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EP2256406B1 - Verfahren zur Verwendung der Abwärme einer chemischen Reaktion - Google Patents

Verfahren zur Verwendung der Abwärme einer chemischen Reaktion Download PDF

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Publication number
EP2256406B1
EP2256406B1 EP09405103.4A EP09405103A EP2256406B1 EP 2256406 B1 EP2256406 B1 EP 2256406B1 EP 09405103 A EP09405103 A EP 09405103A EP 2256406 B1 EP2256406 B1 EP 2256406B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
reaction
steam
temperature
bar
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
EP09405103.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2256406A2 (de
EP2256406A3 (de
Inventor
Heinz Baumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr W Kolb AG
Original Assignee
Dr W Kolb AG
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 Dr W Kolb AG filed Critical Dr W Kolb AG
Publication of EP2256406A2 publication Critical patent/EP2256406A2/de
Publication of EP2256406A3 publication Critical patent/EP2256406A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2256406B1 publication Critical patent/EP2256406B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K1/00—Steam accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/004—Accumulation in the liquid branch of the circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/188—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using heat from a specified chemical reaction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B33/00—Steam-generation plants, e.g. comprising steam boilers of different types in mutual association
    • F22B33/18—Combinations of steam boilers with other apparatus
    • F22B33/185—Combinations of steam boilers with other apparatus in combination with a steam accumulator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D3/00—Accumulators for preheated water
    • F22D3/06—Accumulators for preheated water directly connected to boilers

Definitions

  • the present invention relates to a method for using waste heat of an exothermic chemical reaction or for heat recovery.
  • the EP 0 158 747 A1 describes a method for using waste heat from a continuous chemical reaction, namely the production of phthalic anhydride, or maleic anhydride, wherein the waste heat of the reaction is first converted into high-pressure steam and then released in this form to a steam reservoir.
  • the vapor storage By using the vapor storage, the water vapor discharged from the reactor can be kept relatively constant.
  • steam storage is fed with steam from a boiler which generates steam in a fluctuating manner. From the steam storage then steam is provided to other facilities for further use.
  • pressurized water is stored in a steam accumulator. Reducing the pressure of water stored at its saturation point results in an excess of energy in the water, causing some of the water to turn into steam (so-called "flashing").
  • flashing In the steam storage water is kept as a saturated liquid at elevated pressure and elevated temperature.
  • WO2006 / 128311A2 discloses a heat powered vehicle with external power generation in which the energy is generated in stationary incinerators such as waste incinerators.
  • the invention is therefore based on the object to provide a system for the efficient use of heat of reaction of an alkoxylation reaction, in which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • the solution to this problem is achieved in that a method for using the heat of reaction in a reaction vessel discontinuously conducted exothermic chemical reaction is presented, in which the heat of reaction supplied water of a first, lower temperature in a heat exchanger at least indirectly to a second, higher Temperature heats up, and this water the second, higher temperature is fed to a vapor storage, characterized in that the chemical reaction is conducted in a batch process and that the chemical reaction is an alkoxylation reaction.
  • the alkoxylation reaction is an ethoxylation reaction or a propoxylation reaction or a butoxylation reaction or a mixed form of such reactions.
  • These are so-called “batch reactions” or “batch processes”, i. at least partially discontinuous reactions.
  • a batch process is to be understood as meaning a process in which (compared to purely continuously conducted reactions in which all reagents are added continuously, ie successively) at least one reagent (starting material or raw material) is batchwise or presented in a thrust.
  • so-called “semi-batch processes” in which at least one starting material (for example alcohol) is introduced as a batch and at least one further starting material (for example epoxide) is metered successively into the reaction vessel can also be encompassed by this term.
  • the reaction vessel is filled batchwise with at least one starting material and in certain reactions also with the optionally necessary solvents, etc., and the chemical reaction starts, at least one further reagent, if necessary, being added (continuously). After completion of the reaction, the contents are taken with the products and the remaining educts.
  • Typical alkoxylation reactions with reaction enthalpies of (-100) - (-200) kJ / mol produce 2000-4000 kWh for recycling on a 25t scale.
  • the heat of reaction or waste heat of such discontinuous reactions is thus also discontinuous, or not constant, ie delivered variably.
  • a memory preferably a steam accumulator (called “steam accumulator") is provided, in front of the device in which the steam is used, such as a boiler, or other possible uses.
  • water is understood as a chemical compound (H 2 O). Possibly. may be added to the water additives, and it may, for example, small amounts of salts, etc. are present dissolved.
  • water is always used here for the liquid state of matter.
  • steam in connection with the steam area in the steam accumulator, for example.
  • the heat of reaction is thus supplied to the steam reservoir as water in the liquid state of aggregation, namely as water of the second, higher temperature.
  • the steam storage is steamed. If it is not about steam from a boiler, but the recovery of waste heat from a chemical reaction, so must be interposed between the heat exchanger and the steam storage still an evaporation step, which is not necessary here.
  • the medium exiting the heat exchanger namely hot / hot water, is used directly to feed the vapor storage without any vaporization between them.
  • Water supplied in the heat exchanger of the first, lower temperature is water in the liquid state of aggregation, which if necessary is treated, ie, for example, decalcified, deionized, or degassed.
  • the water supplied to the heat exchanger of the first, lower temperature comes at least partially, but possibly also completely, from a condensate tank, ie it is preferably at least partially recirculated, ie recycled or recycled water.
  • the condensate tank is refilled directly by the amount of water which is withdrawn from the condensate tank and is no longer returned there in the form of possibly treated fresh water.
  • the heat exchanger at least partly directly with fresh water, which if necessary prepared, ie for example decalcified, deionized, or degassed, is fed and so the condensate tank is replenished indirectly via the steam storage path.
  • the water delivered by the heat exchanger to the steam reservoir has, according to a preferred embodiment of the invention, a pressure of in the range of 2-6 bar, preferably about 4-5 bar and a temperature of about 130-160 degrees Celsius, preferably about 140- 150 degrees Celsius.
  • the heat of reaction is transferred via the reaction solution or the reaction mixture to the supplied water of the first temperature.
  • the waste heat of the chemical reaction is preferably transferred to the water by using at least part of the reaction mixture or the reaction solution as a heat transfer fluid for heat transfer from the reaction vessel to a heat exchanger.
  • a portion of the reaction solution can be removed from the reaction vessel and passed into the heat exchanger.
  • the reaction mixture or the reaction solution or even the reaction product is cooled in the heat exchanger and flows back to the reaction vessel, to react further, and to remove heat again.
  • the reaction solution is conveyed or circulated by a pump from the reaction vessel into the heat exchanger and / or from there back into the reaction vessel.
  • the reaction mixture thus transfers the heat of reaction to the water supplied in the heat exchanger.
  • the waste heat produced in the reaction vessel is transferred to the water, whereby the water is heated.
  • the heated water then exits the heat exchanger and is directed into the steam reservoir.
  • the water of a first temperature which is either supplied as treated fresh water or comes from the condensate tank, on the way to the steam storage through a arranged in the reaction vessel heat exchanger, or eg is passed through a kind of "cooling coil", wherein the water receives there heat of reaction, and thus simultaneously the reaction or the reaction solution is cooled in the reaction vessel.
  • the heated water of the second temperature then exits the heat exchanger again and is supplied in heated form to the steam storage.
  • a secondary circuit such as e.g. a molten salt cycle, be interposed between the heat exchanger and the reaction vessel.
  • the entering into the steam reservoir water has a pressure of preferably about 4-5 bar and a temperature of preferably about 140-150 ° C.
  • the temperature in the steam accumulator is preferably about 120-135 ° C at a pressure of about 2-3 bar, and after loading the steam battery with water about 150-155 ° C at a pressure of about 5-6 bar.
  • the steam accumulator has an upper area in which hot steam is located and a lower area in which hot water is located. At phase equilibrium in the steam accumulator, the temperature of the steam corresponds to the temperature of the water and the pressure of the steam corresponds to the pressure of the water.
  • the steam storage is filled at the initial start-up for the initial load with recycled water from the condensate tank, which has a temperature of about 100 degrees Celsius.
  • the condensate tank may be either directly, i. regardless of the operating state of the heat recovery system with possibly treated fresh water are filled, or indirectly during operation of the heat recovery system with fresh water or recycled water after passing through the heat exchanger and the steam accumulator.
  • steam ie "water” in the gaseous state of aggregation, as well as water in the liquid state of aggregation, are supplied from the steam reservoir to other uses.
  • steam ie "water” in the gaseous state of aggregation, as well as water in the liquid state of aggregation
  • another advantage of the invention compared to the prior art is that not only steam is taken from the steam reservoir, but also hot water, which can be used for various purposes.
  • At least a portion of the water discharged from the vapor storage is, in a next preferred embodiment, used to heat raw materials, i. Educts used for the chemical reaction.
  • At least a portion of the water discharged from the steam reservoir is used to feed a boiler.
  • a boiler preferably so-called "high-quality" steam is generated, which has a pressure of about 5-9 bar, preferably about 6-8 bar, and a temperature of about 160-170 degrees Celsius. (about 25-30 m 3 per 24 h, average about 1.2 m 3 per h).
  • steam is emitted from the steam reservoir, which has a pressure of about 2-5 bar, preferably about 2-4 bar and a temperature of about 120-150 degrees Celsius, preferably about 130-140 degrees Celsius having.
  • Modern boilers or water tanks are very efficient when properly loaded, and they respond quickly to charge fluctuations.
  • ordinary "shell boilers” can not adequately cover large peak demands and should be protected from large fluctuations in the cargo.
  • the present method allows a stable charging pattern for boilers or other uses to avoid the negative effects of large charge variations.
  • steam from the boiler can be immediately made available to meet peak demand.
  • the steam storage is thus to a certain extent an "expansion" of the energy storage capacity of the boiler.
  • water discharged from the steam storage to the boiler or other uses is replaced intermittently by supplying hot water from the heat exchanger or by the water heated by the waste heat of the chemical reaction.
  • the working cycle ("duty cycle") of the discontinuous reaction or the recovery device according to the invention is preferably characterized in that, while preferably approx. 30-60 min heat of reaction and transferred to the water, followed by a period of preferably about 2 hours, in which no heat release takes place.
  • a temperature and / or pressure drop takes place in the steam accumulator, typically from about 150 ° C to about 133 ° C and 120 ° C and from about 5 bar to about 2 bar.
  • further vapor is used for further chemical reactions, e.g. for preheating other raw materials derived from the steam storage.
  • the characteristics of the present invention reduce the energy requirement of the production plant. At the same time, the CO 2 - or GHG emissions ("greenhouse gas”) and thus the environmental and energy costs can be reduced.
  • the system for utilizing the waste heat of the chemical reaction has at least one control and / or control mechanism.
  • FIGS. 1 and 2 in each case a scheme according to a first or a second embodiment of a system for using heat of reaction from an alkoxylation reaction is shown.
  • the system for using the heat of reaction has a reaction vessel 2 in which an exothermic alkoxylation reaction takes place.
  • the alkoxylation reaction is a discontinuously conducted reaction, preferably a so-called "batch process".
  • the empty reactor is filled with the starting materials and any necessary solvents and the chemical reaction starts.
  • the contents are taken with the products and any remaining educts.
  • the alkoxylation reaction is an exothermic reaction such as, for example, an ethoxylation, propoxylation or butoxylation reaction.
  • a fatty alcohol and an epoxide react with one another to form at least one reaction product 16, which can be removed from the reaction vessel 2.
  • FIG. 1 are three raw materials 6a-c shown, with less, or even more starting materials are possible.
  • the reaction vessel 2 preferably has a typical volume in the range of about 10 m 3 to 50 m 3 .
  • the delivery rate is preferably about 2000-4000 kWh per batch, i. per 25 t.
  • the heat of reaction is transferred in the heat exchanger 19 to supplied water 5 and 15 respectively.
  • This has a first, low temperature T1 of in the range of about 100 degrees Celsius and a first pressure p1 of in the range of about 0 bar.
  • the water 5, 15 supplied to the heat exchanger 19 can either be cold fresh water 5, which may have previously been treated in a conditioner 13, eg a deionizer or a descaling agent or a degasser. It can also be quite or partially recycled, ie recycled water 15 from a condensate tank 3, ie condensate, which was optionally also processed.
  • a switching point 14 is arranged in the system, at the fresh water supply to the water cycle, and / or vice versa, can be switched. It is also possible that a mixture of fresh water 5 and recycled water 15 is supplied to the heat exchanger 19.
  • the water 5/15 is then heated to a second temperature T2 of in the range of about 140 to 160 degrees Celsius at a second pressure p2 in the range of about 3 bar to 5 bar.
  • a first temperature T1 'to the supplied water 5/15 a first temperature T1 transmitted.
  • at least part of the reaction solution 2a is branched out of the reaction vessel 2 and passed into a heat exchanger 19 arranged outside the reaction vessel 2, and then passed through the heat exchanger 19 before the reaction solution 2a is returned to the reaction vessel 2 again.
  • This circulation is preferably achieved by a pump (not shown).
  • the reaction solution 2b leaving the heat exchanger 19 again has a second, lower temperature T2 'than the reaction solution 2a conducted from the reaction vessel 2 to the heat exchanger 19, since the water 5/15 "cools" the reaction solution 2a in the heat exchanger 19.
  • the reaction heat is transferred to the supplied water 5/15 a first temperature T1 as an alternative to the above heat exchange by circulation of the reaction solution by the supplied water 5/15 by a arranged in the reaction vessel 2 "heat exchanger" 19, eg a cooling coil or arranged in the reaction vessel 2 other cooling device is guided.
  • the water leaving the heat exchanger 19 5 'here also has a second temperature T2 of about 140 to about 160 degrees Celsius and a second pressure p2 of about 3-5 bar.
  • the water exiting from the heat exchanger 19 5 'in the liquid state of aggregation is fed to a steam reservoir 1.
  • the steam accumulator 1 is usually made of a cylindrical pressure vessel, which is partially filled with water, preferably to 50% -90%. It typically has a volume in the range of about 50 m 3 to 200 m 3 .
  • the steam reservoir 1 has in its interior an upper steam region 1a and a lower water region 1b, the water surface of the water region 1b being the interface with the steam region 1a, ie these two regions 1a, 1b are not separated by a wall, the two aggregate states essentially in phase equilibrium.
  • the water preferably occurs and as shown in FIG Fig. 1 and 2 via a water pipe 1c with inlet openings or
  • Nozzles in the water area 1 b of the steam accumulator 1 a are preferably in the phase equilibrium.
  • the temperature prevailing in the steam storage temperature T8, T9 is preferably in the range of about 120 degrees Celsius to 150 degrees Celsius, at a pressure p8, p9 of in the range of about 2 bar to 5 bar.
  • Steam 10a-10c at a temperature T4 of about 120 to 150 degrees Celsius at a pressure p4 in the range of about 2 to 5 bar, ie preferably so-called "low-grade steam", can be withdrawn from the steam region 1a.
  • This vapor 10a-10c may be supplied to multiple uses 11a-11c, such as e.g. heating a mobile container 11a, preferably a swap body, and / or the steam 10b may react with other chemical reactions 11b e.g. be fed to the preheating of raw materials.
  • Other uses 11c are alternatively or additionally possible.
  • Water 8a-8c, 9a-9b may be withdrawn from the water region 1b at a temperature T3 of in the range of about 120 degrees Celsius to about 150 degrees Celsius and a pressure of in the range of about 2 to 5 bar, and various uses. 6c, 4, 12 are supplied.
  • raw materials 6a-6c for the said chemical reaction can be preheated with the water 8a-8c, preferably via heat exchangers 20a-20c, so that they can be supplied to the reaction vessel 2 as preheated educts 6a'-6c '. It is also possible that the preheating of the educts 6a-6c via closed circuits in combination with a heat exchanger takes place (not shown).
  • a Condensate tank 3 are supplied. This preferably has a volume of in the range of 50 m 3 up to 200 m 3 .
  • this condensate tank 3 can deliver water 15 for recycling, which has a temperature T6 of in the range of approximately 100 degrees Celsius and a pressure p6 of approximately 0 bar. This water 15 is then according to the embodiments in Fig.
  • fresh water 5 which has been treated in a conditioner 13 may also be supplied directly to the condensate tank 3 in order to replace the amount of water 15 which is withdrawn therefrom and does not flow back there again.
  • hot water 9a, 9b can also be supplied to other uses.
  • a portion 9a of the water which preferably has a temperature T3 of in the range of about 120 to 150 degrees Celsius and a pressure p3 of in the range of about 2 to 5 bar, are fed to a boiler 4, in which the water 9a is further heated and converted into steam.
  • the boiler provides this so-called "high quality" steam 18 to other uses, preferably at a temperature T5 of in the range of about 160 degrees Celsius to 180 degrees Celsius and a pressure P5 of in the range of about 6 to about 10 bar ,

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung von Abwärme einer exothermen chemischen Reaktion bzw. zur Wärmerückgewinnung.
    • STAND DER TECHNIK
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Abwärme einer chemischen Reaktion aus einem Reaktor einem Wasserdampfspeicher zuzuführen.
  • Die EP 0 158 747 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verwendung von Abwärme einer kontinuierlichen chemischen Reaktion, nämlich der Produktion von Phthalsäureanhydrid, bzw. Maleinsäureanhydrid, wobei die Abwärme der Reaktion zunächst in Dampf von hohem Druck umgewandelt wird und in dieser Form dann an einen Dampfspeicher abgegeben wird. Durch die Verwendung des Dampfspeichers kann der aus dem Reaktor abgeführte Wasserdampf relativ konstant gehalten werden. Auch bei der JP 2003097800 wird ein Dampfspeicher mit Dampf aus einem Boiler gespeist, der in fluktuierender Weise Dampf erzeugt. Aus dem Dampfspeicher wird dann Dampf anderen Einrichtungen zur weiteren Verwendung zur Verfügung stellt.
  • Bei Kombinationen von Dampfspeicher und Boiler aus dem Stand der Technik wird unter Druck stehendes Wasser in einem Dampfspeicher gespeichert. Eine Reduktion des Drucks von bei seinem Sättigungspunkt gespeichertem Wasser resultiert in einem Überschuss an Energie im Wasser, was dazu führt, dass ein Anteil des Wassers sich in Dampf umwandelt (sogenanntes "flashing"). Im Dampfspeicher wird Wasser als gesättigte Flüssigkeit bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur gehalten. Durch Abgabe von Dampf aus dem Boiler an weitere Verwendungen wird Nachschub aus dem Dampfspeicher an den Boiler geliefert, wodurch sich die Wassermenge im Dampfspeicher verringert. Mit anderen Worten, wenn ein übermässiger Dampfbedarf besteht, der durch den Boiler alleine nicht mehr gedeckt werden kann, wird ein Druckabfall im Dampfspeicher bewirkt, wodurch das Wasser im Dampfspeicher im Vergleich zum erniedrigten Druck überhitzt und somit ein Anteil davon zu Dampf umgewandelt wird und aus dem Dampfspeicher abgegeben wird (siehe z.B. US 1,867,143 ). Die Umwandlungsrate von Wasser zu Dampf ist eine Funktion des Speicherdrucks und der Rate des Dampfbedarfs.
  • WO2006/128311A2 offenbart ein wärmebetriebenes Fahrzeug mit externer Energieerzeugung, in dem die Energie in stationären Verbrennungsanlagen wie beispielsweise Müllverbrennungsanlagen erzeugt wird.
  • US 3129564 , DE 19918346A1 und EP 0976914 A1 offenbaren Dampfturbinenanlagen, wie sie von Stromanbietern genutzt werden, in welchen die Wärme anhand von Waser/Dampfspeichern zwischengespeichert werden kann. DE 12 88 614 B betrifft eine Kesselanlage für beispielsweise Hüttenwerke, welche eine sekundäre Trommel aufweist, die im Gleichdruck als Speisewasserspeicher betrieben wird.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein System zur effizienten Nutzung von Reaktionswärme einer Alkoxylierungsreaktion zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden sind.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass ein Verfahren zur Verwendung der Reaktionswärme einer in einem Reaktionsgefäss diskontinuierlich geführten, exothermen, chemischen Reaktion vorgestellt wird, bei der die Reaktionswärme zugeführtes Wasser einer ersten, niedrigeren Temperatur in einem Wärmetauscher wenigstens mittelbar auf eine zweite, höhere Temperatur erwärmt, und dieses Wasser der zweiten, höheren Temperatur einem Dampfspeicher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Reaktion in einem Batch-Prozess geführt wird und dass die chemische Reaktion eine Alkoxylierungsreaktion ist.
  • Die Alkoxylierungsreaktion ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine eine Ethoxylierungsreaktion oder eine Propoxylierungsreaktion oder eine Butoxylierungsreaktion oder eine Mischform solcher Reaktionen. Es handelt es sich dabei um sogenannte "Batch-Reaktionen" bzw. "Batch-Prozesse", d.h. mindestens teilweise diskontinuierlich geführte Reaktionen. Unter einem Batch-Prozess ist im Zusammenhang mit dieser Erfindung ein Prozess zu verstehen, bei dem (im Vergleich zu rein kontinuierlich geführten Reaktionen, bei denen alle Reagenzien kontinuierlich, d.h. sukzessive beigegeben werden) wenigstens ein Reagens (Edukt bzw. Rohmaterial) batchmässig bzw. in einem Schub vorgelegt wird. Somit können auch sogenannte "Semi-Batch-Prozesse", bei denen mindestens ein Edukt (z.B. Alkohol) als Batch vorgelegt wird und mindestens ein weiteres Edukt (z.B. Epoxid) sukzessive in das Reaktionsgefäss hinein dosiert wird, von diesem Begriff umfasst sein. Beim diskontinuierlichen Betrieb wird das Reaktionsgefäss mit wenigstens einem Ausgangsstoff und bei gewissen Reaktionen auch mit den gegebenenfalls notwendigen Lösemitteln etc. batchmässig befüllt und die chemische Reaktion läuft an, wobei mindestens ein weiteres Reagens, falls erforderlich, (kontinuierlich) zugegeben wird. Nach Abschluss der Reaktion wird der Inhalt mit den Produkten und den übriggebliebenen Edukten entnommen. Bei typischen Alkoxylierungsreaktionen mit Reaktionsenthalpien von (-100) - (-200) kJ/mol entstehen im 25t Massstab 2000-4000 kWh zur Wiederverwertung.
  • Die Reaktionswärme bzw. Abwärme solcher diskontinuierlichen Reaktionen wird somit auch diskontinuierlich, bzw. nicht konstant, d.h. variabel abgegeben. Um dennoch einen konstanten Wärmeoutput bzw. die Nutzung einer konstanten Wärmemenge zu ermöglichen, ist ein Speicher, vorzugsweise ein Dampfspeicher (auf Englisch "steam accumulator" genannt) vorgesehen, der vor die Vorrichtung, in welcher der Dampf verwendet wird, wie z.B. einen Boiler, oder andere mögliche Verwendungen, geschaltet wird.
  • In diesem Zusammenhang, d.h. insbesondere in Bezug auf Anspruch 1, wird der Begriff "Wasser" als chemische Verbindung (H2O) verstanden. Ggf. können dem Wasser Additive beigemischt sein, und es können z.B. geringe Anteile an Salzen etc. gelöst vorliegen. Zur Unterscheidung zwischen dem flüssigen und dem gasförmigen Aggregatszustand von "Wasser" im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird die Bezeichnung Wasser hier stets für den flüssigen Aggregatzustand verwendet. Im gasförmigen Zustand wird das "Wasser" beispielsweise im Zusammenhang mit dem Dampfbereich im Dampfspeicher stets als "Dampf" bezeichnet.
  • Vorzugsweise wird die Reaktionswärme also dem Dampfspeicher als Wasser im flüssigen Aggregatszustand, namentlich als Wasser der zweiten, höheren Temperatur zugeführt.
  • In den Anwendungen im Stand der Technik wird der Dampfspeicher mit Dampf gespiesen. Wenn es sich dabei nicht um Dampf aus einem Boiler, sondern um die Verwertung von Abwärme aus einer chemischen Reaktion handelt, so muss zwischen dem Wärmetauscher und dem Dampfspeicher noch ein Verdampfungsschritt zwischengeschaltet sein, was hier nicht nötig ist. Im Vergleich zu den Verfahren nach dem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung das aus dem Wärmetauscher austretende Medium, nämlich warmes/heisses Wasser, direkt zur Speisung des Dampfspeichers verwendet, ohne dass dazwischen noch eine Verdampfung stattfindet.
  • Bei dem Wärmetauscher zugeführten Wasser der ersten, niedrigeren Temperatur handelt es sich um Wasser in flüssigem Aggregatszustand, welches ggf. aufbereitet, d.h. z.B. entkalkt, deionisiert, oder entgast wurde. Vorzugsweise stammt das dem Wärmetauscher zugeführte Wasser der ersten, niedrigeren Temperatur wenigstens teilweise, möglicherweise aber auch vollständig, aus einem Kondensattank, d.h. es handelt sich vorzugsweise wenigstens teilweise um im Kreislauf befindliches, d.h. rezykliertes bzw. wiederverwertetes Wasser. Vorzugsweise wird der Kondensattank durch diejenige Menge Wasser, welche dem Kondensattank entnommen wird und nicht mehr dorthin zurückgeführt wird, in Form von ggf. aufbereitetem Frischwasser direkt wieder aufgefüllt. Es ist aber auch möglich, dass der Wärmetauscher wenigstens teilweise direkt mit Frischwasser, welches ggf. aufbereitet, d.h. z.B. entkalkt, deionisiert, oder entgast wurde, gespiesen wird und so der Kondensattank indirekt über den Dampfspeicher-Weg wieder aufgefüllt wird.
  • Das vom Wärmetauscher an den Dampfspeicher abgegebene Wasser weist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Druck von im Bereich von 2-6 bar, vorzugsweise ca. 4-5 bar und eine Temperatur von ca. 130-160 Grad Celsius, vorzugsweise ca. 140-150 Grad Celsius auf.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktionswärme über die Reaktionslösung bzw. das Reaktionsgemisch auf das zugeführte Wasser der ersten Temperatur übertragen. Mit anderen Worten wird die Abwärme der chemischen Reaktion vorzugsweise auf das Wasser übertragen, indem wenigstens ein Teil des Reaktionsgemisches bzw. der Reaktionslösung als Wärmeträger-Flüssigkeit für die Wärmeübertragung vom Reaktionsgefäss zu einem Wärmetauscher verwendet wird. Dabei kann ein Teil der Reaktionslösung aus dem Reaktionsgefäss abgeführt und in den Wärmetauscher geleitet werden. Das Reaktionsgemisch bzw. die Reaktionslösung oder gar das Reaktionsprodukt wird im Wärmetauscher gekühlt und fliesst zurück zum Reaktionsgefäss, weiter zu reagieren, und wieder Wärme abzutransportieren. Vorzugsweise wird die Reaktionslösung durch eine Pumpe aus dem Reaktionsgefäss in den Wärmetauscher und/oder von dort wieder zurück ins Reaktionsgefäss befördert bzw. zirkuliert. Das Reaktionsgemisch, bzw. mindestens ein Teil davon, überträgt somit die Reaktionswärme an das zugeführte Wasser im Wärmetauscher. Durch diese Zirkulation der Reaktionslösung zwischen Reaktionsgefäss und Wärmetauscher, wird die im Reaktionsgefäss entstandene Abwärme an das Wasser übertragen, wodurch das Wasser erwärmt wird. Das erwärmte Wasser tritt dann aus dem Wärmetauscher aus und wird in den Dampfspeicher geleitet. Als Alternative zu diesen "Reaktor mit externem Loop" ist es auch möglich, dass das Wasser einer ersten Temperatur, welches entweder als aufbereitetes Frischwasser zugeführt wird oder aus dem Kondensattank stammt, auf dem Weg zum Dampfspeicher durch einen im Reaktionsgefäss angeordneten Wärmetauscher, bzw. z.B. durch eine Art "Kühlspirale" hindurchgeführt wird, wobei das Wasser dort Reaktionswärme aufnimmt, und somit gleichzeitig die Reaktion bzw. die Reaktionslösung im Reaktionsgefäss gekühlt wird. Das erwärmte Wasser der zweiten Temperatur tritt dann wieder aus dem Wärmetauscher aus und wird in erwärmter Form dem Dampfspeicher zugeführt.
  • Als weitere Alternative zur Wärmeübertragung kann beispielsweise auch ein Sekundärkreislauf, wie z.B. ein Salzschmelze-Kreislauf, zwischen Wärmetauscher und Reaktionsgefäss zwischengeschaltet sein.
  • Das in den Dampfspeicher eintretende Wasser hat einen Druck von vorzugsweise ca. 4-5 bar und eine Temperatur von vorzugsweise ca. 140-150°C. Die Temperatur im Dampfspeicher beträgt vorzugsweise ca. 120-135°C bei einem Druck von ca. 2-3 bar, und nach dem Beladen des Dampfakkus mit Wasser ca. 150-155°C bei einem Druck von ca. 5-6 bar. Der Dampfspeicher weist einen oberen Bereich, in welchem sich heisser Dampf befindet, und einen unteren Bereich, in dem sich heisses Wasser befindet, auf. Bei Phasengleichgewicht im Dampfspeicher entspricht die Temperatur des Dampfes der Temperatur des Wassers und der Druck des Dampfes dem Druck des Wassers.
  • Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird der Dampfspeicher bei der anfänglichen Inbetriebnahme für die Anfangsbeladung mit rezykliertem Wasser aus dem Kondensattank befüllt, welches eine Temperatur von ca. 100 Grad Celsius aufweist. Somit kann der Kondensattank entweder direkt, d.h. unabhängig vom Betriebszustand der Wärmerückgewinnungsanlage mit ggf. aufbereitetem Frischwasser aufgefüllt werden, oder indirekt während des Betriebs der Wärmerückgewinnungsanlage mit Frischwasser oder rezykliertem Wasser nach Durchlaufen des Wärmetauschers und des Dampfspeichers.
  • Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird aus dem Dampfspeicher sowohl Dampf, d.h. "Wasser" im gasförmigen Aggregatszustand, wie auch Wasser im flüssigen Aggregatszustand weiteren Verwendungen zugeführt. Somit ist ein weiterer Vorteil der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik, dass dem Dampfspeicher nicht nur Dampf entnommen wird, sondern auch heisses Wasser, welches für verschiedene Zwecke weiterverwendet werden kann.
  • Mindestens ein Teil des aus dem Dampfspeicher abgegebenen Wassers wird nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform zur Erhitzung von Rohmaterialien, d.h. Edukten für die chemische Reaktion verwendet.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu wird mindestens ein Teil des aus dem Dampfspeicher abgegebenen Wassers zur Speisung eines Boilers verwendet. Im Boiler wird vorzugsweise sogenannter "hochwertiger" Dampf erzeugt, der einen Druck von ca. 5-9 bar, vorzugsweise ca. 6-8 bar, und eine Temperatur von ca. 160-170 Grad Celsius aufweist. (ca. 25-30 m3 pro 24 h, durchschnittlich ca. 1.2 m3 pro h).
  • Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird aus dem Dampfspeicher Dampf abgegeben, der einen Druck von ca. 2-5 bar, vorzugsweise ca. 2-4 bar und eine Temperatur von ca. 120-150 Grad Celsius, vorzugsweise ca. 130-140 Grad Celsius aufweist. Dabei wird vorteilhafterweise wenigstens ein Teil des aus dem Dampfspeicher abgegebenen Dampfes für die Beheizung mindestens eines mobilen Behälters, vorzugsweise eines Wechselauflagenbehälters, verwendet (sogenanntes "WAB-Heating").
  • Moderne Boiler bzw. Wassertanks sind sehr effizient, wenn sie korrekt beladen werden, und sie reagieren schnell auf Ladungsschwankungen. Gewöhnliche "shell boilers" können jedoch grosse Spitzenbedarfe nur ungenügend decken und sollten von grossen Ladungsschwankungen geschützt werden. Die vorliegende Methode ermöglicht ein stabiles Beladungsmuster für Boiler oder andere Verwendungen, um die negativen Effekte von grossen Ladungsschwankungen zu vermeiden. Durch die Verwendung eines Dampfspeichers kann Dampf aus dem Boiler unmittelbar zur Verfügung gestellt werden, um einen Spitzenbedarf zu decken. Der Dampfspeicher ist somit gewissermassen eine "Ausdehnung" der Energiespeicherkapazität des Boilers. In der vorliegenden Erfindung wird Wasser, das vom Dampfspeicher an den Boiler bzw. an andere Verwendungen abgegeben wurde, durch Zufuhr von Warmwasser aus dem Wärmetauscher, bzw. durch das von der Abwärme der chemischen Reaktion aufgewärmte Wasser diskontinuierlich wieder ersetzt. Der Arbeitszyklus ("duty cycle") der diskontinuierlichen Reaktion bzw. der Rückgewinnungsvorrichtung gemäss der Erfindung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass während vorzugsweise ca. 30-60 min Reaktionswärme abgegeben und auf das Wasser übertragen wird, gefolgt von einer Zeitspanne von vorzugsweise ca. 2 h, in der keine Wärmeabgabe stattfindet. Durch den Abzug von Wasser bzw. Dampf am Ende des Zyklus aus dem Dampfspeicher kann es sein, dass im Dampfspeicher ein Temperatur- und/oder Druckabfall stattfindet, typischerweise von ca. 150°C auf ca. 133°C bzw. 120°C und von ca. 5 bar auf ca. 2 bar.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu wird weiterer Dampf für weitere chemische Reaktionen, z.B. zur Vorwärmung anderer Rohmaterialien aus dem Dampfspeicher abgeleitet.
  • Durch die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung wird der Energiebedarf der Produktionsanlage verringert. Gleichzeitig können der CO2- bzw. GHG-Ausstoss ("greenhouse gas") und somit die Umwelt- und Energiekosten verringert werden.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass das System zur Nutzung der Abwärme der chemischen Reaktion mindestens einen Kontroll- und/oder Steuerungsmechanismus aufweist.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
    • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
    • Fig. 1:
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Systems zur Verwendung von Abwärme aus einer Alkoxylierungsreaktion gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
    Fig. 2:
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Systems zur Verwendung von Abwärme aus einer Alkoxylierungsreaktion gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In Figuren 1 und 2 ist je ein Schema gemäss einem ersten bzw. einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Systems zur Verwendung von Reaktionswärme aus einer Alkoxylierungsreaktion dargestellt.
  • Das System zur Verwendung der Reaktionswärme weist ein Reaktionsgefäss 2 auf, in welchem eine exotherme Alkoxylierungsreaktion abläuft. Es handelt sich bei der Alkoxylierungsreaktion um eine diskontinuierlich geführte Reaktion, vorzugsweise einen sogenannten "Batch- Prozess". Beim (mindestens teilweise) diskontinuierlichen Betrieb wird der leere Reaktor mit den Ausgangsstoffen und den gegebenenfalls notwendigen Lösungsmitteln befüllt und die chemische Reaktion läuft an. Nach Abschluss der Reaktion wird der Inhalt mit den Produkten und den ggf. übriggebliebenen Edukten entnommen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Alkoxylierungsreaktion um eine exotherme Reaktion, wie, beispielsweise eine Ethoxylierungs-, Propoxylierungs- oder Butoxylierungsreaktion. Beispielsweise reagieren dabei ein Fettalkohol und ein Epoxid miteinander zu mindestens einem Reaktionsprodukt 16, welches aus dem Reaktionsgefäss 2 entnommen werden kann. In Figur 1 sind drei Rohmaterialien 6a-c dargestellt, wobei auch weniger, oder noch mehr Edukte möglich sind.
  • Das Reaktionsgefäss 2 weist vorzugsweise ein typisches Volumen im Bereich von ca. 10 m3 bis 50 m3 auf.
  • Beim Ablauf der Reaktion wird Energie in Form von Reaktionswärme bzw. Abwärme freigesetzt. Die Abgaberate beträgt vorzugsweise ca. 2000-4000 kWh pro Batch, d.h. pro 25 t.
  • Die Reaktionswärme wird im Wärmetauscher 19 auf zugeführtes Wasser 5 bzw. 15 übertragen. Dieses weist eine erste, niedrige Temperatur T1 von im Bereich von ca. 100 Grad Celsius und einen ersten Druck p1 von im Bereich von ca. 0 bar auf.
  • Das dem Wärmetauscher 19 zugeführte Wasser 5, 15 kann entweder kaltes Frischwasser 5 sein, welches gegebenenfalls vorher in einem Aufbereiter 13, z.B. einem Deionisierer oder einem Entkalker oder einem Entgaser behandelt wurde. Es kann aber auch ganz oder teilweise rezykliertes, d.h. wiederverwertetes Wasser 15 aus einem Kondensattank 3, d.h. Kondensat, sein, welches gegebenenfalls ebenfalls aufbereitet wurde. Optional ist eine Schaltstelle 14 im System angeordnet, an der von Frischwasserzufuhr auf den Wasserkreislauf, und/oder umgekehrt, umgeschaltet werden kann. Möglich ist auch, dass eine Mischung aus Frischwasser 5 und rezykliertem Wasser 15 dem Wärmetauscher 19 zugeführt wird.
  • Im Wärmetauscher 19 wird das Wasser 5/15 dann auf eine zweite Temperatur T2 von im Bereich von ca. 140 bis 160 Grad Celsius bei einem zweiten Druck p2 von im Bereich von ca. 3 bar bis 5 bar erwärmt. Gemäss dem in Fig. 1 dargestellten, ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird mindestens ein Teil der im Reaktionsgefäss 2 entstandenen Reaktionswärme über das Reaktionsgemisch bzw. die Reaktionslösung 2a einer ersten Temperatur T1' auf das zugeführte Wasser 5/15 einer ersten Temperatur T1 übertragen. Dazu wird mindestens ein Teil der Reaktionslösung 2a aus dem Reaktionsgefäss 2 hinaus abgezweigt und in einen ausserhalb des Reaktionsgefässes 2 angeordneten Wärmetauscher 19 hinein geleitet, und dann durch den Wärmetauscher 19 hindurch geleitet, bevor die Reaktionslösung 2a wieder in das Reaktionsgefäss 2 zurückbefördert wird. Diese Zirkulation wird vorzugsweise durch eine Pumpe erreicht (nicht dargestellt). Die den Wärmetauscher 19 wieder verlassende Reaktionslösung 2b weist eine zweite, niedrigere Temperatur T2' auf als die vom Reaktionsgefäss 2 zum Wärmetauscher 19 hin geführte Reaktionslösung 2a., da das Wasser 5/15 die Reaktionslösung 2a im Wärmetauscher 19 "abkühlt".
  • In dem in Figur 2 dargestellten weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird alternativ zum obigen Wärmeaustausch durch Zirkulation der Reaktionslösung die Reaktionswärme auf das zugeführte Wasser 5/15 einer ersten Temperatur T1 übertragen, indem das zugeführte Wasser 5/15 durch einen im Reaktionsgefäss 2 angeordneten "Wärmetauscher" 19, z.B. eine Kühlspirale oder eine im Reaktionsgefäss 2 angeordnete andere Kühleinrichtung hindurch geführt wird. Das den Wärmetauscher 19 verlassende Wasser 5' weist auch hier eine zweite Temperatur T2 von ca. 140 bis ca. 160 Grad Celsius und einen zweiten Druck p2 von ca. 3-5 bar auf.
  • Vorzugsweise wird das aus dem Wärmetauscher 19 austretende Wasser 5' im flüssigen Aggregatszustand einem Dampfspeicher 1 zugeführt. Der Dampfspeicher 1 besteht in der Regel aus einem zylindrischen Druckbehälter, der teilweise mit Wasser gefüllt ist, vorzugsweise zu 50%-90%. Er weist typischerweise ein Volumen im Bereich von ca. 50 m3 bis 200 m3 auf.
  • Der Dampfspeicher 1 weist in seinem Inneren einen oberen Dampfbereich 1a und einen unteren Wasserbereich 1b auf, wobei die Wasseroberfläche des Wasserbereichs 1b die Grenzfläche zum Dampfbereich 1a darstellt, d.h. dass diese beiden Bereiche 1a, 1b nicht durch eine Wand getrennt sind, wobei die beiden Aggregatszustände im Wesentlichen in einem Phasengleichgewicht vorliegen. Das Wasser tritt vorzugsweise und gemäss der Darstellung in Fig. 1 und 2 über eine Wasserleitung 1c mit Eintrittsöffnungen bzw.
  • Düsen in den Wasserbereich 1b des Dampfspeichers 1 ein. Im Phasengleichgewicht liegt die im Dampfspeicher herrschende Temperatur T8, T9 vorzugsweise im Bereich von ca. 120 Grad Celsius bis 150 Grad Celsius, bei einem Druck p8, p9 von im Bereich von ca. 2 bar bis 5 bar.
  • Aus dem Dampfspeicher 1 wird gemäss den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sowohl Dampf 10a-10c aus dem Dampfbereich 1a, als auch Wasser 8a-8c aus dem Wasserbereich 1b abgegeben und verschiedenen Verwendungen 11a-11c bzw. 6a-6c, 4, 12 zugeführt.
  • Aus dem Dampfbereich 1a kann Dampf 10a-10c einer Temperatur T4 von Bereich von ca. 120 bis 150 Grad Celsius bei einem Druck p4 im Bereich von ca. 2 bis 5 bar, also vorzugsweise sogenannter "niedrigwertiger Dampf" abgezogen werden. Dieser Dampf 10a-10c kann mehreren Verwendungen 11a-11c zugeführt werden, wie z.B. der Beheizung eines mobilen Behälters 11a, vorzugsweise eines Wechselauflagenbehälters, und/oder der Dampf 10b kann anderen chemischen Reaktionen 11b z.B. zur Vorwärmung von Rohmaterialien zugeführt werden. Andere Verwendungen 11c sind alternativ oder zusätzlich dazu möglich.
  • Aus dem Wasserbereich 1b kann Wasser 8a-8c, 9a-9b einer Temperatur T3 von im Bereich von ca. 120 Grad Celsius bis ca. 150 Grad Celsius und einem Druck von im Bereich von ca. 2 bis 5 bar abgezogen und diversen Verwendungen 6a-6c, 4, 12 zugeführt werden. Beispielsweise können mit dem Wasser 8a-8c, vorzugsweise über Wärmetauscher 20a-20c Rohmaterialien 6a-6c für die besagte chemische Reaktion vorgewärmt werden, sodass diese dem Reaktionsgefäss 2 als vorgewärmte Edukte 6a'-6c' zugeführt werden können bzw. zur Verfügung stehen. Es ist auch möglich, dass die Vorwärmung der Edukte 6a-6c über geschlossene Kreisläufe in Kombination mit je einem Wärmetauscher erfolgt (nicht dargestellt).
  • Gemäss den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen kann das zur Erwärmung der Rohmaterialien 6a-6c verwendete und damit abgekühlte Wasser 8a-8c vom Wärmetauscher 20a-20c mit einer Temperatur T7 von im Bereich von ca. 100 Grad Celsius und einem Druck p7 von im Bereich von ca. 0 bar einem Kondensattank 3 zugeführt werden. Dieser weist vorzugsweise ein Volumen von im Bereich von 50 m3 bis 200 m3 auf. Dieser Kondensattank 3 kann, wie bereits oben erwähnt, Wasser 15 zur Rezyklierung abgeben, welches eine Temperatur T6 von im Bereich von ca. 100 Grad Celsius und einen Druck p6 von im Bereich von ca. 0 bar aufweist. Dieses Wasser 15 steht dann gemäss den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und 2 erneut zur Ableitung der Abwärme aus der chemischen Reaktion, d.h. zur Zuführung in den Wärmetauscher 19 zur Verfügung. Gegebenenfalls kann auch gegebenenfalls in einem Aufbereiter 13 aufbereitetes Frischwasser 5 direkt dem Kondensattank 3 zugeführt werden, um die Menge an Wasser 15, welche daraus abgezogen wird, und nicht wieder dorthin zurückfliesst, zu ersetzen.
  • Alternativ oder zusätzlich zu der Verwendung von heissem Wasser 8a-8c aus dem Wasserbereich 1b des Dampfspeichers 1 kann heisses Wasser 9a, 9b auch anderen Verwendungen zugeführt werden. Beispielsweise kann ein Anteil 9a des Wassers, welches vorzugsweise eine Temperatur T3 von im Bereich von ca. 120 bis 150 Grad Celsius und einen Druck p3 von im Bereich von ca. 2 bis 5 bar aufweist, einem Boiler 4 zugeführt werden, in welchem das Wasser 9a weiter erhitzt wird und in Dampf umgewandelt wird. Der Boiler stellt diesen sogenannten "hochwertigen" Dampf 18 anderen Verwendungen zur Verfügung, vorzugsweise bei einer Temperatur T5 von im Bereich von ca. 160 Grad Celsius bis 180 Grad Celsius und einem Druck p5 von im Bereich von ca. 6 bar bis ca. 10 bar.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Dampfspeicher
    1a
    Dampfbereich von 1
    1b
    Wasserbereich von 1
    1c
    Wasserleitung mit Eintrittsöffnungen bzw. Düsen in 1b
    2
    Reaktionsgefäss
    2a
    dem Wärmetauscher 19 zugeführte Reaktionslösung
    2b
    aus dem Wärmetauscher 19 abgeführte Reaktionslösung
    3
    Kondensattank
    4
    Boiler
    5
    Frischwasser-Zufuhr
    5'
    Wasser nach Durchlaufen von 19
    6a
    erstes Edukt bzw. Rohmaterial, z.B. Fettalkohol
    6b
    zweites Edukt bzw. Rohmaterial, z.B. Fettamin
    6c
    drittes Edukt bzw. Rohmaterial, z.B. Fettsäure
    6a'
    Zufuhr von 6a in 2
    6b'
    Zufuhr von 6b in 2
    6c'
    Zufuhr von 6c in 2
    8a
    Wasser zur ersten Verwendung aus 1b für 6a
    8b
    Wasser zur zweiten Verwendung aus 1b für 6b
    8c
    Wasser zur dritten Verwendung aus 1b für 6c
    9a
    Wasser zur vierten Verwendung aus 1b für 4
    9b
    Wasser zur fünften Verwendung aus 1b für 12
    10a
    Dampf zur ersten Verwendung aus 1a für 11a
    10b
    Dampf zur zweiten Verwendung aus 1a für 11b
    10c
    Dampf zur dritten Verwendung aus 1a für 11c
    11a
    mobiler Behälter
    11b
    chemische Reaktionen
    11c
    Dampf zur weiteren Verwendung aus 1a
    12
    Wasser zur weiteren Verwendung aus 1b
    13
    Aufbereiter für Frischwasser, z.B. Entgaser, Deionisierer,...
    14
    Schaltstelle
    15
    rezykliertes Wasser aus 3
    16
    Abzug des Reaktionsproduktes
    17
    Eintrittsöffnungen für Wasser in 1
    18
    Verwendung bzw. Abzug von hochwertigem Dampf aus 4
    19
    Wärmetauscher für 5 bzw. 15
    20a
    Wärmetauscher für 6a
    20b
    Wärmetauscher für 6b
    20c
    Wärmetauscher für 6c
    T1
    erste, niedrigere Temperatur des zugeführten Wassers 5 bzw. 15
    T1'
    erste, höhere Temperatur des Reaktionsgemischs bzw. der Reaktionslösung 2a
    T2
    zweite, höhere Temperatur des aus dem Wärmetauscher 19 abgeführten Wassers 5'
    T2'
    zweite, niedrigere Temperatur des Reaktionsgemischs bzw. der Reaktionslösung 2b
    T3
    Temperatur des aus 1b abgeführten Wassers 8a-c, 9a-b
    T4
    Temperatur des aus 1a abgeführten Dampfes 10a-10c
    T5
    Temperatur des aus 4 abgeführten Dampfes 18
    T6
    Temperatur des aus 3 abgeführten Wassers 15
    T7
    Temperatur des aus 6a-c abgeführten Wassers 8a'-8c'
    T8
    Temperatur in 1a
    T9
    Temperatur in 1b
    p1
    erster Druck des zugeführten Wassers 5 bzw. 15
    p2
    zweiter Druck des zugeführten Wassers 5 bzw. 15
    p3
    Druck des aus 1b abgeführten Wassers 8a-c, 9a-b
    p4
    Druck des aus 1a abgeführten Dampfes 10a-10c
    p5
    Druck des aus 4 abgeführten Dampfes 18
    p6
    Druck des aus 3 abgeführten Wassers 15
    p7
    Druck des aus 6a-c abgeführten Wassers 8a'-8c'
    p8
    Druck in 1a
    p9
    Druck in 1b

Claims (12)

  1. Verfahren zur Verwendung von Reaktionswärme einer in einem Reaktionsgefäss (2) diskontinuierlich geführten, exothermen, chemischen Reaktion, wobei die Reaktionswärme zugeführtes Wasser (5, 15) einer ersten, niedrigeren Temperatur (T1) in einem Wärmetauscher (19) wenigstens mittelbar auf eine zweite, höhere Temperatur (T2) erwärmt, und dieses einem Dampfspeicher (1) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Reaktion in einem Batch-Prozess geführt wird und dass die chemische Reaktion eine Alkoxylierungsreaktion ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionswärme dem Dampfspeicher (1) als Wasser (5') im flüssigen Aggregatszustand, vorzugsweise als Wasser der zweiten, höheren Temperatur (T2) zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Wärmetauscher (19) an den Dampfspeicher (1) abgegebene Wasser (5') einen Druck (p2) von im Bereich von 2-6 bar, vorzugsweise ca. 4-5 bar aufweist, und eine Temperatur von ca. 130-160 Grad Celsius, vorzugsweise ca. 140-150 Grad Celsius.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Reaktionslösung (2a) aus dem Reaktionsgefäss (2) abgezweigt wird und zwischen dem Reaktionsgefäss (2) und einem ausserhalb des Reaktionsgefässes (2) angeordneten Wärmetauscher (19) zirkuliert wird, wobei die Zirkulation vorzugsweise durch eine Pumpe getrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Wasser (5, 15) durch einen im Reaktionsgefäss (2) angeordneten Wärmetauscher (19) hindurch geführt wird, bevor es dem Dampfspeicher zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Dampfspeicher (1) sowohl Dampf (10a-10c), der einen Druck (p4) von im Bereich von ca. 2 bis 5 bar, vorzugsweise ca. 2 bis 4 bar und eine Temperatur (T4) von im Bereich von ca. 120 bis 150 Grad Celsius, vorzugsweise im Bereich von ca. 130 bis 140 Grad Celsius aufweist, wie auch Wasser (8a-8c, 9a-9b) im flüssigen Aggregatszustand, das einen Druck (p3) von ca. 2 bis 5 bar, vorzugsweise im Bereich von ca. 2 bis 4 bar, und eine Temperatur (T3) von im Bereich von ca. 120 bis 150 Grad Celsius, vorzugsweise ca. 130 bis 140 Grad Celsius aufweist, weiteren Verwendungen (4, 6a-6c, 11a-11c, 12) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des aus dem Dampfspeicher (1) abgegebenen Wassers (8a-8c) zur Erhitzung von Rohmaterialien (6a-6c) für die chemische Reaktion verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des aus dem Dampfspeicher (1) abgegebenen Wassers (9a) zur Speisung eines Boilers (4) verwendet wird, wobei im Boiler (4) hochwertiger Dampf (18) erzeugt wird, der einen Druck (p5) von ca. 5-9 bar, vorzugsweise ca. 6-10 bar, und eine Temperatur (T5) von ca. 160 bis180 Grad Celsius aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Dampfspeicher (1) Dampf (10a-10c) abgegeben wird, wobei wenigstens ein Teil des aus dem Dampfspeicher (1) abgegebenen Dampfes (10a) für die Beheizung mindestens eines mobilen Behälters (11a), vorzugsweise eines Wechselauflagenbehälters, verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Wasser (5) der ersten, niedrigeren Temperatur (T1) wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig Frischwasser in flüssigem Aggregatszustand ist, welches ggf. aufbereitet wurde.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Wasser (15) der ersten, niedrigeren Temperatur (T1) wenigstens teilweise aus einem Kondensattank (3) stammt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Reaktion eine Ethoxylierungsreaktion oder eine Propoxylierungsreaktion oder eine Butoxylierungsreaktion oder eine Mischform solcher Reaktionen ist.
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