DE3608846A1

DE3608846A1 - METHOD FOR COOLING A HOT NO-CONTAINING GAS FLOW

Info

Publication number: DE3608846A1
Application number: DE19863608846
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Scheibler
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1986-03-17
Filing date: 1986-03-17
Publication date: 1987-09-24
Also published as: NL8700206A; FR2595804A1; FR2595804B1

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Kühlung eines heißen NO-haltigen Gasstromes in einem aufgekühlten Reaktor und nachgeschalteten Wärmetauschern zur Vorwärmung von NO_x-haltigen Gasen und zur Dampf- bzw. Heißwasser erzeugung.The invention is directed to a method for cooling a hot NO-containing gas stream in a vapor-cooled reactor and downstream heat exchangers for preheating of NO _x -containing gases and generation of steam or hot water.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-AS 28 56 589 bekannt. Dort wird Luft komprimiert in einer Ammoniak-Luft-Mischdüse gemischt und in einen Reaktor eingegeben, der als Verbrennungselement wirkt. Dort schließt sich ein Verdampferteil und ein Dampfüberhitzer an. Im weiteren Verlauf wird das Nitrosegas z. B. bei 390°C einem Heißoxydationsbehälter zugeführt, nachfolgend einem Erdgasvorwärmer und schließlich einer Adsorptionskolonne, wobei weitere Wärmetauscher im Leitungssystem noch vorgesehen sein können. Bekannt ist auch, daß mit NO_x-gekühlte Wärmetauscher zur Vorwärmung dieses NO_x-Gases im Systemverlauf eingesetzt werden, wobei die eingesetzten Wärmetauscher so ausgelegt sein müssen, daß sie das gesamte Volumen des NO-haltigen Gasstromes verarbeiten können.Such a method is known for example from DE-AS 28 56 589. There, compressed air is mixed in an ammonia-air mixing nozzle and fed into a reactor, which acts as a combustion element. There is an evaporator part and a steam superheater. In the further course of the nitrous gas z. B. at 390 ° C a hot oxidation tank, followed by a natural gas preheater and finally an adsorption column, wherein further heat exchangers can still be provided in the pipe system. It is also known that with NO _x -cooled heat exchangers are used to preheat this NO _x gas in the course of the system, the heat exchangers used having to be designed in such a way that they can process the entire volume of the NO-containing gas stream.

Dabei müssen die Wärmetauscher nicht nur wegen der zu verarbeitenden Volumina entsprechend groß ausgelegt werden, sondern es müssen auch die Werkstoffe entsprechend hochwertig sein, um den an sie gestellten Anforderungen gerecht zu werden.The heat exchangers don't just need to processing volumes are designed to be large, but also the materials have to match be of high quality to meet the requirements placed on them to meet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der ein beachtlicher Teil an Wärmetauscherfläche eingespart wird, wodurch sich insgesamt eine wirtschaftlichere Verfahrensführung erreichen läßt.The object of the invention is to provide a solution with which saved a considerable part of the heat exchanger area becomes, which is a more economical overall Procedure can be achieved.

Bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der NO-haltige Gasstrom nach Verlassen des Reaktors in zwei parallele Ströme geteilt und der eine Teilstrom über einen NO_x-Gas-Wärmetauscher und der andere Teil über einen H₂O-Wärmetauscher geführt und die Teilströme nach Verlassen der Wärmetauscher wieder zusammengeführt werden.In a method of the type mentioned, this object is achieved according to the invention in that the NO-containing gas stream after leaving the reactor divided into two parallel streams and the one part via a NO _x gas heat exchanger and the other part via an H₂O -Heat exchanger guided and the partial flows are brought together again after leaving the heat exchanger.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß nach Verlassen des Reaktors ein Teilstrom zur Vorwärmung des NO_x-Gases herangezogen werden kann, während ein anderer Teilstrom zur Dampf- bzw. Heißwassererzeugung einsetzbar ist. Die Rückkühlung führt gleichwohl zu den gewünschten Werten. Wegen der geringen Teilstrommengen können die Wärmetauscher aber entscheidend kleiner gebaut werden. Eine weiter unten wiedergegebene Vergleichsrechnung zeigt Einsparungen, die in der Größenordnung über 6% Einsparung an hoch wertiger Wärmetauscherfläche liegen. With the invention it is achieved that after leaving the reactor a partial flow can be used for preheating the NO _x gas, while another partial flow can be used for steam or hot water generation. The recooling nevertheless leads to the desired values. Because of the small amounts of partial electricity, the heat exchangers can be built significantly smaller. A comparative calculation shown below shows savings in the order of magnitude of more than 6% savings in high-quality heat exchanger area.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Teilung des NO-haltigen Gasstromes nach Verlassen des Reaktors in einem Verhältnis von 0,5-1,5, vorzugsweise 1, erfolgt.In an embodiment, the invention provides that the division of the NO-containing gas stream after leaving the reactor in a ratio of 0.5-1.5, preferably 1.

Es hat sich gezeigt, daß eine hälftige Teilung, d. h. eine Teilung des Gasstromes in zwei gleich große Teilströme mit einer Teilungszahl von "1" zu sehr guten Bedingungen führt, wie die weiter unten wiedergegebene Vergleichsrechnung zeigt, ohne daß die Erfindung auf diese genaue hälftige Teilung beschränkt wäre.It has been shown that a half division, i. H. a Division of the gas flow into two equal partial flows a division number of "1" on very good conditions leads, like the comparative calculation given below shows without the invention to this exact half Division would be limited.

Die Erfindung sieht auch vor, daß die Aufteilung des NO-haltigen Gasstromes nach Verlassen des Reaktors bei einer Temperatur von 300-650°C, vorzugsweise von 450-550°C, vorgenommen wird, wobei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein kann, daß die Bildung der Teilströme über die Wärmetauscher derart vorgenommen wird, daß die Temperatur bei der Zusammenführung der Teilströme zwischen 50-300°C, vorzugsweise 100-200°C, beträgt.The invention also provides that the division of the NO-containing Gas flow after leaving the reactor at a Temperature of 300-650 ° C, preferably 450-550 ° C, is carried out, in a further embodiment of the Invention can be provided that the formation of Partial flows via the heat exchanger is carried out in such a way that the temperature when merging the partial flows is between 50-300 ° C, preferably 100-200 ° C.

Wie zum Stand der Technik bereits ausgeführt, ist es bekannt, den Gesamtstrom stufenweise zu kühlen bzw. die vorhandene Wärme im Prozeß auszunutzen.As stated in the prior art, it is known to gradually cool the total current or the to use existing heat in the process.

Die Erfindung sieht bei der Aufteilung in Teilströme in weiterer Ausgestaltung vor, daß die Kühlung dieser Teilströme mehrstufig erfolgt. The invention provides for the division into partial flows a further embodiment that the cooling of these substreams done in several stages.

Eine weitere Möglichkeit zur Verfahrensoptimierung besteht darin, daß man bei der Aufteilung nach der vorliegenden Erfindung auch die jeweils eingesetzten Wärmetauscher unterschiedlich schalten kann. So könnte ein Warmwasservorwärmer in einem Teilstrom an der kälteren Seite eingesetzt sein und dieses Warmwasser einem verdampfenden Wärmetauscher zur Erzeugung von Prozeßdampf zugeführt werden, und zwar im anderen Strang. Nicht allein für diese Möglichkeit sieht die Erfindung vor, daß bei unterschiedlichen Ein- und Austrittstemperaturen der Teilströme in den unterschiedlichen Wärmetauscherstufen diese mit jeweils unterschiedlichen Kühlmedien betrieben werden können.There is another possibility for process optimization in that when dividing up according to the present Invention also the heat exchanger used in each case can switch differently. This could be a hot water preheater used in a partial flow on the colder side be and this hot water an evaporating heat exchanger be supplied to produce process steam, in the other strand. Not just for this opportunity The invention provides that at different Entry and exit temperatures of the partial flows in the different heat exchanger levels each with different cooling media can be operated.

Schließlich sei bemerkt, daß nach der Erfindung eine weitere Möglichkeit darin besteht, mehr als zwei Teilströme des NO-haltigen Gasstromes vorzusehen, etwa drei parallele Stränge oder auch die zusätzliche Teilung eines Teilstromes nach Durchlaufen eines Wärmetauschers und die nachfolgende Zusammenführung der Unterströme zum Teil in einem Teilstrom und die erneute Zusammenführung der Teilströme zu einem einheitlichen Hauptstrom.Finally, it should be noted that according to the invention, another Possibility is more than two sub-streams of the NO-containing gas stream, about three in parallel Strands or the additional division of a partial flow after passing through a heat exchanger and the subsequent one Partial merging of the sub-currents in one Partial flow and the reunification of the partial flows into a single main stream.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur eine vereinfachte Wiedergabe der Prozeßführung nach der Erfindung. The invention is below with reference to the drawing explained in more detail, for example. This shows in the only one Figure shows a simplified representation of the process control the invention.

Über eine Leitung 1 tritt das Ammoniak-Luftgemisch in den Reaktor 2 als Verbrennungselement ein. Der Reaktor 2 ist wasser/dampfgekühlt.The ammonia-air mixture enters the reactor 2 as a combustion element via a line 1 . The reactor 2 is water / steam cooled.

Das gekühlte NO-haltige Gas verläßt den Reaktor 2 über eine Leitung 3, die sich im Ventil 4 in zwei Teilstrom leitungen 5 bzw. 6 teilt.The cooled NO-containing gas leaves the reactor 2 via a line 3 which divides lines 5 and 6 in the valve 4 into two partial flow.

In den Leitungen 6 ist im dargestellten Beispiel als Beispiel ein NO_x gasgekühlter Wärmetauscher 7 vorgesehen, während in den Leitungen 5 ein wassergekühlter Wassertauscher 8 eingebaut ist. Die Leitungen 5 und 6 werden über ein Ventil 9 wieder zusammengeführt, das gekühlte NO-haltige Gas wird über die Hauptleitung 10 schließlich der Adsorption zugeführt.In the example shown, a NO _x gas-cooled heat exchanger 7 is provided in the lines 6 in the example shown, while a water-cooled water exchanger 8 is installed in the lines 5 . The lines 5 and 6 are brought together again via a valve 9 , the cooled NO-containing gas is finally fed to the adsorption via the main line 10 .

Im dargestellten Beispiel sollen die Leitungen 5 und 6 über das Ventil 4 eine derartige Menge an NO-haltigem Gas aufnehmen, daß die Teilströme ein Verhältnis 1:1 aufweisen, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt wäre.In the example shown, the lines 5 and 6 are to take up such an amount of NO-containing gas via the valve 4 that the partial flows have a ratio of 1: 1, without the invention being restricted thereto.

Eine Vergleichsrechnung zu einem nach dem Stand der Technik durchgeführten linearen Kühlverfahren ergibt die nachfolgenden Werte: A comparative calculation to one according to the state of the art performed linear cooling process gives the following values:

Bei einer Salpetersäureanlage mit einer herkömmlichen Schaltung der Wärmetauscher, Kessel, Restgaserhitzer I, Speisewasservorwärmer, Restgaserhitzer II, ergeben sich, wenn die folgenden BedingungenIn a nitric acid plant with a conventional one Switching the heat exchanger, boiler, residual gas heater I, Feed water preheaters, residual gas heaters II, result, if the following conditions

- Temperatures of the gases containing nitrogen oxide at the beginning 890 ° C and at the end 160 ° C,
- Temperatures of the residual gas at the beginning of 110 ° C and at End 680 ° C,
- a feed water temperature of 120 ° C as well
- a boiler temperature of 280 ° C is maintained, the following values for k. F./W: - on the boiler 2.967 - on the residual gas heater I1.842 - on the feed water preheater 4.8.8 - on the residual gas heater II2.913 with k = heat transfer coefficient, F = exchange surface, W = heat capacity of the weaker current.

Wird dagegen der stickoxid-haltige Gasstrom bei 500°C in zwei Ströme geteilt, ergeben sich die folgenden günstigeren Werte:In contrast, the nitrogen oxide-containing gas stream at 500 ° C in divided into two streams, the following result more favorable values:

- on the boiler 2.505 - on the residual gas heater5,256 - on the feed water preheater 3.975

Die in der Summe kleineren, also günstigeren Werte, die man bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält, ergeben daher den oben schon angesprochenen Vorteil der größeren Wirtschaftlichkeit, weil die insbesondere verwendeten Wärmetauscherflächen kleiner sein können und die Anzahl der verwendeten Wärmetauscher um einen vermindert werden konnte.The smaller, in other words more favorable, values, the one when using the method according to the invention receives, therefore give the advantage already mentioned above the greater economy because the particular heat exchanger surfaces used can be smaller and the number of heat exchangers used by one could be reduced.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Prozeßführung beschränkt. Wie weiter oben erwähnt, lassen sich auch andere Schaltungen vorsehen.The invention is not based on the illustrated process control limited. As mentioned above, can also be provide other circuits.

Claims

1. A method for cooling a hot NO-containing gas stream in a steam-cooled reactor and after-connected heat exchangers for preheating of NO _x -containing gases and to steam or hot water generation, characterized in that the NO-containing gas stream after leaving the reactor in divided two parallel flows and the one partial flow through a NO _x gas heat exchanger and the other partial flow through an H₂O heat exchanger and the partial flows are brought together again after leaving the heat exchanger.

2. The method according to claim 1, characterized in that the division of the NO-containing gas stream after leaving of the reactor in a ratio of 0.5 to 1.5, preferably way 1, takes place.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the division of the NO-containing gas stream after leaving the reactor at a temperature of 300 to 650 ° C, preferably from 450 to 550 ° C, is made.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cooling of the partial flows over the heat exchanger is made so that the temperature when combining the partial flows between 50 to 300 ° C, preferably 100 to 200 ° C.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cooling of the partial flows done in several stages.

6. The method according to claim 5, characterized in that at different inlet and outlet temperatures of the partial flows in the different heat exchanger stages each operated with different cooling medium will.