DE911973C

DE911973C - Verfahren zur Umsetzung von Kohlenoxyd mittels Wasserdampfs zu Kohlendioxyd und Wasserstoff

Info

Publication number: DE911973C
Application number: DEB19803A
Authority: DE
Inventors: Hans Kneip
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1952-04-02
Filing date: 1952-04-02
Publication date: 1954-05-24

Description

Verfahren zur Umsetzung von Kohlenoxyd mittels Wasserdampfs zu Kohlendioxyd und Wasserstoff Bei der Umsetzung von Kohlenoxyd oder kohlenoxydhaltigem Gas mit Wasserdampf zu Kohlendioxyd und Wasserstoff ist man bestrebt, die aus der exothermen Reaktion anfallende Abwärme weitestgehend zur Erzeugung des für den Prozeß erforderlichen Wasserdampfs auszunutzen, mit dem Zwecke, die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen zu erhöhen. Der gesamte Dampfbedarf für die Kohlenoxydumwandlung setzt sich bekanntlich zusammen aus dem für die chemische Umwandlung des Kohlenoxyds in Kohlendioxyd und Wasserstoff erforderlichen Dampf und dem Gleichgewichtsdampf, der von dem bekannten, durch die Kontakttemperatur bedingten k-Wert abhängt und der um so kleiner ist, je niedriger die Kontakttemperatur ist. Letztere ist jedoch von der Güte des Kontaktes abhängig, d. h. bei welcher Temperatur der Kontakt noch einen wirtschaftlichen Kohlenoxydumsatz ergibt.
Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, die das Ziel verfolgen, das zu konvertierende Gas (im folgenden Frischgas genannt) vor dem Eintritt in den Kohlenoxydkonverter vorzuwärmen und möglichst hoch mit Wasserdampf zu sättigen. Bei dieser Methode erfolgt die Vorwärmung und Sättigung meist durch Berieselung des Frischgases mit heißem Wasser, das aus dem Kühler abfließt. Ein weiterer Teil der Reaktionsabwärme wird benutzt, das gesättigte Frischgas auf die für die Konvertierung erforderliche Eintrittstemperatur von etwa 40o° zu erhitzen.
Da im Kohlenoxydkonverter bei Verwendung nur einer Stufe infolge der stark exothermen Reaktion eine unzulässige Erhöhung der Kontakttemperatur eintreten würde, muß eine Zwischenkühlung des Gases erfolgen. Die Kühlung des teilkonvertierten Gases geschieht entweder zwischen den einzelnen Kontaktstufen im Ofen selbst, und zwar durch direkte Verdampfung von Wasser oder durch indirekten Wärmeaustausch außerhalb des Ofens. Es ist auch bekannt, daß die bei der letzterwähnten Methode frei werdende Reaktionsabwärme benutzt wird, um das in einem Sättiger gesättigte und mit Frischdampf beladene Frischgas durch die in der zweiten Kontaktstufe frei werdende Reaktionswärme vorzuwärmen, in das Gemisch eingespritztes Wasser zu verdampfen und das Gas-Dampf-Gemisch anschließend durch die Reaktionswärme der ersten Stufe auf die Anspringtemperatur der Kontaktschicht in der ersten Stufe vorzuwärmen. Mit diesem Verfahren ist aber die größtmögliche Sättigung des Frischgases nicht erreichbar, es sind immerhin noch größere 'Mengen an Frischdampf zur Vollkonvertierung des Gases erforderlich. Das neue Verfahren zeigt nun einen Weg, die Sättigung des Frischgases noch weiter zu steigern und damit den erforderlichen Frischdampfzusatz zu vermindern; damit steigt die Wirtschaftlichkeit bei Anwendung dieses Verfahrens. Die bisher gebräuchliche Art der Kohlenoxydkonvertierung sei anschließend gemäß Abb. i an Hand der Zeichnung erläutert.
Der Kontaktofen i besteht aus zwei übereinanderliegenden, vollkommen voneinander getrennten und mit dem Kontaktmaterial gefüllten Kammern. Die durch die teilweise Umsetzung in der oberen Kammer erzeugte Reaktionswärme wird in dem Wärmeaustauscher 2 an das im Gegenstrom ankommende, vorerwärmte Frischgas-Dampf-Gemisch abgeführt und das letztere auf die für die Umsetzung erforderliche Temperatur gebracht.
Die durch die Umsetzung in der unteren Kontaktofenkammer entstehende Reaktionswärme wird ebenfalls durch das Konvertgas an das Frischgas im Wärmeaustauscher 3 abgegeben und dadurch das Frischgas zunächst vorgewärmt.
Beim Eingang in den Wärmeaustauscher 3 ist z. B. das im Sättiger 4 mit heißem Wasser berieselte Frischgas bereits auf etwa 72° vorgewärmt und mit Wasserdampf gesättigt. Außerdem erfolgt vor dem Wärmeaustauscher 3 die Zugabe des weiteren für die Umsetzung erforderlichen Dampfs, und zwar zum Teil als Frischdampf und zum Teil als Kondensat, das im Wärmeaustauscher 3 verdampft.
Die Dampf- und Kondensatzugabe erfolgt an dieser Stelle, da dadurch die Reaktionswärme im Wärmeaustauscher 3 besser ausgenutzt wird, während z. B. bei Zugabe von Frischdampf oder Kondensat zum Frischgas zwischen Wärmeaustauscher 3 und 2 diese Reaktionswärme wegen der damit zusammenhängenden höheren Ausgangstemperatur des im Wärmeaustauscher 3 gekühlten Konvertgases weniger gut ausgenutzt wird.
Das aus dem Wärmeaustauscher 3 austretende Konvertgas, das beispielsweise eine Temperatur von 15o° hat, gelangt in den Kühler 5 und wird mit dem aus dem Sättiger 4 abfließenden Umlaufwasser soweit wie möglich gekühlt. Das aus dem Kühler abfließende heiße Wasser dient zur Aufsättigung des Frischgases im Sättiger 4.
Zur restlichen Kühlung des Konvertgases dient der mit Kaltwasser berieselte Kühler 6.

Bei einer Konvertierung von Wassergas mit folgender Analyse: 5o 0/0 H2, 40 0/0 CO, 6 0/0 CO, und 4 o f, N, und einer Umsetzung des Kohlenoxyds auf 3, 50/0-Gehalt im Konvertgas sind die Verbrauchszahlen bei den geschilderten Verhältnissen und bei einer Temperatur des vollkonvertierten Gases von 41o° sowie dem entsprechenden k-Wert von 0,o95 folgende:

Gesamter Dampf-

bedarf . . . . . . . . . 840 kg je iooo Nm3 Wassergas

davon:

durch Sättigung

(72°) ........... 315 - - 1000 - -

durch Einspritz-

kondensat ...... 174 - - 1000 - -

durch Frisch-

dampf ......... 351 - - 1000 - -

'Bei dieser Betriebsweise muß das Kondensat aus einer fremden Quelle zugeführt «-erden.

Bei mehreren in Betrieb befindlichen Konvertierungsanlagen hat sich gezeigt, daß bei Einführung des gesättigten Frischgases und gleichzeitiger Dampfzugabe die Rohre des Wärmeaustauschers an der Einführungsstelle stark korrodierten. Untersuchungen haben ergeben, daß dieser Fall überall dort eintrat, wo das Gas-Dampf-Gemisch Wassertröpfchen enthielt. Das Aufprallen der Wassertröpfchen auf die Austauscherrohre und das Verdampfen derselben bei gleichzeitiger Anwesenheit von Sauerstoffspuren im Frischgas verursachten diese Korrosionen.
Bei der in Abb. i hergestellten Anlage ist diese Gefahr groß, da Dampf und Kondensat zusammen mit dem gesättigten Frischgas dem Wärmeaustauscher 3 zugeführt werden.
Es läßt sich daher nicht vermeiden, den Wärmeaustauscher 3 in diesem Falle aus legiertem Stahl herzustellen. Hierdurch sind hohe Anlagekosten bedingt.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen und eine bessere Ausnutzung der Reaktionswärme und damit eine Ersparnis an Frischdampf zu erzielen.
Die Erfindung ist in Abb. 2 dargestellt.
Die einzelnen Apparate für dieses Verfahren sind: der wiederum in zwei getrennte Kammern unterteilte Kontaktofen i, der Wärmeaustauscher 2, der Wärmeaustauscher 3, der Verdampfer 3a, der Sättiger 4, der Kühler 5, der Nachkühler 6 und das Eisenspänefilter 7, wobei die Apparate im wesentlichen die gleiche Funktion haben, wie für Abb. i erläutert.
Lediglich der Wärmeaustauscher 3 in Abb. i ist in Abb.2 erfindungsgemäß in einen Wärmeaustauscher 3 und einen Verdampfer 311 aufgeteilt, Im Wärmeaustauscher 3 wird das im Sättiger 4 auf etwa 7o° gesättigte Frischgas zugleich mit dem vor dem Wärmeaustauscher 3 zugeführten, trockenen Wasserdampf erhitzt.
Im Verdampfer 3" wird das im ebenfalls erfindungsgemäß angeordneten Schlußkühler 6 gewonnene Kondensatverdampft. ZwecksVermeidungvoneventueller Korrosivität durch Sauerstoff wird dieses Kondensat vor Einführung in den Verdampfer über ein Eisenspänefilter 7 geleitet. Der im Verdampfer 3a gewonnene Dampf wird dem im Wärmeaustauscher 3 erhitzten Frischgas-Dampf-Gemisch beigemischt. Die bessere Ausnutzung der Reaktionswärme wird erzielt, indem das aus dem Kontaktofen i mit q.10° austretende Konvertgas seine Wärme weitestgehend an das Frischgas in dem Wärmeaustauscher 3 und an das Kondensat in dem Verdampfer 3a. abgibt. Es wurde gefunden, daß das Optimum erreicht wird, wenn das Konvertgas in dem Wärmeaustauscher 3 und in dem Verdampfer 3° bis auf seinen Taupunkt, der bei etwa 7q.° liegt, abgekühlt wird. In der Praxis wird man zur Vermeidung von Kondensatbildung in den Rohrleitungen nicht ganz so weit kühlen, sondern nur bis auf etwa 9o°.
Unter Zugrundelegung dieser Temperatur sind die nachfolgenden Resultate errechnet. Die größere verfügbare Wärmemenge gestattet die Verdampfung einer größeren Kondensatmenge, wodurch eine Ersparnis an Fremddampf erzielt wird.
Die im indirekten Nachkühler 6 anfallende Kondensatmenge entspricht etwa der im Verdampfer 3a verdampften Kondensatmenge, so daß sich eine Zulieferung von Kondensat anderer Herkunft erübrigt. Auch hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit weiter erhöht.

Eine Gegenüberstellung der Verbrauchszahlen zeigt deutlich die Verbesserung bei Anwendung des neuen Verfahrens nach Abb.2. Unter gleichen Voraussetzungen ergeben sich hierbei folgende Werte: Gesamter Dampf-

bedarf . . . . . . . . . . 840 kg je iooo Nm3 Frischgas

davon:

durch Sättigung

(7o°) ............ 28o - - iooo - -

durch rückgewon-

nenes und ver-

dampftes Konden-

sat ............. 241 - - 1000 - -

durch Frischdampf 319 - - 1000 - -

Aus den vorstehenden Zahlen ist ersichtlich, daß der Bedarf an Frischdampf niedriger und daß demnach das neue Verfahren wirtschaftlicher ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Umsetzung von Kohlenoxyd mittels Wasserdampfs zu Kohlendioxyd und Wasserstoff in mehrstufigen Kontaktöfen, dadurch gekennzeichnet, daß die in der letzten Stufe des Kontaktofens (i) entstehende Reaktionswärme durch das konvertierte Gas auf einen Wärmeaustauscher (3) und einen Verdampfer (3a) so verteilt wird, daß das im Gegenstrom durch den Wärmeaustauscher (3) strömende, teilgesättigte, mit Frischdampf versetzte Frischgas erhitzt wird und daß im Verdampfer (3a) durch Verdampfen von vorzugsweise dem in der letzten Kühlstufe des Konvertgases angefallenen Kondensat der restliche Dampf für die Kohlenoxydumsetzung gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Wärmeaustauscher (3) und das durch den Verdampfer (3a) strömende, konvertierte Gas im Wärmeaustauscher (3) bzw. im Verdampfer (3a) bis auf einige Grade Celsius oberhalb seines Taupunktes abgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlußkühlung des konvertierten Gases indirekt durch einen Röhrenkühler (6) erfolgt und das anfallende Kondensat, vorzugsweise nach Durchströmen eines Eisenspänefilters, in dem Verdampfer (3a) verdampft wird.