CH93266A - Verfahren zur Ausnutzung der in den Abgasen von industriellen Öfen zur Herstellung chemischer Produkte enthaltenen Wärmeenergie. - Google Patents

Description

      Terfahren    zur Ausnutzung der in den Abgasen von industriellen Öfen zur Herstellung  chemischer Produkte enthaltenen Wärmeenergie.    Bei der elektrischen Stickstoffverbren  nung erzielt man bekanntlich nur eine un  vollkommene Ausnutzung der zugeführten  elektrischen Energie. Nur der kleinste Teil  des Energieverbrauches wird direkt in che  mische Energie durch Bildung von     St@ick-          stoffoxyden    umgewandelt,     wiihrend    die  Hauptmenge als     Wärtne    in den hoch erhitz  ten Gasmassen erhalten wird, welche den  Ofen verlassen. Dieses Verhältnis kann eini  germassen verbessert werden durch Anwen  dung von Überdruck im Ofen.

   Man bekommt  dann eine etwas grössere Ausbeute an Stick  stoffoxyden im Verhältnis zum Energiever  brauch des Ofens, aber der erzielte     Vortell.     wird wiederum zum grössten Teil dadurch  vereitelt, dass man eine     Kompressoranlage    mit  daraus folgendem     Energieverbrauch    anbrin  gen muss, um den Ofen die Luft unter Druck  zuführen zu können. Eine höhere Ausbeute  an Stickstoffoxyden lässt sich auch in der  Weise     erdelen,    dass man eine an Sauerstoff  angereicherte Luft in den Ofen anwendet.    am besten unter Zufuhr von so viel Sauer  stoff, dass ein Gemisch aus gleichem Volu  men     Stickstoff    und Sauerstoff entsteht.

   In  diesem Falle muss man wegen der Kosten der       Sauerstofflierstellting    die Ofen und die     Ala-          sorptionsaulage    mit     Hilfsvorrichtungen    zu  einem geschlossenen System verbinden, in  -welchem die Gase unter Zusetzen der ver  brauchten Mengen ständig kreisen. Auch in  diesem Falle benötigt man einen Kompressor,  um die Druckdifferenzen im System und da  mit den Kreislauf der Gase aufrecht zu er  halten. Ebenso verhält es sieh, falls man  gleichzeitig beide Verfahren zur Erhöhung der  Ofenausbeute     anwendet,    indem man mit       sauerstoffreicher    Luft unter     Druch    arbeitet.  



  Wenn man mit einem geschlossenen Sy  stem     arbeitet,    hat man ferner die Möglich  keit, auch die Absorption unter erhöhtem  Druck vornehmen zu können. Dies bietet da  durch einen wesentlichen Vorteil,     'da,ss    das  Absorptionssystem sehr viel kleiner bemes  sen werden kann, und sich also wesentlich      billiger stellt. Dieser Vorteil kann noch wei  ter ausgenutzt werden, wenn man das Absorp  tionssystem unter höherem Druck als die  Ofen stehen lässt; dem gegenüber besteht aber  dann wiederum die Notwendigkeit der An  wendung einer Kompressionseinrichtung zur  Erzeugung dieses höheren Druckes, so dass  die Vorteile auch hier gegen Energiever  brauch erkauft werden müssen.  



  Betrachtet man anderseits die Aus  nutzung der Energie, welche in Form von  Wärme in den Gasen enthalten ist, wenn  diese den Verbrennungsofen verlassen, so  kann diese Ausnutzung in verschiedener       MTeise    stattfinden, z. B. zur Herstellung von  Dampf durch Leitung der Gase durch       Dampfkessel.    Ein     grosser    Teil der Wärme,  besonders diejenige, welche in den Gasen ent  halten ist, nachdem diese auf 250 bis 350    abgekühlt sind, lässt sich jedoch nicht in die  s     )Äreise    ausnutzen und geht bis jetzt so gut  er n  wie vollständig verloren, indem die Gase, ,um  auf die für die Absorption wünschenswerte  Temperatur zu kommen, mit strömendem  Wasser stark gekühlt werden müssen.  



  Der Zweck der vorliegenden Erfindung       äst    nun, diese bis jetzt     wertlose    Wärmeenergie  zum Antrieb der Kompressionseinrichtung  auszunutzen, welche zur Erhaltung der  Druckdifferenzen im System nötig ist.  



       Züz    diesem Zwecke lässt man die Wärme  energie der Gase sich in einer     Heissluftturbine     in mechanische Arbeit umsetzen und benutzt  die     Turbine    zum Betrieb des     Kompressors.     Wenn die Turbine     adiabatisch    und der Kom  pressor     möglichst        isoterm    arbeitet, wird man  bei den für die betreffenden Maschinen  gattungen normalen Wirkungsgraden und je  nach der Gastemperatur     \/3    ,oder mehr der  nötigen Kompressionsarbeit einsparen kön  nen, so dass nun das     restierende    Drittel oder  weniger durch von aussen zugeführter Kraft,  z. B. durch einen Elektromotor, zu leisten ist.

    



  *Um einen möglichst konstanten Druck im  Ofen zu erzielen, was für die Stabilität des       Lichtbovens    von grosser Bedeutung ist, ist es  von     Wichtigkeit,    dass die     Kompressorleistung,          bezw.    der gelieferte Druck, genau in Abhän-         bigkeit    von der Geschwindigkeit der     Turbine,     und zwar indirekt proportional zu derselben  reguliert wird. Kleine Schwankungen des  Druckes werden übrigens dadurch ausge  glichen, dass die Absorptionsapparate ein ver  hältnismässig grosses Volumen haben.  



  Beispielsweise Ausführungen der Erfin  dung sind in     Fig.    1, 2 und 3 der beigelegten  Zeichnung schematisch dargestellt; a bezeich  net den Verbrennungsofen, b eine Einrich  tung (z. B. ein Dampfkessel) zur Abkühlung  der heissen Ofengase und gleichzeitiger Aus  nutzung eines grossen Teils der Wärme der  selben,     c    eine     Heissluftturbine,    d den auf der  Turbinenwelle angebrachten rotierenden  Kompressor, e das Absorptionssystem.  



       Fig.    1 veranschaulicht den Fall, dass das  System geschlossen und der Ofen unter hö  herem Druck als das Absorptionssystem steht.  Vom Ofen gehen die Gase durch die Dampf  kessel zur Heissluftturbine, wo die Wärme  der Gase unter Expansion ausgenutzt wird,  und weiter zum Absorptionssystem. Vom  Ausgang des Absorptionssystems werden die  Gase vom Kompressor angesaugt und auf  den konstanten Druck gebracht, den die Gase  im Ofen haben sollen.  



       Fig.    2 zeigt die Anordnung des Systems,  wenn der Ofen unter Druck arbeitet, aber  das System offen ist. Hier gehen die Rest  gase von der Absorptionsanlage ins Frei,  während der Kompressor ständig neue Luft       einsaugt    und dieselbe auf den Ofendruck  komprimiert.  



       Fig.    3 zeigt wiederum ein     geschlossenes     System, aber zum  Unterschied von     Fi.    1 ein  solches, wo die Absorptionsapparate unter bö  serem Druck als der Ofen stehen. Hier     paw-          sieren    daher ,die Gase von den Ofen     und     Dampfkesseln erst eine     Wärmeausta        ischvor-          richtung    f, wo sie     abgekühlt        werden,    und     clax-          auf    den Kompressor,

       welcher    die Gase     anf     den für die Absorptionsapparate angemesse  nen Druck     bringt.    Die kalten Gase vom     41@-          sorptionssystem    werden durch den     Wärma-          austauschapparat    f geleitet, wo sie durch die  von b kommenden Gase erwärmt werden und  gehen dann zur Turbine, in welcher die Gase      auf den im Ofen     heHschenden    Druck ex  pandieren.  



  Die im Vorstehenden beschriebene Anord  nung soll in erster Linie bei der Stickstoff  verbrennung in elektrischen Öfen Anwen  dung finden. Selbstverständlich lässt sich je  doch der Grundgedanke der Erfindung auch  leicht andern Prozessen anpassen, wo die Ver  hältnisse analog sind, d. h. wo mit einem  System gearbeitet wird. welches von warmen  Gasen durchströmt wird, und wo in den ver  schiedenen Teilen des Systems wesentliche  Druckdifferenzen bestehen.  



  Beispielsweise kann die Erfindung bei der  Herstellung von     Aluminiumnitrid    aus Ton  erde, Kohle und Stickstoff benutzt werden.  Wenn man bei der Herstellung von     Alumi-          niumnitrid    und ähnlichen Prozessen mit  Stickstoff im Kreislauf arbeitet, wird man  eine Vorrichtung einschalten müssen, um das  Kohlenoxyd aus den Ofengasen zu beseitigen,  bevor diese wieder benutzt werden, und man  erhält dann ein System, welches bezüglich  der einzelnen Teile prinzipiell mit dem in       Tssig.    1 angedeuteten analog ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCI3 Verfahren zur Ausnutzung der in den Ab gasen von industriellen Öfen zur Herstellung chemischer Produkte enthaltenen Wärme energie, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Gasen enthaltene Wärmeenergie, wenn das Ofensystem und das Absorptionsystem unter verschiedenem Druch stehen, im Druck- befälle in einer Heissluftkirbine in mecha nische Energie umbesetzt wird, und dass die Turbine einen Turbokompressor treibt,

   wel cher mit annähernd gleicher Drucl@differerz wie die Turbine arbeitet, wodurch es mög lich werden soll, mit. einem 'Minimum von Energie dem unter dem höheren Dr-ack ste henden System die zur DurchführunY das Verfahrens nötigen Gasmen-,en zuzuführen. UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase das System im Kreislauf durchströmen. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das System im Kreislauf durch strömenden Gase einen Zusatz von reinem Sauerstoff erhalten. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man, wenn das Ab sorptionssystem unter höherem Druck als das Ofensystem steht, einen Wärmeregene- rator derart einschaltet, dass die zur Heiss luftturbine gehenden Gase mittelst der vom Ofensystem kommenden Gase erwärmt werden.