DE892745C

DE892745C - Verfahren zum Betrieb von Konvertierungsanlagen

Info

Publication number: DE892745C
Application number: DEB18454A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl-Ing Irgang; Helmut Dr Krome; Ferdinand Dipl-Ing Markert; Ludwig Dipl-Ing Raichle
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1951-12-21
Filing date: 1951-12-30
Publication date: 1953-10-19

Description

Verfahren zum Betrieb von Konvertierungsanlagen Die sogenannte Konvertierung, d. h. die Umwandlung von Kohlenoxyd und Wasserdampf in Kohlendioxyd und Wasserstoff, nach der Gleichung ,CO + H2 0= C02+H2 ist eine exotherme Reaktion. Die Reaktionswärme errechnet sich hierbei aus der Differenz des unteren Heizwertes von Kohlenoxyd und Wasserstoff mit 45okcal, bezogen auf i Nm3 umgesetztes Kohlen-ZD oxyd. Bei dieser Betrachtung ist das Wasser dampfförmig einzusetzen.
Will man die mit dem Dampf eingebrachte W;.irmemenge berücksichtigen, so muß man bei der Bestimmung der Reaktionswärme vom Zustand o' und flüssigem Wasser ausgehen, d. h. man muß die Reaktionswärme aus der Differenz der oberen Heizwerte errechnen und findet, daß diese mit -30 kcal je Normalkubikmeter Kohlenoxyd negativ ist. Zum Betrieb einer Konvertierungsanlage ist also eine Wärmezufuhr von außen notwendig.
Der bei der Konvertierung benötigte Dampf errechnet-sich aus der für die Reaktion gebrauchten Menge und der für die Einstellung des Wassergasgleichgewichtes notwendigen. Um nun auf einen möglichst geringen Dampfverbrauch zu kommen, bemüht man sich bei der praktischen Ausführung des Verfahrens; den Wärmeinhalt des konvertierten Gases, im folgenden Kontaktgas genannt, möglichst weitgehend an das zu konvertierende Frischgas zu übertragen. Dies ist aber, abgesehen von Wärmeverlusten, aus folgendem Grund nur zum Teil möglich.
Bei der Konvertierung eines kohlenoxydhaltigen Gases entstehen z. B. aus i Nms Frischgas und o,5 Nm3 Wasserdampf 1,5 Nms Kontaktgas. Die zur Einstellung des Wassergasgleichgewichtes benötigte zusätzliche nicht umgesetzte Dampfmenge beträgt z. B. 0,369 kg/Nm3 Frischgas. Diese Dampfmenge ist in 1,5 Nin3 Kontaktgas vorhanden, welches bei z. B. 28 ata einen Taupunkt von 16o' hat.
Will man nun den Wärmeinhalt von i,#5 Nin3 Kontaktga,s mit 16C', das je Normalkubikmeter 0.,24#6 kg Wasserdampf enthält,* an die entsprechende Menge Frischgas, also an i Nm3 übertragen, so ist es auch bei der theoretischen Annahme, daß das Frischgas die gleiche Temperatur und den gleichen Druck hat wie das Kontaktgas, nur möglich, das Frischgas init o,246 kg Wasserdampf zu beladen. Es ist also nicht möglich, den gesamten Wärmeinhalt des Kontaktgases an das Frischgas zu. übertragen.
Die Konvertierung ist also bei Betrachtung des Gesamtverfahrens eine wärmeverbrauchende Reaktion, obwohl im Reaktionsofen, in den die zur Reaktion kommenden Medien sämtlich dampf- bzw. gasförmig eintreten, eine erhebliche Reaktionswärme, 45a kcal je Normalkubikmeter umgesetztes Kohlenoxyd, anftritt. Diese Reaktionswärme wird möglichst weitgehend an das Frischgas übertragen, hm den Frischdampfverbrauch gering zu halten. - Es sind nun Reaktionsöfen bekanntgeworden, bei denen die Reaktionswärme bei exotherm verlaufenden Umsetz.ungen zur Dampferzeugung vjerwendet wird. Zu diesem Zweck sind Rohrschlangen in oder zwischen die einzelnen Katalysatorschichten eingebaut, in denen Dampf erzeugt wird, wodurch die Temperatur des Reaktionsablaufes geregelt wird.
Da nun die Konvertierung, wie dargelegt, die, Zufuhr,von Wärme bzw. Dampf von außen erfordert, ist es nicht möglich, dem Gesamtverfahren Wärme zu entziehen.
Es wurde nun gefunden, daß man die. Konvertierung mit Erfolg in den Energiehaushaft einer Synthesegaserzeugungsanlage einschalten kann, wenn man die Reaktionswärme, die das Kontaktgas je nach der umgesetzt-en Kohlenoxydnienge auf eine Tempera.tur von 5oo bis 6oo' erwärmt, ganz oder teilweise zur Erzeugung von Hoch- und Mitteldruckdampf von hoher Temperatur verwendet und die der Reaktion entzogene, Wärme in Gestalt von -weniger -#vertvolleir'Wärme, insbesondere durch Dampf von geringerem Druck als 'dem erzeugten oder durch Beheizen des Kreislaufwassers durch außerhalb der Anlage 'liegende fremde Wärmequellen-, zuführt. Das Kreislaufwasser, dient hierbei als WärMeüberträger vom Kontaktgas und der Wärme aus fremder Ouelle einerseits an das Frischgas andererseits. Der so erzeugte Hoch- oder Mitteldruckdampf kann z. B. an die Energiezentrale zur Stromerzeugung in Ge#gendruckturbinen abgegeben werden, wobei der Gegendruck:damp#f der Konvertierung wieder als Wärme zugeführt werden kann.
Bei der Konvertierung eines Gases mit 5o % Kohlenoxyd, beispielsweise unter einem Druck von 13 ata, kann man bei Anlieferung von Kesselspeisewasser mit :2oo' je Normalkubikineter Frischgas 0,2 kg Dampf von ioo at und 5oo0! erzeugen. Die gleiche Wärmemenge, die der Konvertierung entzogen wird, wird dann als Dampf von -14 at zusätzlich zu dein Dampf, den die Konvertierung üblicherweise verbraucht, zurückgegeben. Die Konvertierung wird hierdurch- -zu einem Umformer, der geringwertige in hochwertige Wärme umwandelt. Die dem Verf ahren zuzuführende Wärme kann aber auch als heißes Wasser, das - als minderwertige Wärme bei Kühlvorgängen in anderen Betrieben anfällt, zugegeben werden, mit welchem das Frischgas entsprechend gesättigt wird. Hierdurch kann praktisch kostenlos Hochdruckdampf erzeugtwerden.
Die Reaktionsöfen der Konvertierung sind meistens in mehrereKatalysatorschichten unterteilt, zwischen denen jeweils Reaktionswärme abzuführen ist. Bei - der Anordnung von z. B. drei Schichten findet die Hauptumsetzung in der ersten Schicht statt. Die Reaktionswärme dieser Schicht kann ganz oder teilweise zur Hoch- oder Mitteldruckdampferzeugung verwendet werden, während die in den nachfolgenden Schichten entstehende Wärinemenge und gegebenenfalls die nicht zur Dampferzeugung herangezogene Reaktionswärme der ersten Schicht zweckmäßig an das Frischgas übertragen wird, das z. B. mit 4oo0 auf die -erste Schicht treffen soll.
Zur Anpassung an Betriebsschwankungen und zur Temperaturregelung ist es vorteilhaft, einen Teil der Reaktionsgaie um den zwischen der ersten und zweiten Katalysatorschicht angeordneten Dampferzeuger herumzuführen und unmittelbar der nächsten Katalysatorschicht zuzuleiten. Ebenfalls ist es vorteilhaft, eine Umleitung um den zwischen der zweiten und dritten Schicht eingebauten Wärmetauscher vorzusehen. Die Wärme des den Reaktionsofen verlassenden konvertierten Gases -wird in an sich bekannter Weise an das Frischgas- abgegeben.
An Hand der Abbildung sei als Beispiel eine Druckkonvertierung bei 13 ata" bei der die dem Verfahren zuzuführende Wärme als Dampf von 14 ata zugegeben wird, gezeigt. Das Frischgas wird im Sättiger i mit heißem Wasser berieselt, bei :2 wird Dampf zugegeben. Das Frischgas gelangt weiter über den Vorwärmetauscher 3 und Zwischenwärmetauscher 4, der zwischen der zweiten und dritten Katalysatorschicht angeordnet ist, mit etwa 4po" auf die erste Katalysatorschicht " des Reaktionsofens 5. Das diese erste Schicht verlassende heiße Kontaktgas wird zu seinem, größten Teil über den Dampferzeug.#r 6 *geleitet, wührend ein kleiner Teil durcli die U-mgangsleitung 7 strömt. Die zwischen der zweiten und dritten Katalysatorschicht - abzuführende Wärme wird dazu benutzt, um im bereits erwähnten Zwischenwärmetanscher 4 das Frischgas auf 400' auf zuheizen.
Das den Reaktionsofen verlassende Kontaktgas gibt nun einen Teil seiner Wärme im Vorwärmetauscher 3 an das Frischgas ab und gelangt anschließend in den mit Kreislaufwasser berieselten Kreislau#fkühler 8. Über einen nicht, gezeichneten Schlußkühler wird das Kontaktgas der Weiterverarbeitung zugerführt.
Das vom Kreislailfkühler 8 abfließende Wasser wird auf den Sättiger i und das vom Sättiger i abfließende Wasser wieder auf den Kühler 8 gepumpt. In allen Syntheseanlagen steht nun minderwertige Wärme zur Verfügung, die bei der Gaserzeugung, dem Kompressorenbetrieb und den Drucksynthesen anfällt. Mit dieser Wärme wird das aus der Konvertierung herati-szuführende Kreislaufwasser be- heizt, das dann das Frischgas soweit sättigt, daß die Wärmezufuhr mittels Damp#f durch die Ab- wärme entweder ganz oder teilweise ersetzt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb von Konvertierungsanlagen bei gewöhnlichem oder erhöhtem Druck unter Anwendung von mehr als einer Katalysatorschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionswärme ganz oder teilweise zur Erzeugung von Hoch- oder Mitteldruckdampf verwendet wird und die der Reaktion entzogene Wärme in Gestalt von weniger wertvoller Wärme, insbesondere durch Dampf von geringerem Druck als dem erzeugten oder durch Beheizen des Kreislaufwassers durch außerhalb der Anlage liegende Wärmequellen, zugeführt wird, wobei das Kreislaufwasser als Wärmeüberträger vom Kontaktgas und der Wärme aus fremder Quelle einerseits an das Frischgas andererseits dient.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in der ersten Katalysatorschicht entstehende Rea.
Ii:tionswärnie ganz oder teilweise zur Hoch- oder Mitteldruckdampferzeugung verwendet, während die in den nachfolgenden Schichten entstehende Reaktionswärme und gegebenenfalls die nicht zur Dampferzeugung herangezogene Reaktionswärme der ersten Schicht zur Aufheizung des Frischgases benutzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Reaktionstemperatur jeweils Umgänge -um die Wärmetauscheinrichtung angeordnet sind, in denen ein Teil der Reaktionsgase über ein Regelorgan unmittelbar zur nächsten Katalysatorschicht strömt.