DE202022103075U1 - Plant for recovering heat from a synthesis gas containing hydrogen - Google Patents
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Abstract
Anlage zum Rückgewinnen von Wärme aus einem Wasserstoff enthaltenden Synthesegas, umfassend:
(a) einen kompakten Mehrfluid-Wärmetauscher zwischen einem heißen Strom, der Wasserstoff enthaltendes Synthesegas umfasst (H1), und mindestens 3 kalten Strömen (C1, C2, C3),
(b) wobei der Wärmetauscher in (mindestens) 4 Abschnitte unterteilt ist,
(c) wobei H1 mit 2 kalten Strömen gleichzeitig in (mindestens) 2 Abschnitten ausgetauscht wird: C1 und C2 in einem Abschnitt und C1 und C3 in einem anderen Abschnitt,
(d) wobei C1 mit H1 in mindestens 3 Abschnitten Wärme austauscht,
(e) wobei H1 nie mit mehr als 2 Kühlströmen gleichzeitig Wärme austauscht,
(f) wobei mindestens einer der kalten Ströme nicht an einem Ende des Mehrfluid-Wärmetauschers eingeführt wird.
Plant for recovering heat from a synthesis gas containing hydrogen, comprising:
(a) a compact multi-fluid heat exchanger between a hot stream comprising hydrogen-containing synthesis gas (H1) and at least 3 cold streams (C1, C2, C3),
(b) where the heat exchanger is divided into (at least) 4 sections,
(c) where H1 is exchanged with 2 cold streams simultaneously in (at least) 2 sections: C1 and C2 in one section and C1 and C3 in another section,
(d) where C1 exchanges heat with H1 in at least 3 sections,
(e) where H1 never exchanges heat with more than 2 cooling streams simultaneously,
(f) wherein at least one of the cold streams is not introduced at an end of the multi-fluid heat exchanger.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Dampf-Methan-Reformierung (Steam methane reforming, SMR) Rückgewinnen von Wärme aus einem Wasserstoff enthaltenden SynthesegasSteam methane reforming (SMR) Recovering heat from a hydrogen-containing synthesis gas
Stand der TechnikState of the art
Bei der Dampf-Methan-Reformierung (Steam methane reforming, SMR) wird der nach der Reaktion anfallende, wasserstoffreiche Synthesegasstrom üblicherweise mit Hilfe von drei Rohrbündelwärmetauschern abgekühlt. In jeder Anlage werden drei verschiedene Kühlmittel verwendet: Zunächst der Kohlenwasserstoffeinsatzstrom, dann das Kesselspeisewasser und schließlich demineralisiertes Wasser. Dank dieser Anordnung erreicht der wasserstoffreiche Strom eine Temperatur von etwa 130 °C. Allerdings sind hierbei drei Apparate erforderlich und der Temperaturansatz beim Wärmeaustausch beträgt etwa 20 bis 30 °C. Der Gesamtwirkungsgrad der Wärmetauschereinheit ist gering. Der Massenwirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis zwischen der Wärmeübertragungsrate (in Watt) und der Multiplikation der Gerätemasse (in Tonnen) mit der mittleren Temperaturdifferenz (in Kelvin; die mittlere Temperaturdifferenz wird mit Hilfe der zusammengesetzten Kurven berechnet). Je höher der Wirkungsgrad ist, desto besser ist das Verfahren integriert und desto kostengünstiger ist es folglich.In steam methane reforming (SMR), the hydrogen-rich synthesis gas stream produced after the reaction is usually cooled with the aid of three tube bundle heat exchangers. Three different coolants are used in each plant: first the hydrocarbon feed stream, then the boiler feed water and finally demineralized water. Thanks to this arrangement, the hydrogen-rich stream reaches a temperature of around 130 °C. However, three apparatuses are required here and the temperature approach during heat exchange is about 20 to 30 °C. The overall efficiency of the heat exchanger unit is low. Mass efficiency is defined as the ratio of the heat transfer rate (in watts) to the equipment mass (in tons) multiplied by the mean temperature difference (in Kelvin; the mean temperature difference is calculated using the composite curves). The higher the efficiency, the better the process is integrated and consequently the more cost-effective it is.
In den Patenten
Die Verwendung von drei Rohrbündelwärmetauschern macht den Wärmeaustausch kostspielig, da drei separate Geräte installiert werden müssen. Darüber hinaus werden bessere Ergebnisse und eine höhere Masseneffizienz erzielt, wenn ein Gerät verwendet wird, das eine niedrigere Mindestanlauftemperatur im Wärmeaustauschprozess ermöglicht.The use of three shell and tube heat exchangers makes the heat exchange costly as three separate devices have to be installed. In addition, better results and higher mass efficiency are achieved when using equipment that allows a lower minimum start-up temperature in the heat exchange process.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Anlage anzugeben, die die erwähnten Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Anlage zum Rückgewinnen von Wärme aus einem Wasserstoff enthaltenden Synthesegas gemäß der Merkmale der Schutzansprüche gelöst.The object of the present invention is therefore to specify a system which does not have the disadvantages of the prior art mentioned. This object is achieved by a plant for recovering heat from a hydrogen-containing synthesis gas according to the features of the claims.
Es wird vorgeschlagen, einen kompakten Mehrfluid-Wärmetauscher, bevorzugt aus rostfreiem Stahl, zu verwenden. Dadurch können die drei Rohrbündelwärmetauscher durch ein einziges Gerät ersetzt werden, was den Gesamtprozess einfacher und kostengünstiger macht. Darüber hinaus ermöglichen kompakte Wärmetauscher eine niedrigere Mindestanlauftemperatur, wodurch eine optimale Wärmeintegration erreicht werden kann.It is suggested to use a compact multi-fluid heat exchanger, preferably made of stainless steel. This allows the three shell and tube heat exchangers to be replaced by a single unit, making the overall process simpler and less expensive. In addition, compact heat exchangers enable a lower minimum start-up temperature, which means that optimal heat integration can be achieved.
Durch den Einsatz eines Multi-Fluid-Wärmetauschers (Mehrfluid-Wärmetauschers) kann der Prozess durch einen höheren Massenwirkungsgrad verbessert werden.By using a multi-fluid heat exchanger (multi-fluid heat exchanger), the process can be improved through higher mass efficiency.
Die optimale Wärmeintegration wird durch die Anordnung des Wärmetauschers in einer speziellen Konfiguration erreicht. Das Gerät ist dabei in mindestens 3 oder 4 Abschnitte unterteilt. Ein Abschnitt ist als Teil des Wärmetauschers definiert, in dem die kalten Ströme, die Wärme mit dem heißen Strom austauschen, konstant sind. In mindestens 2 der oben genannten Abschnitte muss der heiße Strom gleichzeitig mit mehr als einem kalten Strom Wärme austauschen.Optimum heat integration is achieved by arranging the heat exchanger in a specific configuration. The device is divided into at least 3 or 4 sections. A section is defined as part of the heat exchanger where the cold streams exchanging heat with the hot stream are constant. In at least 2 of the above sections, the hot stream must simultaneously exchange heat with more than one cold stream.
Dank dieser speziellen Konfiguration kann der Gesamtmassenwirkungsgrad im Vergleich zum Standardverfahren um das Fünffache gesteigert werden. Tatsächlich kann der Gesamtmassenwirkungsgrad von einem Wert von fast 10 für den Standardprozess auf Werte von 25 bis 45 (abhängig von der Anzahl der kalten Ströme) für die integrierte Wärmeintegration erhöht werden.Thanks to this special configuration, the overall mass efficiency can be increased fivefold compared to the standard process. In fact, the overall mass efficiency of a value of almost 10 for the standard process can be increased to values of 25 to 45 (depending on the number of cold flows) for the integrated heat integration.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung, AusführungsbeispieleDetailed description of the invention, exemplary embodiments
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs- und Zahlenbeispielen und der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further developments, advantages and possible applications of the invention also result from the following description of exemplary embodiments and numerical examples and the drawings. All of the features described and/or illustrated form the invention, either alone or in any combination, regardless of how they are summarized in the claims or how they relate back to them.
Es zeigen:
-
1 ein erstes Beispiel einer Anlage zum Rückgewinnen von Wärme aus einem Wasserstoff enthaltenden Synthesegas gemäß der Erfindung, -
2 ein zweites Beispiel einer Anlage zum Rückgewinnen von Wärme aus einem Wasserstoff enthaltenden Synthesegas gemäß der Erfindung.
-
1 a first example of a plant for recovering heat from a hydrogen-containing synthesis gas according to the invention, -
2 a second example of a plant for recovering heat from a hydrogen-containing synthesis gas according to the invention.
Der in
Ein heißer, wasserstoffreicher Strom wird in den Wärmetauscher eingeleitet, während drei bis vier kalte Ströme zur Abkühlung verwendet werden. Die optimale Wärmeintegration wird erreicht, indem die kalten Ströme an verschiedenen Stellen entlang der Länge des Wärmetauschers eingesetzt werden.A hot, hydrogen-rich stream is introduced into the heat exchanger while three to four cold streams are used for cooling. Optimum heat integration is achieved by using the cold streams at various points along the length of the heat exchanger.
Der heiße Strom tauscht mit mehreren kalten Strömen gleichzeitig in mehreren Abschnitten des Geräts Wärme aus.The hot stream exchanges heat with several cold streams simultaneously in several sections of the device.
Zahlenbeispiele:Numerical examples:
Beispiel 1: Drei kalte Ströme
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 7871449 A [0003]US7871449A [0003]
- US 8828107 A [0003]US8828107A [0003]
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DE202022103075.8U Active DE202022103075U1 (en) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | Plant for recovering heat from a synthesis gas containing hydrogen |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7871449B2 (en) | 2006-01-31 | 2011-01-18 | Linde Process Plants, Inc. | Process and apparatus for synthesis gas heat exchange system |
US8828107B2 (en) | 2006-01-31 | 2014-09-09 | Linde Process Plants, Inc. | Process and apparatus for synthesis gas heat exchange system |
-
2022
- 2022-05-31 DE DE202022103075.8U patent/DE202022103075U1/en active Active
Patent Citations (2)
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US7871449B2 (en) | 2006-01-31 | 2011-01-18 | Linde Process Plants, Inc. | Process and apparatus for synthesis gas heat exchange system |
US8828107B2 (en) | 2006-01-31 | 2014-09-09 | Linde Process Plants, Inc. | Process and apparatus for synthesis gas heat exchange system |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |