DE839346C - Vorrichtung zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf zu Kohlensaeure und Wasserstoff - Google Patents
Vorrichtung zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf zu Kohlensaeure und WasserstoffInfo
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- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
- C01B3/12—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide
- C01B3/16—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide using catalysts
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Description
- Vorrichtung zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf zu Kohlensäure und Wasserstoff Bei der Umwandlung von Kohlenoxyd und Wasserdampf in Kohlensäure und Wasserstoff, der sog. Konvertierung, nach der Gleichung CO + H, O = CO, + Hz beträgt die entstehende Reaktionswärme 45o kcal je \m3 umgesetzten Kohlenoxyds, bezogen auf den unteren Heizwert von Kohlenoxyd undWasserstoff. Die technischeDurchführung dieser Reaktion erfolgte bisher im allgemeinen in zwei -durch die Art der Abführung der Reaktionswärme unterschiedenen Anordnungen.
- Bei der älteren Bauart einer solchen Konvertierungsanlage verwendet man gemäß Abb. i zwei sog. Kontaktöfen a1 und a2, d. h. Öfen, in denen sich der Katalysator in einer Schicht auf durchlässiger Unterlage befindet, und zwei Wärmeaustauscher bi und b2. Das mit Wasserdampf gesättigte kohlenoxydhaltige Gas, sog. Frischgas, tritt bei c in den Wärmeaustauscher b1, durchströmt zunächst diesen, sodann den Wärmeaustauscher b2 und gelangt schließlich in Iden Kontaktofen a1, in dem die Hauptumsetzung stattfindet. Die Temperatur, mit der das Frisehgas auf den Katalysator im Ofen al auftrifft, beträgt etwa 38o°. Bei einer Umsetzung von z. B. 4o % Kohlenoxyd zu 6 % im Ofen a1 verläßt das konvertierte Gas diesen Ofen mit einer Temperatur, die je nach dem Wasserdampfgehalt zwischen 5oo und 55o° liegt. Dieses heiße, kbmv'ertiertie Gas gibt neun einen Teil seines Wärmeinhalts an das ankommende Frischgas im
Wärineaustatischer bz ab, so daß der Kontaktofen a.,, in dem die Umsetzung des Kohlenoxydrestes bis auf 3 bis 4 % stattfindet,, mit einem Gas von ebenfalls etwa 38o° beschickt werden kann. Die Gase gehen vom Ofen a. weiter nach dem Wärmeaustauscher bi und verlassen dann die Anlage. Die Einstellung der Temperaturen erfolgt durch eine am Wärmeaus- tauscher b1 vorgesehene Uingangsleitutig is, durch die man die Temperatur, mit der die Gase auf die erste und zweiteKatalysatorschicht auftreffen, durch Schieber s einstellen kann. Bei frischem, sehr ak- tivem Katalysator betreibt man die Ofen mit Ein- gangstemperaturen von etwa 35o°, während nach längerer Betriebszeit, wenn die Umsetzungs- geschwindigkeit nachgelassen hat, die Temperatur durch Drosselung der Umgangsleitung höher ein- gestellt wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie verhältnismäßig viel Rohrleitungen zwischen den vier Einzelapparaten erfordert. und den weiteren achteil, daß die Reaktionswärme durch Aufheizunn des Frischgases abgeführt und nicht zur Verdamp- fung von Wasser und damit zur Verbilligung der l')ctrielisweise herangezogen wird. Diese beiden Nachteile beseitigt die in _1b1>. 2 gezeigte Anordnung, bei der über einem @\'ärmeaus- tauscher b ein Kontaktofen mit zwei Katalvsator- schichten a1 und a.2 angeordnet ist. Der \\'ä rmeaus- tauscher kann auch neben dem Kontaktofen auf- gestellt werden. Diese Ausführungen erzielen kurze Rohrleitungen zwischen Wärmeaustauscber und Ofen. "!.wischen beiden Katalysatorschichten wird zur Abführung der Reaktionswärme bei e Wasser eingespritzt, das verdampft und mit den von oben leerabströmenden Gasen in der mit Raschigringen versehenen Zone f innig vermischt wird und als Dampf an der Umsetzung bzw, Einstellung des Gleichgewichtes teilnimmt. Diese an sich sehr gute Anordnung hat Jedoch einen schwerwiegenden Nachteil, der im foigenden begründet ist: Bei der Aufheizung des Frischgases durch die heißen Reaktionsgase ist ein Temperatur- gefälle ein 11'ärmeaustauscher b notwendig. Man muß also die Temperatur des die zweite a2 verlassenden Gases stets höher halten als die Temperatur, mit der das Frischgas auf die erste l@atalvsatorschicht auftrifft. Praktisch verwendet man \\'ä rmeaustausclier, die eine Temperaturdiffe- renz von etwa 50 bis 8o° ergeben. Die Anordnung der Abb. 2 erfordert also zwangsläufig höhere Tem- peraturen in der letzten Katalysatorschicht als die Anordnung in Abb. i. Die in der Katalysator- schicht a.= zur Einstellung des Wassergasgleich- gewichtes notwendige- Wasserdampfmenge ist des- lialb bei der zweiten Anordnung wegen der in der letzten Katalysatorschicht notwendigen - höheren Temperatur stets größer- als bei der ersteh Anord- nung. Beträgt beispielsweise die Temperatur, mit der man auf die erste Schicht kommt, 38o°, so kann bei Anordnung der Abb. i die Temperatur, -mit der (las Gas die zweite Schicht verläßt, ebenfalls 38o° betragen, während sie bei- der Anordnung nach Abb. 2 bei .130° liegt. Da die Konstante für das Wassergas- - Eine zweckmäßige Vereinigung der Vorteile beider Anordnungen unter Vermeidung ihrer Nachteile bildet die vorliegende Erfindung; bei dieser Anordnung kann darüber hinaus die Temperatur, mit der das Gas auf die erste Schicht auftrifft, unabhängig von der Temperatur der letzten Schicht eingestellt werden. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil der Katalysator der ersten Schicht im Laufe der Zeit durch Staub inaktiver wird und dann mit einer höheren Temperatur eingesetzt werden muß, während man in der letzten Schicht die Temperatur zwecks Einsparung von Dampf niedriger hält, was bei der :Anordnung nach Abb. i nicht möglich ist.
- Das Wesentliche der neuen Anordnung besteht darin, daß die Katalv satorschichten sowie mindestens ein Röhrenwärmeaustauscher in einem einzigen Ofen übereinander angeordnet sind. Dabei soll ein Wärmeaustauschers zwischen der obersten, von den vorgewärmten Reaktionsgasen zuerst durchströmten Katalysatorschicht und der nächsten unteren Katalysatorschicht angeordnet sein. :\ußerdem befindet sich dann noch ein weiterer,.inx allgenlein:ri größerer Wärmeaustauscher außerhalb des Ofens, den diL aufzuheizenden iGase zuerst durchströmen und von dem diese Gase dann in den im Ofen angeordneten Wärmeaustauscher strömen. Zur Regelung der Temperatur der die erste Katalysatorschicht verlassenden Reaktionsgase befindet sich vor dem eingebauten Wärmeaustauscher noch eine Vorrichtung zur `'Wassereinspritzung. 1,iii Teil der Reaktionsgase kann auch, falls erwünscht, durch eine besondere Leitung, ohne den Wärmeaustauscher zu durchströmen, nach unten zu der folgenden oder den folgenden Katalysatorschichten geführt werden.
- Eine besonders vorteilhafte Ausführungsforen der Erfindung besteht darin, daß der in den Ofen eingebaute Röhrenwärmeaustauscher in der Mitte einen freien, während des Betriebs oben durch einen Deckel verschlossenen Ringraum besitzt, durch den die nachgeschaltete Katalvsatorschicht oder -schichten bei unterbrochenem Betrieb ausgewechselt werden können.
- An Hand der Abb.3 sei ein Beispiel der Erfindung näher erläutert: Das gegebenenfalls in einem außerhalb des in der Abb. 3 dargestellten Konvertierungsofens liegenden Wärmeaustauscher (nicht gezeichnet), durch den die bei in abziehenden Reaktionsgase strömen, vorgewärmte Frischgas (Was-ser.dampf, Kohlenoxyd-Gemisch) wird bei lr dem Röhrenwärmeaustauscher b zugeführt; es strömt in diesem die Rohre umspülend aufwärts (s. Pfeilrichtung) und dringt von oben in die oberste Katalysatorschicht a1 ein; die diese Schicht verlassenden Gase können sodann, falls erforderlich bei ei' durch Wassereinspritzdüsen (nicht gezeichnet) so weit gekühlt werden, daß sie im Röhrenwärmeaustauscher b das Frischgas gerade auf die gewünschte Temperatur erhitzen. Der Wärmeaustauscher b besitzt in. der Mitte den durchgehenden freien Ratim g, der oben
durch Deckel ti und Ventil ! abschließbar ist. Wenn nicht alle Reaktionsgase durch den Wärmeaus- tatischer abwärts strömen sollen, kann zur Regelung der Wärmeabgabe im @'\'ärmeaustauscher ein Teil der Reaktionsgase durch eine Umleitung (nicht ge- zeichnet) oder durch Gien freien Raumg ohne Wärme- abgabe nach unten geführt werden: in diesem Fall ist das Ventil l entsprechend anzuheben. Es ist zweckmäßig, die obere Katalysatorschicht nicht auf der Rohrwand des Wärmeaustauschers h ruhen zu lassen, sondern entsprechende Konsolen i am Außenmantel des Ofens anzubringen, die die Ka- talysatorlast aufnehmen. Der Wärmeaustauscher b ist so eingebaut, daß der Raum der vom Katalysator abströmenden Gase vom Raum der zuströmenden Frischgase bei k stopfbüchsenartig abgedichtet ist, so daß sich der Wärmeaustauscher frei ausdehnen kann. Die freie Ausdehnung der Wärmeaustauscher- rohre kann gemäß :\hli..@ auch dadurch erreicht werden, (laß man (las zu konvertierende Gas bei lt einführt, vorn Ringraum o aus durch die Wärme- austauscherrohre b in den unmittelbar auf ihnen ruhenden Ringraum p str<imen läßt, von wo es durch einige größere auf dem Ringraum ruhende auf- rechte Rohre r über die Katalysatorschicht a1 geleitet wird. Bei Ausdehnung der Wärmeaustauscherrolire b können sich diese frei nach oben bewegen, da die Rohre r, die mit den Wärmeaustauscherrohren über den Ringraum in Verbindung stehen, in der Kata- lysatorschicht a1 beweglich sind. Bei dieser Aus- führungsform werden Stopfbuchsen vermieden. Die Anordnung dieses Wärmeaustauschers als Ringwärmeaustauscher hat betrieblich den großen Vorteil, (iaß bei Abnahme des Verschlußdeckels ri der Katalysator aus den unteren Schichten a2 und a.; ohne Schwierigkeiten ausgebaut werden kann. Durch die Einspritzdüsen er und e3 wird über der Katalysatorschicht a2 und a3 Wasser, Dampf oder ein Gemisch von beiden zur Abführung der Reak- tionswärme und zur Temperatureinstellung zuge- geben.
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf zu Kohlensäure und Wasserstoff (Konvertierung) unter Anwendung, mehr als einer Katalysatorschicht und von Wärmeaustauschern, dadurch gekennzeichnet, (laß die Katalvsatorschichten sowie mindestens ein Röhrenwärmeaustauscher in einem einzigen Ofen übereinander angeordnet sind, wobei ein Röhrenwärmeaustauscherzwischen der obersten, von den vorgewärmten Reaktionsgasen zuerst durchströmten Katalysatorschicht und der nächsten unteren Katalysatorschicht angeordnet ist. a. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der obersten Katalysatorschicht und dem eingebauten Röhrenwärmeaustauschereine Vorrichtung zur Wassereinspritzung vorgesehen ist. 3. Vorrichtung nach Ansprüchen i und a, dadurch gekennzeichnet, daß von der obersten Katalysatorschicht nach der oder den unteren eine oder mehrere den Wärmeaustauscher umgehende Leitungen vorgesehen sind, durch die ein Teil der Reaktionsgase, die den Wärmeaustauscher nicht durchströmen sollen, zur unteren oder den unteren Katalysatorschichten geführt wird. 4. Vorrichtung nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Ofen zwischen den Katalysatorschichten eingebaute Röhrenwärmeaustauscher in der Mitte einen freien, während des Betriebs oben durch einen Deckel verschlossenen dIurchgehend:en freien, von den Wärmeaustauschrohren umschlossenen Raum besitzt, durch den die nachgeschaltete Katalysatorschicht oder Katalysatorschichten bei unterbrochenem Betrieb ausgewechselt werden können. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel, der den durchgehenden freien,von denWärmeaustauschrohren umschlossenen Raum des Wärmeaustauschers abschließt, mit mindestens einer kleineren verschließbaren Öffnung, vorzugsweise einem Ventil, versehen ist, durch welches ein Teil der Reaktionsgase unter Umgehung des Wärmeaustauschers nach der oder den unteren Katalysatorschichten geleitet wird. 6. Vorrichtung nach Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Katalysatorschicht auf den Ofenmantel abgestützt .ist und daB der eingebaute Rährenwärmeaustauscher durch eine stopfbüchsenartige Abdichtung den Raum der vom Katalysator abströmenden Gase vom Raum der zuströmenden Frischgase trennt. 7. Vorrichtung nach Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu konvertierende Gas durch die Rohre (b) des eingebauten Wärmeaustauschers aufwärts nach einem Ringraum (p) strömt, aus dem es durch aufrechte frei ausdehnbare Rohre (r) über die Katalysatorschicht geleitet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEB2458A DE839346C (de) | 1950-03-10 | 1950-03-10 | Vorrichtung zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf zu Kohlensaeure und Wasserstoff |
Applications Claiming Priority (1)
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DEB2458A DE839346C (de) | 1950-03-10 | 1950-03-10 | Vorrichtung zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf zu Kohlensaeure und Wasserstoff |
Publications (1)
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DE839346C true DE839346C (de) | 1952-05-19 |
Family
ID=6952760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEB2458A Expired DE839346C (de) | 1950-03-10 | 1950-03-10 | Vorrichtung zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf zu Kohlensaeure und Wasserstoff |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE839346C (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1246689B (de) * | 1962-06-20 | 1967-08-10 | Koppers Gmbh Heinrich | Verfahren und Vorrichtung zum Konvertieren heisser, einen Gaserzeuger verlassender kohlenmonoxydhaltiger Gase |
DE1247279B (de) * | 1963-01-19 | 1967-08-17 | Basf Ag | Verfahren zur katalytischen Umsetzung von kohlenoxydhaltigen Gasen, die harzbildendeStoffe enthalten |
-
1950
- 1950-03-10 DE DEB2458A patent/DE839346C/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE1246689B (de) * | 1962-06-20 | 1967-08-10 | Koppers Gmbh Heinrich | Verfahren und Vorrichtung zum Konvertieren heisser, einen Gaserzeuger verlassender kohlenmonoxydhaltiger Gase |
DE1247279B (de) * | 1963-01-19 | 1967-08-17 | Basf Ag | Verfahren zur katalytischen Umsetzung von kohlenoxydhaltigen Gasen, die harzbildendeStoffe enthalten |
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