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Verfahren zum gleichzeitigen Kühlen und Reinigen heisser Gase
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gleichzeitigen Kühlen und Reinigen heisser
Gase, welche geringe Mengen Russ enthalten und durch teilweise Verbrennung von Kohlen- wasserstoffen gewonnen worden sind.
Bei der Herstellung gasförmiger, aus Kohlen- monoxyd und Wasserstoff bestehenden Gemische durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasser- stoffen mit ungenügenden Mengen Sauerstoff in
Anwesenheit von Dampf sollte es theoretisch möglich sein, die Reaktion in der Weise durch- zuführen, dass kein Russ gebildet wird. In der
Praxis scheint jedoch die Bildung einer gewissen
Menge Russ unvermeidlich zu sein, und es ist klar, dass die Gase vor ihrer Weiterverarbeitung zwecks vollständiger Beseitigung des Russes gereinigt werden müssen.
Zu diesem Zweck werden die aus dem Reaktionskessel austretenden Gase, die normalerweise eine sehr hohe Temperatur (bis zu 1000 C) haben, gleichzeitig gekühlt und gereinigt, indem man diese heissen Gase mit grossen Wassermengen besprüht.
Infolge der Anwendung der grossen Wassermengen bei den üblichen Kühl- und Reinigungsprozessen wird der Kohlenstoff aus den Gasen zwangsläufig in Form einer unerwünscht stark verdünnten wässerigen Russ-Suspension erhalten.Der Russ wird gewöhnlich von dem Berieselungswasser getrennt, um ihn zur Herstellung von Russ für technische Zwecke geeignet zu machen und ein industriell verwertbares russfreies Wasser zu erhalten. Dies kann z. B. erzielt werden, indem man die Russ-in-Wasser-Suspension lange Zeit in grossen Absetzbehältern stehen lässt.
Gegenstand der Erfindung ist die gleichzeitige Kühlung und Reinigung heisser Gase, die durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen hergestellt worden sind, mit einer wesentlich geringeren Wassermenge, als sie bei den bisher üblichen Prozessen verwendet worden ist, unter Gewinnung einer stärker konzentrierten wässerigen Russ-Suspension.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum gleichzeitigen Kühlen und Reinigen heisser Gase, die einen kleinen Anteil Russ enthalten und durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen gewonnen worden sind, ge- mäss welchem die Gase unter einem Druck von mindestens 3 at absolut in einer ersten Beriese- lungszone auf eine Temperatur abgekühlt werden, die um nicht mehr als 40 C niedriger liegt als der Taupunkt der Gase, indem man fein disper- giertes Wasser in einer Reihe von aufeinander- folgenden Arbeitsstufen einsprüht, wodurch der
Russ aus den Gasen entfernt wird, und dass man dann die Gase, welche praktisch frei von Russ, durch Einsprühen von fein dispergiertem Wasser in einer zweiten Berieselungszone auf die ge- wünschte Temperatur abkühlt.
Die zu behandelnden Ofengase sollen einen erhöhten Druck von mindestens 3 at absolut und vorzugsweise einen Druck im Bereich von 10 bis 30 at haben. Der Taupunkt oder die Temperatur der Wasserdampfsättigung eines gasförmigen Gemisches ist proportional dem Druck, d. h. es werden geringere Wassermengen benötigt, um unter hohem Druck stehende Gase mit Wasser zu sättigen, als zur Sättigung von unter geringerem Druck stehenden Gasen. Es ist daher bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorteilhaft, Ofengase zu besprühen, die unter einem verhältnismässig hohen Druck stehen, weil dann eine geringere Wassermenge zur Abtrennung des Russes ausreicht.
Es ist experimentell festgestellt worden, dass die zur Sättigung der Luft und zur Herabsetzung ihrer Temperatur um nicht mehr als 40 C unterhalb der Sättigungstemperatur (bei dem jeweils herrschenden Druck) erforderliche Wassermenge ausreicht, um eine praktisch vollständige Abtrennung des Russes in Form einer wässerigen Suspension aus den Gasen in der ersten Berieselungszone zu erzielen. Normalerweise ist es nicht erforderlich, die Temperatur um die vollen 40 C zu senken, da es im allgemeinen ausreicht, die Luft zu sättigen und in dieser Luftmenge etwas flüssiges Wasser in Tröpfchenform zu dispergieren.
Die Gase aus dieser ersten Besprühung mittels einer Reihe von Sprühdüsen, welche hintereinander längs der Strömungsrichtung in der ersten Berieselungszone angeordnet sind, haben normalerweise eine Temperatur im Bereich von
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oder Generatorgase, die praktisch frei sind von Russ, in die zweite Berieselungszone, wo ihre Temperatur auf den gewünschten Endwert, z. B. 20 C, herabgesetzt wird.
In diesem Stadium werden etwaige Spuren von Russ, welche bei der ersten Wasserbesprühung zurückgeblieben sein könnten, extrahiert.
Die gesamte Wassermenge, die zum Abkühlen der Gase in der ersten Berieselungszone notwendig ist, ist so gross, dass die aus dieser Zone anfallende wässerige Russdispension gewöhnlich einen Kohlenstoffgehalt von 0, 5 bis 5% hat. In den meisten Fällen kann man aus der ersten Berieselungszone einen wässerigen Kohlenstoffschlamm mit einem Gehalt von 2 bis 400 Kohlenstoff gewinnen. Dies stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber der normalen Russ-in-Wasser-Suspension dar, bei welcher der Russ in einer viel niedrigeren Konzentration vorliegt.
Gewünschtenfalls kann der Wasserabfluss aus der zweiten Berieselungszone im Kreislauf in die erste Berieselungszone zurückgeführt werden, wodurch sich eine wesentliche Ersparnis an Wasser ergibt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des verbesserten Verfahrens werden die Generatorgase zuerst (vor der ersten Wasserbesprühung) durch indirekten Wärmeaustausch auf eine Temperatur im Bereich von etwa 150 bis 500 C und vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 200 bis 3500 C gekühlt. Das Kühlen erfolgt am besten, indem man die Verbrennungsgase durch einen Dampferzeuger leitet. Durch Erniedrigen der Temperatur der heissen Gase vor dem Besprühen wird noch weniger Wasser zum Berieseln der Gase zwecks Befreiung von Kohlenstoff benötigt. Diese teilweise gekühlten Gase aus dem Verdampfungsapparat bleiben unter dem gewünschten hohen Druck, da der Druckabfall im Boiler nicht gross ist.
Das Verfahren nach der Erfindung kann verwendet werden, um Gase aus einem beliebigen Verfahren zu behandeln, bei welchem eine unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, dass die Verbrennungsgase eine verhältnismässig grosse Menge Wasserstoff und Kohlenmonoxyd zusammen mit einer geringen Menge von freiem Kohlenstoff bzw. Russ enthalten.
Diese Gase werden, wie oben erwähnt, unter solchen Reaktionsbedingungen hergestellt, dass sie den Generator bzw. den Ofen unter Bedingungen verlassen, die zum Kühlen unter Russabscheidung geeignet sind, d. h. einem Druck von mindestens 3 at absolut und vorzugsweise 10-30 at absolut. Ein sehr geeignetes Gasgemisch für die Behandlung nach der Erfindung ist das nach dem Verfahren entsprechend dem österr. Patent Nr. 196846 hergestellte Gemisch.
Das Verfahren nach der Erfindung wird noch unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anlage, in welcher die Ofengase erst durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt werden, bevor sie mit Wasser besprüht werden.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines andern Systems, das von dem System nach Fig. 1 dadurch abweicht, dass die heissen Ofengase direkt in die Besprühungsanlage gelangen, ohne erst gekühlt zu werden.
Nach Fig. 1 wird ein geeignetes Kohlenwasserstoffmaterial durch eine Leitung 6 in die Verbrennungskammer 1 eines Gasgenerators 2 eingeführt. Der Kohlenwasserstoff wird in der Verbrennungskammer innig mit einem gasförmigen Oxydationsmittel, wie Luft oder Sauerstoff, vermischt, das durch die Leitung 7 zugeführt wird. Gewünschtenfalls kann auch Dampf durch die letztgenannte Leitung eingeführt werden.
Die gebildeten Verbrennungsgase bestehen hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, neben einer geringen Menge Russ. Sie haben eine Temperatur von etwa 1300 0 C. Die heissen Gase verlassen den Gasgenerator 2 durch eine Leitung 8, welche in einem Wärmeaustauscher 3 mündet, der ein Dampfkessel in Verbindung mit einem Dampfüberhitzer sein kann. Hier werden die heissen Gase auf eine Temperatur von beispielsweise 2500 C gekühlt. Nachdem die so gekühlten Gase den Wärmeaustauscher verlassen haben, fliessen sie durch die erste Berieselungszone, die aus einer schräg nach unten geneigten Leitung 9 besteht. Diese Leitung mündet an ihrem tiefer liegenden Ende in einen Dampf-Flüssigkeits-Seperator 4 (Trennvorrichtung) von üblicher Bauart, wie z.
B. einen Abscheider, der mit geeigneten Platten ausgestattet ist, um etwa vorhandene Flüssigkeit abzutrennen. Die Leitung 9 ist auf ihrer ganzen Länge mit einer Reihe von sieben Sprühdüsen 10 ausgerüstet, welche feinverteiltes Wasser aufbringen können.
Durch die Leitung 9, die sich in der Strömungsrichtung der Gase senkt, wird jede Feuchtigkeit, die sich aus den besprühten Ofengasen abscheiden sollte, mit mitgeführtem Russ in den Wasser-Dampf-Abscheider geführt. Die Gase werden vorzugsweise so lange besprüht, bis ihre Temperatur etwas unter ihrem Taupunkt, z. B. 1450 C, liegt (die genaue Temperatur hängt von den herrschenden Arbeitsbedingungen einschliesslich des Druckes ab). Russ und Wasser trennen sich leicht und schnell von dem gasförmigen Strom in Form einer wässerigen RussSuspension, welche aus der Trennvorrichtung durch eine Leitung 15 abgezogen wird.
Die Ofengase verlassen den oberen Raum der Trennvorrichtung durch eine Leitung 11, welche zum unteren Ende einer zweiten Berieselungszone führt. Diese Zone wird durch einen Waschturm 5 gebildet, in welchem die Gase im Gegenstrom zu einem Wasserstrom strömen, der durch eine Leitung 13 zugeführt wird.
Das Wasser kann eine Temperatur von etwa 15 C haben, um die Temperatur der Ofengase auf die gewünschte niedrige Temperatur von z. B. 20 C zu bringen. Etwaige Russspuren gehen aus den Gasen in das Wasser über. Die
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gekühlten Ofengase werden aus dem Turm durch eine Leitung 12 am oberen Ende abgeführt.
Das Wasser wird am unteren Ende des Turmes durch die Leitung 14 abgezogen. Gewünschtenfalls kann dieses Wasser zu den Sprühdüsen 10 in der ersten Berieselungszone durchgeführt werden.
Die Anlage nach Fig. 2 arbeitet ähnlich wie die bei Fig. 1 beschriebene und weicht nur darin ab, dass kein Wärmeaustauscher oder Dampfentwickler 3 verwendet wird. Auch hier tritt der Kohlenwasserstoff in den Gaserzeuger 2 durch eine Leitung 6 ein, wo er mit der Luft oder Sauerstoff und eventuell Wasserdampf, welche durch eine Leitung 7 zugeführt werden, vermischt wird. Die eingeführten Materialien verbrennen, und die entstehenden Gase strömen vom Generator in die erste Berieselungszone, welche mit Düsen 10 längs ihrem geneigten Abschnitt ausgerüstet ist und gelangen in die Wasser-Dampf-Trennvorrichtung 4. Die gesättigten Gase gelangen in den Wasser-DampfSeparator, und hier wird eine Russ-in-WasserSuspension gebildet und vom unteren Ende des Separators durch eine Leitung 15 abgezogen.
Die praktisch russfreien Ofengase verlassen den Sepa-
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kohlenstofffreien Gase steigen durch den Waschturm im Gegenstrom zu einem Sprühnebel aus Wasser auf, der durch Leitung 13 zugeführt wird und die Gase weiter bis auf etwa Raumtemperatur abkühlt. Das Wasser verlässt den Turm am Boden durch eine Leitung 14, und die gekühlten Gase strömen am oberen Ende durch eine Leitung 12 ab. Auch hier kann das abfliessende Wasser aus Leitung 14 zu den Sprüh- düsen in der ersten Berieselungszone zurückgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum gleichzeitigen Kühlen und Reinigen heisser Gase, die eine untergeordnete Menge Russ enthalten und durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen erhalten worden sind, wobei die Gase einer mehrstufigen Behandlung mit feindispergiertem Wasser unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase unter einem Druck von mindestens 3 at absolut in einer ersten Berieselungszone auf eine Temperatur abgekühlt werden, die um nicht mehr als 400 C niedriger liegt als der Taupunkt der Gase, und dass in einer zweiten Berieselungszone die Gase, die praktisch von Russ frei sind, durch Einsprühen von fein verteiltem Wasser auf die gewünschte Temperatur gegekühlt werden.