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Verfahren und Einrichtung zum Nutzbarmachen der bei der Wasserstofferzeugung
nachdem Eisenkontaktverfahren im erzeugten Wasserstoff und überschüssigen Wasserdampf
enthaltenen Wärmemengen. Bei der Wasserstofferzeugung nach dem Eisenkontaktverfahren
gehen bei der bisher üblichen Durchführung des Verfahrens während der Oxydationsperiode
außerordentlich große Wärmemengen unausgenutzt verloren, da mit großen überschüssigen
Dampfmengen, die etwa das Vier- bis Sechsfache der theoretisch notwendigen Dampfmenge
betragen, gearbeitet werden muß, um auf nennenswerte Leistungen zu kommen. Der erzeugte
Wasserstoff und überschüssige Dampf, die hoch überhitzt den Kontaktraum verlassen,
werden zwar durch Wärmespeicher geführt, an die sie einen Teil ihrer Eigenwärme
zum Vorwärmen des während der Reduktionsperiode gebrauchten Gases abgeben; auch
ist bereits vorgeschlagen, den erzeugten Wasserstoff zum Überhitzen des während
der Oxydationsperiode gebrauchten Dampfes zu verwenden. Dieser Vorschlag ist aber
praktisch, soweit bekannt, nie zur Ausführung gelangt. Auch ist bisher nicht bekanntgeworden,
daß gleichzeitig mit der Eigenwärme des Wasserstoffes auch der viel größere Wärmewert
des überschüssigen Dampfes ausgenutzt werden kann. Insbesondere ist aber zu berücksichtigen,
daß die Ausnutzung der im erzeugten Wasserstoff und vor allem im überschüssigen
Dampf enthaltenen Wärme sowohl zum Vorwärmen des Reduktionsgases als auch zum Überhitzen
des Dampfes nur in geringem Maße möglich ist, weil die Verdampfungswärme (latente
Wärme) und Flüssigkeitswärme des Dampfes auf diese Weise überhaupt nicht zurückgewonnen
werden kann.
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Nach der Erfindung wird die im Wasserstoff und im überschüssigen Wasserdampf
enthaltene Wärme, soweit sie nicht schon in der Wasserstofferzeugungsanlage zum
Vorwärmen des Reduktionsgases oder zum Überhitzen des Wasserdampfes teilweise ausgenutzt
ist, fast restlos verwertet, und zwar im Rahmen des Verfahrens für die Wasserstoffherstellung
selbst zur Erzeugung eines Teiles des erforderlichen Frischdampfs und zum Erhitzen
des Dampfkesselspeisewassers sowie des Berieselungswassers für die Kühlerwäscher
zwecks Entlüftung desselben. Hierzu werden der überschüssige Wasserdampf und der
erzeugte Wasserstoff nach Verlassen der Erzeugungsanlage nicht sofort zum Kühlerwäscher
geführt, sondern zuvor durch eine oder mehrere Wärmeaustauschvorrichtungen geleitet.
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Es ergeben sich dadurch folgende Vorteile Durch die volle Ausnutzung
der im Wasserstoff und vor allem im überschüssigen Dämpf .enthaltenen Wärme werden
nicht nur beträchtliche Mengen Frischdampf zurückgewonnen, sondern auch das Speisewasser
für die gesamte Dampferzeugung des Wasserstoffgaswerkes bis auf xoo ° C vorgewärmt.
Durch diese hohe Erwärmung wiederum wird die im Speisewasser enthaltene Luft völlig
ausgetrieben, so daß sie aus der Wärmeaustauschvorrichtung an geeigneter
Stelle
entfernt werden kann. Der Dampf für die MTasserstofferzeugung ist mithin luftfrei;
eine Verunreinigung des 'Wasserstoffes durch Aufnahme von Luftstickstoff während
der Gaserzeugungsperiode kann also nicht stattfinden. Da ferner der überschüssige
Wasserdampf seine lätente Wärme durch die Austauschvorrichtung an das Speisewasser
abgibt und dabei kondensiert, braucht derselbe nicht mehr, wie bei den bisher bekannten
Anlagen, im Kühlerwäscher unter Aufwendung großer Kühlwassermengen niedergeschlagen
zu werden, sondern es genügt Jetzt, wenn dem Kühlerwäscher die verhältnismäßig sehr
geringen Berieselungswassermengen zugeführt werden, welche für das Waschen des Wasserstoffes
und für die Restkühlung desselben notwendig sind. Es tritt dadurch eine sehr große
Ersparnis an Wasser bei der Wasserstofferzeugung ein. Vor allem wird aber gleichzeitig
erreicht, daß der Reinheitsgrad des Wasserstoffes entsprechend dem geringeren Verbrauch
an Berieselungswasser verbessert wird, da das Wasser stets mehr oder weniger Luft
enthält und im Kühlerwäscher den Wasserstoff mit derselben verunreinigt. Außerdem
kann die Luft aus den geringen Mengen des noch erforderlichen Berieselungswassers
mit Hilfe des Verfahrens in der einfachsten Weise ohne besonderen Energieaufwand
ausgetrieben werden, indem auch das Berieselungswasser, ähnlich wie das Speiseyvasser,
in derselben oder in einer besonderen VVärmeaustauschvorrichtung erhitzt, wozu noch
genügende Abwärmemengen .zur Verfügung stehen, und dadurch die in ihm enthaltene
Luft entfernt wird. Man läßt das Wasser alsdann unter Vermeidung neuer Luftaufnahme
erkalten und verwendet es dann zur Berieselung des Wasserstoffes.
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Durch das Verfahren wird also außer der Rückgewinnung von Wärme in
Form von Frischdampf und von hocherhitztem Speisewasser eine beträchtliche Ersparnis
an Wasser erzielt und gleichzeitig das Speisewasser und damit der Frischdampf sowie
das Berieselungswasser völlig luftfrei gemacht, so daß eine Verschlechterung des
Reinheitsgrades des Wasserstoffes durch Aufnahme von Luftstickstoff während der
Gaserzeugungsperiode und von Luft während der Berieselung im Kühlerwäscher vermieden
wird, was um so wichtiger ist, da diese Verunreinigungen nicht mehr oder nur äußerst
schwierig durch Nachreinigung aus dem Wasserstoff entfernt werden können. Diese
Vorteile stehen im engsten Zusammenhange unter sich und bedeuten gegenüber dem bisher
Bekannten einen großen Fortschritt in der Wasserstoffherstellung sowohl hinsichtlich
der Wirtschaftlichkeit des Eisenkontaktverfahrens als auch hinsichtlich der Reinheit
des erzeugten Gases.
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Das Verfahren kann beispielsweise mit Hilfe der in der Zeichnung in
senkrechtem Längsschnitt veranschaulichten Einrichtung wie folgt durchgeführt werden:
Von der Wasserstofferzeugungsan@age, durch die Leitung:[ kommend, strömen Wasserstoff
und überschüssiger Dampf durch den Schieber 2 und das Rohrstück 3 nach dem ersten
Wärmeaustauscher ,1, der zur Dampferzeugung dienen soll. In diesem geben sie =beim
Übergang von -der Kammer 5 durch das Röhrenbündel 6 nach der Kammer 7 Wärme an das
das Röhrenbündel und die Kammerwände umspülende Wasser ab und bringen dieses zur
Verdampfung. Dabei sinkt ihre Temperatur ungefähr bis auf die des erzeugten Dampfes,
z. B. auf T2o ° C. Durch das Rohr 8 strömen Wasserstoff und überschüssiger Dampf
nach einem zweiten Wärmeaustauscher 9, der ebenfalls aus einem zwischen zwei Kammern
io und ix liegenden Röhrenbündel 12 besteht. Dem Wärmeaustauscher 9 wird das das
Röhrenbündel 12 umspülende Wasser durch das Rohr 13 in so großen Mengen zum Erhitzen
zugeführt, daß die Kühlung des Wasserstoffes und des überschüssigen Dampfes unter
ioo ° C erfolgt, so daß der Dampf kondensiert und hierbei seine latente Wärme und
. Flüssigkeitswärme an das zu erhitzende Wasser abgibt, Das Wasser kann durch die
Rohrleitung 1q., den Hahn 15 und die Leitung 16 dem ersten Wärrneaustauscher q.
zur Verdampfung zugeführt oder durch den Hahn 17 abgelassen werden. Das im Wärmeaustauscher
9 kondensierte Wasser kann mit dem Wasserstoff durch die Leitung 18 nach dem Kühler
und Wäscher abfließen oder für sich durch das Rohr i9 und einen Wassertopf 2o entfernt
werden. Der erzeugte Dampf wird dem Wärmeaustauscher q. durch das Ventil 21 entnommen,
und die Luft kann aus dem imWärmeaustauscher 9 erhitzten Wasser durch ein Ventil
o. dgl. entfernt werden.
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Da die Wasserstofferzeugung abwechselnd vor sich geht, werden die
Wärmeaustauschvorrichtungen nur während der Oxydationsperiode ausgenutzt. Es ergibt
sich daher ein besonderer Vorteil, wenn zwei oder mehrere Wasserstofferzeugungsanlagen
an ein und dieselben Wärmeaustauschvorrichtungen angeschlossen werden und die Anlagen
so arbeiten, daß ihre Oxydationsperioden möglichst aufeinanderfolgen. Wird z. B.
mit einer Erzeugungsanlage nur 2o Minuten lang in der Stunde Wasserstoff hergestellt,
so kann durch den Anschluß von drei Erzeugern eine gleichmäßige und vollständige
Ausnutzung der Wärmeaustauscher erzielt werden. Der Anschluß des zweiten Erzeugers
kann durch das Rohr 22 und den Schieber 23 und der des dritten durch das Rohr 24
und den Schieber 25 erfolgen. Auf diese Weise wird eine ununterbrochene Dampferzeugung
und Erhitzung des zu erwärmenden Wassers und eine gleichmäßige Ausnutzung des Kühlerwäschers
erreicht.
Die Wärmeaustauschvorrichtungen können selbstverständlich
auch in anderer für die Durchführung des Verfahrens geeigneter Weise gebaut sein,
als in dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung dargestellt ist.