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Verfahren zur Ausnutzung der bei der katalytischen drucklosen oder
unter Druck stattfindenden Kohlenoxyd-Oxydation mit Wasserdampf entstehenden Abwärme
Die in einer Konversionsanlage für die katalytische Umsetzung des Kohlenoxyds in
Kohlensäure erforderliche Dampfmenge bestimmt sich aus dem temperaturbedingten Gleichgewichtsdampf,
der nach der bekannten Gleichung K ==
errechnet wird, und dem Dampf, der für- die chemische Umwandlung nötig ist. Letzterer
wird als Umsetzdampf bezeichnet. Mit Rücksicht auf eine möglichst gute Wirtschaftlichkeit
ist man bestrebt, den Dampfbedarf für die C O-Umsetzung möglichst niedrig zu halten.
Aus diesem Grunde wird in der Regel die Kohlenoxydumsetzung nur bis etwa 2 bis q.
Volumprozent, izn Konvertgas gemessen, vorgenommen, da bei noch weitergehender Umwandlung
des CO die erforderliche Gleichgesvichtsdampfmenge so hoch ansteigt, daß der Betrieb
unwirtschaftlich wird. Selbst bei der Umsetzung bis zu 2 bis 4. °/o CO ist man bereits
bestrebt, den Dampfverbrauch, wie schon erwähnt, möglichst niedrig zu halten.
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Mit den bisher bekannten und allgemein gebräuchlichen Einrichtungen
ist dieses Ziel nur zum Teil erreicht worden. Man verfuhr in der Weise, daß das
den Gleichgewichtsdampf enthaltende heiße konvertierte Gas einer zweistufigen direkten
Kühlung unterworfen wurde, wobei in der Heißstufe des Kühlers Wasser von möglichst
hoher Temperatur gewonnen wurde, das zur Berieselung und zur Sättigung des zu
konvertierenden-
Gases mit Wasserdampf benutzt wurde.
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Zur näheren Erläuterung ist diese bisher gebräuchliche Einrichtung
in Fig. i der Zeichnung dargestellt.
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In dem Kontaktofen i mit dem Kontakt 2 findet die Umwandlung des Kohlenoxyds
mit Wasserdampf statt, während in dem sogenannten Sättiger 3 das zu konvertierende
Gas mit Wasserdampf so hoch wie möglich gesättigt wird. Der Zweistufenkühler 4 weist
eine Heißkühlstufe 5 und eine Nachkühlstufe 6 auf. Die Wasserpumpen 7 und 8 dienen
zur Aufrechterhaltung eines Wasserkreislaufes. Das zu konvertierende Gas tritt durch
den Stutzen g in den Sättiger 3 ein, der mit Heißwasser aus der Heißkühlstufe 5
des Kühlers 4 mittels der Pumpe 7 berieselt wird. Das in den Sättiger eintretende
Rohgas erwärmt sich durch das heiße Wasser und sättigt sich der Temperatur entsprechend.
Das gesättigte Rohgas wird durch den Stutzen io mit der erforderlichen restlichen
Dampfmenge versetzt und dann durch den Kontaktofen i geleitet. Das entstehende heiße
Konvertgas wird hierauf in der Heißkühlstufe 5 des Kühlers 4 mit dem aus dem Sättiger
3 ablaufenden und durch die Pumpe 8 geförderten noch warmen Wasser gekühlt, wobei
sich das Wasser auf höhere Temperatur erwärmt. Das in der Heißkühlstufe 5 erwärmte
Wasser wird jetzt im Kreislauf vermittels der Pumpe 7 wieder auf den Sättiger gefördert,
um das zu konvertierende Rohgas möglichst hoch mit Wasserdampf zu sättigen. Das
die Heißkühlstufe 5 verlassende Gas wird in der Nachkühlstufe 6 des Kühlers 4 durch
Berieseln mittels Frischwasser durch den Stutzen ii auf Tagestemperatur gekühlt
und verläßt den Kühler 4 durch den Stutzen 12. Das erwärmte Kühlwasser der Nachkühlstufe
wird durch den Stutzen 13 abgeleitet. Bei den bisher gebauten und im Dauerbetrieb
befindlichen Anlagen, die entweder drucklos oder aber unter Druck arbeiten, hat
sich ergeben, daß es mit Hilfe dieser beschriebenen Einrichtung nur möglich ist,
etwa 50 bis 6o °/o der Wärme des im Konvertgas enthaltenen Gleichgewichtsdampfes
durch den Heißwasserkreislauf zwischen Sättiger und Kühler zur Vorsättigung des
zu konvertierenden Rohgases wieder nutzbar zu machen.
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Der Grund für die. geringe Sättigung liegt darin, daß das Gas von
der Heißkühlstufe 5 zur Nachkühlstufe 6 _ mit einerTemperatur von etwa 5o bis 6o°
(bei drucklosem Betrieb) übertritt und daß bei dieser Temperatur viel Wasserdampf
in der Kühlerstufe 6 niedergeschlagen und durch den Stutzen 13 als Kondensat abgeleitet
wird. Es entstehen daher auch erhebliche Kondensatverluste, deren Beseitigung angestrebt
wird.
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Die Erfindungbetrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit,
indem fast die gesamte Abwärme des im Konvertgas enthaltenen Gleichgewichtsdampfes
sowie die Überhitzungswärme des Konvertgas-Dampf-Gemisches zur Sättigung des zu
konvertierenden Rohgases nutzbar gemacht wird, so daß nur noch der zur chemischen
Umwandlung des C O in C 02 benötigte Wasserdampf der Anlage zugeführt werden muß.
Stehen aber Gase mit hohem Kohlenoxydgehalt zur Verfügung, so kann infolge der großen
anfallenden Abhitze ein Teil des Umsatzdampfes der Anlage als Kondensat zugeführt
werden.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, daß das
zwischen dem Sättiger und Kühler der Anlage mittels Pumpen im Kreislauf geführte
Heißwasser nach dem Verlassen des Sättigers durch indirekte Kühlung, z. B. in einem
Röhrenkühler, weitgehend herabgekühlt und dann zur direkten Kühlung des dampfhaltigen
Konvertgases verwendet wird. Im Konvertgaskühler, der in diesem Falle nur eine Kühlstufe
hat, wird auf diese Weise bei drucklosem Betrieb das Konvertgas auf Tagestemperatur,
z. B. auf 15 bis 25°, gekühlt und der gesamte darin enthaltene Wasserdampf kondensiert,
so daß das Wasser aus dem Kühler mit der gesamten im Konvertgas enthaltenen Wärme
zum Vorsättigen des Rohgases zur Verfügung steht, wodurch eine weit höhere Sättigung
des Rohgases erzielt wird als bei den bisher bekannten Einrichtungen.
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Bei der Konvertierung unter Druck ist bei gleichem Effekt eine so
weitgehende Herabkühlung nicht nötig. Es ist auf diese Weise in beiden Fällen möglich,
etwa 8o bis go °/o der im Konvertgas enthaltenen Wärme für die Sättigung des Rohgases
nutzbar zu machen. Zur Veranschaulichung ist die Einrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in Fig. 2 der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Das zu konvertierende Rohgas tritt durch den Stutzen g in den Sättiger
3 ein, der mit Heißwasser aus dem Kühler 4 mittels der Pumpe 7 berieselt wird. Das
hochgesättigte Gas erhält durch den Stutzen io die zur chemischen Umsetzung noch
erforderliche Dampfmenge. Im Kontakt :z des Ofens i findet die Umwandlung des C
O statt. Das heiße, mit Wasserdampf vermischte Konvertgas wird hierauf in dem einstufigen
Kühler 4 gekühlt und der Dampf kondensiert. Der Kühler 4 wird berieselt durch das
vom Sättiger 3 abfließende und durch die Pumpe 8 geförderte Wasser, das im Röhrenkühler
14 indirekt auf Tagestemperatur gekühlt wurde und im weiteren Verlauf oben durch
den Stutzen ii in den Kühler 4 eintritt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich erhebliche wirtschaftliche
Vorteile, die durch die nachstehend gegenübergestellten Beispiele erläutert werden.
Beispiel i Nach der Anordnung Fig. i wurden für i ooo m3 zu konvertierendes Gas
zur Verminderung seines CO-Gehaltes von 30 auf 3,5 Volumprozent bei i2 atü
Druck bisher benötigt: i. Zusätzlicher Wasserdampf ....... 302 kg 2. elektrische
Energie . . . . . . . . . . . . . 2,7 kWh 3. zuzusetzendes Kondensat .......
97 kg Beispiel 2 Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Fig. 2 der Zeichnung)
werden i ooo m3 zu konvertierendes Gas (Wassergas) zur Verminderung seines tO-Gehaltes
von 3o auf 3,5 Volumprozent bei 12 atü Druck benötigt: i. Zusätzlicher Wasserdampf
....... 2o5 kg 2. elektrische Energie . . . . . . . . . . . . . 1,3 kWh 3.
zuzusetzendes Kondensat ....... o kg
Aus diesen Gegenüberstellungen
geht hervor, daß das neue Verfahren gegenüber dem bisher bekannten und gebräuchlichen
wesentliche wirtschaftliche Vorteile bringt, die sich in erheblicher Ersparnis an
Wasserdampf und auch anelektrischer Energie fürdiePumpenantriebe, da die im Kreislauf
befindliche Wassermenge bei diesem Verfahren verringert werden kann, und an Kondensat
auswirken.