DE2007528C3 - Vorrichtung zum Warmetausch in Ammoniaksynthese Anlagen - Google Patents
Vorrichtung zum Warmetausch in Ammoniaksynthese AnlagenInfo
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Description
terial hergestellt, und eine minimale Aufnitrierung ist
bei ihnen belanglos, da sie druckentlastet sind. Den drucktragenden Rohrboden schützt eine gasseitige
Plattierung vor Aufnitrierung. Für die Dimensionierung der Wandstärke der Vorkammerwand ist es daher
nicht erforderlich, eine Schädigung infolge Nitrierung zu berücksichtigen. Der Hochdruckwärmetauscher
kann mit geringem Einsatz von hochwertigem, weitgehend nitrierbeständigem Material gebaut
werden. Die Erzeugung von Hochdruckdampf in einer Ammoniak-Synthese-Anlage wird somit besonders
wirtschaftlich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Das den ΝΗ.,-Konverter verlassende heiße Kreislaufgas
tritt am Stutzen 1 durch das Zuleiiungsrohr 2 in den Wärmetauscher ein und gelangt in die
Ülocke3, die zentral an dem Rohrboden 4 gasdicht
verschweißt ist. Zuleitungsrohr 2 und Glocke 3 sind aus weitgehend nitrierbeständigem Material hergestellt
und mit einer Innen-5 bzw. Außenisolierung 6 versehen. Hierdurch wird eine Aufhetzung des
drucktragenden Stutzens 1 und der drucktragenden Vorkammerwand 7 vermieden. Zum Schutz gegen
unzulässige Aufnitrierung erhält der Rohrboden 4 im Bereich der Glocke 3 eine Plattierung 8 aus weitgehend
nitrierbestiindigem Werkstoff. Da die 3eanspruchungsverhäftnisse infolge Druckbelastung auf
der Rohrbodenoberfläche gering sind, ist nicht zu erwarten, daß die Plattierungsschicht infolge Nitrierung
aufreißt. In die Bohrungen des Rohrbodens 4 sind ausreichend nitrierbeständige Austauscherrohie9
eingesetzt und gasdicht mit der Plattierung 8 verschweißt. Das Gas strömt aus der Glocke 3 durch
die Austauscherrohre 9 nach Richtungsumkehr am Wärmeaustauscherende und Abkühlung auf eine
Temperatur unterhalb der Nitriertemperatur in den Raum 10 zwischen Glocke 3 und Vorkammenvand7.
ίο Das unier Hochdruck stehende in den Wärmetauscher
eintretende Gas erleidet beim Durchgang durch die Ausiauscherrohre nur minimalen Druckverlust,
so daß die Druckbelastung des Zuleitungsrohres und der Glocke ebenfalls minimal sind. Über den Gasauslaßstutzen
11 verläßt das abgekühlte Kreislaufgas den Wärmetauscher. Zum weiteren Schutz des Stutzens
1 gegen unzulässig hohe Temperaturen, trotz isoliertem Gasführungsrohr, wird durch die Bohrung
12 kaKes Gas in den Kühlspalt 13 zwischen Stutzenao wand 1 und Zuleitungsrohr 2 eingeblasen. Dieses
kalte Gas umspült das i-uleitungsrohr 2 und vermischt
sich danach mit dem Gas, das durch den Stutzen 11 den Wärmetauscher verläßt.
Die Zuführung des Kesselspeisev. assers in den
Wärmetauscher erfolgt über den Wassereinlaßstutzen
14. Die Wasserwege für den Naturumlauf sind so
ausgeführt, daß der Rohrboden 4 auf der Wasserseite
mit Wasser gleicher Temperatur beaufschlagt wird.
Der erzeugte Dampf verläßL durch den Dampfaus-
laßstutzen 15 den Wärmetauscher.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen gen enthaltende Gase führen bei gewissen Temperaheißem,
einen" ΝΗ.,-Konverter verlassendem 5 türen zu unzulässigen Aufnitrierungen des Materials
Kreislaufgas und Wasser, mit von außen gekühl- Aufnitrierung bedeutet gleichzeitig Versprodung und
ten Austauscherrohren, die durch einen Rohrbo- damit Neigung zur Rißbildung sobald der Warrnetauden
von einer druckfesten Vorkammer abgeteilt scher Belastungen ausgesetzt wird. Wärmetauscher in
sind, dadurch gekennzeichnet," daß Ammoniak-Synthese-Anlagen, wie hier ζ Β. nach
zentral in der Vorkammer (7) eine mit einem jo dem Ammoniak-Synthese-Konverter, sind großen
zentralen Zuleitungsrohr (2) für das Kreislaufgas Druck- und Temperaturbelastungen ausgesetzt; so
versehene Glocke (3) angeordnet ist, die gasdicht unterliegen sie z. B. bei Außerbetriebsein der Anlage
mit einer Plattierung (8) des Rohrbodens (4) ver- nur der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsbunden ist, und daß die Austauscherrohre (9) mit druck von z. B. 1 atm. Im Betrieb jedoch steigt die
der Glocke (3) und mit dem zwischen dieser und 15 Vemperafur auf 4rfO° C und höher und der Druck
der Vorkammerwand (7) gebildeten, einen Gas- auf 300 atm und höher an. Finde* nun im Betrieb eiauslaßstutzen
(11) aufweisenden Raum (10) in nerseits eine Aufnitrierung der Oberfläche der druckverbindung
stehen. tragenden Teile statt und kommen hohe Spannungen,
2. Vorricr-'-mg nach Anspruch 1, dadurch ge- hervorgerufen aus Druck- und Temperaturanstieg
kennzeichnet, daß das Zuleitungsrohr (2) von 20 hinzu, wird die Rißneigung bedeutend heraufgesetzt,
dem Stutzen (1) unter Ausbildung eines Kühl- Die Rißneigung kann nur durch turnusmäßiges Ausspaltes
(13) umgeben ist und daß der Stutzen (1) wechseln der gefährdeten Teile gemindert werden,
eine Bohrung (12) zum Einleiten von Kühlgas Auswechseln jedoch bedeutet zusätzliche Investiaufweist.
tionskosten und Produktionsausfall.
25 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen heißem,
einen ΝΗ.,-Konverter verlassendem Kreislaufgas und Wasser zu finden, die den hohen Belastungen mit ih-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum War- ren Nachteilen nicht oder doch nur teilweise ausge-
metausch zwischt.i heißem, einen ΝΗ.,-Konverter 30 setzt ist.
verlassendem Kreislaufgas und Wasser, mit von Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese
außen gekühlten Austauscherrohren. Aufgabe bei einem Wärmetauscher mit von außen
Bei derartigen Wärmeaustausch-"Orrichtungen ist gekühlten Austauscherrohren, die durch einen Rohres
erforderlich, den Eigenschaften des heißen abzu- boden von einer druckfesten Vorkammer abgeteilt
kühlenden Gases Rechnung zu tragen, da anderen- 35 sind, gelöst wird, wenn zentral in der Vorkammer
falls mit vorzeitiger Beschädigung der Vorrichtung eine mit einem zentralen Zuleitungsrohr für das
zu rechnen ist. Das abzukühlende Gas weist in der Kreislaufgas versehene Glocke angeordnet ist, die
Regel einen Druck von 300 atm und mehr auf. gasdicht mit einer Plattierung Ge^ Rohrbodens ver-
Im Ammoniak-Synthese-Reaktor erreichen die bunden ist und die Austauscherrohre mit der Glocke
stickstoffhaltigen und Stickstoffverbindungen enthal- 40 und mii dem zwischen dieser und der Vorkammertenden
Gase während der exothermen Reaktion eine wand gebildeten, einen Gas- und Auslaßstutzen aufTemperatur
von etwa 480° C und darüber. In be- weisenden Raum in Verbindung stehen,
kannten Ammoniak-Synthese-Reaktoren wird dieses Um den drucktragenden Eintrittsstutzen der Vorheiße Gas, daß die Reaktionsräume verläßt, in War- richtung vor zu hoher Belastung zu schützen, ist nach metausch mit frischem in Reaktion gehendes Gas 45 einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Zugebracht und gibt seine Wärme an dieses Gas, auch leitungsrohr für das heiße Gas von dem Stutzen unter als Kreislaufgas bezeichnet, ab. Die noch etwa 100 Ausbildung eines Spaltes umgeben und der Stutzen bis 250° C heißen Gase verlassen den Ammoniak- weist eine Bohrung zum Einleiten von Kühlgas auf.
Synthese-Reaktor und werden zur Dampferzeugung Um umzulässigen Wärmeabfluß vom Zuleitungseingcsctzt. Mit einer Temperatur von etwa 250 C 50 rohr und der Glocke auf den Eirttritts-Stutzen bzw. stellt das Gas keine Gefahr für den Werkstoff von das abgekühlte Gas zu verhindern, werden Zulei-Wärmetauschern dar, da bei dieser Temperatur eine tungsrohr und Glocke isoliert.
kannten Ammoniak-Synthese-Reaktoren wird dieses Um den drucktragenden Eintrittsstutzen der Vorheiße Gas, daß die Reaktionsräume verläßt, in War- richtung vor zu hoher Belastung zu schützen, ist nach metausch mit frischem in Reaktion gehendes Gas 45 einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Zugebracht und gibt seine Wärme an dieses Gas, auch leitungsrohr für das heiße Gas von dem Stutzen unter als Kreislaufgas bezeichnet, ab. Die noch etwa 100 Ausbildung eines Spaltes umgeben und der Stutzen bis 250° C heißen Gase verlassen den Ammoniak- weist eine Bohrung zum Einleiten von Kühlgas auf.
Synthese-Reaktor und werden zur Dampferzeugung Um umzulässigen Wärmeabfluß vom Zuleitungseingcsctzt. Mit einer Temperatur von etwa 250 C 50 rohr und der Glocke auf den Eirttritts-Stutzen bzw. stellt das Gas keine Gefahr für den Werkstoff von das abgekühlte Gas zu verhindern, werden Zulei-Wärmetauschern dar, da bei dieser Temperatur eine tungsrohr und Glocke isoliert.
kritische Aufnitrierung der drucktragenden Wand Die mit Jer Erfindung erzielten Vorteile bestehen
noch nicht eintritt. Im Ammoniak-Synthese-Reaktor insbesondere darin, daß heißes Kreislaufgas einer
kann das heiße Kreislaufgas von etwa 480 C und 55 Ammoniak-Synthese-Anlage zur Hochdruckdampfdarüber
keine Einwirkung auf den drucktragenden erzeugung herangezogen werden kann. Die Gasfüh-Mantcl
des Reaktionsgefäßes ausüben, da der druck- rung wird so gewählt, daß die Probleme, wie krititragende
Mantel innen von dem noch kalten Kreis- sehe Aufnitrierung des Werkstoffes, hohe Temperalaufgas
gekühlt wird. Im Zuge zu wirtschaftlicheren tür und hohe Druckbeanspruchung nicht summa-Ammoniak-Synthese-Anlagen
folgte eine Entwick- 60 risch, sondern nur getrennt auftreten und somit techlung,
die es ermöglicht, das heiße Reaktionsgas von nisch beherrschbar sind. Die heißgehenden Vorrichetwa
4000C und darüber aus dem Ammoniak-Syn- tungsteile sind weitgehend druckentlastet und die
thcse-Reaktor herauszuführen, dann zur Dampfer- druckbelasteten Vorrichtungsteile sind weitgehend
zeugung einzusetzen und seine Restwärme zur Auf- temperaturentlastet. Die Temperatur des aus den
heizung des kalten Kreislaufgases noch auszunutzen. 65 Wärmetauscherrohren austretenden Gases liegt
Bei Übergang auf diese Verfahrensweise wird es er- zweckmäßigerweise unterhalb der Nitriertemperatur,
forderlich, einen Hochdruckwärmeaustauscher zu vorzugsweise unterhalb 360° C. Zuleitungsrohre und
entwickeln, bei dem das heiße stickstoffhaltige und/ Glocke sind aus weitgehend nitrierbeständigem Ma-
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| DE3302304A1 (de) * | 1983-01-25 | 1984-07-26 | Borsig Gmbh, 1000 Berlin | Waermetauscher zum kuehlen von heissen gasen, insbesondere aus der ammoniak-synthese |
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