DE3109393A1 - Verfahren zur nutzung der reaktionsenthalpie exothermer heterogen-katalytischer gasreaktionen - Google Patents

Description

• Verwahren zur Nutzung der Re,Zktionsenthalpie exolthermer
• heterogen-katalytischer Gasreaktionen.
• Die Reaktionsenthalpie exothermer chemischer Reaktionen ist bisher in verschiedener Weise indirekt zur Erzeugung von Antriebsenergie genutzt worden z.B. durch Wärmeaustausch zwischen dem heißen Reaktionsgemisch und verdampfendem Wasser, wobei der entstandene Dampf eine Turbine antrieb.
• Die indirekte Ausnutzung hat jedoch den Nachteils, daß dabei die Kondensationswärme des Wassers nicht ausgenutzt wird.
• Demgegenüber stellt das erfindungsgemäße Verfahren zur Umsetzung des in einer exothermen heterogen-katalytischen Gasreaktion entstehenden Dampfdrucks in mechanische Energie eine direkte Nutzung der Reaktorvärme dar.
• Die grundsätzliche Ausführung besteht darin, daX das Reaktionsgemisch unter Druck durch eine atalysatorschicht strömt, sich infolge der Reaktion aufheizt und ausdehnt; das Druckgefälle gegenüber dem Reaktorausgang wird durch eine Wärmekraftmaschine z,B. eine Turbine oder eine Kolbenmaschine in Antriebsenergie umgesetzt.
• Der zum Betrieb des Aggregats erforderliche Druck wird durch einen Verdichter erzeugt, dessen Antriebsenergie aus der durch die Reaktion gewonnenen Energie entnommen wird. Zweckmäßigerweise werden die Reaktionsturbine und der Verdichter auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, was den zusätzlichen Vorteil bietet, daß mehrere Katalysatorschichten mit jeweils dazwischengeschalteter Turbine angewandt werden können; dabei wird die Dicke der Katalysatorschicht sowohl auf die Reaktionsgeschwindigkeit als auch auf die Auslegung der Turbine abgestimmt.
• Im Rahmen dieses Verfahrens können verschiedene heterogenkatalytische Reaktionssysteme angewandt werden. Zum Beispiel kann Wasserstoff, Kohlenoxid oder ein ohlenwasserstoffgas mit Sauerstoff bzw. Luft umgesetzt werden, wobei die Reaktionsprodukte ohne Bedeutung sind. Eine andere Ausfübrungsform stellen jene Reaktionen dar, die die Herstellung wertvoller Produkte zum Ziel haben, z.B. die Umsetzung von Kohlenoxid mit Wasserdampf, die Ammoniaksynthese und andere exotherme heterogen-katalytische Produktionsverfahren.
• Beispiel Bei der Ammoniaksynthese in einem mit aktiviertem Eisenoxidkontakt beschickten Hordenofen vom 690 mm Innendurchmesser strömen stündlich 25 ooo Nm3 Stickstoff-Wasserstoff-Synthesegas ( das 2 Volumenprozent Ammoniak enthält) mit einer Temperatur von 4250C und einem Druck von 300 at durch eine Katalysatorschicht von 60 cm Höhe. Dabei entstehen 15oo kg Ammoniak. Das durch die Reaktionswärme auf 54o0C qufgeheizte Gasgemisch strömt durch eine Turbine, in der es sich auf 4250 C abkühlt.
• Die Arbeitsleistung der Turbine beträgt bei einem Wirkungsgrad von 70 % 715 kW. Das aus der Turbine austretende Gas durchströmt dann eine zweite Katalysatorschicht von 82 cm Höhe. in der sich 140 ka Ammoniak bilden und das Gasgemisch sich auf C aufheizt. In einer zweiten Turbine kühlt es sich durch die Arbeitsleistung von 665 kW auf 4250 C ab. In weiteren drei Kontaktschichten, deren Höhen immer grösser gewählt werden, wird die Reaktions wärme durch Zumischung von Kaltgas abgeführt.
• Insgesamt wird eine Ammoniakkonzentration von 18% erreicht.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1) Verfahren zur Nutzung der Reaktionsenthalpie exothermer heterogen-katalytischer Gasreaktionen, dadurch zeichnet, daß man den in einem reagierenden System entstehenden Dampfdruck direkt in einer Wärmekraftmaschine in Antriebsenergie umsetzt.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reaktionssystem eine Synthese chemischer Produkte anwendet.