DE3147391A1

DE3147391A1 - "verfahren zum abkuehlen eines heissen reaktionsgases"

Info

Publication number: DE3147391A1
Application number: DE19813147391
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.-Ing. Dipl.-Ing. 8000 München Hofer; Hans Dipl.-Ing. Jungfer
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1981-11-30
Filing date: 1981-11-30
Publication date: 1983-06-01

Description

Verfahren zum Abkühlen eines heißen Reaktionsgases
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen eines heißen, Spuren von Metallen enthaltenden Reaktionsgases durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium.
Die Kühlung heißer Prozeßgase, wie sie beispielsweise bei der thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Olefinerzeugung, bei exothermen Reaktionen wie Methanol- oder Methansynthese, bei partiellen Oxidationen zur Erzeugung von wasserstoff- und kohlenmonoxidreichen Synthesegasen und vielen anderen Hochtemperaturprozessen anfallen, kann durch direkten Wärmeaustausch mit einem in den Gasstrom eingeführten Kühlmittel oder durch indirekten Wärmeaustausch vorgenommen werden. Aus wirtschaftlichen Gründen werden dabei die Verfahren mit indirektem Wärmeaustausch bevorzugt, da auf diese Weise aus der Prozeßwärme der heißen Reaktionsgase hochwertiger überhitzter Hochdruckdampf gewonnen werden kann oder weil auf diese Weise die Vorwärmung von Prozeßströmen durchgeführt werden kann. Die maximale Nutzung der Prozeßwärme erhält man bei einer Abkühlung der Reaktionsgase bis in die Nähe des Taupunktes. Ein Erreichen oder Unterschreiten des Taupunkts ist wegen der damit verbundenen Bil- dung von Ablagerungen auf den Oberflächen der nachfolgenden Anlagenteile und der erhöhten Korrosionsgefahr zu vermeiden. Der Taupunkt des Reaktionsgases richtet sich dabei im Einzelfall nach verwendeten Rohstoffen sowie der speziell durchgeführten Reaktion. In der Regel liegen die Taupunkte im Temperaturbereich zwischen etwa 150 und 250 OC.
Ein Verfahren dieser Art ist bereits in der US-PS 2,999,741 beschrieben. Gort wird ein durch partielle Oxidation von Kohlenstoffträgern wie Kohle, Schweröl oder Erdgas bei Temperaturen zwischen etwa 1400 und 1500 OC erzeugtes Reaktionsgas durch indirekten Wärmetausch in einem Abhitzekessel auf eine Temperatur von etwa 200 OC abgekühlt. Anschließend wird das Reaktionsgas einer Rußwäsche mit Wasser unterzogen.
Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist darin zu sehen, daß bei der Verarbeitung von Einsatzstoffen, die durch Metallverbindungen, insbesondere Nickel-, Eisen- und Vanadiumverbindungen verunreinigt sind, störende Abscheidungen auf den Wärmeaustauschflächen beobachtet wurden, die es erforderlich machen, die Anlage von Zeit zu Zeit außer Betrieb zu nehmen und zu reinigen. Wenn man berücksichtigt, daß eine Großanlage zur Vergasung von Schweröl, das in Spuren Metallverunreinigungen enthält, jährlich einen Durchsatz an Metallen in der Größenordnung von 20 t aufweist und daß diese Metalle zu einem Großteil im Wärmetauscher abgeschieden werden, erkennt man, daß diese Verbindungen eine wesentliche Beeinträchtigung des Verfahrens bewirken.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch bei der Verarbeitungen von Metall spuren enthaltenden Reaktionsgasen ein weitgehend störungsfreier Langzeitbetrieb ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Reaktionsgas zunächst durch den indirekten Wärmeaustausch auf eine Temperatur zwischen 300 und 500 OC und danach durch direkten Wärmeaustausch mit einem flüssigen Kühlmittel weiter abgekühlt wird.
Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Erkenntnis, daß die Bedingungen für die Bildung der störenden Metallverbindungen in dem Temperaturbereich besonders günstig sind, den die Reaktionsgase kurz vor Austritt aus einem unter üblichen Bedingungen betriebenen Wärmetauscher durchlaufen. Die Temperatur, unterhalb der die Entstehungsbedingungen für die. störenden Metallverbindungen günstig werden, hängt im Einzelfall von der speziellen Gaszusammensetzung, dem Metallgehalt des Reaktionsgases und den jeweils vorliegenden Verfahrensparametern, beispielsweise dem Gasdruck und der Geschwindigkeit des Kühlvorganges ab.
Bei besonders ungünstigen Bedingungen kann schon bei Temperaturen von etwa 500 OC eine merkbare Umsetzung stattfinden, in günstigen Fällen beginnt diese dagegen erst bei Temperaturen um 300 OC. In vielen Fällen, beispielsweise bei der Verarbeitung eines kohlenmonoxidhaltigen Gases, bei dem die Bildung von Metallcarbonylen die vorherrschende Reaktion ist, reicht es aus, die Austrittstemperatur aus dem Wärmetauscher im Bereich von 350 und 450 OC zu wählen, beispielsweise auf etwa 400 OC einzustellen.
Neben der gegenüber üblichen Verfahren vorzeitig beendeten Kühlung des Gases im indirekten Wärmetausch ist als zweiter erfindungswesentlicher Verfahrensschritt eine direkte Kühlung des Gases vorgesehen. Dieser Verfahrensschritt, der sich-vorzugsweise unmittelbar an den indirekten Wärmeaustausch anschließt und mit einem flüssigen Kühlmittel vorgenommen wird, unterdrückt die Bildung der störenden Metallverbindungen weitgehend. Dies liegt daran, daß einerseits die Verdampfung des Kühlmittels eine Verringerung des Partialdrucks derjenigen Komponente des Reaktionsgases bewirkt, die mit den Metallen reagiert, und andererseits die im Reaktionsgas enthaltenen, noch nicht reagierten Metallteilchen weitgehend in überschüssigem flüssigem Kühlmedium abgeschieden und damit aus dem Reaktionsgas entfernt werden.
Zur sicheren Durchführung dieses Verfahrensschritts ist es deshalb zweckmäßig, daß mit einem überschub an Kühlmittel gearbeitet wird, d.h. daß nicht das gesamte flüssige Kühlmittel bei Wärmetausch mit dem Reaktionsgas verdampft.
Der direkte Wärmeaustausch mit dem flüssigen Kühlmittel kann in beliebiger Weise durchgeführt werden. Insbesondere eignet sich hierfür die Einspritzung einer Kühlflüssigkeit in den Strom des Reaktionsgases oder das Hindurchleiten des Gasstroms durch ein Bad einer Kühlflüssigkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht an die Wahl eines bestimmten Kühlmittels gebunden. Die Art des Kühlmittels wird sich im speziellen Fall am Verwendungszweck des Gases und an der günstigen Verfügbarkeit des Kühlmittels orientieren. Als geeignetes und besonders leicht verfügbares Kühlmittel kommt Wasser in Betracht. In den Fällen, in denen eine nachfolgende Kohlenmonoxid-Konvertierung des Gases beabsichtigt ist, hat die Verwendung von Wasser als direktes Kühlmittel darüber hinaus noch den verfahrensmäßigen Vorteil, daß bereits ein Teil des für die Konvertierung benötigten Wasserdampfes in das Reaktionsgas eingeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet auf einen Teil der maximal möglichen Dampfproduktion aus dem Reaktionsgas und kommt dadurch zu einer verlängerten Laufzeit und geringeren Unterhaltskosten in der zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Anlage. Der relativ geringe Verzicht auf wertvollen Hochdruckdampf, der übliicherweise im Bereich von etwa 10 bis 20 % der maximal möglichen Dampfmenge liegt, wird dabei von den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens mehr als wett gemacht.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei der Abkühlung von heißen Reaktiontsgasen, die,Metallspuren wie Nickel, Eisen, Vanadium oder andere Metalle enthalten, anwenden.
Insbesondere eignet es sich für die Kühlung von kohlenmonoxidhaltigen Reaktionsgasen, wie sie bei der partiellen Oxidation von gasförmigen, flüssigen oder festen kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entstehen.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Abkühlen eines heißen, Spuren von Metallen enthaltenden Reaktionsgases durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas zunächst durch den indirekten Wärmeaustausch auf eine Temperatur zwischen 300 und 500 OC und danach durch direkten Wärmeaustausch mit einem flüssigen Kühlmittel weiter abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas im indirekten Wärmeaustausch auf eine Temperatur zwischen 350 und 450 OC abgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas unmittelbar nach Austritt aus der indirekten Wärmeaustauschstufe in die direkte Wärmeaustauschstufe eintritt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmittel dem Reaktionsgas in einer--solchen Menge zugegeben wird, daß es beim direkten Wärmeaustausch nicht vollständig verdampft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmittel in den Strom des Reaktionsgases eingespritzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas in ein Bad eines flüssigen Kühlmittels eingeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmittel in einer solchen Menge mit dem Reaktionsgas in Kontakt gebracht wird, daß im Reaktionsgas enthaltene Metallkomponenten weitgehend im flüssigen Kühlmittel abgeschieden werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der direkte Wärmeaustausch mit Wasser als Kühlmittel durchgeführt wird.