CH93266A - Process for exploiting the thermal energy contained in the exhaust gases from industrial furnaces for the manufacture of chemical products. - Google Patents

Process for exploiting the thermal energy contained in the exhaust gases from industrial furnaces for the manufacture of chemical products.

Info

Publication number
CH93266A
CH93266A CH93266DA CH93266A CH 93266 A CH93266 A CH 93266A CH 93266D A CH93266D A CH 93266DA CH 93266 A CH93266 A CH 93266A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
gases
furnace
pressure
thermal energy
energy contained
Prior art date
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Kvaelstofaktie Hydro-Elektrisk
Original Assignee
Norsk Hydro Elektrisk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Norsk Hydro Elektrisk filed Critical Norsk Hydro Elektrisk
Publication of CH93266A publication Critical patent/CH93266A/en

Links

Landscapes

  • Treating Waste Gases (AREA)

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.



      A method of exploiting the thermal energy contained in the exhaust gases from industrial furnaces for the manufacture of chemical products. In the case of electrical nitrogen combustion, it is known that only an un full utilization of the electrical energy supplied is achieved. Only the smallest part of the energy consumption is converted directly into chemical energy through the formation of nitrogen oxides, while the major part is obtained as water in the highly heated gas masses which leave the furnace. This ratio can be improved to some extent by applying overpressure in the furnace.

   You then get a slightly larger yield of stick material oxides in relation to the energy consumption of the furnace, but the advantage achieved. is again largely thwarted by the fact that a compressor system with the consequent energy consumption has to be installed in order to be able to feed the air into the furnace under pressure. A higher yield of nitrogen oxides can also be achieved by using air enriched with oxygen in the furnace. ideally with the addition of enough oxygen to produce a mixture of the same volume of nitrogen and oxygen.

   In this case, because of the cost of oxygen production, the furnace and the ala sorption system must be connected with auxiliary devices to form a closed system, in which the gases constantly circulate with the addition of the consumed quantities. In this case, too, you need a compressor to keep the pressure differences in the system and there with the circulation of the gases upright. The same is true if both methods are used simultaneously to increase the furnace yield by working with oxygen-rich air under pressure.



  If you work with a closed system, you also have the possibility of being able to carry out the absorption under increased pressure. This offers a significant advantage because the absorption system can be dimensioned much smaller, and is therefore much cheaper. This advantage can still be exploited if the absorption system is left under higher pressure than the furnace; On the other hand, however, there is then again the need to use a compression device to generate this higher pressure, so that the advantages here too have to be bought at the cost of energy consumption.



  On the other hand, if one considers the use of the energy contained in the form of heat in the gases when they leave the incinerator, this use can take place in various ways, e.g. B. for the production of steam by passing the gases through steam boilers. A large part of the heat, especially that which is contained in the gases after they have cooled down to 250 to 350, cannot, however, be used in the s) ee and has so far been almost completely lost by the Gases, in order to reach the temperature desirable for absorption, have to be strongly cooled with flowing water.



  The purpose of the present invention is to use this previously worthless thermal energy to drive the compression device, which is necessary to maintain the pressure differences in the system.



       For this purpose, the thermal energy of the gases is converted into mechanical work in a hot air turbine and the turbine is used to operate the compressor. If the turbine works adiabatically and the compressor is as isothermal as possible, you will be able to save 3 or more of the required compression work with the degrees of efficiency normal for the machine types concerned and depending on the gas temperature, so that the remaining third or less is now through externally applied force, e.g. B. by an electric motor is to be performed.

    



  * In order to achieve the most constant pressure possible in the furnace, which is of great importance for the stability of the arc tube, it is important that the compressor power, resp. the pressure supplied is regulated precisely as a function of the speed of the turbine, and in fact indirectly proportional to it. Incidentally, small fluctuations in pressure are compensated for by the fact that the absorption apparatus have a relatively large volume.



  For example, embodiments of the inven tion are shown schematically in Fig. 1, 2 and 3 of the accompanying drawings; a denotes the incineration furnace, b a device (e.g. a steam boiler) for cooling the hot furnace gases and at the same time utilizing a large part of the heat from them, c a hot-air turbine, d the rotating compressor mounted on the turbine shaft, e the Absorption system.



       Fig. 1 illustrates the case that the system is closed and the furnace is under higher pressure than the absorption system. The gases go from the furnace through the steam boiler to the hot-air turbine, where the heat of the gases is used with expansion, and on to the absorption system. From the outlet of the absorption system, the gases are sucked in by the compressor and brought to the constant pressure that the gases should have in the furnace.



       Figure 2 shows the arrangement of the system when the furnace is operating under pressure but the system is open. Here, the residual gases from the absorption system are released, while the compressor constantly sucks in new air and compresses it to the furnace pressure.



       FIG. 3 again shows a closed system, but in contrast to FIG. 1 one where the absorption apparatus are under worse pressure than the furnace. Here, therefore, the gases from the furnace and steam boilers first pass through a heat exchange device, where they are cooled, and then pass to the compressor,

       which brings the gases to the appropriate pressure for the absorption apparatus. The cold gases from the sorption system are passed through the heat exchange apparatus f, where they are heated by the gases coming from b and then go to the turbine, in which the gases expand to the pressure prevailing in the furnace.



  The arrangement described above is intended primarily for use in nitrogen combustion in electric furnaces. Of course, however, the basic idea of the invention can also easily be adapted to other processes where the relationships are analogous, i.e. H. where a system is used. which is flowed through by warm gases, and where there are significant pressure differences in the various parts of the system.



  For example, the invention can be used in the manufacture of aluminum nitride from clay, coal and nitrogen. If, in the production of aluminum nitride and similar processes, one works with nitrogen in the cycle, one will have to switch on a device to remove the carbon oxide from the furnace gases before they can be used again, and one then has a system which is compatible with the individual parts in principle with the one in Tssig. 1 indicated is analogous.

 

Claims (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, PATENT CLAIM3 Process for utilizing the thermal energy contained in the exhaust gases from industrial furnaces for the manufacture of chemical products, characterized in that the thermal energy contained in the gases, when the furnace system and the absorption system are under different pressure, are exposed to pressure in a hot air chamber in mechanical energy is shifted, and that the turbine drives a turbo compressor, 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. which works with approximately the same pressure differential as the turbine, which should make it possible to use. a minimum of energy to supply the system under the higher pressure with the gas quantities necessary to carry out the process. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that the gases flow through the system in a circuit. 2. The method according to patent claim and un teran claim 1, characterized in that the system in the circuit by flowing gases receive an addition of pure oxygen. 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. Method according to claim, characterized in that, when the absorption system is under higher pressure than the furnace system, a heat generator is switched on in such a way that the gases going to the hot air turbine are heated by means of the gases coming from the furnace system.
CH93266D 1915-08-31 1921-02-28 Process for exploiting the thermal energy contained in the exhaust gases from industrial furnaces for the manufacture of chemical products. CH93266A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO93266X 1915-08-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH93266A true CH93266A (en) 1922-03-01

Family

ID=19896285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH93266D CH93266A (en) 1915-08-31 1921-02-28 Process for exploiting the thermal energy contained in the exhaust gases from industrial furnaces for the manufacture of chemical products.

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH93266A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1091094B (en) * 1956-01-09 1960-10-20 Grande Paroisse Azote & Prod C Process and plant for the production of nitric acid

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1091094B (en) * 1956-01-09 1960-10-20 Grande Paroisse Azote & Prod C Process and plant for the production of nitric acid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH666253A5 (en) DEVICE FOR CHEMICAL PRODUCTION OF CARBON DIOXIDE.
EP2167794B1 (en) Device and method for the generation of power heat
DE4303174A1 (en) Method for the generation of electrical energy
DE564870C (en) Process and device for the uninterrupted generation of water gas from fine-grained, powdery or dusty fuels
DE650891C (en) Process for the production of high percentage nitric acid
DE19506727A1 (en) Process for operating a power plant
EP0225864A1 (en) Process for separating gas mixtures, and apparatus for carrying out this process
AT80336B (en) Process for utilizing the thermal energy of the gases coming from Process for utilizing the thermal energy of the electrical nitrogen burning furnaces. Gases.
DE2244216A1 (en) PROCESS AND DEVICE FOR SEPARATING A GAS MIXTURE BY FRACTION
DE826772C (en) Electric power generation plant with a gas and a steam turbine
DE297898C (en)
DE102007005578A1 (en) Exhaust gas desulfurization method, involves concentrating part of working solution in heated desorber before it is again supplied to solution, condensing produced desorber vapor, and delivering vapor as distillate
DE435572C (en) Dry cooling of coke
DE940895C (en) Process and device for the production of gases containing sulfur trioxide
DE369516C (en) Process for generating water vapor
CH252211A (en) Gas turbine plant.
DE410722C (en) Process for generating high temperatures by burning preheated coal dust and preheated air
WO2002038927A1 (en) Method for operating a gas turbine system, and a corresponding system
DE743696C (en) Method for operating drying ovens, in particular foundry drying ovens
AT65647B (en) Process for utilizing the hot vapors produced when drying peat, lignite and the like.
DE422472C (en) Process for liquefying and separating gas mixtures, in particular air
AT80293B (en) Method and device for generating generaVerfahren and device for generating generator gas or water gas from bituminous fuel gas or water gas from bituminous fuels in intermittent operation. in intermittent operation.
AT517636A1 (en) Increased efficiency in hot gas processes
DE202008003304U1 (en) Device for power-heat generation
DE2650271A1 (en) Prodn. of inert or reducing gases - by controlled combustion of fuel in an internal combustion engine