DE879384C - Verfahren zur Dampfersparnis durch Ausnuetzung der Reaktionswaerme bei der Herstellung von Wasserstoff - Google Patents

Description

• Verfahren zur Dampfersparnis durch Ausnützung der Reaktionswärme bei der Herstellung von Wasserstoff Man hat schon vorgeschlagen, die bei der Umsetzung von. Kohlenoxyd oder k6hlenoxyd'lraltigen Gasen, wie Wassergas, Kdksofengas, Leuchtgay usw., mit Wasserdampf frei werdende große Wärmemenge (etwa 450 kcal je Kubikmeter umgesetztes Kohlenoxyd.) in der Weise nutzbar zu machen, daß man den Katalysator in einzelne Schichten aufteilt und zwischen den einzelnen Schichten Wasser in feinverteilter Form einspritzt und zur Verdampfung bringt, wobei also die Reaktionswärme durch die Verdampfung aufgezehrt wird. Dieses Verfahren ist zwar bei druckloser Arbeitsweise angebracht. Beim Übergang zu höherem Druck (bis 5o Atm.) jedoch wird es unwirtschaftlich, da dann der wegen der erforderlichen Druckfestigkeit teure Reaktionsraum durch die notwendige Vielzahl der Berieselungsräume nur schlecht ausgenutzt wird. Außerdem wird naturgemäß in den ersten Lagen mit einem dampfärmeren Gemisch .gearbeitet. Nach den Gesetzen,der chemischen Geschwindigkeitslehre setzt sich aber in dfiesen weniger Kohlenoxyd um, als dies der Fall wäre, wenn von. vornherein .der volle Wasserdampfgehalt zugegeben würde, wie er in den letzten Schichten vorhanden ist.
• Weiter wurde schon versucht, diese Wärme in der Weise in einem Röhrenikessel auszunutzen, daß man das in bekannter Weise in dem Kondensator gewonnene heiße Wasser, das ungefähr den Taupunkt des den Kontaktraum verlassenden Gemisches von Gas und Wasserdampf hat, nach Abtrennung vom Gasstrom für sich allein durch diesen schickt und damit auf eine höhere Temperatur als den Taupunkt erhitzt, wodurch dann eine wesentlich höhere Absättigung im Verdampfer und dadurch Dampfersparnis erzielt wird.
• Dieses Verfahren ist jedoch nach insofern nachteilig, als man einen gewissen Teil der Wärme ungenutzt lassen muß, .um für den Röhrenkessel noch eine genügende mittlere Temperaturdifferenz für den Wärmedurchgang zu gewährleisten.
• Es wurde nun gefunden, daß man diesen Nachteil vermeiden .kann, indem man in: das, 'heiße Gemisch von Gas und nicht umgesetztem überschüssigem Wasserdampf nach dem -Austritt aus dem den Katalysator enthaltenden Gefäß, gegebenenfalls nach Durchgang durch, dahintergeschal.tete Wärmeaustauscher, aber vor dem Eintritt in den Kondensator, so viel Wasser in feinverteilter Form einführt, daß die Temperatur des. Gas-Darnpf-Gemisches um denjenigen Betrag erniedrigt wird, um den sie vorher durch die Realktionswärme gesteigert wurde., so daß diese also restlos zur Wasserverdampfung ausgenutzt wird. Die richtige Wassermenge erkennt man -sehr leicht dadurch, daß dann die Temperatur des, heißen; Wassers aus dem Kondensator am höchsten wird. Man, fügt also z. B. so lange steigende Mengen Wasser zu, bis die Heißwassertemperatur nach der Kondensation wieder zu fallen .beginnt, und verringert dann die Wassermenge wieder um einen geringen Betrag.
• Das Einführen von Wasser wird zweckmäßig mittels Düsen vorgenommen, die eine feine Verteilung des Wassers ergeben. Man kann aber auch statt dessen Füllkörpersäulen anwenden und hierin Gas und Wasser im Gleich- oder Gegenstrom zueinander führen.
• Das einzulfiührende Wasser kann von einer beliebigen Quelle, kommen und eine beliebige Temperatur (besitzen. Besonders vorteilhaft jedoch ienutzt .man das heiße Wasser, wie es aus dem Kondensator anfällt, da hierdurch die größtmögliche Wassermenge verdampft wird. Verwendet man frisches Wasser, so benutzt man zweckmäßig aufbereitetes Wasser oder Kondensat.
• Das Verfahren soll durch ein Beispiel. erläutert werden. 6ooo ms Halbwassergas: mit etwa 40% H2, 30% CO, 22'/o N2, Rest C 02 und C H4, das zur Herstellung von synthetischem Ammoniak dient, werden bei 2@5 atü Arbeitsdruck im Verdampfer 1 mit heißem Wasser, wie es aus dem Kondensator 5 kommt, berieselt, wodurch das Gas erwärmt und mit Wasserdampf abgesättigt wird. Durch Leitung 2 wird hierauf der für die beabsichtigte Umsetzung noch -fehlende Dampf zugefügt. Das Gas-Dampf,Gemisch -gelangt hierauf in das-Reaktionsgefäß 3, das einen Wärmeaustauscher enthält, wo es weiter vorgewärmt wird, und durchströmt dann. .den Kontakt. Hierbei setzt sich ein- Teil des im Gas enthaltenen Kohlenoxyds mit einem. Teil des Wasserdampfes, um. Das umgesetzte Gas-Dampf-Gemisch gibt einen Teil seines Wärmeinhaltes in dem schon erwähnten Wärmeaustauscher an frisches Gas ab und verläßt das Reaktionsgefäß mit einer um etwa 16o bis 18.o° höheren Temperatur als am Eintritt.
• In dem als Gleichstromfüfilkörpers.äule ausgebildeten Nachverdampfer ¢ wird durch eingeführtes Wasser, das dem Kondensator entnommen wird und, das dabei ganz oder zum Teil verdampft wird, die Temperatur auf etwa 170 bis z75° erniedrigt. In dem darauffolgenden Kondensator.5 wird die Hauptmenge dies jetzt im Gemisch vorhandenen Dampfes niedergeschlagen. Ein. Teil, des hierbei kondensierten Wassers, wird in den Nachverdampfer zurückgeführt. Die Temperatur des auf diese Weise in dem Kondensator erhaltenen Kondensates beträgt etwa 17o Ibis z75°. Ohne Anwendung des Nachverdampfers -würde die Temperatur nur etwa 1q.5° .betragen.
• Das konvertierte Gas enthält nach der Umsetzung in trockenem Zustand etwa 60/a Kohlenoxyd. Es wird entweder durch Zerlegung bei tiefer Temperatur oder auch durch eine nochmalige Konvertierung auf Syntheserohgas verarbeitet.
• Bei der geschilderten Arbeitsweise beträgt die Menge des erforderlichen Zusatzdampfes etwa looo kg/Std. Ohne den Nachverdampfer dagegen beträgt der Dampfverbrauch etwa 2400 kg/Std'. Es werden also etwa 140o Ikg/Std. erspart, das sind etwa 57°/o der ohne den Nachverdampfer erforderlichen Menge.
• Wie eine Wärmebilanz zeigt, entspricht die Dampfersparnis fast genau der bei der Umsetzung entwickelten Wärmemenge. Im Falle des Beispieles werden etwa 1450 ms Kohlenoxyd umgesetzt, entsprechend einer Wärmeentwicklung von etwa 65o ooo kcal. Diese Wärmemenge wird zur Wasserverdampfung nutzbar gemacht. Es entstehen hierbei etwa 1400 kg Dampf.
• Bei Anwendung des erwähnten Röhrenkessels ist zwar ebenfalls eine beträchtliche Dampfersparnis zu verzeichnen. Diese bleibt jedoch merklich hinter der neuen Arbeitsweise zurück, da ein Teil der Reaktionswärme hierbei nicht ausgenutzt werden kann.
• Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die im Beispiel erwähnte Herstellung von Rohgas: für- .die Ammoniaksynthese. Sie ist ebenso verwendbar für die Herstellung von, Synthesegas für die Benzinsynthese, und für Methanol, wobei nur so viel Kohlenoxyd umgesetzt wird, bis das Verhältnis C O : H2 = 1 : 2 erreicht ist, und für die Herstellung von Wasserstoff für die Hochdruckhydrierung von Kohlen und Kohlenwasserstoffen, Fetthärtung usw., ferner für die Stadtgasentgiftung.

Claims (1)

1. PATrNTANSPRUCI-I= Verfahren zur Dampfersparnis bei der Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzung von Kohlenoxyd oder kohlenoxydhaltigen Gasen mit Wasserdampf, dadurch gekennizeichnet, daß man in das das Reaktionsgefäß verlassende Gas@Dampf-Gemisch, gegebenenfalls nach Entziehung weiterer Wärmemengen in einem Wärmeaustauscher, aber vor dem Kondensator, Wasser, vorzugsweise in heißem Zustande, einspritzt und zur Verdampfung bringt, ehe man in ü'bliicher Weise in einem nachgeschalteten Kondensator den im Gemisch enthaltenen Wasserdampf niederschlägt, wobei das im Kondensator anfallende Heißwasser zweckmäßig in an sich bekannter Weise zur Berieselung von noch nicht umgesetztem Gas benutzt wird, und daß die vor dem Kondensator einzuspritzende Menge Wasser so bemessen wird, daß die zu ihrer Verdampfung erforderliche Wärmemenge etwa der vorher aufgenommenen Wärmemenge entspricht.