DE476840C

DE476840C - Einrichtung zum Rueckgewinnen der Waerme und des Wasserdampfes aus Gasreaktionen

Info

Publication number: DE476840C
Application number: DEP49560D
Authority: DE
Original assignee: GEORGES LEON EMILE PATART
Current assignee: GEORGES LEON EMILE PATART
Priority date: 1924-01-21
Filing date: 1925-01-22
Publication date: 1929-05-28
Also published as: GB228153A; US1703747A

Description

Bei gewissen Gasreaktionen ist es nötig, Dampf im Überschuß zu verwenden und das Gas vorzuwärmen, selbst wenn die Reaktion an sich exothermisch ist. Es ist daher für die Wirtschaftlichkeit des Betriebes wesentlich, sowohl den Dampf als auch die von dem Gas mitgeführte Wärme, die aus der Reaktion herrührt, wiederzuerlangen, um beides den noch kalten Gasen zuzuführen, ehe diese in den

id Apparat eingeführt werden.

Das geschieht nun im vorliegenden Fall besonders bei der katalytischen Erzeugung von Wasserstoff, und zwar mittels eines Verfahrens, das aus der Reaktion von Wasserdampf aus Kohlenoxyd bei Gegenwart eines Katalysators beruht. Theoretisches Studium dieser Reaktion und praktische Versuche haben gezeigt, daß man bemerkenswerte Ergebnisse nur dann erzielt, wenn man die Wasserdampfmenge, die

so theoretisch bei jedem Hindurchgang durch den Katalysator gebraucht wird, verdreifacht oder vervierfacht, anderseits wenn man das den Katalysator enthaltende Gefäß auf einer Temperatur von ungefähr 500° C erhält.

Diese beiden Erfordernisse machen aber, wenn man wirtschaftlich arbeiten will, eine nach Möglichkeit vollständige Wiedererlangung des Dampfüberschusses nötig, der den Gasen vor ihrem Hindurchgang durch den katalytisch wirkenden Stoff zugesetzt worden ist, und ebenso-ist es notwendig, die Wärme zurückzugewinnen, die die aus dem Katalysator austretenden Gase mit sich führen. _Λ

Das Wiedererlangen der Wärme kann bis zu einem gewissen Grade leicht mittels Röhrenapparates bzw. Wärmeaustauschern erzielt werden, und was den Wasserdampf betrifft, so wird dieser im allgemeinen dadurch zurückgewonnen, daß man das mit dem Dampf zusammen austretende Gas, das durch Kondensieren eines Teils des Dampfes Wärme aufgenommen hat, unter einen Wasserregen o. dgl. bringt. Das so erwärmte Wasser wird dann später in innige Berührung mit den heißen Gasen gebracht, die zu dem Katalysator geleitet werden, wo sie eine neue Wasserdampfmenge aufnehmen, die ihrem Druck und der Temperatur des warmen Wassers entspricht, das nachher zum Niederschlagen benutzt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung, mittels deren dieses Wiedererlangen der Wärme und des Wasserdampfes sowie dessen Wärme so vollständig wie nur möglich und unter höchst wirtschaftlichen Bedingungen durchgeführt wird.

Zu der Einrichtung gehört an erster Stelle ein

senkrechter Behälter, der zwei übereinanderliegende Kammern bildet. In der oberen werden die warmen Gase abgekühlt, die von dem Katalysator herkommen, und außerdem wird der größte Teil des Dampfes niedergeschlagen, den die Gase mit sich führen. Außerdem wird aber das Kühlwasser hier erwärmt. In dem unteren Teil erfolgt das Erwärmen der kalten Gase und ihre Sättigung mit Wasserdampf auf nach Möglichkeit hohe Temperatur, ferner das Abkühlen des erwärmten Wassers aus dem oberen Teil des Apparates. Das sich ganz unten im unteren Teü sammelnde kalte Wasser wird nach dem Kopf des oberen hinaufgepumpt und vollführt unausgesetzt einen Kreislauf, wobei eine etwa vorhandene zu große Menge des Wassers in kaltem Zustande abgeführt wird.

Zum Fördern des Gases durch den Apparat wird zweckmäßig eine Art Kreiselpumpe beao nutzt, die bei der in der Abbildung z. B. gewählten Anordnung das in dem unteren Teil des senkrechten Behälters aufsteigende und hier erwärmte Gas vom Kopf des unteren Teils absaugt, also von da, wo der Wärmeaustausch zwischen Wasser und Gas im unteren Teil des senkrechten Behälters am vollständigsten ist. Die erwähnte Pumpe drückt das Gas dann durch den Katalysator und durch den oberen Teil des Behälters, wobei die Geschwindigkeit so gewählt ist, daß die größtmögliche Wirkung erhalten wird.

Die Arbeit der Pumpe kann durch einen Ejektor unterstützt werden, der zweckmäßig zwischen der Pumpe und dem Katalysator in die Gasleitung eingeschaltet wird und der gleichzeitig dazu dient, die obenerwähnte, 'für die volle Wirtschaftlichkeit der Einrichtung notwendige überschüssige Dampfmenge in den Kreislauf einzuführen.

Das in den oberen Teil des senkrechten Behälters kalt eintretende Wasser wird in diesem durch Zusammentreffen mit dem ihm entgegenströmenden Gase erwärmt und gelangt dann unten in ein Heberrohr, durch das es in den Kopf des unteren Teils übertritt, wo wieder ein Wärmeaustausch mit dem in diesem Behälter eingeführten Gas stattfindet, indem das Wasser abgekühlt und das Gas erwärmt wird.

Um den Wärmeaustausch zu fördern, können die beiden Räume des senkrechten Behälters mit einer zweckentsprechenden Füllung, z. B. Koksstücke, Ringe, Spiralen 0. dgl., gefüllt werden ; für die dargestellte Einrichtung sind Rieselbleche bzw. Regenbleche gewählt worden, die sehr feine Durchbrechungen haben, mittels deren das aufsteigende Gas sehr fein unterteilt wird, so daß es in höchst innige Berührung mit dem Wasser kommt.

Wie bereits gesagt, soll der unterste Teil des senkrechtenBehälters alsWasserreservoir dienen, das auch gleichzeitig für Regelungszwecke benutzt werden kann, indem in ihm ein konstantes Niveau entweder mittels eines Überlaufs oder durch eine zweckentsprechende Regelvorrichtung in dem Kaltwasserrohr aufrechterhalten wird.

In die Eintritts- und Austrittsrohre für das Gas können Drosselventile oder gleichwertige Regelungsorgane eingeschaltet sein, um den Hindurchgang des Gases durch die beiden Behälterabteilungen je nach den Angaben der Thermometer und Manometer, die an gewissen SteEen eingeschaltet sind, nach Möglichkeit günstig zu gestalten. Die Thermometer und Manometer gestatten, sich über die Temperatur und den Sättigungsgrad des erwärmten oder des abgekühlten Gases stets genau auf dem laufenden zu halten. Auch das Hindurchgehen des Wassers durch die Behälterkammern kann mittels irgendeiner einfachen Vorrichtung zweckentsprechend geregelt werden.

Die äußere Form des Apparates kann ziemlich verschiedenartig sein. Als wagerechter Querschnitt wird für den senkrechten Behälter zweckmäßig kreisförmiger oder rechtwinkliger Querschnitt gewählt, und im übrigen werden die Regen- oder Siebbleche., von denen die Höhe des Behälters abhängt, je nach der Menge des zu behandelnden Gases, der Temperatur des letzteren, ihrem Sättigungsgrad und nach der Vollständigkeit der Wärmerückgewinnung, die man erreichen will, bestimmt. Die heißen Apparateteile werden stets sorgfältig mit einer Wärmehülle versehen, um äußere Verluste zu verhüten.

Wie bereits erwähnt, ist in der Abbildung nur eine beispielsweise Ausführung der Gesamteinrichtung veranschaulicht. Diese ist folgendermaßen beschaffen:

Zum Rückgewinnen der Wärme dient ein senkrechter Behälter, der oben mittels wagerechter Scheidewand in eine obere Kammer und eine untere Kammer 4 geteilt ist. Der unterste Teil der unteren Kammer bildet das Reservoir 17.

Das mit einer gewissen Temperatur ankommende Gas gelangt durch Rohr 1 und Verbin- dungsrohr 2 in die Kammer 4, oberhalb des Reservoirs 17, in dem der Wasserspiegel ständig in gleicher Höhe erhalten wird. Das Gas steigt durch die sehr zahlreichen Durchbrechungen der Siebbleche auf, die in der Abbildung durch parallele, gestrichelte Linien angedeutet sind. Zu gleicher Zeit fließt über und durch diese Bleche das warme Wasser, das aus der oberen Kammer 3 auf dem Wege über ein Heberrohr 14, 15 eingetreten ist. Indem das in der Kammer 4 dem warmen Wasser entgegenströmende Gas aufsteigt, nimmt es die Wasserwärme auf, wohingegen das Wasser abgekühlt wird, wobei die Verdunstungskälte mitwirkt. Ist die Anzahl der Siebplatten zweckentsprechend groß und herrscht im oberen Teil der Kammer 4 nur ge-

ringer Druck, so wird der Temperaturunterschied zwischen dem in den oberen Teil der Kammer 4 eintretenden Wasser und dem hier abströmenden Gase bis auf ein Mindestmaß herabgesetzt, und das Verhältnis an Dampf, der von dem Gas bei seinem Austreten aus der Kammer 4 mitgenommen wird, kann beliebig groß gemacht werden.
Das Gas gelangt bei 4 in das Rohr 5, das unter der Saugwirkung einer Kreiselpumpe 6 steht, an deren Druckstutzen eine Leitung 7 angeschlossen ist, in die der für die Reaktion notwendige Überschuß an Dampf durch einen Ejektor, der die Wirksamkeit der Pumpe erhöht, eingeführt wird.

Aus Rohr 7 gelangt das Gas in den Kataly^ sator 9, der in der Abbildung ebenfalls nur schematisch dargestellt und natürlich mit den nötigen Zubehörteilen wie auch einem Wärmeaustauscher versehen ist. Das mit dem überschüssigen Dampf beladene Gas tritt mit hoher Temperatur aus 9 aus und durch Rohr 10 in den unteren Teil der Kammer 3. Wenn gewünscht, kann auch in dieses Rohr 10 eine Kreiselpumpe 6¹ eingeschaltet sein. Nun strömt das Gas wieder aufwärts, ganz wie in der Kammer 4, wobei ihm wieder Wasser über und durch ' Siebbleche entgegenströmt, nur daß es jetzt kaltes Wasser ist, das eine Kreiselpumpe 19 entweder aus einer Rohrleitung oder aus dem Reservoir 17 fördert. Das in 3 aufsteigende

_s heiße Gas wird durch das in dieser Kammer abwärts fließende Wasser gekühlt, wohingegen das Wasser erwärmt wird; bei dem Kühlen des Gases wird der von diesem mitgeführte Dampf kondensiert, so daß er schließlich mit dem warm gewordenen Kühlwasser zusammen durch das Heberrohr 14, 15 abfließt. Ist die Anzahl der Siebbleche zweckentsprechend groß und die Menge des kalten Wassers ebenfalls zweckentsprechend bemessen, so wird die Temperatur des das unterste Siebblech der Kammer 3 verlassenden Wassers ziemlich die gleiche wie die Temperatur des hier hinzuströmenden Gases sein.

Das aus dem Schenkel 15 des Heberrohres 14, 15 austretende Wasser nimmt dann den bereits beschriebenen Weg über und durch die Siebbleche der Kammer 3 und sammelt sich schließlich in dem Reservoir 17, das mit einem Wasserstandsanzeiger 18 versehen ist. Das Wasser wird dann vom Boden des Reservoirs mittels der Pumpe 19 abgezogen und in das Rohr 20 hinaufgedrückt, so daß es den beschriebenen Kreislauf nun von neuem antritt.

In der beschriebenen Vorrichtung ist das Reservoir mit einem Überlauf versehen, der durch ein im Punkt 21 an ein senkrechtes Abflußrohr anschließendes Winkelrohr gebildet wird, das von einer mit einem Ventil 22 versehenen Kaltwasserleitung ausgeht, die zu dem Reservoir führt und an die das Saugrohr der Pumpe 19 angeschlossen ist.

Die Geschwindigkeit des Gases auf seinem Wege durch die Gesamteinrichtung und auch der Druck des Gases kann außer mittels der Kreiselpumpe 6 und gegebenenfalls auch 6¹ z. B. noch durch Drosselklappen 23 und 24 geregelt werden, von denen sich die erstere in dem Eintrittsrohr 2, die andere in dem Austrittsrohr 11 befindet. Außerdem kann auch die Wassergeschwindigkeit mittels eines Umlaufrohres 25 geregelt werden, das das Reservoir 17 mit dem Steigrohr 20 verbindet. Jede Veränderung der Wassergeschwindigkeit zieht natürlich auch eine Veränderung in den Temperaturen mit sich, die in der-Oberen und der unteren Kammer des senkrechten Behälters herrschen.

Es ist ohne weiteres klar, daß der senkrechte Behälter mit seinen Kammern und den sonstigen Einrichtungen mit mannigfachen Arten von Katalysatoren zusammenarbeiten kann. Schließlich sei noch erwähnt, daß man sich zum Fördern des Gases durch die Gesamteinrichtung natürlich auch einer anderen Triebvorrichtung als einer Kreiselpumpe bedienen kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Rückgewinnen der Wärme und des Dampfes aus Gasen, die von Gasreaktionen, wie z. B. bei der katalytischen Herstellung von Wasserstoff durch Einwirkung des Wasserdampfes auf Kohlenoxyd, o.dgl. herrühren, wobei die Einrichtung aus zwei unmittelbar übereinander befindlichen Behältern besteht, die ununterbrochen von Wasser durchströmt werden und bei denen in dem unteren vor der Reaktion die kalten Gase erwärmt, in dem oberen nach der Reaktion die warmen Gase abgekühlt werden, gekennzeichnet durch ihre Kombination mit einer Kreiselpumpe, die die erwärmten Gase durch Unterdruck einer Kreiselpumpe ansaugt und deren Leistung durch einen Dampfejektor verstärkt wird, dessen Dampf bei der Reaktion mitwirkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung des Zuführungsrohres für die zu kühlenden Gase in der Kühlzone.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Behälter an seinem unteren Teil und der untere Behälter an seinem oberen Teil mittels eines Heberrohres verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Behälter mit einer solchen Anzahl von Rieselblechen o. dgl. versehen ist, daß der Temperaturunterschied zwischen dem Gas und dem entgegengesetzt

zu ihm fließenden Wasser auf ein Mindestmaß herabgedrückt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Behälter in seinem untersten Teil einen Kaltwassersammelraum bildet, in dem das Wasser auf konstanter Höhe erhalten wird, und daß von diesem Raum aus ein Rohr zum Kopf des oberen Behälters geführt und in dieses Rohr eine Pumpe eingeschaltet ist.

Hierzu t Blatt Zeichnungen