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Publication number: DEM0026158MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIKDEUTSGHLAND

Tag der Anmeldung: 19. Februar 1955 Befeanntgemacht am 19. Juli 1956

DEÜTSCHlS PATENTAMT

Die deutsche Patentschrift 874297 betrifft die Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Gas durch Umsetzung kohlenoxydhaltiger Gase mit Wasserdampf, insbesondere unter Druck. Nach dieser Patentschrift erfolgt die Erzeugung der gesamten für die Konvertierung notwendigen Wasserdaimpfmenge in der Konvertierungsanlage selbst, derart, daß dam in einem Kondensator niedergeschlagenen und. durch diesen und einen Verdämpfer im Kreislauf rückgeführten Wasser vor seinem Eintritt in den Verdampfer so viel Wärme von außen zugeführt wird, daß es im Verdampfer an das durch diesen geführte Gasgemisch die erforderliche Wasserdampfmenge abgibt. Hierbei kann die Temperaturerhöhung des Kreislaufwassers

z. B. durch indirekte Erwärmung mittels Dampf, dessen Spannung unter dem Betriebsdruck der Konvertierung liegt, durch direkte Feuerung, z. B. Ölfeuerung, oder durch Beheizung mit Wärme anderer Reaktionen oder Abhitze, z. B. von Feuerigasen, erfolgen.

Bei der praktischen Durchführung des Verfah- , rens unter Verwendung von niedrigerem Druck als dem Betriebsdruck der Konvertierung ergeben sich jedoch Nachteile, die die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigen. Wegen der durch den Druck des zur Verfügung stehenden Dampfes beschränkten Erhitzungstemperatur des Kreislaufwassers muß, damit der gewünschte Sättigungsgrad erreicht werden kann,, die Menge des Kreislaufs

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wassers wesentlich größer bemessen werden als bei der früheren Arbeitsweise, bei der ein Teil des erforderlichen Dampfes dem zu behandelnden Gas unmittelbar zugeführt wurde. Dadurch steigt die Temperatur, mit der das nicht verdampfte Wasser aus dem Sättiger abläuft, stark an. Da dieses Wasser wieder auf den Kondensator aufgegeben wird, wächst damit auch die Temperatur des den Kondensator verlassenden Gas-Dampf-Gemis'ches,

ίο selbst wenn in einer nachgeschalteten, den oberen Teil des Kondensators einnehmenden Kühlstufe das zur Ergänzung des fehlenden Wassers benötigte Wasser als kaltes Kondensat zugegeben wird. Durch diese Wärmemenge, die sich so der Wiedergewinnung entzieht, erhöht sich der Wärmebedarf —. im vorliegenden Falle also der Dampfbedärf für die indirekte Beheizung des Kreislauf wassers '— beträchtlich.

Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden. Die Erfindung benutzt, wie an sich bekannt, für die Sättigung der kohlenoxydhaltigen Gase, die der Konvertierung mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxyd zugeführt werden, zwei Wasserkreisläufe, einen wärmeren und einen kälteren, die den Wasserdampf an das zu konvertierende Gas abgeben. Sie besteht darin, daß der heißere Kreislauf dem kälteren Kreislauf derart überlagert wird, daß der erste aus dem heißen Wasser des kälteren Kreislaufes abgezweigt und durch eine mittelbare Erhitzung und eine besondere Sättigung des zu konvertierenden Gases zurück zum heißen Wasser des kälteren Kreislaufes geführt wird, während der kältere Wasserkreislauf Wärme aus dem konvertierten Gas unmittelbar aufnimmt und Dampf und Wärme an das zu konvertierende Gas unmittelbar abgibt. Dabei wird der kältere' Wasserkreislauf durch die Kondensation für das konvertierte Gas durch einen Wärmeaustausch mit dem konvertierten Gas vor dessen Eintritt in die Kondensation und den Sättiger für das. zu konvertierende Gas geführt.

Durch die Erfindung wird es möglich, den gewünschten Wasserdampfgehalt des zu konvertierenden Gases zu erreichen, ohne die durch hohe Austrktstemperatur des konvertierten Gases aus dem Kondensator bedingten Wärmeverluste in Kauf nehmen zu müssen. Andererseits läßt sich auch bei Einhaltung niedriger Temperaturen bei der zweiten Wasserdampfzugabe, z. B. bei Beheizung des hier zu verdampfenden Wassers mit Dampf von niedrigerem Druck, jeder gewünschte Wasserdampfgehalt des zu konvertierenden Gases erreichen bis zu einem. Partialdruck des Wasserdampfes in der Nähe des Heizdampfdruckes, wenn hierbei mit genügend großen Wassermengen gearbeitet wird, beispielsweise 20 bis 50 m³ je 1000 Nm³ Gasdurchsatz. Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schemas beispielsweise erläutert. Wassergas tritt durch die Leitung 1 in den Sättiger 50 ein und wird in der unteren Füllringschicht 2 durch Berieselung mit Kreislaufwasser voirgesättigt. Anschließend wird es in der oberein Füllringschicht 3 2 mit Wasser aus einem fremdbeheizten Kreislauf berieselt, wodurch [die: ganze für die gewünschte Umsetzung erforderliche Dampfmenge im Sättiger 50 erzeugt, wird.

Das Gas-Dampf-Gemisch geht durch die Leitung 3, den Wärmeaustauscher 4 und die Leitung 5 zum Reaktor 6, wo in bekannter Weise in Gegenwart vom Katalysatoren die Umsetzung durchgeführt wird. Das den Reaktor durch- die Leitung 7. verlassende Gas-Dampf-Gemisch gibt im^J Wärmeaustauscher 4 Wärme an kaltes Gas ab und gelangt abgekühlt durch die Leitung 8 in den Wärmeaustauscher 9, wo es weiter Wärme an das im Kreislauf geführte, vom Kondensator 51 kommende (Wasser abgibt. Durch die Leitung 10 strömt das nun fast auf den Taupunkt gekühlte Gas-Dampf-Gemisch in den Kondensator 51.

In dessen unterer Füllringschicht 11 wird es mit Kreislauf wasser berieselt, in der oberen Schicht 13 mit Kondensat, das aus dem Kondensatbehälter 18 mittels der Pumpe 19 über die Leitung 20 aufgegeben wird.

Das hierdurch stark abgekühlte Konvertgas-Dampf-Gemisch verläßt den Kondensator durch die Leitung 14. Im wassergekühlten Schlußkühler 15 wkd der restliche Dampf kondensiert und das Gas auf Außentemperatur abgekühlt. Gas und Kondensat gelangen durch die Leitung 16 in den Abscheider 17. Durch die Leitung 22 wird das kalte, trockene Konvertgas abgezogen. Das Kondensat wird durch die Leitung 12 in den Kondensatsajmmler 18 gebracht, von wo es durch die Pumpe 19 und die Leitung 20 wieder oben auf den Kondensator aufgegeben wird. Durch die Leitung 40 wird dem Behälter 18 laufend weiteres Kondensat zugeführt.

Das 'unten im Kondensator 51 anfallende heiße ,Wasser wird durch die Leitung 23 der Pumpe 24 zugeführt, die es durch die Leitung 25 in den Wärmeaustauscher 9 fördert, wo es durch das Konvertgas weiter erwärmt wird. Über die Leitung 26 gelangt es in den Behälter 39, in den auch durch Leitung 33 der Ablauf der oberen Füllringschicht 32 des Verdampfers 50 eingeführt wird. Die Leitung 5.4 dient zum Druckausgleich zwischen dem Behälter 39 und dem Oberteil des Verdampfers 50. Von der Pumpe 34 wird'Wasser aus dem Behälter 39 durch die Leitungen 35 und 36 der Tinteren Füllringschicht 2 aufgegeben. Das aus dieser Schicht austretende, durch die Verdampfung abgekühlte Wasser wird über die Leitung 29 der Pumpe 30 zugeführt, die es durch die Leitung 31 auf die untere Füllrinigschicht 11 des Kondensators aufgibt. Das aus der oberen Füllringschicht 13 des Kondensators 51 ablaufende Wasser wird durch Leitung 53 mit dem in Leitung 31 fließenden Wasser vereint und mit diesem zusammen auf die untere Füllringschicht 11 des Kondensators 51 aufgegeben.

Durch die Leitungen 35 und 52 wird der größte Teil des Wassers aus dem Behälter 39 dem mit Dampf von niedrigerer Spannung beheizten Wärmeaustauscher 37 zugeleitet, wobei das Wasser so weit erwärmt wird, daß es imstande ist, in der Füllringschicht 32 den benötigten Dampf zu liefern. Das Wasser fließt durch die Leitung 38 zum Kopf des

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Sättigers und gibt beim Herabrieseln durch, die obere Füllringschicht 32 Dampf in der gewünschten Menge ,an das Gas ab. Das aus der Füllringschicht 32 ablaufende abgekühlte Wasser geht durch die Leitung 33 in den Behälter 39 zurück.

An Stelle des daimpfbeheizten Wärmeaustauschers 2,7 kann z.B. wie nach der Patentschrift 874297 Ölfeuerung oder Beheizung durch Abgase verwendet werden,

In den ausgelegten Unterlagen der Anmeldung B 19153/ ¹²I¹ ist eine Arbeitsweise mit zwei Kreisläufen beschrieben, wobei einem normalen, zwischen ,Sättiger und Kondensator geführten Kreislauf ein zweiter Kreislauf nachgeschaltet wurde. In diesem zweiten Kreislauf läuft das Wasser zwischen einem zweiten Sättiger, einer mit Dampf von niedrigerer Spannung beheizten Heizvorrichtung und einem Wärmeaustauscher um, in dem ein Teil der im Koinvertgais-Dampf-Gemischerhaltenen Wärmemenge an das Wasser übertragen wird. Dieser bekannten Arbeitsweise gegenüber weist die Erfindung wesentliche Vorteile auf. Da das bei dem Verfahren der Patentanmeldung ΒΙ9Ι53/Ι2Ϊ¹ in den Wärmeaustauscher zwischen Konvertgas und Kreislauf-

«5 wasser eintretende Wasser schon heißer ist, kann es nur noch wenig Wärme aus dem Gas aufnehmen, und dieses gelangt daher heißer in den Kondensator, wodurch Wärmeverluste eintreten. Bei dem neuen Verfahren ist die Temperatur des Wassers niedriger, nämlich entsprechend der Wassertemperatur am Austritt aus dem Kondensator. Hierdurch kann mehr Wärme zurückgewonnen werden. Statt Füllringen können auch andere Füllkörper oder ähnliche gleichwirkende Mittel verwendet werden.

Beispiel

Bei der Konvertierung von 1000 m³/h Wassergas, enthaltend etwa 13 0/0 CO₂, 360/0 CO, 450/0 H₂, Rest Methan, Stickstoff und Argon, bei etwa 15 atü auf einen Kohlenoxydrestgehalt von etwa 3%, berechnet auf trockenes Konvertgas, werden beim Arbeiten gemäß der Patentschrift 874 297 etwa 535 kg/h Dampf von etwa 12 atü für die indirekte Beheizung des Wasserkreislaufes benötigt, der etwa 2om³/h beträgt. Das konvertierte Gas tritt dann oben aus dem Kondensator 1 mit etwa 135⁰C aus.

Bei dem ernndungsgemäßen Verfahren werden

im Sättiger-Kondensatorkreislauf nur etwa 7,5 m^s (Wasser in der Stunde umgewälzt, wodurch die Austrittstemperatur des Gases aus dem Kondensator auf etwa ioo° und sogar darunter sinkt. Für die Erwärmung des Wassers im zweiten Wasserkreislauf werden etwa 450 kg/h Dampf von wiederum 12 atü Spannung benötigt. Die hier umlaufende Wassermenge beträgt zweckmäßig etwa 20 m³/h oder mehr.

Wie dieses Beispiel zeigt, wird durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Wasserdampfzugabe in zwei Stufen eine beträchtliche Dampfersparnis erzielt. Sie beträgt im Falle des Beispiels etwa 16 °/o. Die Ersparnis wächst, wenn der zur Verfügung stehende Dampf noch geringeren Druck hat als bei der Arbeitsweise des Beispiels. Man kann theorietisch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Falle des Beispiels noch mit Dampf von 'bis 16.atü arbeiten, ohne die Wirtschaftlichkeit zu beeinflussen, während bei dem bekannten Verfahren 12 atü etwa den Mindestdruck für ein noch wirtschaftlich tragbares Arbeiten darstellen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur katalytischien Umsetzung kohlenoxydhaltiger Gase mit Wasserdampf unter Druck, der aus zwei Wasserkreisläufen, einem wärmeren und einem kälteren, an das zu konvertierende Gas abgegeben wird, von denen der kältere Wasserkreislauf Wärme aus dem konvertierten Gas unmittelbar aufnimmt und Dampf und Wärme an das zu konvertierende Gas unmittelbar abgibt, das dann mit dem 'heißeren Wasserkreislauf in unmittelbare Berührung tritt, dadurch gekennzeichnet, daß für den heißeren Kreislauf Wasser aus dem kälteren Kreislauf abgezweigt und durch eine HeizvorritehJ-tung und einen Sättiger für das zu konvertierende Gas zurück zum kälteren Kreislauf geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kältere Wasserkreislauf durch einen Kondensator für das konvertierte Gas sowie im Gegenstrom zum zu konvertierenden Gas, durch einen Wärmeaustauscher und durch einen Sättiger für das zu konvertierende Gas im Kreislauf geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das konvertierte Gas nach Wärmeaustausch mit dem kalten Wasserkreislauf durch unmittelbare Berührung mit kaltem Wasser weiter gekühlt wird, das dann dem kälteren Wasserkreislauf zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als kaltes Wasser das in einem weiteren Wärmeaustauscher für das konvertierte Gas aus dem Gas abgeschiedene Kondeneat verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Wassermienge im Sättiger-Kondensatorkreislauf 5 bis iom³ je 1000 m³ Gas und im Sättiger-Heizvorrichtungskreislauf ein Vielfaches, beispielsweise 20 bis 50 m³, beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 879384, 874297; deutsche Auslegeschrift B 19 153 IVa/ 121.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen)