DE1047809B

DE1047809B - Process for the catalytic combustion of hydrocarbons in air prior to their decomposition by deep freezing and device for carrying out the process

Info

Publication number: DE1047809B
Application number: DEG22912A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Karwat
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1957-09-12
Filing date: 1957-09-12
Publication date: 1958-12-31

Description

Verfahren zum katalytischen Verbrennen von Kohlenwasserstoffen in Luft vor deren Zerlegung durch Tiefkühlung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Es ist bekannt, zur Beseitigung der Explosionsgefahr in Luftzerlegungsanlagen die in der Luft vorhandenen Kohlenwasserstoffe vor dem Eintritt der Luft in den Trenner an einem geeigneten Katalysator zu verbrennen. Je nach Art des Katalysators und dem geforderten Reinheitsgrad muß die Luft auf 150 bis 3500 C angewärmt und nachher wieder auf die Ausgangstemperatur abgekühlt werden. Für die Anwärmung und Wiederabkühlung sind Gegenstrom-Röhrenaustauscher oder Regeneratoren vorgeschlagen worden. Diese sind jedoch sehr teuer, so daß durch ihre Anwendung die Gesamtkosten einer Lufttrennaulage in unzulässigem Maße erhöht würden. Daher wird beabsichtigt, mit Edelmetallkontakten, die schon bei etwa 1200 C, also der Endtemperatur der Luftverdichtung, die in der Luft enthaltenen Kohlenwasserstoffe verbrennen, zu arbeiten und so die Anwärmung und Wiederabkühlung der Luft entbehrlich zu machen. So hochgezüchtete Kontakte sind aber zu empfindlich gegen Kontaktgifte, wie Spuren von Schwefelverbindungen od. dgl. Der Katalysator muß nach verhältnismäßig kurzer Zeit, z. B. einem halben Jahr, ersetzt werden. Dadurch wird das Verfahren ebenfalls zu teuer. Das Verfahren vorliegender Erfindung hat die Beseitigung dieser Mängel zum Ziel, indem durch Verbilligung von Anwärmen und Abkühlen der Luft die Benutzung billiger Kontakte ermöglicht wird.Process for the catalytic combustion of hydrocarbons in Air before it is broken down by deep freezing and a device for carrying out the Method It is known to eliminate the risk of explosion in air separation plants the hydrocarbons present in the air before the air enters the To burn separators on a suitable catalyst. Depending on the type of catalyst and the required degree of purity, the air must be warmed to 150 to 3500 C and afterwards be cooled down again to the starting temperature. For heating and Countercurrent tube exchangers or regenerators are suggested for recooling been. However, these are very expensive, so that their application reduces the total cost an air separation layer would be increased to an inadmissible degree. Therefore it is intended with precious metal contacts that are already at around 1200 C, i.e. the final temperature of the air compression, the hydrocarbons in the air burn, work and so the To make heating and re-cooling of the air unnecessary. So highly bred However, contacts are too sensitive to contact poisons, such as traces of sulfur compounds or the like. The catalyst must after a relatively short time, for. B. half a Year to be replaced. This also makes the process too expensive. The procedure The present invention aims to remedy these deficiencies by making them cheaper heating and cooling the air enables the use of cheap contacts.

Das Verfahren der Erfindung zum katalytischen Verbrennen von Kohlenwasserstoffen in Luft vor deren Zerlegung durch Tiefkühlung bei erhöhter Temperatur vor oder nach der Verdichtung der Luft auf Zerlegungsdruck ist dadurch gekennzeichnet, daß die Luft auf die Temperatur der katalytischen Umsetzung mit der Verbrennungswärme eines Brennstoffes erwärmt wird und nach der katalytischen Umsetzung durch Verdampfen von Wasser und gegebenenfalls weiteren Wärmeaustausch mit Wasser auf die Ausgangstemperatur abgekühlt wird. Durch die Verdampfung von Wasser wird technisch nutzbarer Dampf erzeugt. The method of the invention for catalytically burning hydrocarbons in air before their decomposition by freezing at elevated temperature before or after the compression of the air to decomposition pressure is characterized in that the Air to the temperature of the catalytic conversion with the heat of combustion of a Fuel is heated and after the catalytic conversion by evaporation of water and, if necessary, further heat exchange with water to the initial temperature is cooled. The evaporation of water becomes technically usable steam generated.

Erfindungsgemäß wird die Luft entweder dadurch angewärmt, daß das Rauchgas der Flamme eines Brenngases unmittelbar der zu erwärmenden Luft beigemischt wird, oder daß derWärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen und der zu erwärmenden Luft in einem an sich bekannten Lufterhitzer indirekt vorgenommen wird. Für die direkte Anwärmung der Luft durch die Flamme des Brenngases sind keine Austauschfächen notwendig. Bei der indirekten Anwärmung in einem Lufterhitzer sind wegen der großen Temperaturdifferenzen an beiden Enden des Erhitzers nur kleine Austauschflächen erforderlich. Die Kosten des Lufterhitzers betragen daher nur ungefähr ein Zehntel derjenigen von Regeneratoren oder Röhrenwärmeaustauschern gleicher Anwärmeleistung. According to the invention, the air is either warmed by the fact that the Flue gas from the flame of a fuel gas is mixed directly into the air to be heated or that the heat exchange between the combustion gases and the one to be heated Air is made indirectly in an air heater known per se. For the Direct heating of the air by the flame of the fuel gas is not an exchange area necessary. With indirect heating in an air heater, there are large Temperature differences at both ends of the heater only small exchange surfaces necessary. The cost of the air heater is therefore only approximately one tenth those of regenerators or tubular heat exchangers with the same heating capacity.

Sendet die Flamme des Brenngases, z. B. Methan, ihr Rauchgas unmittelbar in die zu erwärmende Luft, so erhöht sich der CO2-Gehalt der Luft, z. B. bei einer Erwärmung der Luft von 100 auf 2600 C, auf etwa 0,6e/o CO2. Dies ist ein ungefähr 20mal so großer Kohlendioxydgehalt wie üblich. Er schadet jedoch nicht, da sowohl das Kohlendioxyd als auch der bei der Verbrennung auftretende Wasserdampf in den Regeneratoren des Luftbrenners in bekannter Weise abgeschieden werden. Die Luft wird natürlich so hoch erwärmt, daß die Wärmeverluste des Lufterhitzers und der Kontaktkammer gedeckt werden können. Sends the flame of the fuel gas, e.g. B. methane, your flue gas immediately in the air to be heated, the CO2 content of the air increases, e.g. B. at a The air is heated from 100 to 2600 C, to about 0.6e / o CO2. This is an approximate 20 times as much carbon dioxide as usual. However, it does no harm as both the carbon dioxide as well as the water vapor occurring during combustion in the Regenerators of the air burner are deposited in a known manner. The air is of course heated so high that the heat losses from the air heater and the Contact chamber can be covered.

Die Abkühlung der Luft nach der Kontaktkammer auf Ausgangstemperatur wird erfindungsgemäß in der Weise durchgeführt, daß mit dem Wärmeinhalt der abzukühlenden Luft in einem Dampfkessel Dampf von ausnutzbarem Druck erzeugt wird und durch weitere Abkühlung der Luft das Speisewasser für den Dampfkessel auf Verdampfungstemperatur vorgewärmt wird. The cooling of the air after the contact chamber to the initial temperature is carried out according to the invention in such a way that with the heat content of the to be cooled Air in a steam boiler is generated by exploitable pressure and by further Cooling of the air the feed water for the steam boiler to the evaporation temperature is preheated.

Auch hier sind wegen der günstigen Wärmeübergangszahlen auf der Seite des siedenden Wassers die Austauschflächen des Dampfkessels sehr viel kleiner als diejenigen von Regeneratoren oder Röhrenwärmeaustauschern. Die mit dem Brenngas für die Anwärmung aufgewendete Wärmeenergie wird als Nutzdampf zum größten Teil wiedergewonnen.Here, too, are on the side because of the favorable heat transfer coefficients of the boiling water, the exchange surfaces of the steam boiler are much smaller than those of regenerators or tubular heat exchangers. The one with the fuel gas The thermal energy used for heating is used for the most part as useful steam regained.

Als Katalysator zur Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in Luft wird eine an sich bekannte Katalysatormasse verwendet. Used as a catalyst to burn the hydrocarbons in air a known catalyst composition is used.

Das Verfahren vorliegender Erfindung ist dadurch, daß für das Anwärmen und Abkühlen der Luft nur kleine Wärmeaustauschfiächen erforderlich sind und die zugeführte Wärmeenergie wieder nutzBringend verwerten werden kann, dem Verfahren mit Benutzung von Regeneratoren und Röhrenwärmeaustauschern in wirtschaftlicher Hinsicht bedeutend überlegen. Mit dem beschriebenen Verfahren wird der Grad von Wirtschaftlichkeit erreicht bei dem durch die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe die Gefahren bei der Luftzerlegung behoben werden können. Ein weiterer Vorteil ist, daß billige, gegen Kontaktgifte unempfindliche Kontaktmassen angewendet werden können, wie z. B. feinverteiltes Kupfer auf keramischem Trägermaterial oder Kieselpulver, weil die Temperatur am Kontakt hoch genug ist. The method of the present invention is in that for heating and cooling the air, only small heat exchange surfaces are required and the heat energy supplied can be reused, the process with the use of regenerators and tubular heat exchangers in an economical way Significantly superior in respect. With the procedure described, the degree of Economic efficiency is achieved by burning the hydrocarbons the dangers of air separation can be eliminated. Another advantage is that cheap contact materials that are insensitive to contact poisons can be used, such as B. finely divided copper on a ceramic carrier material or silica powder, because the temperature at the contact is high enough.

In der Zeichnung ist ein Beispiel einer Vorrichtung für Durchführung des Verfahrens gegen: 1000 Nm3/h vom Verdichter 1 mit 100.° C kommender Luft, mit 10 ppM CH2 und 20 ppM C3 H durchströmen das im gasbeheizten Luftanwärmer 2@ liegende Rohrbündel 21 und erwärmen sich dabei auf etwa 2700 C. Im Brenner 22 werden 8 cbm bei 23 zugeführtes CH4 mit etwa 96 cbm bei 24 zugeführter Luft verbrannt. Etwa 105 cbm Rauchgase durchziehen den Außenraum des Anwärmers und verlassen ihn mit 400 bis 5000 C bei 25. Die erwärmte Luft strömt dann durch den wärmeisolierten, mit der Katalysatormasse gefüllten Behälter 3, wo ihr Gehalt an C2 H2 auf 0,03 ppM und ihr Gehalt an C5 H5 auf 0,06 ppM herabgesetzt wird. Im Dampferzeuger 4, in dessen Außenraum Wasser unter 3 ata Druck verdampft, wird die Luft auf etwa 1400 C und im Wasservorwärmer 5 schließlich auf 1100 C abgekühlt. Das Wasser wird mit einer Speisewasserpumpe 6 dem Vorwärmer 5 bei 7 zugeführt und bei 8 in den Dampfkessel 4 eingespeist. überschüssiges erwärmtes Wasser kann durch Ventil 9 dem Dampfkessel entnommen werden. Die Luft verläßt den Kühler 5 mit ungefähr der nach dem Verdichter 1 herrschenden Temperatur. In the drawing is an example of a device for implementation of the process against: 1000 Nm3 / h from the compressor 1 with 100 ° C incoming air, with 10 ppM CH2 and 20 ppM C3 H flow through the gas-heated air heater 2 @ lying tube bundle 21 and heat up to about 2700 C. In the burner 22 are 8 cbm at 23 supplied CH4 burned with about 96 cbm at 24 supplied air. About 105 cbm of flue gases pass through the outside of the heater and leave it with 400 to 5000 C at 25. The heated air then flows through the thermally insulated, Container 3 filled with the catalyst mass, where its content of C2 H2 is reduced to 0.03 ppM and their C5 H5 content is reduced to 0.06 ppM. In the steam generator 4, in its Outside water evaporates under 3 ata pressure, the air is heated to around 1400 C and Finally cooled to 1100 ° C. in the water preheater 5. The water comes with a Feed water pump 6 is fed to the preheater 5 at 7 and at 8 in the steam boiler 4 fed in. Excess heated water can be fed through valve 9 to the steam boiler can be removed. The air leaves the cooler 5 with approximately that after the compressor 1 prevailing temperature.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Process for the catalytic combustion of hydrocarbons in air before their decomposition by freezing at elevated temperature before or after the compression of the air to laying pressure, characterized in that the air on the temperature of the catalytic conversion with the heat of combustion of a fuel is heated and after the catalytic conversion by evaporation of water and optionally further heat exchange with water, cooled to the starting temperature will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flue gas the flame of a fuel gas is added directly to the air to be heated.

3. The method according to claim 1, characterized in that the heat exchange between the combustion gases and the air to be heated in a per se known Air heater is made.

4. The method according to claim 1, characterized in that with the Heat content of the air to be cooled in a steam boiler Steam at usable pressure is generated and by further cooling the air the feed water for the steam boiler is preheated to evaporation temperature,

5. Device for performing the Method according to Claim 1, 2 and 4, characterized by a mixing chamber. by which on the one hand the air to be heated is guided and in which on the other hand the flue gases of a heating flame are introduced, one with the combustion catalyst filled and thermally insulated container for the catalytic conversion of hydrocarbons, a tubular steam boiler, in whose pipe system the air is cooled and in its outer space Water is evaporated under pressure, a feed water preheater in which the im Steam boiler water to be evaporated with the air to be cooled in heat exchange is brought.

6. Apparatus for performing the method according to claim 1, 3 and 4, characterized by an air heater in which the air is in indirect heat exchange heated by burning a fuel, a catalyst room and facilities for post-cooling as described in claim 5.