DE877312C - Verfahren zur Dampferzeugung bei exotherm verlaufenden Gasreaktionen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Dampferzeugung bei exotherm verlaufenden Gasreaktionen Die Hochdrucksynthesen, wie z. B. die Ammoniak-und Methanolsynthese sowie die Druckhydrierung von Kohlen, Teeren und Mineralölen zwecks Gewinnung von Treibstoffen und Schmierölen, verlaufen im allgemeinen exotherm bei Temperaturen von etwa 3oo bis 55o° und bei Drücken von -etwa Zoo bis iooo at. Die für diese Synthesen verwendeten Ausgangsgase enthalten in erheblichen Mengen Kohlen- . oxyd, das mittels Wasserdampf katalytisch zu Kohlendioxyd und Wasserstoff umgewandelt (konvertiert) wird. Diese Konvertierung findet im allgemeinen unter niederen Drücken, z. B. unter Atmosphärendruck und Drücken bis etwa 3o at, und bei Temperaturen von etwa q.oo bis 55o° statt, wobei ebenfalls Wärme frei wird. Auch die Weiterverarbeitung des Ammoniaks durch Verbrennung zu Stickoxyden verläuft unter Wärmeentwicklung bei Niederdruck und bei Temperaturen von Zoo bis 8oo°. Bei allen diesen Verfahren kann die in den Reaktionsöfen frei gewordene Wärme z. B. zur Erzeugung von Dampf benutzt werden, der nach Überhitzung z. B. zum Betrieb einer Turbine und danach über einen Dampfumformer zur Erzeugung von Heizdampf niederen Druckes verwendet werden kann.
• Die Dampferzeugung erfolgt derart, daB Wasser oder auch andere Stoffe durch Rohre geleitet werden, die in verschiedenartiger Ausführung als kreisförmig und spiralig oder als länglich und haarnadelförmig gewickelte Schlangen in den' freien Räumen in oder zwischen den Katalysatorschichten des Reaktionsofens oder auch außerhalb desselben angeordnet sind. Längs des Strömungsweges durch die Rohre durchläuft das Wasser zuerst eine Zone der Vorwärmung, `in der hohe Wärmeübergangszahlen von etwa 5oo bis 5ooo kcal je m'h°C üblich sind. Anschließend folgt die eigentliche Verdampfung mit Wärmeübergangszahlen von 5ooo bis 2o ooo kcal je m'h°C und schließlich die Zone der Überhitzung des gebildeten Dampfes mit sehr kleinen Wärmeübergangszahlen unter Zoo kcal j e m2 h ° C.
• Auf der Rohraußenseite, die von Reaktionsgasen bespült wird, treten bei Reaktionen unter hohem Druck sehr hohe Wärmeübergangszahlen von etwa iooo bis 3ooo kcal je mlh°C auf, während bei Niederdruckreaktionen, z. B. der Konvertierung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf oder der Ammoniakverbrennung, Werte von etwa 7o bis 15o kcal j e m2 h ° C üblich sind.
• Es hat sich nun gezeigt, daß sich die Abwärme bei gleichzeitigem Vorhandensein von Anlagen für unter hohem Druck und für solche unter niedrigem Druck verlaufende Gasreaktionen besonders günstig zur Wasserdampferzeügung ausnutzen läßt, wenn die Vorwärmung und Verdampfung durch die Abwärme der unter hohem Druck und die Überhitzung durch die Abwärme der unter niedrigem Druck verlaufenden Reaktion erfolgt. Unter hohen Drücken sind hierbei Drücke von mindestens 5o at und unter niedrigen solche darunter zu verstehen. Durch diese Arbeitsweise erreicht man im Hochdruckteil der Gesamtanläge hohe Wärmedurchgangszahlen, kleine Wärmeaustauschflächen und Einsparungen an wertvollem Behälterraum. Im Niederdruckteil werden die an sich niederen äußeren- Wärmeübergangszahlen durch die ebenfalls niederen inneren Wärmeübergangszahlen zwar noch vermindert, jedoch ist die dadurch notwendige Vergrößerung der Anlage wesentlich einfacher und billiger als im Hochdruckteil.
• An Stelle von Wasser können auch andere Flüssigkeiten zur Dampferzeugung herangezogen werden. Man kann den so erzeugten Dampf z. B. zur Gewinnung von Dampf niederen Druckes aus gleichen oder anderen Stoffen benutzen, wobei die Vorwärmung dieses zweiten Stoffes in einer der Niederdruckanlagen erfolgt.
• Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Abbildung dargestellt.
• Die aus einer Gaserzeugungsanlage kommenden kohlenoxydhaltigen Synthesegase werden iri der Konvertierungsanlage a mit Wasserdampf zur Reaktion gebracht. Nach Reinigung von-schädlichen Bestandteilen-und nachfolgender Kompression gelangen sie in die Syntheseanlage b, in der z. B. die Umwandlung von H2 und N2 zu NH3 erfolgt. Das Erzeugnis wird in der Verbrennungsanlage c zu N 0 und N 02 oxydiert und schließlich mit Wasser in Salpetersäure übergeführt. . Aus einem Speichergefäß k wird Wasser (Kondensat) durch die Speisepumpe Z auf Zoo at gebracht und gelangt zuerst in das Rohrsystem bl der Synthesenanlage b, wo die Vorwärmung und Verdampfung des Wassers stattfindet. Der erzeugte Dampf strömt in das Rohrsystem al der Konvertierungsanlage a, wo er teilweise überhitzt wird, und anschließend in das Rohrsystem cl der Ammoniakverbrennungsanlage c, in dem die restliche Überhitzung auf etwa 5oo° stattfindet. Mit diesem Dampf wird die Turbine in. betrieben, die mit einem Generator n zur Stromerzeugung gekuppelt ist. Der auf Mitteldruck von beispielsweise 2o at entspannte Dampf gelangt nun in den Dampfumformer o, in dem er Speisewasser zu Mitteldruckdampf verdampft. Das Kondensat des entspannten Dampfes fließt in das Speichergefäß k zurück. Da in der Verbrennungsanlage c nur der obere Temperaturbereich der Gase von 8oo bis etwa 5oo° herab für die Dampfüberhitzung ausnutzbar_ist, wird zweckmäßig eine zweite Heizfläche c2 nachgeschaltet, die beispielsweise zur Vorwärmung des Speisewassers der Mitteldruckdampferzeugung benutzt werden kann. Es ist aber auch möglich; mittels solcher Heizflächen bei allen drei Anlagen a, b und c zusätzlich Dampf zu erzeugen, um einen Ausgleich in der Wärmebilanz der drei Anlagen zu erzielen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung von Dampf aus Wasser oder anderen Flüssigkeiten durch gleichzeitige Ausnutzung der Abwärme von exothermen Gasreaktionen unter hohem Druck und solchen unter niedrigem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung und Verdampfung durch die Abwärme der unter hohem Druck und die Überhitzung durch die Abwärme der unter niedrigem Druck verlaufenden Reaktion erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung und Verdampfung in -einer Anlage zur Ammoniaksynthese und die Überhitzung in-einer Konvertierungsanlage oder bzw. und einer Anlage zur Ammoniakverbrennung erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, da.ß der erzeugte Dampf zur Gewinnung von Dampf niederen Druckes aus einem gleichen oder anderen Stoff benutzt wird, wobei die Vorwärmung dieses zweiten Stoffes in einer der Niederdruckanlagen erfolgt.