DE3901601A1

DE3901601A1 - METHOD AND DEVICE FOR COOLING PARTIAL OXIDATION GAS

Info

Publication number: DE3901601A1
Application number: DE3901601A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Linscheid; Hans Christoph Dr Pohl
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1990-07-26
Also published as: DE59000016D1; EP0379022A3; PL163293B1; ES2028479T3; EP0379022A2; ZA899500B; EP0379022B1; DD299072A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Partialoxidationsgas, das insbesondere durch Partialoxidation von ballastreicher Kohle und/oder sonsti gen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorgani schen Begleitstoffen bei hohen Temperaturen in einem Reak tor gewonnen wird, wobei zur Verfestigung der im Partial oxidationsgas mitgeführten anorganischen Begleitstoffe in Strömungsrichtung des Gases ein Kühlfluid in das Partial oxidationsgas eingeführt wird.The invention relates to a method and a device for the cooling of partial oxidation gas, which in particular by Partial oxidation of ballast-rich coal and / or otherwise against carbon carriers with a high proportion of inorganic accompanying substances at high temperatures in a reak gate is won, whereby to solidify the in the partial Oxidation gas entrained inorganic accompanying substances in Flow direction of the gas a cooling fluid into the partial Oxidation gas is introduced.

Bei der Partialoxidation von Kohle und/oder sonstigen Koh lenstoffträgern bei Temperaturen oberhalb des Schlacke schmelzpunktes führt das das Reaktionsgefäß mit einer Tem peratur zwischen 1900 und 170°C verlassende Partial oxidationsgas schmelzflüssige bzw. klebrige Teilchen mit sich. Vor der Weiterbehandlung des Gases muß deshalb da für gesorgt werden, daß diese Begleitstoffe den nachge schalteten Verarbeitungsprozeß nicht durch Ablagerungen an den Wänden der verwendeten Apparaturen, an den Wärme austauscherflächen und/oder in den Rohren beeinträchtigen. In Verfolgung dieses Zieles ist es bereits angestrebt wor den, innerhalb einer dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten Kühlzone, die einen gegenüber dem des Reaktionsgefäßes reduzierten Querschnitt aufweist, ein Kühlfluid in den heißen Partialoxidationsgasstrom möglichst so einzumi schen, daß das Partialoxidationsgas und die mitgeführten Begleitstoffe abgekühlt werden, ohne daß innerhalb der Kühlzone noch nicht verfestigte, das heißt noch klebefäh ige Teilchen an die Wandung der Kühlzone gelangen und dort zu Ablagerungen führen.In the partial oxidation of coal and / or other coal Oil carriers at temperatures above the slag melting point leads the reaction vessel with a tem Partial temperature between 1900 and 170 ° C Oxidizing gas with molten or sticky particles yourself. Before further treatment of the gas must therefore be there to ensure that these accompanying substances the nachge switched processing process by deposits on the walls of the equipment used, on the heat affect exchanger surfaces and / or in the pipes. In pursuit of this goal, it has already striven for the, within a downstream of the reaction vessel Cooling zone, one opposite that of the reaction vessel has a reduced cross section, a cooling fluid in the hot partial oxidation gas stream as possible that the partial oxidation gas and the entrained Accompanying substances are cooled without being inside the The cooling zone has not yet solidified, i.e. it is still adhesive particles reach the wall of the cooling zone and lead to deposits there.

So ist zum Beispiel aus der DE-AS 35 24 802 ein Verfahren zum Kühlen eines heißen, klebrige Teilchen enthaltenden Produktgases bekannt, bei dem in das Produktgas in der Kühlzone ein ringförmiger Strahl eines Kühlfluids einge spritzt wird, der die Form eines sich in Strömungsrichtung des Gases verjüngenden Kegelstumpfes aufweist.For example, DE-AS 35 24 802 is a method for cooling a hot, sticky particle containing Product gas known in which in the product gas in the Cooling zone an annular jet of a cooling fluid is inserted is sprayed, which is the shape of itself in the flow direction of the gas tapering truncated cone.

Die bisher bekannten Maßnahmen beschränkten sich jedoch auf die Behandlung des Partialoxidationsgases innerhalb der dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten Kühlzone. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere bei der Partialoxidation von ballastreicher Kohle und/oder sonsti gen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorga nischen Begleitstoffen an der Übergangsstelle auf einen reduzierten Strömungsquerschnitt Ablagerungen durch ange strömte klebefähige Teilchen auftraten, die durch Maßnah men innerhalb der Kühlzone nicht zu vermeiden waren. Das zwangsläufige Wachsen dieser Ablagerungen führt dabei dazu, daß der Gasweg in die Kühlzone und damit auch in die nachgeschalteten Gasbehandlungseinrichtungen verlegt und damit die gesamte Anlage funktionsunfähig wird.However, the measures known so far have been limited on the treatment of the partial oxidation gas within the cooling zone downstream of the reaction vessel. In the Practice has shown, however, that especially in the Partial oxidation of ballast-rich coal and / or otherwise against carbon carriers with a high proportion of anorga African accompanying substances at the transition point to a reduced flow cross-section deposits due to poured sticky particles occurred, which by measure inside the cooling zone could not be avoided. The inevitable growth of these deposits leads to the fact that the gas path into the cooling zone and thus also in relocated the downstream gas treatment facilities and the entire system becomes inoperable.

Um diesem Mißstand zu begegnen, ist bereits vorgeschlagen worden, daß in das Partialoxidationsgas innerhalb des Re aktors unmittelbar vor dem Eintritt in die Kühlzone zu sätzlich ein weiterer ringförmiger Strom eines Kühlfluids eingespritzt wird, wobei dieser Kühlfluidstrom mit der Wand des Reaktionsgefäßes einen Winkel von 0 bis 90° und der Kühlfluidstrom in der Kühlzone mit der Wand der Kühl zone einen Winkel von 70 bis 90° bildet.To deal with this maladministration has already been proposed been that in the partial oxidation gas within the Re actuator immediately before entering the cooling zone In addition, another annular flow of cooling fluid is injected, this cooling fluid flow with the Wall of the reaction vessel at an angle of 0 to 90 ° and the cooling fluid flow in the cooling zone with the wall of the cooling zone forms an angle of 70 to 90 °.

Die Erfindung stellt nun eine Weiterentwicklung dieser Arbeitsweise dar und besteht darin, daß die gesamte Menge des Kühlfluids in Strömungsrichtung vor einer Einschnürung des Gasweges dem Partialoxidationsgas beigemischt wird.The invention now represents a further development of this How it works and is that the entire set of the cooling fluid in the flow direction before constriction of the gas path is mixed with the partial oxidation gas.

Bei der Einschnürung des Gasweges kann es sich um die Kühl zone handeln, die dem Reaktor unmittelbar nachgeschaltet ist. Hierbei wird dann die gesamte Menge des Kühlfluids noch innerhalb des Reaktors vor dem Eintritt in die Kühl zone dem Partialoxidationsgas aufgegeben.When the gas path is constricted, it can be cooling act zone that immediately downstream of the reactor is. In this case, the total amount of the cooling fluid still inside the reactor before entering the cooling zone to the partial oxidation gas.

Bei der Einschnürung des Gasweges kann es sich aber auch um eine vom Austritt aus dem Reaktor mehr oder weniger weit entfernte Verengung handeln, wenn an den Reaktor nämlich zunächst ein Gaskanal, beispielsweise in Form eines Strah lungskessels, angesetzt ist , der im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie der Reaktor aufweist. Die Ein schnürung des Gasweges liegt dann erst hinter diesem Gas kanal bzw. dem Strahlungskessel, z.B. in Form einer erst dort vorgesehenen Kühlzone oder auch einer anderen Weiter behandlungsvorrichtung für das Partialoxidationsgas.The constriction of the gas path can also be one more or less far from the exit from the reactor act distant constriction when namely to the reactor first a gas channel, for example in the form of a jet tion boiler, which is essentially the has the same cross section as the reactor. The one lacing of the gas path is only behind this gas channel or the radiation boiler, e.g. in the form of a first cooling zone provided there or another Treatment device for the partial oxidation gas.

Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Maßnah me die Gefahr von Ablagerungen wirkungsvoll beseitigt werden kann.It has been shown that with the measure according to the invention effectively eliminates the risk of deposits can be.

Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reaktor oder ein diesem nachgeschalteter Gaskanal mit im wesentlichen glei chen Querschnitt in einen düsenförmigen Mischrohrquer schnitt übergeht und die Düse so ausgebildet ist, daß die Eintrittsneigung gleich der Neigung ist, die sich für eine Düse mit einer Anfangseintrittsgeschwindigkeit W = 0 an der Stelle ergibt, an der die Düsenströmung die Ge schwindigkeit hätte, mit der das Partialoxidationsgas in den Düsenbereich eintritt.The invention further provides an apparatus for performing the above-described method, which is characterized in that the reactor or a gas duct connected downstream thereof with a substantially identical cross section merges into a nozzle-shaped mixing tube cross section and the nozzle is designed such that the tendency to enter is equal to the inclination that results for a nozzle with an initial entry velocity W = 0 at the point at which the nozzle flow would have the speed at which the partial oxidation gas enters the nozzle region.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Gleich förmigkeit des im Bereich der Einschnürung des Gasweges in das Partialoxidationsgas einströmenden ringförmigen Kühlfluidstromes dadurch gewährleistet sein, daß der Kühlfluidstrom durch Einzelbohrungen in der dem Einström querschnitt vorgeschalteten Ringleitung in einzelne Strahlen aufgeteilt ist.According to a further feature of the invention, the same the shape of the constriction in the gas path ring-shaped flowing into the partial oxidation gas Cooling fluid flow can be ensured that the Cooling fluid flow through individual holes in the inflow cross section upstream ring line into individual Beams is split.

Schließlich ist noch vorgesehen, daß der düsenförmige Übergang mit einer Feuerfestauskleidung versehen ist, die schlackeabweisende Eigenschaften besitzt, beispiels weise eine Graphitmasse.Finally, it is provided that the nozzle-shaped Transition is provided with a refractory lining, which has slag repellent properties, for example a graphite mass.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veran schaulicht.The invention is example in the drawing clear.

An den zylindrischen Reaktor 1 schließt sich ein düsen förmiger Übergang 2 als Mischrohrquerschnitt an, nach Art der Ausströmdüse aus einem Windkessel, bei dem die Geschwindigkeit in Z-Richtung zunächst gleich Null ist. Die Ausbildung des düsenförmigen Übergangs ist derart, daß die Eintrittsneigung gleich der Neigung ist, die sich für eine Düse mit einer Anfangseintrittsgeschwin digkeit W = 0 an der Stelle ergibt, an der die Düsen strömung die Geschwindigkeit hätte, mit der das Partial oxidationsgas in den Düsenbereich eintritt.The cylindrical reactor 1 is followed by a nozzle-shaped transition 2 as a mixing tube cross section, in the manner of the outflow nozzle from a wind boiler, in which the speed in the Z direction is initially zero. The formation of the nozzle-shaped transition is such that the inclination of entry is equal to the inclination which results for a nozzle with an initial entry speed W = 0 at the point at which the nozzle flow would have the speed at which the partial oxidizing gas entered the nozzle area entry.

Am Austritt des zylindrischen Reaktors 1 wird der Kühl fluidstrom über einen Ringspalt 3 zugeführt, an den die Ringleitung 4 angeschlossen ist, die über die Rohrlei tung 5 mit Kühlfluid versorgt wird. Die gleichmäßige Ver teilung des Kühlfluidstromes über den Ringspalt 3 wird dadurch erreicht, daß die Ringleitung 4 mit Einzelboh rungen 6 versehen ist, durch die der Kühlfluidstrom in Form einzelner Freistrahlen in den Ringspalt 3 einströmt. Der Abstand 7 der Bohrungen 6 bis zum Austrittsende des Ringspaltes 3 ist dabei so bemessen, daß sich die ein zelnen Freistrahlen bis dort überdecken und so einen ge schlossenen Ringstrom unter vollständiger Ausfüllung des Ringspaltes ausbilden und sich somit nicht die Ge fahr einer Rezirkulation des Partialoxidationsgases mit der Möglichkeit von Ablagerungen innerhalb des Ringspal tes einstellt.At the outlet of the cylindrical reactor 1 , the cooling fluid flow is supplied via an annular gap 3 , to which the ring line 4 is connected, which device 5 is supplied with cooling fluid via the pipeline. The uniform distribution of the cooling fluid flow across the annular gap 3 is achieved in that the ring line 4 is provided with individual bores 6 through which the cooling fluid flow flows in the form of individual free jets into the annular gap 3 . The distance 7 of the bores 6 to the exit end of the annular gap 3 is dimensioned such that the individual free jets overlap there and thus form a closed ring current with complete filling of the annular gap and thus do not involve the risk of recirculation of the partial oxidation gas the possibility of deposits within the ring gap.

Mit 8 ist schließlich noch die Feuerfestauskleidung des düsenförmigen Überganges 2 bezeichnet.Finally, 8 is the refractory lining of the nozzle-shaped transition 2 .

Die Erfindung ist in gleicher Weise und mit gleich gutem Wirkungsgrad ausführbar, wenn entsprechend obigen Aus führungen mit 1 nicht der Reaktor, sondern ein daran an gesetzter Gaskanal, beispielsweise ein Strahlungskessel, bezeichnet ist.The invention can be carried out in the same way and with the same good efficiency if, according to the above embodiments, 1 does not denote the reactor, but rather a gas channel attached to it, for example a radiation boiler.

Claims

1. A method for cooling partial oxidizing gas, which is obtained in particular by partial oxidation of ballast-rich coal and / or other carbon carriers with a high proportion of inorganic accompanying substances at high temperatures in a reactor, with the inorganic accompanying substances carried in the partial oxidizing gas being entrained in the direction of flow of the gas, a cooling fluid is introduced into the partial oxidation gas, characterized in that the total amount of the cooling fluid in the flow direction is admixed to the partial oxidation gas before the gas is constricted.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the reactor ( 1 ) or a gas duct connected downstream therefrom with essentially the same cross section merges into a nozzle-shaped mixing tube cross section ( 2 ) and the nozzle is designed in such a way that the inlet entry is equal to the inclination that results for a nozzle with an initial entry velocity W = 0 at the point at which the nozzle flow would have the velocity at which the partial oxidation gas enters the nozzle region.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the uniformity of the in the region of a constriction of the gas path into the partial oxidation gas flowing annular cooling fluid flow is ensured in that the cooling fluid flow through individual bores ( 6 ) in the upstream cross-section ring line ( 4 ) in individual Beams is divided.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the nozzle-shaped transition ( 2 ) is provided with egg ner refractory lining ( 8 ) which has slag-repellent properties, for example a graphite mass.