DE2652797A1 - Verfahren zur abkuehlung eines bei hoher temperatur ausstroemenden reaktionsstoffes zur wiedergewinnung von waermeenergie - Google Patents
Verfahren zur abkuehlung eines bei hoher temperatur ausstroemenden reaktionsstoffes zur wiedergewinnung von waermeenergieInfo
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Description
Verfahren zur Abkühlung eines bei hoher Temperatur ausströmenden
Reaktionsstoffes zur Wiedergewinnung von Wärmeenergie
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abkühlung eines bei hoher Temperatur ausströmenden Reaktionsstoffes zur
Wiedergewinnung von Wärmeenergie.
Im allgemeinen wird ein bei hoher Temperatur ausströmender Reaktionsstoff
in zwei Stufen abgekühlt, wobei die erste Stufe einen Dampf bei mittlerem Druck erzeugt und die zweite Stufe ein Luftkühler ist. Die Abkühlung, die in dem Luftkühler ausgeführt wird,
stellt einen Potentialverlust an Heizwerten dar und demgemäß benötigt man die Verbesserung der allgemeinen Verfahren zum Abkühlen
von Reaktionsausströmungen bei hoher Temperatur, um die Wiedergewinnung der daraus entstehenden Abhitze zu verbessern.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie für eine verbesserte Wiedergewinnung von Abhitze aus Hochtemperatur-Reaktionsausströmungen
sorgt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen von bei hohen Temperaturen ausströmenden Reaktionsstoffen, um die Wiedergewinnung
von Abhitze daraus zu verbessern, wobei der ausströmende Stoff in das Einlaßende der Röhren eines Mantel- und Röhrenwärmeaustauschers
eingeleitet wird; der Mantel besteht aus zwei getrennten Abteilungen, wobei die erste Abteilung an dem Einlaßende
des Wärmeaustauschers und die zweite Abteilung am Auslaßende des Wärmeaustauschers sich befindet und jede Röhre ununterbrochen
ist und sich durch die erste und die zweite Abteilung erstreckt. Ein erster Wasserstrom wird durch die erste Abteilung des Mantels
in einer indirekten Viärmetransf erbe Ziehung mit der Ausströmung in den Röhren hindurchgeleitet, um die Ausströmung abzukühlen und
diesen ersten Wasserstrom zu erhitzen, wobei sich der erste Wasserstrom
unter Druck befindet, um einen Dampf bei mittlerem Druck als ein Ergebnis des Heizvorganges in der ersten Abteilung
zu erzeugen. Ein zweiter Wasserstrom wird durch die zweite Abteilung
des Mantels in einer indirekten Wärmetransferbeziehung mit der Ausströmung in den Röhren hindurchgeleitet, um die Ausströmung
weiter abzukühlen und den zweiten Wasserstrom zu erhitzen. Auf diese Weise wird eine verbesserte Wiedergewinnung von Abhitze bewirkt,
indem man die Reaktionsausströmung auf eine niederere !Temperatur abkühlt, bevor man sie in einen Luftkühler einleitet, wenn
es erforderlich ist; ein solches Ergebnis wird effektiv durch die Verwendung eines einzigen Wärmeaustauschers mit einem niederen -"
Druckabfall an der Röhre erreicht.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zweite Wasserstrom, der durch die zweite Ab-
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.». 2662Vyy
€.
teilung strömt, bei demselben Druck wie der erste Wasserstrom verwendet,
wobei der zweite Wasserstrom,anschließend an seine Erhitzung
in der zweiten Abteilung, in die erste Abteilung eingeleitet wird, um Dampf daraus zu erzeugen.
Entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung befindet sich der zweite Strom bei einem Druck,der niedriger ist als der Druck des ersten Stromes, wobei
der zweite Strom sich bei einem Druck befindet, der Dampf erzeugt als ein' Ergebnis des Heizvorganges in der zweiten Abteilung.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Wasserstrom, der durch die zweite Abteilung des Wärmeaustauschers
geleitet wird, aus dem Bodensatz eines Kondensatabdampfers erhalten, wobei der zweite Strom, anschließend an seine Erhitzung,
in den Kondensat-O-bdampfer eingeleitet wird, um mindestens
einen Teil der Abkochanforderungen daraus zu erfüllen.
Die bei hohen Temperaturen ausströmenden Reaktionsstoffe, die entsprechend
der vorliegenden Erfindung behandelt werden, können aus irgendeinem der verschiedenen Verfahren bei hohen Temperaturen
und niederen Drücken erhalten werden (nicht höher als 2,1 atü). Als repräsentative Beispiele für solche Verfahren kann man erwähnen:
Dehydrierungsverfahren, wie z.B.diejenigen für die Herstellung von Styrol, Äthylen, Propylen, Butyle.ne, Butadien, Pentene
usw.; Dehydratisierungsverfahren, wie z.B.Azeton aus Isopropylalkohol,
Essigsäureanhydrid aus Essigsäure usw.; Oxidationsverfahren, wie z.B.Formaldehyd aus Methanol, Maleinsäureanhydrid aus
Benzol, Phthalsäureanhydrid aus Xylol oder Naphthalin usw. und
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ähnlichem.
Im allgemeinen wird der ausströmende Reaktionsstoff, der in den Wärmeaustauscher eingeleitet wird, bei einer Temperatur von mindestens
etwa 26O0C eingeleitet, im allgemeinen im Bereich von etwa
3160C "bis etwa 10930C. Der Druck der Ausströmung beträgt im
allgemeinen nicht mehr als etwa 2,1 atü, da sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf die Wiedergewinnung von Abhitze aus
bei niederem Druck ausströmenden Reaktionsstoffen bezieht. Als ein Ergebnis der Wiedergewinnung von Abhitze, die. in dem Wärmeaustauscher
ausgeführt wird, befindet sich erfindungsgemäß der aus dem Wärmeaustauscher abgezogene ausströmende Stoff bei einer
Temperatur von etwa 93°C bis etwa 149°C.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung befindet sich der Wasserstrom,
der in der ersten Abteilung des Wärmeaustauschers verwendet wird, um einen Dampf bei mittlerem Druck zu erzeugen, bei einem
Druck von etwa 5,6 atü bis etwa 35 atü, vorzugsweise von etwa 8,4 atü bis etwa 14-,O atü.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der der Niedrigdruckdampf in der zweiten Abteilung des V/ärme austauschers
erzeugt wird, befindet sich der zweite Wasserstrom bei einem Druck in dem Bereich von etwa 1,05 atü bis etwa 3,5 atü, vorzugsweise
bei etwa 1,4 atü bis etwa 2,1 atü.
Die Erfindung wird weiterhin in Bezug auf die in den beigefügten Zeichnungen erläuterten Ausführungsformen beschrieben, wobei
Figur 1 ein vereinfachtes schematisches Elußdiagramm einer Aus-
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führungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
Figur 2 ein vereinfachtes schematisches Flußdiagramm einer anderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 3 ein vereinfachtes schematisches Flußdiagramm einer anderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Figur 1 zeigt einen Mantel- und Röhrenwärmeaustauscher 10, der eine Vielzahl von Röhren 11 in einem Wärmeaustauschermantel 12 besitzt.
Der Wärmeaustauschermantel 12 ist in eine erste Abteilung 13 und eine zweite Abteilung 14 durch eine Ablenkplatte 15 geteilt,
wobei die Abteilung 14 weiterhin mit einer flußablenkenden Platte 16 versehen ist, um für einen Gegenstrom in der Wärmetransferflüssigkeit
zu sorgen, die in die Abteilung 14 eingeleitet wird. Selbstverständlich kann die Ablenkplatte 16 fehlen.
Die Röhren 11 erstrecken sich ununterbrochen durch die erste und zweite Mantelabteilung 13 und 14.
Ein bei hoher Temperatur ausströmender Reaktionsstoff wird in Leitung
17 in das Einlaßende des Wärmeaustauschers 10 eingeleitet und durch die Röhren 11 in einer indirekten Wärmetransferbeziehung mit
der Wärmetransferflüssigkeit hindurchgeleitet, die in die Abteilungen 13 und 14 - wie später beschrieben wird - eingeleitet wird.
Der abgekühlte ausströmende Stoff wird aus dem Wärmeaustauscher 10 durch leitung 18 zur weiteren Verwendungsmöglichkeit abgezogen.
Ein wässriger Strom in Leitung 21 wird in die Abteilung 13 des Wärmeaustauschers 10 eingeleitet,- wobei der wässrige Strom durch
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indirekten Wärmetransfer mit der Ausströmung in den Röhren erhitzt
wird. Der wässrige Strom in Leitung 21 "befindet sich "bei einer
Temperatur und einem Druck, bei denen seine Erhitzung in Abteilung 13 wirksam ist, um daraus Dampf erzeugen. Wie oben erwähnt, befindet,
sich der Strom in Leitung 21 bei einem Druck im Bereich
von etwa 5,6 atü bis etwa 55,0 atü, wobei ein Dampf mittleren
Druckes in der Abteilung 13 erzeugt wird. Ein dampfhaltiger Strom
wird aus der Mantelabteilung 13 durch Leitung 22 abgezogen, der
mit erhitztem Wasser in Leitung 23 - wie später beschrieben wird kombiniert
wird; der kombinierte Strom in Leitung 24 wird in ein Abtrennungsgefäß 25 eingeleitet, um Dampf -von Wasser zu trennen.
Der Dampf bei mittlerem Druck wird'.aus Gefäß 25 durch Leitung 26
abgezogen. Das Wasser wird aus dem Gefäß 25 durch Leitung 21 abgezogen
zur Einleitung in die Mantelabteilung 13.
Ein Was s er zufuhr strom in Leitung 31 wird in die Mantelabteilung 14
eingeleitet, worin das Wasser gegenströmend inindirekter Wärmetransferbeziehung
mit der Ausströmung zusammengebracht wird, die durch die Röhren 11 strömt, um dadurch den wässrigen Strom
zu erhitzen. Der wässrige Strom wird in die Abteilung 14 bei einem
Druck eingeleitet, der im wesentlichen identisch ist mit dem
Druck des Wassers in Leitung 21, womit die Abteilung 14 für die Dampferzeugung in Abteilung 13 eine vorerhitzte Wasserzufuhr liefert.
Der erhitzte Wasserstrom wird aus der Abteilung 14 durch
Leitung 23 zur Einleitung in das Abtrennungsgefäß 25 - wie oben
beschrieben wurde - abgezogen. Selbstverständlich kann jedoch das erhitzte Wasser, das aus der Abteilung 14 des Wärmeaustauschers 10
abgezogen wird, in die Abteilung 13 auf eine Weise eingeleitet
werden, die anders als die oben beschriebene ist. So kann z.B.der
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wässrige Strom, der in Abteilung.14 erhitzt wird, direkt in die
Abteilung 13 eingeleitet werden.
Als ein Ergebnis der Satsache, daß die wässrigen Ströme, die in
die Abteilung 13 und 14 eingeleitet werden, sich im wesentlichen
bei den gleichen Drücken befinden, reicht die Ablenkplatte 15,
die die Abteilungen 13 und 14 trennt, aus, da es nur ein sehr kleines ¥asserleck zwischen den Abteilungen als Resultat der im
wesentlichen gleichen Brücke geben wird.
In Figur 2 sind die gleichen Teile mit den gleichen Zahlen mit einem Strich bezeichnet. Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der die Mantelabteilung 14' verwendet
wird, um einen Niedrigdruckdampf zu erzeugen, und nicht, um das Zufuhrwasser für die Erzeugung eines Dampfes bei mittlerem
Druck in Abteilung 13* vorzuerhitzen. Abteilung 131 wird wie in
der Ausführungsform der Figur 1 Abteilung 13 betrieben, um einen Dampf bei mittlerem Druck zu erzeugen, wobei das Zufuhrwasser für
das Wärmegefäß in das Abtrennungsgefäß 25' durch Leitung 41 eingeleitet
wird. Die Mantelabteilung 14* wird bei einem Druck betrieben,
der geringer ist als der in der Mantelabteilung 13f, um einen
Niedrigdruckdampf zu erzeugen. Als' ein Ergebnis werden die Mantelabteilungen
13' und 14' durch eine Rohrplatte getrennt und nicht
durch eine einfache Ablenkplatte, wobei die Röhren in die Rohrplatte dichtgewalzt sind. Wenn sich ein kleineres Leck wegen der
Druckdifferenz zwischen den Abteilungen ergibt, ergibt sich jedoch kein entgegenwirkender Effekt, da die in die Abteilungen 13'
und 14r eingeleiteten Flüssigkeiten beide Kondensat oder Wärmegefäßzufuhrwasser
sind.
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Wärmegefäßzufuhrwasser wird in Leitung 51 in das Abtrennungsgefäß 52 eingeleitet, wobei Wasser aus dem Abtrennungsgefäß 52 durch
Leitung 53 abgezogen wird und in die Mantelabteilung 14' eingeleitet
wird, in der das Wasser durch indirekten Wärmetransfer mit dem ausströmenden Reaktionsstoff, der durch die Röhren 11' strömt,
erhitzt wird. Das durch Leitung 53 eingeleitete Wasser befindet sich bei einer Temperatur und einem Druck, bei der die Erhitzung
in Abteilung 14* daraus eine Dampferzeugung bewirkt. Wie oben
beschrieben wurde, wird das Wasser im allgemeinen bei einem Druck im Bereich von etwa 1,05 atü bis etwa 3,5 atü eingeleitet. Ein
dampfhaltiger Strom wird aus Abteilung 14' durch Leitung 54 abgezogen
und in das Abtrennungsgefäß 52 eingeleitet, wobei der Niedrigdruckdampf
aus dem Abtrennungsgefäß 52 durch Leitung 55 abgezogen
wird.
In Figur 3 sind die gleichen Teile mit derselben Zahl und zwei
Strichen bezeichnet. Figur 3 stellt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, bei der Abteilung 14'' des Wärmeaustauschers
10lf verwendet wird, um den Abkocherfordernissen für
einen Abdampfvorgang zu genügen. Abteilung 13'! des Wärmeaustauschers
10'f wird verwendet, um einen Dampf bei mittlerem Druck zu
erzeugen, wie es oben bezüglich der Ausführungsform der Figur 2 beschrieben worden ist.
Ein wässriger Strom in Leitung 101 wird in eine Abdampfvorrichtung
102 eingeleitet, um daraus das Abdampfen von Verunreinigungen zu bewirken. So kann z.B.der Strom in Leitung 101 ein Kondensat sein,
das aus dem Verfahr ens vor gang wiedergewonnen wurde und das mit Öl verschmutzt ist; dieser Strom wird in die Abdampfvorrichtung 102
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.». 265279?
eingeleitet, um das Öl daraus abzudampfen.
Ein oben entnommener Strom, der die Verunreinigung enthält, wird aus der Abdampfvorrichtung 102 durch Leitung 103 abgezogen.
Ein Wasserbodensatz, der im wesentlichen frei von Verunreinigungen
ist, wird aus der Abdampfvorrichtung 102 in Leitung 104 abgezogen und ein Teil davon als ein reiner Wasserstrom durch Leitung 105
abgezogen. Der Wasserstrom in Leitung 105 kann als Zufuhrwasser zu einem Wärmegefäß verwendet werden. Der verbleibende Teil des
Stromes in Leitung 106 wird in Abteilung 1411 des Wärmeaustauschers
1011 eingeleitet, indem der Strom durch indirekten Wärmetransfer
mit der Ausströmung in den Röhren 11tf erhitzt wird. Der
erhitzte Strom wird aus Abteilung 14'' durch Leitung 107 abgezogen
und in den unteren Teil der Abdampfvorrichtung 102 eingeleitet,
um mindestens einem Teil der Heizanforderungen zu genügen. Jegliche weitere Heizerfordernisse für die Abdampfvorrichtung 102 ·
können z.B.dadurch geliefert werden, daß man Dampf in Leitung 108
in den unteren Teil der Abdampfvorrichtung 102 einleitet.
Entsprechend dieser Ausführungsform wird die Wiedergewinnung der Abhitze verwendet, um einen Dampf bei mittlerem Druck zu liefern
und ebenso die Abkocherfordernisse für einen Abdampfvorgang. Das
Kondensat, das in Leitung 101 verwendet wird, wird im allgemeinen aus dem ausströmenden Reaktionsstoff in Leitung 18'' wiedergewonnen,
obgleich das Kondensat auch aus anderen Quellen erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Wiedergewinnung
von Abhitze aus einer Ausströmung aus einem Äthyl-
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. ι»-· 2652707
Benzol-Dehydrierungsreaktor für die Herstellung von Styrol, wobei
die Ausführungsformen der Figuren 1 und 3 insbesondere auf solch ein Verfahren anwendbar sind. Entsprechend einer solchen bevorzugten
Ausführungsform befindet sich der ausströmende Reaktionsstoff, der.' in den Wärmeaustauscher eingeleitet wird, im allgemeinen bei
einer Temperatur im Bereich von etwa 593°C bis etwa 5380C und wird
aus dem Wärmeaustauscher bei einer Temperatur im Bereich von etwa 930C bis etwa 1490C abgezogen. Die Styrolausströmung enthält ·
ebenso eine große Menge Wasser und entsprechend kann die Ausführungsform gemäß Figur 3 verwendet werden, um das Kondensat, das
aus der Styrolausströmung gewonnen wurde, zu behandeln, um die organischen Verunreinigungen aus einem solchen Kondensat zu entfernen.
Selbstverständlich kann die Erfindung anders ausgeführt werden als sie bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben
wurde. So kann z.B.der Wärmeaustauscher in mehr als zwei Mantelabteilungen
geteilt sein, obgleich man zwei Abteilungen bevorzugt. Diese Ausführungsform und andere sind für den Fachmann aus der
vorliegenden Erfindung leicht zu entnehmen.
Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft, da eine zusätzliche
Wiedergewinnung von Abhitze aus einem bei hohen Temperaturen ausströmenden Reaktionsstoff erhalten v/erden kann. Die Verwendung
eines einzigen Wärmeaustauschers mit getrennten Mantelabteilungen
- wie sie oben beschrieben wurde - zeigt den Vorteil gegenüber einer Anlage mit zwei Wärmeaustauschern, da eine Anlage
mit zwei Wärmeaustauschern einen zweiten Wärmeaustauscher erfordern
würde, der eine Anzahl von Röhren hat, die geringer ist als
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die Anzahl von Röhren in dem ersten Wärmeaustauscher, wodurch sich
eine Steigerung des Druckabfalls ergeben würde und eine entsprechende Steigerung des Betriebsdruckes des Reaktors, der die Ausströmung
liefert. Wenn man erfindungsgemäß vorgeht, wird sich als Ergebnis eine zusätzliche Wiedergewinnung von Abhitze ergeben,
ohne daß sich die Notwendigkeit ergibt, den Druckabfall zu steigern, um eine solche Wiedergewinnung auszuführen. So kann erfindungsgemäß
die Wiedergewinnung der Abhitze mit einem Druckabfall über die Röhrenseite des Wärmeaustauschers von weniger als 0,7 at
ausgeführt werden, vorzugsweise von weniger als 0,21 at. Eine zusätzliche Wiedergewinnung von Abhitze bei einem niederen Druckabfall
ist vorteilhaft, da die Hit ζ ewi ed er gewinnung ohne eine entgegenwirkende
Steigerung des Reaktordruckes ausgeführt wird, durch den die Ausströmung erzeugt wird.
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Claims (7)
- 2552737PatentansprücheVerfahren zur Abkühlung eines bei hoher Temperatur ausströmenden Reafctionsstoffes _ zur Wiedergewinnung von Wärmeenergie, dadurch gekennzeichnet, daß manden ausströmenden Stoff bei einer Temperatur von etwa 3160C bis etwa 1O93°C in das Einlaßende der Röhren eines Mantel- und Röhrenwärmeaustauschers einleitet, wobei der Mantel des Wärmeaustauschers in eine erste und zweite getrennte Abteilung geteilt ist, die erste Abteilung am Einlaßende des Wärmeaustauschers und die zweite Abteilung am Auslaßende des Wärmeaustauschers angeordnet ist, wobei jede Röhre eine ununterbrochene Röhre ist, die sich durch die erste und die zweite Abteilung erstreckt,einen ersten Wasserstrom durch die erste Abteilung des Mantels in einer indirekten Wärmetransferbeziehung mit dem " ausströmenden Stoff in den Röhren strömen läßt, um den ausströmenden Stoff abzukühlen und den ersten Wasserstrom zu erhitzen, wobei der erste Wasserstrom unter Druck steht, um daraus Dampf zu erzeugen als ein Ergebnis von dem Heizvorgang in der ersten Abteilung, wobei der erste Strom sich unter einem Druck von etwa 5,6 bis etwa 35 atü befindet,einen zweiten Wasserstrom durch die zweite Abteilung des Mantels in einer indirekten Wärmetransferbeziehung mit dem ausströmenden Stoff in den Röhren leitet, um den ausströmenden Stoff weiter abzukühlen und den zweiten Wasserstrom zu erhitzen, und709821/0331 «wow. ,NSpECTEDden gekühlten ausstroVmenden Stoff aus dem Auslaßende der Röhren abzieht, wobei der gekühlte ausströmende Stoff sich bei einer Temperatur von etwa 930C bis etwa H9°C befindet.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausströmende Stoff, der in das Einlaßende der Röhren eingeleitet wurde, sich unter einem Druck von nicht über 2,1 atü befindet und daß die Druckverringerung zwischen dem Einlaßende der Röhren bis zum Auslaßende der Röhren nicht größer als 0,7 at ist.
- 3» Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wasserstrom sich bei demselben Druck wie der erste Wasserstrom befindet, wobei der zweite Wasserstrom nach seiner Erhitzung in der zweiten Abteilung in die erste Abteilung eingeleitet wird, um Dampf daraus zu erzeugen.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Strom sich bei einem Druck von etwa 8,4 bis etwa 14 atü befinden.
- 5. "Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ausströmende Stoff aus einem Reaktor zur Herstellung von Styrol gewonnen wird und sich bei einer Temperatur von etwa 5380O bis etwa 593°O befindet.
- 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strom sich bei einem Druck befindet, der geringer ist als der Druck des ersten Stromes, wobei sich der zweite Strom bei einem Druck befindet, um Dampf aus dem zweiten Strom als ein Ergebnis des Heizvorganges in der zweiten Abteilung zu709821/0331erzeugen, wobei sich der zweite Strom bei einem Druck von etwa 1,05 bis etwa 3,5 atü befindet.
- 7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Wasserstrom, der durch die zweite Abteilung geleitet
wird, aus den Bodensätzen eines Kondensatabdampfers erhalten
wird, wobei der zweite Strom nach seiner Erhitzung in den Eondensatabdampfer eingeleitet wird, um mindestens einen Teil der Wärmeerfordernisse daraus zu liefern.709821 /0331
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