WO2018184737A1 - Wärmetauscher, verwendung eines wärmetauschers und verfahren zur herstellung eines wärmetauschers - Google Patents

Wärmetauscher, verwendung eines wärmetauschers und verfahren zur herstellung eines wärmetauschers Download PDF

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WO2018184737A1
WO2018184737A1 PCT/EP2018/025093 EP2018025093W WO2018184737A1 WO 2018184737 A1 WO2018184737 A1 WO 2018184737A1 EP 2018025093 W EP2018025093 W EP 2018025093W WO 2018184737 A1 WO2018184737 A1 WO 2018184737A1
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heat exchanger
medium
chamber
inlet chamber
outlet
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PCT/EP2018/025093
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Christian KOCKISCH
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Linde Aktiengesellschaft
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00—Thermal insulation; Thermal decoupling

Definitions

  • Heat exchanger use of a heat exchanger and method of making a heat exchanger
  • the invention relates to a heat exchanger for changing the temperature of a medium, the use and a method for producing such a heat exchanger.
  • heat exchangers are used to cool or heat media.
  • the hot synthesis gas produced in a gasification reactor is cooled in a process gas cooler to produce high pressure steam.
  • a first medium ie
  • process gas initially introduced into an inlet chamber and from there via a plurality of first channels in a spaced from the inlet chamber
  • first channels which are usually designed as a bundle of straight, parallel tubes and are referred to as tube-side channels are thereby surrounded by a jacket, with which together they form a second, shell-side channel.
  • a second or second medium can be performed to cool or heat the first medium flowing through the first channels. From the outlet chamber, the cooled or heated first medium can then be led out of the heat exchanger.
  • the first medium may be bypassed past the first channels via a bypass from the inlet chamber into the outlet chamber, whereby it is possible to control the temperature change of the first medium by adjusting the size of the bypassed portion of the first medium is set.
  • the bypass is parallel to the first channels and is surrounded by them within the second channel.
  • the disadvantage here is that the bypass the cross-sectional area of the bundle of raw materials and thus also the Increased volume of the heat exchanger, which is reflected in high cost of materials and manufacturing and a large footprint.
  • This object is achieved by a heat exchanger, a use of a
  • the present invention is based on a heat exchanger of the type described above, which serves for the temperature change of a first medium.
  • a heat exchanger has an inlet chamber with an inlet opening, through which the first medium can be introduced into the inlet chamber.
  • the heat exchanger has an outlet chamber with an outlet opening, through which the first medium from the outlet chamber and thus in particular also from the
  • Heat exchanger is Bar Harbor.
  • a plurality of first channels are provided, through which the inlet chamber and the outlet chamber are connected such that the first medium from the inlet chamber via the first channels in the
  • Outlet chamber can flow.
  • These first channels may be in the form of several tubes, in particular in the form of a so-called tube bundle. In this
  • connection is often also of a tube bundle heat exchanger with tube-side channels talk.
  • a jacket is provided with an inlet opening and an outlet opening for a second medium, which surrounds the first channels and forms with them a second channel for the second medium.
  • the second channel may have internals such as partitions, whose task is to guide the second medium.
  • the stated object is achieved in that the bypass extends outside the second channel.
  • the bypass is not surrounded by the first channels, which can therefore be arranged on a smaller cross-sectional area than in the prior art, so that the construction volume of the heat exchanger is reduced.
  • the inlet chamber is arranged immediately adjacent to the outlet chamber and via first channels, which expediently as at least
  • partially arcuate extending tubes are executed, and the bypass connected to each other.
  • the inlet chamber and the bypass are executed, and the bypass connected to each other.
  • Exit chamber a common wall through which the bypass is guided.
  • the inlet chamber and the outlet chamber are arranged on a common side with respect to a main extension direction of the first channels.
  • a main direction of extension is to be understood to mean, in particular, that direction of extension of the first channels which has the largest dimensions. It is also preferred if the first channels
  • the inlet chamber preferably has a heat-insulating, in particular also refractory, lining. Since the first medium is introduced into the inlet chamber at relatively high temperatures, for example, about 850 ° C, the use of such a liner, the efficiency of the heat exchanger can be significantly increased. In addition, it can be achieved in this way that an outer wall of the inlet chamber of a conventional material such as chromium-molybdenum steel (Cr-Mo) can be formed. This steel can be used, moreover, for example, for the outlet chamber and a second channel forming jacket.
  • Cr-Mo chromium-molybdenum steel
  • the inlet chamber and the outlet chamber on a common wall, in which a closable passage opening (in addition to the bypass) is provided.
  • a valve is provided for the bypass.
  • Such a valve can be arranged in particular on the side of the outlet chamber.
  • a flow of a first medium from the inlet chamber into the outlet chamber can be blocked or released so as to adjust the temperature change of the first medium.
  • this valve is subject to less degradation, for example due to certain constituents or substances in the first medium which attack the valve or its material. The reason for this is that on the side of the outlet chamber a significantly lower temperature prevails than on the side of the inlet chamber.
  • Temperature on the side of the outlet chamber is for example about 330 ° C.
  • the valve has or consists of a particularly resistant material such as Alloy 602CA.
  • an adjusting and / or regulating unit for the valve can also be provided, which can be arranged in particular outside the heat exchanger or on the outside thereof. This allows a particularly easy adjustment or regulation of the valve.
  • the outlet chamber and / or the second channel are each at least partially surrounded by a thermal insulation. It is also conceivable that the
  • Heat insulation, the outlet chamber and / or the shell-side channel completely surrounds. In this way, unnecessary heat dissipation to the outside is avoided, so that the efficiency of the heat exchanger is increased.
  • sleeves are introduced into the first channels from the inlet chamber.
  • Such sleeves serve to protect the first channels, at least on the side of the inlet chamber from degradation, for example by certain constituents or substances in the first medium which attack the material of the first channels.
  • the sleeves have a particularly resistant material such as Alloy 602CA or consist of this.
  • the invention further relates to the use of a heat exchanger according to the invention as a process gas cooler and / or as a process gas heater with the first medium as a process gas.
  • a first medium or as a process gas is in particular reformed gas in question, in particular from a
  • Synthesis gas plant may originate, as was also mentioned, for example, at the beginning.
  • the second medium in particular gaseous medium such as water vapor or even a liquid in question.
  • Steam or generally the second medium may have a temperature of for example about 270 ° C.
  • the invention furthermore relates to a method for producing a heat exchanger according to the invention, which has the aforementioned passage opening in the common wall and a heat-insulating lining in the inlet chamber. In this case, when the through opening is opened, the first is
  • the passage opening initially remains free of heat-insulating lining. Subsequently, the passage opening is then closed by attaching the heat-insulating lining in the passage opening.
  • the heat-insulating lining can be mounted on a closure lid, which then closes the
  • FIG. 1 shows schematically a heat exchanger not according to the invention
  • Figure 2 shows schematically a preferred embodiment of the invention heat exchanger in longitudinal section.
  • FIG. 3 schematically shows a further preferred embodiment
  • Heat exchanger according to the invention in longitudinal section.
  • FIG. 1 schematically shows a heat exchanger 100 which is not according to the invention, as was also mentioned at the beginning, for example.
  • the heat exchanger 100 has an inlet chamber 110 and an outlet chamber 120.
  • a first medium a for example a process gas
  • first or tube-side channels 130 which are present in the form of a tube bundle, for example, the first medium a can enter the inlet chamber 1 10 Outflow chamber 120 flow.
  • outlet opening 121 the first medium a can then be led out of the outlet chamber 120 and thus also out of the heat exchanger 100.
  • a second or jacket-side channel 150 is provided, which is formed here by means of a jacket 151 which surrounds the tube-side channels 130.
  • a second medium b for example water vapor
  • a bypass 160 is provided, which the inlet chamber 1 10 and the
  • Outlet chamber 120 connects and via which also first medium from the inlet chamber 1 10 can flow into the outlet chamber 120.
  • a diameter of this bypass 160 is significantly larger than the diameter of the individual tube-side channels or tubes 130.
  • a valve 161 is additionally provided, which can be adjusted by means of an adjusting device 162, so that a volume flow through the bypass 160 can be adjusted. In this way, a cooling or heating of the first medium a can be set.
  • a heat-insulating, in particular refractory lining 1 12 is provided in the inlet chamber 1 10 .
  • a thermal insulation 125 is also provided on the outside of the shell-side channel 150 and the jacket 151, optionally also on the outside of the outlet chamber 120.
  • sleeves 135 are inserted into the tube-side channels 130.
  • an access opening 170 is also provided, by which it is possible to attach the liner 1 12 within the inlet chamber 1 10.
  • FIG. 2 shows schematically a heat exchanger 200 according to the invention in a preferred embodiment.
  • the heat exchanger 200 has an inlet chamber 210 and an outlet chamber 220. Compared to that
  • the inlet chamber 210 and the outlet chamber 220 are arranged adjacent to each other here and have a common wall 215 on.
  • the entry chamber 210 and the exit chamber 220 may be made of a single chamber separated by the wall 215 into two parts becomes.
  • Both the inlet chamber 210 and the outlet chamber 220 and the common wall 215 may be made of chromium-molybdenum steel, for example.
  • a first medium a which is about a process gas, for example, with a temperature of about 850 ° C in the
  • Entry chamber 210 are introduced. Via a plurality of first or tube-side channels 230, which may be in the form of a tube bundle, the first medium a can flow from the inlet chamber 210 into the outlet chamber 220, in which case a temperature of, for example, about 330 ° C., in particular at one pressure of about 28 bar, is present. Through an outlet opening 221, the first medium a can then be led out of the outlet chamber 220 and thus also out of the heat exchanger 200.
  • the first channels 230 are designed as curved, in particular U-shaped tubes. Compared to the heat exchanger shown in Figure 1 so with the same length of the individual tube-side channels significantly smaller dimensions of the entire heat exchanger, at least in its largest dimension, possible when the individual tubes are bent.
  • a second or jacket-side channel 250 is provided, which is formed by means of a jacket 251, which surrounds the tube-side channels 230.
  • a second medium b for example water vapor
  • the water vapor or the second medium b may have a temperature of about 270 ° C, in particular at a pressure of about 52 bar.
  • the second medium b can then flow through this shell-side channel 250 and then be discharged through the outlet opening 232 again from the shell-side channel 250 or the heat exchanger 200.
  • partitions or baffles may be provided, as marked for example by the reference numeral 240, to guide the second medium b through the shell-side channel 250 in a suitable manner.
  • Both the jacket 251 and the tube-side channels or tubes 230 may be made of chromium-molybdenum steel, for example.
  • a bypass 260 is provided, the inlet chamber 210 and
  • Exit chamber 220 connects while passing through the wall 215.
  • the bypass 260 is formed by a short piece of pipe. Via this bypass 260, first medium can flow from the inlet chamber 210 into the outlet chamber 220.
  • valve 261 for the bypass 260 is also provided in valve 261, here in the form of a flap.
  • the valve 261 is arranged here on the side of the outlet chamber 220 and may for example consist of or comprise the material Alloy 602CA.
  • an adjusting or regulating unit 262 is provided with which the valve 261 can be adjusted or regulated.
  • a connecting rod for actuating the flap may be provided in order to be able to vary the opening of the flap.
  • a heat-insulating, in particular refractory, lining 1 12 is provided in the inlet chamber 210. This can also be bricked in particular.
  • This lining 212 can be introduced during assembly or production of the heat exchanger 200 in such a way that the majority of the lining 212 in the inlet chamber 210 is first attached via a through-opening 270, possibly also through the inlet opening 21 1. Subsequently, the
  • Through hole 270 are closed by a suitable cover or the like with attachment of the remaining liner.
  • a thermal insulation 225 is also provided on the outside of the shell-side channel 250 and the jacket 221 and partially also on the outside of the outlet chamber 220.
  • a thermal insulation 225 is also provided.
  • sleeves 235 are additionally introduced into the tube-side channels 230 up to a certain length. These sleeves 235 may in particular comprise or consist of Alloy 602CA. This is a material that protects against corrosion.
  • a heat exchanger 300 according to the invention is in another
  • the heat exchanger 300 has an inlet chamber 310 and an outlet chamber 320, which adjoin one another and have a common wall 31 5.
  • the inlet chamber 310 is connected to the outlet chamber 320 also with a bypass 360, which does not extend through the common wall 315, but outside of the two chambers.
  • a valve 361 designed, for example, as a flap, via which the volume flow guided through the bypass 360 can be regulated or adjusted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (200) zur Temperaturänderung eines ersten Mediums (a) mit einer Eintrittskammer (210) mit einer Einlassöffnung (211), durch welche das erste Medium (a) in die Eintrittskammer (210) einbringbar ist, mit einer Austrittskammer (220) mit einer Auslassöffnung (221), durch welche das erste Medium (a) aus der Austrittskammer (220) herausführbar ist, mit mehreren ersten Kanälen (230), über welche die Eintrittskammer (210) und die Austrittskammer (220) derart verbunden sind, dass das erste Medium (a) von der Eintrittskammer (210) über die ersten Kanäle (230) in die Austrittskammer (220) strömen kann, mit einem Mantel (251) mit einer Einlassöffnung (231) und einer Auslassöffnung (232) für ein zweites Medium (b), der die ersten Kanäle (230) umgibt und mit diesem einen zweiten Kanal (250) für das zweite Medium (b) bildet sowie mit einem Bypass (260) zwischen der Eintrittskammer (210) und der Austrittskammer (220) für das erste Medium (a). Kennzeichnend hierbei ist, dass der Bypass (260) außerhalb des zweiten Kanals (250) verläuft.

Description

Beschreibung
Wärmetauscher, Verwendung eines Wärmetauschers und Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Temperaturänderung eines Mediums, die Verwendung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers.
In verschiedensten Anwendungen werden Wärmetauscher eingesetzt, um Medien abzukühlen oder anzuwärmen. Beispielsweise wird das in einem Vergasungsreaktor erzeugte heiße Syntheserohgas in einem Prozessgas-Kühler bzw. -Anwärmer unter Produktion von Hochdruckdampf abgekühlt.
Bei der Verwendung solcher Wärmetauscher wird ein erstes Medium, also
beispielsweise Prozessgas, zunächst in eine Eintrittskammer eingeleitet und von dort über mehrere erste Kanäle in eine von der Eintrittskammer beabstandete
Austrittskammer geleitet. Diese ersten Kanäle, die gewöhnlich als ein Bündel aus geraden, parallel verlaufenden Rohren ausgeführt sind und als rohrseitige Kanäle bezeichnet werden, sind dabei von einem Mantel umgeben, mit dem zusammen sie einen zweiten, mantelseitigen Kanal bilden. Durch diesen zweiten Kanal kann ein weiteres bzw. zweites Medium geführt werden, um das erste, durch die ersten Kanäle strömende Medium abzukühlen oder anzuwärmen. Aus der Austrittskammer kann das abgekühlte bzw. angewärmte erste Medium dann aus dem Wärmetauscher herausgeführt werden.
Weiterhin kann zumindest ein Teil des ersten Mediums an den ersten Kanälen vorbei über einen Bypass von der Eintrittskammer in die Austrittskammer geleitet werden, wodurch es möglich ist, die Temperaturänderung des ersten Mediums zu kontrollieren, indem die Größe des durch den Bypass geführten Teils des ersten Mediums eingestellt wird. Nach dem Stand der Technik verläuft der Bypass parallel zu den ersten Kanälen und ist von diesen umgeben innerhalb des zweiten Kanals. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass das der Bypass die Querschnittsfläche des Rohbündels und damit auch das Bauvolumen des Wärmetauschers vergrößert, was sich in hohen Kosten für Material und Herstellung sowie einem großen Platzbedarf niederschlägt.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, einen kompakteren und/oder preislich günstigeren Wärmetauscher bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher, eine Verwendung eines
Wärmetauschers sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art, der zur Temperaturänderung eines ersten Mediums dient. Ein solcher Wärmetauscher weist eine Eintrittskammer mit einer Einlassöffnung auf, durch welche das erste Medium in die Eintrittskammer einbringbar ist. Zudem weist der Wärmetauscher eine Austrittskammer mit einer Auslassöffnung auf, durch welche das erste Medium aus der Austrittskammer und damit insbesondere auch aus dem
Wärmetauscher herausführbar ist. Zudem sind mehrere erste Kanäle vorgesehen, durch welche die Eintrittskammer und die Austrittskammer derart verbunden sind, dass das erste Medium von der Eintrittskammer über die ersten Kanäle in die
Austrittskammer strömen kann. Diese ersten Kanäle können in Form von mehreren Rohren, insbesondere in Form eines sog. Rohrbündels, vorliegen. In diesem
Zusammenhang ist oftmals auch von einem Rohrbündelwärmetauscher mit rohrseitigen Kanälen die Rede. Weiterhin ist ein Mantel mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung für ein zweites Medium vorgesehen, der die ersten Kanäle umgibt und mit diesen einen zweiten Kanal für das zweite Medium bildet. Der zweite Kanal kann Einbauten wie beispielsweise Trennwände aufweisen, deren Aufgabe es ist, das zweite Medium zu führen. Außerdem ist ein Bypass zwischen der Eintrittskammer und der
Austrittskammer für das erste Medium vorgesehen. Wie bereits erwähnt, kann über einen solchen Bypass zumindest ein Teil des ersten Mediums an den ersten Kanälen vorbeigeführt werden, um so letztendlich die Temperaturänderung des ersten Mediums einzustellen. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Bypass außerhalb des zweiten Kanals verläuft. In dieser Konfiguration ist der Bypass nicht von den ersten Kanälen umgebe, die daher auf einer kleineren Querschnittsfläche als im Stand der Technik angeordnet werden können, so dass sich das Bauvolumen des Wärmetauschers reduziert.
Vorzugsweise ist die Eintrittskammer unmittelbar neben der Austrittskammer angeordnet und über erste Kanäle, die zweckmäßigerweise als zumindest
abschnittsweise bogenförmig verlaufende Rohre ausgeführt sind, sowie den Bypass miteinander verbunden. Vorzugsweise besitzen die Eintrittskammer und die
Austrittskammer eine gemeinsame Wand, durch die der Bypass geführt ist. Möglich ist es jedoch auch, die Eintrittskammer mit der Austrittskammer über einen Bypass zu verbinden, der außerhalb der beiden Kammern verläuft.
Besonders bevorzugt sind die Eintrittskammer und die Austrittskammer auf einer gemeinsamen Seite bezüglich einer Haupterstreckungsrichtung der ersten Kanäle angeordnet sind. Unter einer Haupterstreckungsrichtung soll hierbei insbesondere diejenige Erstreckungsrichtung der ersten Kanäle verstanden werden, die die größten Abmessungen aufweist. Bevorzugt ist dabei auch, wenn die ersten Kanäle
bogenförmig verlaufen. Im Vergleich zu einer herkömmlichen, d.h. geraden Anordnung der ersten Kanäle, ist es auf diese Weise möglich, die Länge des Wärmetauschers in etwa zu halbieren. Trotz etwaiger Vergrößerungen in den anderen Richtungen bedeutet dies eine erhebliche Material- und Kosteneinsparung.
Vorzugsweise weist die Eintrittskammer eine wärmeisolierende, insbesondere auch feuerfeste, Auskleidung auf. Da das erste Medium in die Eintrittskammer mit verhältnismäßig hohen Temperaturen, beispielsweise ca. 850 °C, eingeleitet wird, kann durch die Verwendung einer solchen Auskleidung die Effizienz des Wärmetauschers erheblich gesteigert werden. Zudem kann auf diese Weise erreicht werden, dass eine äußere Wandung der Eintrittskammer aus einem herkömmlichen Material wie beispielsweise Chrom-Molybdän-Stahl (Cr-Mo) ausgebildet werden kann. Dieser Stahl kann im Übrigen beispielsweise auch für die Austrittskammer und einen den zweiten Kanal bildenden Mantel verwendet werden.
Vorteilhafterweise weisen die Eintrittskammer und die Austrittskammer eine gemeinsame Wand auf, in der eine verschließbare Durchgangsöffnung (zusätzlich zum Bypass) vorgesehen ist. Mittels einer solchen Durchgangsöffnung kann die Herstellung des Wärmetauschers, insbesondere die Anbringung der Auskleidung in der
Eintrittskammer, deutlich erleichtert werden. Hierzu sei auch auf die noch folgenden Ausführungen zur Herstellung eines Wärmetauschers verwiesen.
Besonders bevorzugt ist auch, wenn für den Bypass ein Ventil vorgesehen ist. Ein solches Ventil kann dabei insbesondere auf Seiten der Austrittskammer angeordnet sein. Durch die Verwendung eines solchen Ventils kann ein Durchfluss eines ersten Mediums von der Eintrittskammer in die Austrittskammer versperrt oder freigegeben werden, um so die Temperaturänderung des ersten Mediums einzustellen. Durch eine Anordnung des Ventils auf Seiten der Austrittskammer wird zudem erreicht, dass dieses Ventil einer geringeren Degradation, beispielsweise durch gewisse Bestandteile oder Stoffe in dem ersten Medium, die das Ventil bzw. dessen Material angreifen, unterliegt. Der Grund hierfür liegt darin, dass auf Seiten der Austrittskammer eine deutlich geringere Temperatur vorherrscht als auf Seiten der Eintrittskammer. Die
Temperatur auf Seiten der Austrittskammer beträgt beispielsweise ca. 330 °C. Zudem ist es besonders zweckmäßig, wenn das Ventil ein besonders widerstandsfähiges Material wie beispielsweise Alloy 602CA aufweist oder aus diesem besteht. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn ein solches Ventil einstell- und/oder regelbar ist, da auf diese Weise eine Temperaturänderung des ersten Mediums besonders genau eingestellt bzw. geregelt werden kann. Vorzugsweise kann dabei auch eine Einstell- und/oder Regeleinheit für das Ventil vorgesehen sein, die insbesondere außerhalb des Wärmetauschers oder an dessen Außenseite angeordnet sein kann. Dies ermöglicht eine besonders einfache Einstellung oder Regelung des Ventils.
Vorzugsweise sind die Austrittskammer und/oder der zweite Kanal jeweils wenigstens teilweise mit einer Wärmeisolierung umgeben. Denkbar ist auch, dass die
Wärmeisolierung die Austrittskammer und/oder den mantelseitigen Kanal vollständig umgibt. Auf diese Weise wird eine unnötige Wärmeabfuhr nach Außen vermieden, sodass die Effizienz des Wärmetauschers erhöht wird.
Vorteilhafterweise sind von Seiten der Eintrittskammer Hülsen in die ersten Kanäle eingebracht. Solche Hülsen (engl, "ferrules") dienen dem Schutz der ersten Kanäle zumindest auf Seiten der Eintrittskammer vor Degradation beispielsweise durch gewisse Bestandteile oder Stoffe in dem ersten Medium, die das Material der ersten Kanäle angreifen. Insofern ist es besonders zweckmäßig, wenn die Hülsen ein besonders widerstandsfähiges Material wie beispielsweise Alloy 602CA aufweisen oder aus diesem bestehen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers als Prozessgas-Kühler und/oder als Prozessgas-Anwärmer mit dem ersten Medium als Prozessgas. Als erstes Medium bzw. als Prozessgas kommt dabei insbesondere reformiertes Gas in Frage, das insbesondere aus einer
Synthesegasanlage stammen kann, wie dies beispielsweise auch eingangs bereits erwähnt wurde. Als zweites Medium kommt insbesondere gasförmiges Medium wie beispielsweise Wasserdampf oder aber auch eine Flüssigkeit in Frage. Der
Wasserdampf oder generell das zweite Medium kann dabei eine Temperatur von beispielsweise ca. 270 °C aufweisen.
Hinsichtlich der Vorteile dieser Verwendung sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zum Wärmetauscher verwiesen. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, der die erwähnte Durchlassöffnung in der gemeinsamen Wand sowie eine wärmeisolierende Auskleidung in der Eintrittskammer aufweist. Hierbei wird nun bei geöffneter Durchgangsöffnung zunächst die
wärmeisolierende Auskleidung in der Eintrittskammer angebracht. Dies bedeutet insbesondere auch, dass die Durchgangsöffnung zunächst von wärmeisolierender Auskleidung frei bleibt. Anschließend wird dann die Durchgangsöffnung unter Anbringung der wärmeisolierenden Auskleidung auch in der Durchgangsöffnung verschlossen. Hierzu kann beispielsweise die wärmeisolierende Auskleidung auf einem Verschlussdeckel angebracht werden, welcher dann zum Verschließen der
Durchgangsöffnung verwendet wird. Während eine Zugänglichkeit zur Eintrittskammer zwar bereits durch die Einlassöffnung für das erste Medium gewährleistet sein kann, wird eine solche Zugänglichkeit durch diese zusätzliche Durchgangsöffnung deutlich verbessert. Insbesondere wird die Herstellung nach dem erwähnten Verfahren ermöglicht, was eine deutlich schnellere Herstellung des Wärmetauschers zur Folge hat.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Figur 1 zeigt schematisch einen nicht erfindungsgemäßen Wärmetauscher im
Längsschnitt.
Figur 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform erfindungsgemäßen Wärmetauschers im Längsschnitt.
Figur 3 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform
erfindungsgemäßen Wärmetauschers im Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung:
In Figur 1 ist schematisch ein nicht erfindungsgemäßer Wärmetauscher 100 dargestellt, wie er beispielsweise auch eingangs erwähnt wurde. Der Wärmetauscher 100 weist eine Eintrittskammer 1 10 und eine Austrittskammer 120 auf. Über eine Einlassöffnung 11 1 kann ein erstes Medium a, beispielsweise ein Prozessgas, in die Eintrittskammer eingebracht werden und über mehrere erste bzw. rohrseitige Kanäle 130, die beispielsweise in Form eines Rohrbündels vorliegen, kann das erste Medium a von der Eintrittskammer 1 10 in die Austrittskammer 120 strömen. Durch eine Auslassöffnung 121 kann das erste Medium a dann aus der Austrittskammer 120 und damit auch aus dem Wärmetauscher 100 herausgeführt werden. Weiterhin ist ein zweiter bzw. mantelseitiger Kanal 150 vorgesehen, der hier mit Hilfe eines Mantels 151 , welcher die rohrseitigen Kanäle 130 umgibt, gebildet wird. Über eine Einlassöffnung 131 kann ein zweites Medium b, beispielsweise Wasserdampf, in den mantelseitigen Kanal 150 eingebracht werden, welches dann durch diesen mantelseitigen Kanal hindurchfließt und anschließend durch die Auslassöffnung 132 wieder ausgebracht werden kann. Auf diese Weise kann das durch die rohrseitigen Kanäle 130 fließende erste Medium a - je nach Verwendung - gekühlt oder angewärmt werden. Weiterhin ist ein Bypass 160 vorgesehen, der die Eintrittskammer 1 10 und die
Austrittskammer 120 verbindet und über welchen ebenfalls erstes Medium von der Eintrittskammer 1 10 in die Austrittskammer 120 strömen kann. Ein Durchmesser dieses Bypasses 160 ist jedoch deutlich größer als der Durchmesser der einzelnen rohrseitigen Kanäle bzw. Rohre 130. Für den Bypass 160 ist zudem ein Ventil 161 vorgesehen, welches mittels einer Einstell-Vorrichtung 162 eingestellt werden kann, sodass ein Volumenstrom durch den Bypass 160 eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann eine Abkühlung oder Erwärmung ersten Mediums a eingestellt werden.
In der Eintrittskammer 1 10 ist eine wärmeisolierende, insbesondere feuerfeste, Auskleidung 1 12 vorgesehen. An der Außenseite des mantelseitigen Kanals 150 bzw. des Mantels 151 , gegebenenfalls auch an der Außenseite der Austrittskammer 120, ist ebenfalls eine Wärmeisolierung 125 vorgesehen. Von Seiten der Eintrittskammer 1 10 sind zudem Hülsen 135 in die rohrseitigen Kanäle 130 eingebracht. An der Eintrittskammer 1 10 ist zudem eine Zugangsöffnung 170 vorgesehen, durch welche es möglich ist, die Auskleidung 1 12 innerhalb der Eintrittskammer 1 10 anzubringen.
In Figur 2 ist nun ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 200 in einer bevorzugten Ausführungsform schematisch dargestellt. Der Wärmetauscher 200 weist eine Eintrittskammer 210 und eine Austrittskammer 220 auf. Im Vergleich zu dem
Wärmetauscher gemäß Figur 1 sind die Eintrittskammer 210 und die Austrittskammer 220 hier aneinander angrenzend angeordnet und weisen eine gemeinsame Wand 215 auf. Insbesondere können die Eintrittskammer 210 und die Austrittskammer 220 aus einer einzigen Kammer hergestellt sein, die durch die Wand 215 in zwei Teile getrennt wird. Sowohl die Eintrittskammer 210 als auch die Austrittskammer 220 und die gemeinsame Wand 215 können beispielsweise aus Chrom-Molybdän-Stahl bestehen.
Über eine Einlassöffnung 211 kann ein erstes Medium a, bei dem es sich etwa um ein Prozessgas handelt, beispielsweise mit einer Temperatur von ca. 850 °C in die
Eintrittskammer 210 eingebracht werden. Über mehrere erste bzw. rohrseitige Kanäle 230, die in Form eines Rohrbündels vorliegen können, kann das erste Medium a von der Eintrittskammer 210 in die Austrittskammer 220 strömen, in welcher dann eine Temperatur von beispielsweise noch ca. 330 °C, insbesondere bei einem Druck von ca. 28 bar, vorliegt. Durch eine Auslassöffnung 221 kann das erste Medium a dann aus der Austrittskammer 220 und damit auch aus dem Wärmetauscher 200 herausgeführt werden.
Entsprechend der Anordnung der Eintrittskammer 210 und der Austrittskammer 220 sind die ersten Kanäle 230 als gebogene, hier insbesondere U-förmig verlaufende Rohre ausgeführt. Im Vergleich zu dem in Figur 1 gezeigten Wärmetauscher sind also bei gleicher Länge der einzelnen rohrseitigen Kanäle deutlich geringere Abmessungen des gesamten Wärmetauschers, zumindest hinsichtlich seiner größten Abmessung, möglich, wenn die einzelnen Rohre gebogen sind.
Weiterhin ist ein zweiter bzw. mantelseitiger Kanal 250 vorgesehen, der mit Hilfe eines Mantels 251 , welcher die rohrseitigen Kanäle 230 umgibt, gebildet wird. Über eine Einlassöffnung 231 kann ein zweites Medium b, beispielsweise Wasserdampf, in den mantelseitigen Kanal 250 eingebracht werden. Der Wasserdampf bzw. das zweite Medium b, kann eine Temperatur von ca. 270 °C, insbesondere bei einem Druck von ca. 52 bar, aufweisen. Das zweite Medium b kann dann durch diesen mantelseitigen Kanal 250 hindurchfließen und anschließend durch die Auslassöffnung 232 wieder aus dem mantelseitigen Kanal 250 bzw. dem Wärmetauscher 200 ausgebracht werden. Innerhalb des Mantels 251 können auch noch Trennwände oder Umlenkbleche vorgesehen sein, wie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 240 markiert, um das zweite Medium b durch den mantelseitigen Kanal 250 auf geeignete Weise zu führen. Sowohl der Mantel 251 als auch die rohrseitigen Kanäle bzw. Rohre 230 können beispielsweise aus Chrom-Molybdän-Stahl hergestellt sein. Weiterhin ist ein Bypass 260 vorgesehen, der die Eintrittskammer 210 und
Austrittskammer 220 verbindet und dabei durch die Wand 215 führt. Im gezeigten Fall ist der Bypass 260 durch ein kurzes Rohrstück gebildet. Über diesen Bypass 260 kann erstes Medium von der Eintrittskammer 210 in die Austrittskammer 220 strömen. Für den Bypass 260 ist zudem in Ventil 261 vorgesehen, hier in Form einer Klappe. Das Ventil 261 ist hier auf Seiten der Austrittskammer 220 angeordnet und kann beispielsweise aus dem Werkstoff Alloy 602CA bestehen oder diesen umfassen.
An der Außenseite des Wärmetauschers 200 ist eine Einstell- bzw. Regeleinheit 262 vorgesehen, mit der das Ventil 261 eingestellt bzw. geregelt werden kann. Im gezeigten Fall kann dazu beispielsweise ein Verbindungsstab zur Betätigung der Klappe vorgesehen sein, um die Öffnung der Klappe variieren zu können.
In der Eintrittskammer 210 ist eine wärmeisolierende, insbesondere auch feuerfeste, Auskleidung 1 12 vorgesehen. Diese kann insbesondere auch gemauert sein. Diese Auskleidung 212 kann bei der Montage bzw. Herstellung des Wärmetauschers 200 derart eingebracht werden, dass zunächst über eine Durchgangsöffnung 270, gegebenenfalls auch durch die Einlassöffnung 21 1 , der Großteil der Auskleidung 212 in der Eintrittskammer 210 angebracht wird. Anschließend kann die
Durchgangsöffnung 270 durch einen geeigneten Deckel oder dergleichen unter Anbringung der restlichen Auskleidung verschlossen werden.
Bei der Dicke der Auskleidung, insbesondere an der gemeinsamen Wand 215, sollte darauf geachtet werden, dass kein oder zumindest kein zu großer Wärmeverlust durch die unterschiedlichen Temperaturen in der Eintrittskammer 210 bzw. der
Austrittskammer 220 auftritt.
An der Außenseite des mantelseitigen Kanals 250 bzw. des Mantels 221 und teilweise auch an der Außenseite der Austrittskammer 220 ist ebenfalls eine Wärmeisolierung 225 vorgesehen. Von Seiten der Eintrittskammer 210 sind zusätzlich Hülsen 235 bis zu einer gewissen Länge in die rohrseitigen Kanäle 230 eingebracht. Diese Hülsen 235 können insbesondere Alloy 602CA umfassen oder daraus bestehen. Hierbei handelt es sich um einen Werkstoff, der vor Korrosion schützt. In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 300 in einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform schematisch dargestellt. Wie der in Figur 2 dargestellte Wärmetauscher 200 weist der Wärmetauscher 300 eine Eintrittskammer 310 und eine Austrittskammer 320 auf, die aneinandergrenzen und eine gemeinsame Wand 31 5 besitzen. Die Eintrittskammer 310 ist mit der Austrittskammer 320 ebenfalls mit einem Bypass 360 verbunden, der jedoch nicht durch die gemeinsame Wand 315, sondern außerhalb der beiden Kammern verläuft. Im Bypass 360 integriert ist ein beispielsweise als Klappe ausgeführtes Ventil 361 , über das der durch den Bypass 360 geführten Volumenstrom geregelt bzw. eingestellt werden kann. Für den weiteren Aufbau des Wärmetauschers 300 gelten die bei der Beschreibung der Figur 2 gemachten
Ausführungen.

Claims

Patentansprüche
1 . Wärmetauscher (200) zur Temperaturänderung eines ersten Mediums (a) mit einer Eintrittskammer (210) mit einer Einlassöffnung (211 ), durch welche das erste Medium (a) in die Eintrittskammer (210) einbringbar ist,
mit einer Austrittskammer (220) mit einer Auslassöffnung (221 ), durch welche das erste Medium (a) aus der Austrittskammer (220) herausführbar ist,
mit mehreren ersten Kanälen (230), über welche die Eintrittskammer (210) und die Austrittskammer (220) derart verbunden sind, dass das erste Medium (a) von der Eintrittskammer (210) über die ersten Kanäle (230) in die Austrittskammer (220) strömen kann,
mit einem Mantel (251 ) mit einer Einlassöffnung (231 ) und einer Auslassöffnung (232) für ein zweites Medium (b), der die ersten Kanäle (230) umgibt und mit diesem einen zweiten Kanal (250) für das zweite Medium (b) bildet sowie
mit einem Bypass (260) zwischen der Eintrittskammer (210) und der
Austrittskammer (220) für das erste Medium (a),
dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (260) außerhalb des zweiten Kanals (250) verläuft.
2. Wärmetauscher (200) nach Anspruch 1 , wobei die Eintrittskammer (210) und die Austrittskammer (220) mit einer gemeinsamen Wand (215) ausgeführt sind.
3. Wärmetauscher (200) nach Anspruch 2, wobei der Bypass (260) durch die
gemeinsame Wand (215) geführt ist.
4. Wärmetauscher (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Eintrittskammer (310) und die Austrittskammer (320) durch einen außerhalb der beiden Kammern verlaufenden Bypass (360) verbunden sind.
5. Wärmetauscher (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Kanäle (230) U-förmig verlaufen.
6. Wärmetauscher (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Eintrittskammer (210) eine wärmeisolierende, insbesondere auch feuerfeste, Auskleidung (212) aufweist.
7. Wärmetauscher (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Eintrittskammer (210) und die Austrittskammer (220) eine gemeinsame Wand aufweisen, in der eine verschließbare Durchgangsöffnung (270) vorgesehen ist.
8. Wärmetauscher (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für den Bypass (260) ein einstell- und/oder regelbares Ventil (261 ) vorgesehen ist.
9. Wärmetauscher (200) nach Anspruch 8, mit einer Einstell- und/oder Regeleinheit (262) für das Ventil (261 ), die insbesondere im Außenbereich des
Wärmetauschers (220) angeordnet ist.
10. Wärmetauscher (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Austrittskammer (220) und/oder der zweite Kanal (250) jeweils wenigstens teilweise mit einer Wärmeisolierung (225) umgeben sind.
1 1 . Wärmetauscher (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei von Seiten der Eintrittskammer (210) Hülsen (235) in die ersten Kanäle (230) eingebracht sind.
12. Verwendung eines Wärmetauschers (200) nach einem der vorstehenden
Ansprüche als Prozessgas-Kühler und/oder als Prozessgas-Anwärmer mit dem ersten Medium (a) als Prozessgas.
13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei als erstes Medium (a) ein reformiertes Gas, das insbesondere aus einer Synthesegasanlage stammt, verwendet wird.
14. Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, wobei als zweites Medium (b) ein
gasförmiges Medium, insbesondere Wasserdampf, oder eine Flüssigkeit verwendet wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (200) nach einem der
Ansprüche 1 bis 10 in Rückbezug auf Anspruch 3 und 4, wobei die
wärmeisolierende Auskleidung (212) bei geöffneter Durchgangsöffnung (270) in der Eintrittskammer (210) angebracht wird, wobei anschließend die Durchgangsöffnung (270) unter Anbringung der wärmeisolierenden Auskleidung (212) im Bereich der Durchgangsöffnung (270) verschlossen wird.
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