Im folgenden Teil der Beschreibung der Erfindung und bei den Patentansprüchen soll der äußere Mantel des Einsatzkörpers kurz als Leitrohr bezeichnet werden. charged to the fresh gas through indirect heat exchange, provided the temperature increase caused by it of the inlet gas is not harmful to the pressure hull of the synthesis furnace, or it will be in such Cases where the pressure body is sensitive to heat, the mentioned residual heat only to a certain extent of the fresh gas, which is then charged below the main heat exchanger of the reactor by a special Hole in the lower furnace lid is abandoned, while the remaining portion of the fresh gas is without this heating to cool the reactor pressure hull in the space between this and the Oven insert jacket is used and for this purpose is placed on the upper oven lid as usual. In the following part of the description of the invention and in the claims, the outer jacket of the insert body are briefly referred to as the guide tube.

Wenn es jedoch erwünscht ist, die Abwärme der exothermen Synthese in Form von höher gespanntem Dampf, etwa von 6 atü oder darüber, gegebenenfalls auch von 25 atü oder darüber, in dem, dem Synthesereaktor nachgeschalteten üblichen Abwärmedampferzeuger auszunützen, so kann es vorkommen, daßHowever, if desired, the waste heat of the exothermic synthesis in the form of higher voltage Steam, for example of 6 atmospheres or more, optionally also of 25 atmospheres or more, in the, the synthesis reactor to take advantage of downstream conventional waste heat steam generator, it can happen that

die oben beschriebenen Einrichtungen gemäß dem Hauptpatent nicht ausreichen, um den Hochdruckkörper des Syntheseofens vor schädlicher Überhitzung zu bewahren. Andererseits kann es bei manchen Ofentypen erwünscht sein, den Hochdruckmantel, aber auch die katalysierende Inneneinrichtung des Reaktors gleichzeitig möglichst wirksam zu kühlen, wobei unter Umständen der zu diesem Zwecke von der Gesamtmenge abgezweigte kalte Frischgasstrom in einzelnen Fällen nicht auszureichen vermag.the devices described above according to the main patent are not sufficient to the high pressure body of the synthesis furnace from harmful overheating. On the other hand, it can be with some Oven types are desirable, the high pressure jacket, but also the catalyzing interior of the To cool the reactor as effectively as possible at the same time, which may be used for this purpose by the total amount of branched off cold fresh gas flow is not sufficient in individual cases.

In einem solchen Falle wird gemäß der vorliegend beschriebenen Erfindung der gesamte kalte Frischgasstrom in an sich bekannter Weise am oberen Ofendeckel aufgegeben und zur Gänze durch den Zwischenraum zwischen Hochdruckmantel und Leitrohr 1S geschickt, sodann aber, vorzugsweise durch eine gesonderte Bohrung oder durch ein Koaxialrohr am unteren Ofendeckel herausgeführt, durch den im Hauptpatent erwähnten erfindungsgemäßen zusätzlichen Wärmeaustauscher geführt, in welchem er die Über- a° schußwärme des den Dampferzeuger verlassenden Reaktionsgases übernimmt, und mit diesem Wärmeplus dem Ofen durch den unteren Ofendeckel hindurch in den Raum unterhalb des im Ofen befindlichen Hauptwärmetauschers wieder aufgege- »5 ben.In such a case, the presently described invention, the entire cold fresh gas flow is according abandoned in known manner at the upper furnace cover and sent 1 S entirely through the clearance between the high pressure casing and draft tube, but then, preferably through a separate bore or through a coaxial tube on Lower furnace cover led out through the additional heat exchanger according to the invention mentioned in the main patent, in which it takes over the excess heat of the reaction gas leaving the steam generator, and with this heat plus the furnace through the lower furnace cover into the space below the main heat exchanger located in the furnace given up again.

Gegenstand der zusätzlichen Erfindung zum Hauptpatent 1 401 358 ist eine Einrichtung, bei der das Frischgas vor Eintritt in den zusätzlichen Wärmetauscher zur Kühlung des Mantels des Synthesehochdruckreaktors von innen bzw. eines darin angeordneten Leitrohres von außen herangezogen wird.The subject of the additional invention to the main patent 1 401 358 is a device in which the fresh gas before entering the additional heat exchanger for cooling the jacket of the high-pressure synthesis reactor is used from the inside or a guide tube arranged therein from the outside.

Da in diesem Falle das aufgewärmte frische Synthesegas schon mit beträchtlich hoher Temperatur in den Ofen eintritt, ist es auch hier möglich, den Hauptwärmetauscher zugunsten einer relativen Vergrößerung des Katalystorraumes auf ein Minimum zu bemessen. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist trotz hoher Aufwärmung des Frischgases eine gründliche Kühlung des wärmeempfindlichen Hochdruckmantels möglich, ohne daß die Katalyse selbst gestört würde.Since in this case the heated fresh synthesis gas is already at a considerably high temperature in the Entering the furnace, it is also possible here to increase the size of the main heat exchanger in favor of a relative increase of the catalyst room to be dimensioned to a minimum. In the device according to the invention is despite high Warming up the fresh gas thoroughly cools the heat-sensitive high-pressure jacket possible without the catalysis itself being disturbed.

Die erfindungsgemäße Einrichtung muß keinen zusätzlichen Wärmeaustauscher für Reaktionsgas gegen Frischgas zwischen dem Abwärmedampferzeuger und der Kühlanlage für das gas- oder dampfförmig anfallende Syntheseprodukt besitzen, sondern es kann gemäß der vorliegend beschriebenen Erfindung zweckmäßig ein solcher Wärmeaustausch auch innerhalb des Syntheseofens erfolgen. Zu diesem Zwecke wird der üblicherweise im unteren Teile des Reaktors angeordnete Röhrenwärmeaustauscher für die Abkühlung des Reaktiohsgases durch kaltes Frischgas bzw. für die Aufwärmung des letzteren auf die Anspringtemperatur der Reaktion unterteilt in voneinander unabhängige funktionell Teile, die von zwei verschieden temperierten Heißgasströmen beaufschlagt werden. Solche Vorrichtungen sind in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben.The device according to the invention does not need an additional heat exchanger for reaction gas against Fresh gas between the waste heat steam generator and the cooling system for the gas or vapor that occurs Own synthesis product, but it may be useful according to the invention described herein Such a heat exchange can also take place within the synthesis furnace. For this purpose the Tubular heat exchangers usually arranged in the lower part of the reactor for cooling the Reaction gas through cold fresh gas or for heating the latter to the light-off temperature the reaction is divided into independent functional parts, which are tempered by two differently Hot gas flows are applied. Such devices are shown in Figs reproduced.

Das ausreagierte Synthesegas (Reaktionsgas) wird hierbei an einer, empirisch oder durch Rechnung ermittelten geeigneten Stelle aus dem Hauptwärmeaustauscher B des Ofens entnommen^ aus dem Ofen in einen Dampferzeuger geführt und mit seinem nach Wärmeabgabe an das Kesselspeisewasser verbleibenden restlichen Wärmeanteil wieder in den Wärmeaustauscher eingeführt, diesmal aber in jenen Teil desselben, wo das vorerwähnte, abgekühlte Reaktionsgas nunmehr mit dem aus dem Kompressor ankommenden kalten Frischgas in Wärmetausch tritt (A). The fully reacted synthesis gas (reaction gas) is taken from the main heat exchanger B of the furnace at a suitable location determined empirically or by calculation ^ fed from the furnace into a steam generator and reintroduced into the heat exchanger with its remaining heat share after heat transfer to the boiler feed water, but this time in that part of the same where the aforementioned, cooled reaction gas now exchanges heat with the cold fresh gas arriving from the compressor (A).

Das im letzterwähnten Wärmetauscherteil A mit der Restwärme nach dem Dampferzeuger beladene Frischgas tritt nun im anderen, dem eigentlichen Hauptwärmeaustauscher B in ebenfalls indirekten Wärmeaustausch mit dem gesamten heißen Reaktionsgas aus dem Katalysator und wird dort, unter gleichzeitiger Abkühlung des Reaktionsgases, auf die Anspringtemperatur der Reaktion aufgewärmt, mit welcher Temperatur das Frischgas in die oberste Katalysatorlage eintritt.The fresh gas loaded with the residual heat after the steam generator in the last-mentioned heat exchanger part A now also enters into an indirect heat exchange with the entire hot reaction gas from the catalyst in the other, the actual main heat exchanger B, and is there, with simultaneous cooling of the reaction gas, warmed up to the start-up temperature of the reaction the temperature at which the fresh gas enters the topmost catalyst zone.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung werden also die übliche Abgabe der Reaktionswärme an kaltes Frischgas und die Erhöhung der Temperaturdifferenz des Reaktionsgases gegenüber dem Kesselspeisewasser mit der Wirkung einer erhöhten Dampfausbeute in einem einzigen, zweigeteilten Wärmeaustausch innerhalb des Hochdruckkörpers des Syntheseofens ermöglicht, ohne hierfür einen eigenen Druckkörper für den zusätzlichen Wärmeaustauscher vorsehen zu müssen. Die Bauart und Funktionsweise des Katalysatorteiles des Ofens ist auf die Dimensionierung der erfindungsgemäßen Einrichtung ohne Einfluß. Es ist lediglich zur Einstellung der gewünschten Dampfrate (kgD/kgNH) erforderlich, durch übliche Errechnung oder auf Grund von Betriebserfahrungen die Abmessungen des Kontaktraumes und des gesamten Wärmeaustauschers bzw. deren Größenverhältnis zueinander auf Grund der Bedinungen des jeweiligen Betriebes festzulegen.According to this preferred embodiment of the device according to the invention, the usual transfer of the heat of reaction to cold fresh gas and the increase in the temperature difference of the reaction gas compared to the boiler feed water with the effect of an increased steam yield in a single, two-part heat exchange within the high-pressure body of the synthesis furnace are made possible without a separate one To have to provide pressure body for the additional heat exchanger. The design and functioning of the catalyst part of the furnace has no influence on the dimensioning of the device according to the invention. It is only necessary to set the desired steam rate (kg D / kg NH ) to determine the dimensions of the contact space and the entire heat exchanger or their size ratio to one another based on the conditions of the respective company by means of customary calculations or based on operating experience.

Nach Fig. 1 der Zeichnung tritt das kalte, frische Synthesegasgemisch in den Reaktor in üblicher Weise am oberen Ofendeckel ein, strömt durch den Ringspalt 1 unter Kühlung des Hochdruckkörpers 18, betritt bei 2 den freien Raum um die Kühlrohre 3 des für den Wärmetausch des Reaktionsgases nach dem Dampferzeuger gegen das frische Synthesegas vorgesehenen unteren Wärmetauscherteils A, wo es einen Großteil der im Dampferzeuger nicht mehr verwertbaren Restwärme aufnimmt. Sodann passiert das in A vorgewärmte Frischgas einen Durchgang 4 und geht von dort in den freien Raum um die Kühlrohre des Wärmeaustauscherteiles B, wo es in indirekten Wärmeaustausch gegen das hocherhitzte Reaktionsgas aus dem Katalysator 5 tritt, um von dort durch das an seinem unteren Ende geschlossene Zentralrohr 6 auf die oberste Katalysatorlage zu gehen. Das unterhalb des Wärmetauscherteiles B gesammelte heiße Reaktionsgas geht sodann durch das Zentralrohr 7 zum Dampferzeuger, in welchem es den größten Teil seines Wärmeinhalts bis zur Verwertbarkeitsgrenze an das Kesselspeisewasser abgibt und strömt in diesen durch die Rückführung 8 in ein, mit dem Zentralrohr 7 koaxiales Rohr 9 in den unteren Wärmetauscherteil A unterhalb der, die beiden Wärmetauscherteile A und B gasdicht trennenden Platte 10, passiert die Kühlröhren 3, an denen der indirekte Wärmeaustausch gegen das ankommende Frischgas stattfindet und verläßt den Ofen zuletzt auf dem Wege über den Sammelraum 11 für das abgekühlte ausreagierte Gas.According to Fig. 1 of the drawing, the cold, fresh synthesis gas mixture enters the reactor in the usual way at the upper furnace lid, flows through the annular gap 1 while cooling the high-pressure body 18, enters the free space around the cooling tubes 3 for the heat exchange of the reaction gas at 2 after the steam generator against the fresh synthesis gas provided lower heat exchanger part A, where it absorbs a large part of the residual heat that can no longer be used in the steam generator. The fresh gas preheated in A then passes through a passage 4 and goes from there into the free space around the cooling pipes of the heat exchanger part B, where it exits the catalyst 5 in indirect heat exchange against the highly heated reaction gas, and from there through the closed at its lower end Central pipe 6 to go to the topmost catalyst layer. The hot reaction gas collected below the heat exchanger part B then passes through the central pipe 7 to the steam generator, in which it gives off most of its heat content to the boiler feed water up to the usability limit and flows into the boiler feed water through the return 8 into a pipe 9 coaxial with the central pipe 7 In the lower heat exchanger part A below the plate 10 separating the two heat exchanger parts A and B in a gastight manner, the cooling tubes 3, where the indirect heat exchange takes place against the incoming fresh gas, passes and leaves the furnace last on the way via the collecting space 11 for the cooled down Gas.

Mit 12 ist eine Kurzschlußleitung zwischen der Heißgasabführung aus B zum Dampferzeuger und der Gasrückführung von diesem nach A bezeichnet, die durch ein Regelventil einstell- oder abstellbar ist und dazu dient, eine Überhitzung oder Abkühlung des Katalysators zu vermeiden, bzw. die Temperatur desWith 12 a short-circuit line between the hot gas discharge from B to the steam generator and the gas recirculation from this to A is designated, which can be adjusted or deactivated by a control valve and serves to avoid overheating or cooling of the catalyst, or the temperature of the

am Katalysator zuströmenden Gases auf einfachste Weise optimal einzuregeln.at the catalyst inflowing gas to be optimally regulated in the simplest way.

In gleicher Weise wirkt die Einrichtung gemäß. Fig. 2 der Zeichnung, jedoch mit dem Unterschiede, daß hier die Gaswege in und um die Kühlröhren gegenüber der Darstellung in Fig. 1 vertauscht sind, ohne daß hierdurch der Erfindungsgedanke geändert ist.In the same way, the device acts according to. Fig. 2 of the drawing, but with the difference that here the gas paths in and around the cooling tubes are reversed compared to the illustration in FIG. 1, without this changing the idea of the invention.

Nach Fig. 2 betritt das durch den Ringspalt 1 ankommende kalte, frische Synthesegasgemisch den unteren Teil A des im Reaktor angeordneten Wärmeaustauschers A-B bei 2, passiert aber sodann die durch beide Teile A und B hindurchgehenden Kühlröhren 3 und tritt in diesen zuerst in indirekten Wärmetausch mit dem im (nicht dargestellten) Dampferzeuger unvollständig abgekühlten Reaktionsgas und anschließend mit dem aus dem Katalysator 5 ankommenden heißen Reaktionsgas im Teil B des Wärmetauschers. Das im Teil A nur mäßig vorgewärmte, im Teil B aber annähernd auf die Reaktionstemperatur erhitzte Gas geht weiter über den Gassammler 13 und ein Zentralrohr 14 auf die oberste Etage des Katalysators 5. Das ausreagierte heiße Gas umspült dann die Kühlerohre 3 im Wärmetauscherteil B, geht über das Zentralrohr 7 in den Dampferzeuger, von dort über die Rückleitung 8 und ein, koaxial um das Rohr 7 angeordnetes Rohr 9 in den freien Raum des Wärmetauscherteil A, um endlich über die Gasauslässe 15 zum Ofenausgang bzw. zur Tiefkühlanlage für die Kondensation des Reaktionsproduktes zu strömen. Mit 16 ist die Stelle des Eintritts des ausreagierten heißen Gases in den oberen Wärmetauscherteil B bezeichnet, 17 ist die Eintrittsstelle des aus dem Dampferzeuger ankommenden Gases in den unteren Wqrmetauscherteil A und 10 eine, die beiden funktionell verschiedenen Wärmetauscherteile A und B gasdicht voneinander trennende, gegebenenfalls gegen Wärmedurchgang isolierte Platte.According to FIG. 2, the cold, fresh synthesis gas mixture arriving through the annular gap 1 enters the lower part A of the heat exchanger AB located in the reactor at 2, but then passes the cooling tubes 3 passing through both parts A and B and first enters them in indirect heat exchange the reaction gas, which is incompletely cooled in the steam generator (not shown), and then with the hot reaction gas arriving from the catalytic converter 5 in part B of the heat exchanger. The gas, which is only moderately preheated in part A, but heated to approximately the reaction temperature in part B , continues via the gas collector 13 and a central pipe 14 to the top tier of the catalytic converter 5. The hot gas that has reacted out then flows around the cooling tubes 3 in the heat exchanger part B, goes Via the central pipe 7 into the steam generator, from there via the return line 8 and a pipe 9 arranged coaxially around the pipe 7 into the free space of the heat exchanger part A, and finally via the gas outlets 15 to the furnace outlet or to the freezer for the condensation of the reaction product to stream. With 16 the point of entry of the fully reacted hot gas into the upper heat exchanger part B is designated, 17 the entry point of the gas arriving from the steam generator into the lower heat exchanger part A and 10 is one that separates the two functionally different heat exchanger parts A and B in a gas-tight manner, if necessary Plate insulated against heat transmission.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist neben der besseren Ausnützung des Wärmeinhalts der Reaktionsgase auch einem anderen Mangel abgeholfen, der verschiedenen älteren Vorschlägen anhaftet. Wenn nämlich nach letzteren zum Zwecke der Wärmeausnützung heißes Synthesegas unmittelbar nach Verlassen der Katalysatorzone oder vor Eintritt in diese bzw. aus der Katalysatorzone selbst entnommen wurde, so ergaben sich hierbei wegen der hohen Gastemperaturen zwischen etwa 450 und 550° C häufig erhebliche apparative Schwierigkeiten, die zu erhöhten Kosten für den Bau und die Instandhaltung führten. Auch diese Schwierigkeit ist nun hier dadurch beseitigt, daß das Gas aus dem heißen Wärmetauscherteil (ß) nur durch das zuvor beschriebene Zentralrohr (7), also durch das Koaxialrohr (9) gegen den Wärmeempfindlichen Hochdruckkörper bzw. Ofenboden isoliert, entnommen wird und letzterer daher an keiner Stelle mit heißem Gas in Berührung kommt. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Wärmeaustauschers gemäß Fig. 1 und 2 ist hier zu erwähnen, daß das Gas an der Entnahme-Stelle zwischen den Teilen (A) und (B) nur mehr eine Temperatur von etwa 300 bis 350° C hat. Im übrigen ist die beschriebene konstruktive Ausgestaltung des Wärmetauscherteiles des Syntheseofens billiger als die Anschaffung eines eigenen, vom Syntheseofen getrennten Hochdruckwärmeaustauschers.In addition to better utilization of the heat content of the reaction gases, the device according to the invention also remedies another deficiency that adheres to various older proposals. If, according to the latter, hot synthesis gas was withdrawn immediately after leaving the catalyst zone or before entering it or from the catalyst zone itself for the purpose of utilizing heat, this often resulted in considerable apparatus difficulties due to the high gas temperatures between about 450 and 550 ° C led to increased construction and maintenance costs. This difficulty is also eliminated here in that the gas is taken from the hot heat exchanger part (ß) only through the previously described central pipe (7), that is, through the coaxial pipe (9) insulated from the heat-sensitive high-pressure body or furnace base, and the latter is therefore isolated does not come into contact with hot gas at any point. A further advantage of the inventive design of the heat exchanger according to FIGS. 1 and 2 should be mentioned here that the gas at the removal point between parts (A) and (B) only has a temperature of about 300 to 350.degree. In addition, the described structural design of the heat exchanger part of the synthesis furnace is cheaper than purchasing a separate high-pressure heat exchanger from the synthesis furnace.

»5 Im vorstehenden ist als Synthesegas das frische, kalte oder aufgewärmte Gasgemisch vor dem Katalysator und als Reaktionsgas das im Katalysator ausreagierte heiße oder wieder abgekühlte Gas bezeichnet.»5 In the above, the synthesis gas is the fresh, cold or heated gas mixture upstream of the catalyst and the hot or cooled gas that has reacted completely in the catalyst is referred to as the reaction gas.

ao Beispielao example

60 000 NmVh eines N2/H2-Gemisches treten mit einer Temperatur von 35° C durch den oberen Deckel in einen Ammoniaksyntheseofen ein und streichen in ' dem zwischen dem Druckmantel und dem Leitrohr a5 vorhandenen Zwischenraum nach abwärts. Vor Eintritt in den Hauptwärmetauscher wird das auf etwa 55° CaufgewärmteGaswiederausdem Syntheseofen entommen und in einem außerhalb des Syntheseofens befindlichen Wärmetauscher mit einer mittleren Wärmetauschfläche von 150 m2 mit Hilfe der Wärme des den Dampferzeugerteil verlassenden ausreagierten Gases von 55° auf 194° C aufgewärmt. Mit dieser Temperatur wird das Frischgas durch den unteren Deckel des Syntheseofens dem im unteren Teil desselben befindlichen Hauptwärmetauscher zugeführt. ■Nach der Ammoniakbildung verläßt das ausreagierte Synthesegas den Ofen mit einer Temperatur von 351° C, um in den Dampferzeuger einzutreten und sich dort unter Erzeugung von 3,64 Tonnen 25 atü-Dampf auf 235° C abzukühlen. Das Gas betritt nun : den obenerwähnten, außerhalb des Syntheseofens befindlichen Wärmetauscher, gibt den Großteil seiner j Wärme an das aufzuwärmende Ofeneingangsgas ab, ' um sich selbst auf 89° C abzukühlen. ;i60,000 NmVh of an N 2 / H 2 mixture enter an ammonia synthesis furnace at a temperature of 35 ° C. through the upper cover and sweep downward in the space between the pressure jacket and the draft tube a 5. Before entering the main heat exchanger, the gas, which has been warmed up to around 55 ° C, is removed from the synthesis furnace and heated from 55 ° to 194 ° C in a heat exchanger located outside the synthesis furnace with an average heat exchange area of 150 m 2 with the help of the heat of the reacted gas leaving the steam generator part. At this temperature, the fresh gas is fed through the lower cover of the synthesis furnace to the main heat exchanger located in the lower part of the furnace. ■ After the ammonia formation, the fully reacted synthesis gas leaves the furnace at a temperature of 351 ° C to enter the steam generator and cool down there to 235 ° C, generating 3.64 tons of 25 atmospheric steam. The gas now enters: the above-mentioned heat exchanger, which is located outside the synthesis furnace, gives off most of its heat to the furnace inlet gas to be heated, in order to cool itself down to 89 ° C. ; i

Die spezifische Menge der Dampferzeugung be- ] trägt 0,75 kg Dampf/kg NH3. Da für dieses Beispiel j die Volumprozente im Ofenausgangsgas mit 13,8 % | NH3, also verhältnismäßig tief eingesetzt wurden, ist ! bei öfen mit höherer NH3-Bildung, d. h. mit einem höheren Anteil von NH3 im Ofenausgangsgas, mit wesentlich höheren spezifischen Dampfzahlen zu rechnen. The specific amount of steam generation is 0.75 kg steam / kg NH 3 . Since for this example j the volume percent in the furnace outlet gas is 13.8 % | NH 3 , that is, were used relatively deeply, is! in furnaces with higher NH 3 formation, ie with a higher proportion of NH 3 in the furnace outlet gas, significantly higher specific steam numbers are to be expected.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Einrichtung zur Erhöhung der Dampfausbeute in einer Einrichtung für exotherme katalytischc Gashochdrucksynthesen, insbesondere für Ammoniak oder Methanol, mit Ausnahme von Einrichtungen mit Schachtofen, mit einem Hauptwärmetauscher, einem diesem nachgeschalteten Abwärme-Dampferzeuger und einer Kühleinrichtungfür das kondensierbare Syntheseprodukt, wobei zwischen Abwärme-Dampferzeuger und der Kühleinrichtung ein zusätzlicher, vom gasförmigen Syntheseprodukt und dem Frischgas durchströmter indirekt wirkender Wärmetauscher angeordnet ist, gemäß Patent 1401358, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischgas vor Eintritt in den zusätzlichen Wärmetauscher (A) zur Kühlung des Mantels (18) des Synthese-Hochdruckreaktors von innen bzw. eines darin angeordneten Leitrohres (19) von außen herangezogen wird.1. Device for increasing the steam yield in a device for exothermic catalytic high-pressure gas syntheses, in particular for ammonia or methanol, with the exception of devices with a shaft furnace, with a main heat exchanger, a waste heat steam generator connected downstream of this and a cooling device for the condensable synthesis product, with between waste heat steam generator and the cooling device has an additional indirectly acting heat exchanger through which the gaseous synthesis product and the fresh gas flow, according to patent 1401358, characterized in that the fresh gas before entering the additional heat exchanger (A) for cooling the jacket (18) of the high-pressure synthesis reactor of inside or a guide tube (19) arranged therein is used from the outside. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wärmetauscher (A und ß), mit denen die Vorwärmung des Frischgases durch die Abwärme des Reaktionsgases hinter dem Abhitzedampferzeuger und andererseits die anschließende weitere Erwärmung des Synthesegases durch das heiße Reaktionsgas aus dem Katalysatorraum durchgeführt wird, gemeinsam, jedoch räumlich und funktionell von einander getrennt und gegeneinander und auch gegenüber dem Leitrohr (19) thermisch isoliert, mit dem Katalysatorteil zusammen im Mantel (18) des Synthese-Hochdruckreaktors untergebracht sind, wobei der zusätzliche Wärmetauscher (A) unter dem Haupt-Wärmetauscher (B) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that both heat exchangers (A and ß), with which the preheating of the fresh gas by the waste heat of the reaction gas behind the waste heat steam generator and on the other hand, the subsequent further heating of the synthesis gas is carried out by the hot reaction gas from the catalyst chamber , together, but spatially and functionally separated from one another and thermally insulated from one another and also from the guide tube (19), are housed together with the catalyst part in the jacket (18) of the high-pressure synthesis reactor, the additional heat exchanger (A) under the main Heat exchanger (B) is arranged. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmetauscher (A und B) jeweils so geschaltet sind, daß in den beiden Wärmetauschern das Reaktionsgas in Kühlerrohren und um die Kühlerrohre das Frischgas geführt werden (Fig. 1).3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the two heat exchangers (A and B) are each connected so that the reaction gas in the cooler tubes and the fresh gas are guided around the cooler tubes in the two heat exchangers (Fig. 1). 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlerrohre (3) durch beide Wärmetauscher (A und B) ohne Unterbrechung hindurchgehen und das vom Ringspalt (1) ankommende Frischgas nach erfolgter Vorwärmung über einen Gassammler (13) und ein Zentralrohr (14) auf den Katalysator führen, während sie im zusätzlichen Wärmetauscher (A) von dem vom Dampferzeuger ankommenden Reaktionsgas und im Haupt-Wärmetauscher (B) vom heißen aus dem Katalysatorraum ankommenden Reaktionsgas umspült werden (Fig. 2).4. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the cooler tubes (3) pass through both heat exchangers (A and B) without interruption and the fresh gas arriving from the annular gap (1) after preheating via a gas collector (13) and a Central pipe (14) lead to the catalyst, while they are washed around in the additional heat exchanger (A) by the reaction gas arriving from the steam generator and in the main heat exchanger (B) by the hot reaction gas arriving from the catalyst chamber (Fig. 2). 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den äußeren Mantelraum (9) eines im Gassammeiraum unterhalb des Haupt-Wärmetauschers (B) mündenden koaxialen Zentralrohres das vom Dampferzeuger abgekühlte Reaktionsgas in den zusätzlichen Wärmetauscher (A) strömt und im Innenrohr (7) des koaxialen Zentralrohres das aus dem Haupt-Wärmetauscher (B) austretende heiße Reaktionsgas zum Abhitzedampferzeuger geführt wird.5. Device according to claim 4, characterized in that the reaction gas cooled by the steam generator flows into the additional heat exchanger (A) and in the inner tube (7 ) through the outer jacket space (9) of a coaxial central tube opening into the gas collection space below the main heat exchanger (B) ) of the coaxial central tube, the hot reaction gas emerging from the main heat exchanger (B) is fed to the waste heat steam generator. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (7) zur Heißgasabführung aus dem Haupt-Wärmetauscher (B) mit der Reaktionsgasrückleitung (9) vom Dampferzeuger zum zusätzlichen Wärmetauscher (A) außerhalb des Synthese-Hochdruckreaktors durch eine Kurzschlußleitung mit einem Regel- bzw. Absperrventil (12) verbunden sind.6. Device according to claims 2 to 5, characterized in that the inner tube (7) for hot gas discharge from the main heat exchanger (B) with the reaction gas return line (9) from the steam generator to the additional heat exchanger (A) outside of the synthesis high-pressure reactor through a Short-circuit line are connected to a control or shut-off valve (12).
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