DE19809191C1

DE19809191C1 - Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen

Info

Publication number: DE19809191C1
Application number: DE1998109191
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl Phys Dr R Schug
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2018-03-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.

Derartige Vorrichtungen zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen werden z. B. nach Wasserstoff-Lauge- oder Sauerstoff-Lauge-Abscheider bei (Hochleistungs-) Wasserelektrolyseuren benötigt. Ein derartiger Hochleistungs-Wasserelektrolyseur ist z. B. aus dem Fachartikel "Betriebserfahrungen mit einer Hochleistungswasser elektrolyse", LINDE-Berichte aus Technik und Wissenschaft Nr. 73, 1995, bekannt. Bei einem alkalischen Elektrolyseur gelangen sowohl der elektrolytisch erzeugte Wasserstoff als auch der elektrolytisch erzeugte Sauerstoff zusammen mit Kalilauge in Abscheider, in denen Flüssigkeit und Gas getrennt werden. Während die Gase als Produkte abgezogen werden, wird die abgetrennte Kalilauge wieder der Elektrolyse zugeführt.

Wie aus dem Bild 1 der o. g. Veröffentlichung ersichtlich, ist den Gase-Lauge- Abscheidern ein Kühler sowie ein Kondensatabscheider nachgeschaltet. Das in den Kondensatabscheidern anfallende Kondensat wird hierbei ebenfalls in den Laugekreislauf zurückgeleitet. In den am Kopf der Kondensatabscheider abgezogenen Wasserstoff- und Sauerstoffproduktströmen findet sich jedoch noch Lauge, die aus den Gas-Lauge-Abscheidern sowie Kondensatabscheidern in die Produktleitungen verschleppt wird. Diese Verschleppung von Lauge in die Produktleitungen führt zu Schädigungen von nachgeschalteten Komponenten, insbesondere der Produkttrakt-Komponenten des Elektrolyseurs. Herkömmliche Interpretationen gehen davon aus, daß die Lauge als Aerosol in den Abscheidern auftritt und mitgerissen wird.

Eine sorgfältige Analyse der Produktgase ergab, daß die Produktgase weder dampfförmige Lauge noch Laugeaerosole enthalten. Die Lauge wird also als Film entlang der Rohrwände mitgerissen. Dies ist möglich, da die Lauge sehr hygroskopisch ist und somit nicht trocknet. Entsprechend der Gasgeschwindigkeit während des Normalbetriebs oder der Stickstoffnotspülung wird mehr oder weniger schnell Lauge entlang der Produktleitungen geführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art anzugeben, die ein wirkungsvolles Entfernen eines Kriechfilms, insbesondere eines Laugekriechfilms, an den Wänden Gas-führenden Rohrleitungen ermöglicht und so die erwähnte Verschleppung von Lauge in die Produktleitungen vermeidet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt

a) einen im wesentlichen entlang einer vertikalen Achse angeordneten zylindrischen Behälter,
b) wenigstens eine Zuführleitung für das Gas-Medium-Gemisch, die bis zu einem definierten Abstand über dem unteren Behälterboden in den Behälter hineinführt,
c) wenigstens eine Zuführleitung für ein Waschmedium, die in dem oberen Bereich des Behälters mündet,
d) Mittel zum Verteilen des über die Zuführleitung in den Behälter geführten Waschmediums, so daß dieses entlang der Innenwandung des Behälters herabfließt und
e) wenigstens eine Abführleitung für das Medium-freie Gas.

Unter dem Begriff "Gas-Medium-Gemisch" sei ein Gemisch aus wenigstens einer gasförmigen sowie wenigstens einer weiteren gasförmigen oder flüssigen Komponente zu verstehen. Der Begriff "Waschmedium" umfasse diejenigen gasförmigen oder flüssigen Komponenten, die im vorliegenden Falle als Waschmittel geeignet sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere Ausgestaltungen derselben seien anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

In der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm an den Wänden einer Gas-führenden Rohrleitung in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem im wesentlichen entlang einer vertikalen Achse angeordneten zylindrischen Behälter 1. Dieser weist wenigstens eine Zuführleitung 2 für das Gas-Medium-Gemisch auf, wobei diese bis zu einem definierten Abstand über dem unteren Behälterboden in den Behälter 1 hineinführt.

Des weiteren ist wenigstens eine Zuführleitung 6 für ein Waschmedium vorgesehen, wobei diese in den oberen Bereich des Behälters 1 mündet. Ferner ist wenigstens eine Abführleitung 5 für das Medium-freie Gas vorgesehen. Im Inneren des Behälters 1 sind Mittel zum Verteilen des über die Zuführleitung 6 in den Behälterinnenraum geführten Waschmediums angeordnet. Im dargestellten Falle sind diese Mittel zum Verteilen als ein Verteilblech 7 ausgebildet. Das Verteilblech 7 gewährleistet, daß das Waschmedium entlang der Innenwandung (Bereich der geschweiften Klammer 10) des Behälters 1 herabfließt.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also eine Wandstrecke aufgebaut, die von dem Medium- bzw. Laugefilm nicht "übersprungen" werden kann. Diese Strecke ist zweistufig und besteht zum einen aus dem überlaufgeregelten Becken 3 und zum anderen aus der gespülten Innenwandung unterhalb des Verteilerbleches 7.

Das Gas-Medium- bzw. Gas-Lauge-Gemisch tritt über die Zuführleitung 2 in den Behälter 1 ein. Auf der Zuführleitung 2 ist der Medium- bzw. Laugefilm noch voll ausgebildet. Eventuell abgerissene Tröpfchen aus diesem Gemisch können, gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mittels eines Eintrittsprallbleches 4 zurückgehalten werden. Das Medium- bzw. Lauge-freie Gas wird aus dem Behälter 1 über die Abführleitung 5 abgeführt. In dieser Abführleitung 5 kann kein Medium- bzw. Laugefilm mehr auftreten. Sicherheitshalber kann, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ein Spritzschutz, der durch ein Austrittsprallblech 9 realisiert wird, vorgesehen sein.

Das Waschmedium, vorzugsweise Wasser, tritt Medium- bzw. Lauge-frei über die Zuführleitung 6 in den Behälter 1 ein. Dort wird es über das Verteilblech 7 in einen Ringspalt auf den Wandumfang verteilt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterbildend wird vorgeschlagen, daß der Behälter 1 Mittel zum Druckausgleich zwischen seinen unterschiedlichen Bereichen aufweist. Zu diesem Zweck kann ein Rohr 8 vorgesehen sein, das durch Druckausgleich verhindert, daß bei Druckschwankungen der Ringspalt nicht mehr entsprechend der hydrostatischen Auslegung durchflossen wird.

Medium- bzw. Laugespuren werden in den Sumpf des Behälters 1 geführt und dort verdünnt. Das Medium- bzw. Lauge-haltige Waschmedium im überlaufgeregelten Becken 3 wird bei Überlauf an der Zuführleitung 2 abgeführt. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Gas-Lauge-Abscheider kann das Lauge-haltige Medium - wobei es sich sinnvoller- bzw. vorzugsweise um Speisewasser aus der Elektrolyse handelt - über die Produktleitung in den Laugekreis zurückgeführt werden.

Ein Verschließen der Zuführleitung 2 kann nicht eintreten, da eventuelle kapillare Verschlüsse durch das eintretende Gas-Medium-Gemisch aufgerissen werden. Durch das Rücklaufen des Medium- bzw. Lauge-haltigen Waschmediums in der Zuführleitung 2 erfährt die Innenwandung der Zuführleitung 2 zudem eine Vorwäsche.

In der Fig. 2 ist die Einbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm in einen Elektrolyseur mit einer speziellen sicherheitsrelevanten Schaltlogik dargestellt. Hierbei weisen sowohl die Wasserstoff- als auch die Sauerstoff-Leitung jeweils einen Laugerückhaltebehälter 1 bzw. 1' auf. Das Wasserstoff-Lauge-Gemisch aus dem Elektrolyseur wird aus Leitung 11 einem Wasserstoff-Abscheider 12 zugeführt. Aus diesem wird das Wasserstoff-Lauge- Gemisch über eine Steigleitung 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zugeführt. Aus dieser wird der Lauge-freie Wasserstoff über Leitung 5 abgeführt und einem in der Figur nicht dargestellten Wärmetauscher, in dem der Wasserstoff abgekühlt und gegebenenfalls getrocknet wird, zugeführt.

Analog dazu wird das Sauerstoff-Lauge-Gemisch aus dem Elektrolyseur über Leitung 11' einem Sauerstoff-Abscheider 12' zugeführt. Aus diesem wird über die Steigleitung 2' ein Sauerstoff-Lauge-Gemisch der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' zugeführt. Der aus der Vorrichtung 1' abgezogene Lauge-freie Sauerstoff wird über Leitung 5' einem in der Figur nicht dargestellten Wärmetauscher zugeführt.

Das Speisewasser, das bei herkömmlichen Verschaltungen direkt in den Wasserstoff- oder Sauerstoff-Abscheider geführt wird, wird nunmehr über die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Entfernen der Lauge geführt. Dazu ist in einer Speisewasserleitung 13 ein 3-Wege-Ventil 14 vorgesehen, über das abwechselnd der Behälter 1 oder 1' mit Speisewasser als Waschmedium versorgt werden. Dieses 3- Wege-Ventil 14 muß so ausgebildet sein, daß es auch bei einem Ausfall die beiden Behälter 1 bzw. 1' nicht miteinander verbindet und zudem die Leitung 13 nicht gleichzeitig von dem Behälter 1 und dem Behälter 1' trennt. Das Speisewasser wird den erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 und 1' über die Leitungen 6 bzw. 6' zugeführt. Zusätzlich ist in einer der beiden Leitungen 6 oder 6' ein weiteres Ventil 15 vorzusehen. Mittels dieser Verschaltung können sicherheitstechnische Probleme, wie z. B. Ausfall oder Undichtigkeit des 3-Wege-Ventils 14 erkannt und kompensiert werden.

Nachfolgend seien nochmals die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden Gas führenden Rohrleitungen aufgelistet:

- wird als Waschmedium das Speisewasser für die Elektrolyse verwendet, so wird kein zusätzliches Betriebsmittel benötigt
- das verwendete Waschmedium ist im Falle der Verwendung von Speisewasser völlig frei von unerwünschten bzw. unnötigen Komponenten
- das Waschmedium muß nicht ausgeschleust werden; dies bedeutet, daß die Lauge nicht verbraucht wird und keine Entsorgung erfolgen muß
- die Entfernung der Lauge erfolgt, im Gegensatz zum Stand der Technik, bereits vor den nachgeschalteten Wärmetauschern
- ein Rückstau des Waschmediums ist nicht möglich, da dieses frei abfließend in den Gastrakt abgeführt wird
- als Trennstrecke zur Vermeidung des "Laugefilmwanderns" ist nicht nur ein Becken sondern eine immer wieder frisch gespülte Wand vorgesehen

Claims

1. Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen, umfassend

a) einen im wesentlichen entlang einer vertikalen Achse angeordneten zylindrischen Behälter (1),
b) wenigstens eine Zuführleitung (2) für das Gas-Medium-Gemisch, die bis zu einem definierten Abstand über dem unteren Behälterboden in den Behälter (1) hineinführt,
c) wenigstens eine Zuführleitung (6) für ein Waschmedium, die in dem oberen Bereich des Behälters (1) mündet,
d) Mittel zum Verteilen des über die Zuführleitung (6) in den Behälter (1) geführten Waschmediums, so daß dieses entlang der Innenwandung des Behälters (1) herabfließt und
e) wenigstens eine Abführleitung (5) für das Medium-freie Gas.

2. Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Austritts der Zuführleitung (2) für das Gas- Medium-Gemisch ein Prallblech (4) angeordnet ist.

3. Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Eintritts der Abführleitung (5) für das Medium-freie Gas ein Prallblech (9) angeordnet ist.

4. Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verteilen des über die Zuführleitung (6) in den Behälter (1) geführten Waschmediums als ein im oberen Bereich des Behälters (1) angeordnetes Verteilblech (7) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm, insbesondere von Laugekriechfilm, an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) Mittel zum Druckausgleich (8) zwischen seinen unterschiedlichen Bereichen aufweist.

6. Verwendung einer Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm an den Wänden von Gas-führenden Rohrleitungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm aus einem Gas-Medium-Gemisch als Wasserstoff-Lauge- und/oder als Sauerstoff- Lauge-Abscheider verwendet wird.

7. Verwendung einer Vorrichtung zum Entfernen von Kriechfilm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung als Waschmedium Wasser zugeführt wird.

8. Verwendung von wenigstens zwei Vorrichtungen zum Entfernen von Kriechfilm nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschmedium zunächst über eine Versorgungsleitung (13) einem 3-Wege-Ventil (14) zugeführt und von diesem über zwei getrennte Leitungen (6, 6') den Vorrichtungen zugeführt wird, wobei in wenigstens einer der beiden Leitungen (6, 6') wenigstens ein Ventil (15) angeordnet ist.