AT202120B - Verfahren zum Kühlen heißer Gase - Google Patents

Description

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  Verfahren zum Kühlen heisser Gase 
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen heisser Gase, die durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstanden sind. Diese Gase bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenoxyd und enthalten gewöhnlich grössere oder geringere Mengen von Russ. 



   Bisher ergaben sich bei der Gewinnung von Wärme aus diesen heissen Verbrennungsgasen zahlreiche Schwierigkeiten, wenn die üblichen Wärmeübertragungssysteme zum Kühlen verwendet wurden. In diesen Fällen wurde der Russ auf die Kühlfläche niedergeschlagen, wodurch sich eine beträchtliche Verringerung im Wärmeübertragungskoeffizienten ergab. Versuche zur kontinuierlichen Entfernung des niedergeschlagenen Russes, z. B. durch Abschaben, haben keine befriedigende Lösung des vorstehend erwähnten Problems der Herabsetzung des Wärme- übertragungskoeffizienten ergeben. 



   Ein weiterer Nachteil der Anwendung von beispielsweise Wärmeübertragungsvorrichtungen vom Flammrohr-Typus bestand darin, dass die Apparatur gewissen konstruktiven Erfordernissen entsprechen musste, da das zu kühlende Gas in die Vorrichtung mit einer Temperatur von etwa 1000 bis 1500  C eintrat. 



   Es ist nun gefunden worden, dass die oben erwähnten Nachteile durch Kühlen der heissen Gase unter Verwendung eines Schwebebettes aus feinverteilten festen Teilchen als Wärme- übertragungsmedium überwunden werden können, wobei das zu kühlende Gas als Fluidisierungsmittel verwendet wird. 



   Wenn die Länge des Bettes das 0, 2- bis 8fache, z. B. das   l-bis Stäche   des Durchmessers beträgt, wurde festgestellt, dass zur Erzielung des gewünschten Effektes die Geschwindigkeit der feinverteilten festen Teilchen innerhalb bestimmter Grenzen, nämlich zwischen 15 cm/sec und 50 cm/sec, liegen muss. Bei andern Verhältnissen zwischen Länge und Durchmesser des Bettes ändern sich auch diese Geschwindigkeitsgrenzen, wobei die zur besten Wirkung führende Geschwindigkeit bestimmt wird durch das Längen : Durchmesser-Verhältnis des Bettes und u. a. auch durch das spezifische Gewicht und die Teilchengrösse der verwendeten feinverteilten festen Teilchen. 



   Die für das Schwebebett verwendeten festen Teilchen bestehen vorzugsweise aus feinem Sand, obwohl gewünschtenfalls auch andere Stoffe, wie feinverteiltes Aluminiumoxyd oder andere schwer schmelzbare Metalloxyde, angewendet werden können. Sehr zweckmässig können auch verbrauchte oder frische Katalysatorteilchen verwendet werden, die normalerweise bei der katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Hilfe eines Schwebebettes erhalten bzw. verwendet werden. Bei Anwendung verhältnismässig leichter feinverteilter Teilchen, wie Sand, ist es oft erwünscht, dass ein verhältnismässig grosser Raum über dem Schwebebett vorliegt, um zu verhindern, dass in unerwünschter Weise ein Anteil der Sandteilchen mit dem fluidisierenden Gas vom Reaktionsgefäss nach aussen abgeführt wird. 



   Bei Benutzung der leichten Sandteilchen kann die Höhe des genannten freien Raumes beispielsweise etwa der Höhe des Schwebebettes entsprechen. 



   Nachdem die auf eine Temperatur von 200 bis 500  C gekühlten Gase das Bett verlassen haben, werden sie durch eine Einrichtung, z. B. einen Staub-Zyklon, geführt, um die mitgeführten festen Teilchen abzutrennen. 



   Gewünschtenfalls können die so abgetrennten Teilchen in bekannter Weise in das Bett zurückgeführt werden. 



   In dem in der beschriebenen Weise im Schwebezustand gehaltenen Bett liegt ein von Wasser durchflossenes Rohr bzw. liegen mehrere solcher Rohre. Wenn man zwischen den obengenannten Grenzen arbeitet, ergibt sich, wie festgestellt wurde, keine oder nur eine geringe Ablagerung von Russ. 



   Die durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoff erhaltenen zu kühlenden Gase, die gewöhnlich Russ enthalten, sind insbesondere solche Gase, die nach bekannter Methode unter solchen Bedingungen hergestellt werden, dass das Verbrennungsgas die höchstmögliche Menge an Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthält. Ein sehr geeignetes, gemäss der Erfindung zu kühlendes Gasgemisch kann erhalten werden, indem man einen Kohlenwasserstoff mit einer unzureichenden Sauerstoffmenge und gewünschtenfalls unter Zufuhr von Wasserdampf verbrennt, 

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 wobei der Kohlenwasserstoff in der Form eines Hohlkegels in ein zylindrisches oder im wesentlichen zylindrisches Reaktionsgefäss versprüht wird. 



   Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenoxyd enthaltenden Gasgemischen durch partielle Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ist in der österr. Patentschrift Nr. 196846 beschrieben. 



   Grundsätzlich kann jede Art eines Schwebebettes für das vorliegende Verfahren verwendet werden. So kann z. B. das heisse Fluidisierungsgas durch eine Verteilervorrichtung an der Unterseite des Bettes eingeführt werden, beispielsweise durch eine mit zahlreichen Öffnungen versehene Platte. 



   Das erfindungsgemäss verwendete Schwebebett ist mit Rohren versehen, durch welche Kühlwasser fliesst. Obwohl diese Rohre auch horizontal angeordnet sein können, wird doch die Verwendung senkrechter Rohre, vorzugsweise in der Form eines Rohrbündels, bevorzugt. 



   Nach einer andern Ausführungsform des Schwebebettes werden die zu kühlenden heissen Gase am Boden des Bettes über ein Eintauchrohr eingeführt. Dieses Eintauchrohr verläuft vorzugsweise durch die Mitte des Bettes. Auch bei Verwendung eines solchen Eintauchrohres können die Kühlrohre in dem Bett wiederum in jeder geeigneten Anordnung vorliegen. 



   Beispiel : Ein Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthaltendes Verbrennungsgas mit einer Temperatur von   13000 C   wurde durch eine Verteilerplatte mit 100 Löchern am Boden eines Schwebebettes eingeführt, das aus feinen Spaltkatalysatorteilchen bestand und bei dem das Verhältnis von Länge : Durchmesser   4 : 1   betrug. Die Gasgeschwindigkeit in dem Bett wurde zu 20-40 cm/sec festgestellt. Unter diesen Bedingungen wurde kein Russ auf den im Bett angeordneten Kühlrohren niedergeschlagen. Der 
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 400-600. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zum Kühlen heisser Gase, die durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese unter Anwendung eines Schwebebettes aus feinverteilten festen Teilchen als Wärmeübertragungsmedium gekühlt werden, wobei das zu kühlende Gas als Fluidisierungsmittel verwendet wird, während bei einer Länge des Bettes zwischen dem 0, 2- und 8fachen, insbesondere zwischen dem   1- und 8fachen,   des Durchmessers die Geschwindigkeit des zu kühlenden Gases zwischen 15 cm pro Sekunde und 50 cm pro Sekunde liegt.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die zu kühlenden Gase nach einem Verfahren hergestellt werden, bei dem die unvollständige Verbrennung der Kohlenwasserstoffe unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, dass das erhaltene Verbrennungsgas einen verhältnismässig grossen Anteil an Wasserstoff und Kohlenmonoxyd und daneben eine untergeordnete Menge Russ enthält.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die heissen Gase durch teilweise Verbrennung eines Kohlenwasserstoffes mit Sauerstoff, gewünschtenfalls unter Zufuhr von Wasserdampf, erhalten werden, wobei der Kohlenwasserstoff unter Bildung eines Hohlkegels in eine zylindrische oder im wesentlichen zylindrische Reaktionskammer versprüht wird, deren Länge weniger als das 5fache des Durchmessers beträgt, das Einsprühen zentrisch durch eine Öffnung in einer End-Wandung der Kammer erfolgt und der Sauerstoff sowie etwa verwendeter Wasserdampf durch eine Öffnung in der gleichen End-Wandung in die Reaktionskammer mit einer rotierenden Bewegung rund um die Achse eingeführt werden, so dass ein doppelter ringförmiger Wirbel in der Reaktionskammer gebildet wird,

   der ein inniges Vermischen des Kohlenwasserstoffes mit den Gasen und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit herbeiführt, während die Verbrennung bei einem Druck von mindestens 3 at absolut, vorzugsweise bei 10-30 at absolut, erfolgt.

   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff- und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gase erhalten werden durch teilweise Verbrennung gasförmiger oder flüchtiger Kohlenwasserstoffe durch Zuführen von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas unter Druck in Form eines Hohlkegels in eine zylindrische oder annähernd zylindrische Verbrennungskammer, deren Länge weniger als das 5fache des Durchmessers beträgt, wobei die Einführung zentrisch durch eine Öffnung in einer End-Wandung dieser Kammer erfolgt und die Kohlenwasserstoffe, zweckmässig innig vermischt mit Wasserdampf, mit einer rotierenden Bewegung rund um die Achse in solcher Weise eingeführt werden, dass ein doppelter ringförmiger Wirbel in der Verbrennungskammer gebildet wird, der eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit herbeiführt,

   wobei der angewendete Druck über 3 at absolut und vorzugsweise zwischen 10 und 30 at absolut liegt.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kühlenden heissen Verbrennungsgase unter einem Druck von 10 bis 30 at absolut in das Bett der feinverteilten festen Teilchen eingeführt werden.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom der heissen Gase durch ein Eintauchrohr in die Bodenschicht des Schwebebettes eingeführt wird.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass verbrauchte oder frische Spaltkatalysatorteilchen als zu fluidi- sierende Teilchen verwendet werden.