<Desc/Clms Page number 1>
Rohrkühler zum Kühlen von Mischungen aus Gasen und Feststoffteilchen
Die Erfindung betrifft Rohrkühler zum Kühlen von Mischungen aus Gasen und Feststoffteilchen, vor- zugsweise von solchen, die bei der Kohlenschwarzherstellung anfallen.
Das Kühlen von Gasen, die Feststoffteilchen enthalten, insbesondere das Kühlen solcher Mischungen von hohen Temperaturen, wie 600 C und mehr, auf Temperaturen unterhalb von 3000C ist eine Angelegenheit von beträchtlichem kommerziellem Interesse, vorzugsweise bei der Herstellung von
Kohlenschwarz mit Hilfe des Ofen- und Herdprozesses. Dabei wird das Kohlenschwarz durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit einem sauerstoffhältigen Gas, wie z. B. Luft, unter Wirbelerzeugung gewonnen.
Die entstehende Mischung ist daher Kohlenstoff in der Form von sehr feinen Teilchen zusammen mit einem Gas, das unverbrannte oder teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenoxyde, Wasserstoff und Stickstoff enthält, wenn Luft als Verbrennungsgas verwendet wird. Nach der üblichen Praxis werden die Gas-Feststoffmischungen durch direktes Einspritzen von Wasser gekühlt. Während diese Massnahme das erforderliche Kühlen rasch bewirkt, hat sie doch eine Reihe von bedeutenden Nachteilen.
Zum Beispiel werden die Feststoffteilchen befeuchtet und müssen normalerweise vor der Weiterbehandlung getrocknet werden. Auch wird die Korrosion der Vorrichtung unterhalb des Kühlers erhöht. Weiters werden die Gase mit grossen Mengen Wasserdampf vermischt, welcher ihren Wert als Brenngas herabsetzt. Aber vielleicht am wichtigsten von allem ist die Tatsache, dass Wasserdampf die Tendenz hat, mit den Kohlenschwarzteilchen zu reagieren und Wassergas zu bilden und so die Gesamtausbeute an Kohlenschwarz herabzusetzen.
Um diese Nachteile zu vermeiden wurde vorgeschlagen, die Mischungen durch indirekten Wärmeaustausch zu kühlen. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren ist aber die Tatsache, dass sich die Feststoffteilchen an den Wänden des Wärmeaustauschers absetzen und rasch den Wärmeübergang durch diese Wände vermindern.
Das Ziel der Erfindung ist es, das Ansetzen von Ablagerungen an den Wänden rohrförmiger Kühler zu verhindern.
Erfindungsgemäss weist daher ein rohrförmiger Kühler für die Mischung von Gasen und Feststoffteilchen ein oder mehrere Rohre auf, durch die die Mischung hindurchstreichen kann, weist ferner Kühlmittel ausserhalb der Rohre auf und einen Schaber, der in das Rohr passt und mit der Rohrwand in Berührung steht, jedoch einen freien Durchgang des Gases und der Feststoffteilchen durch das Rohr gestattet und der weiters axial in dem Rohr hin-und herbewegt werden kann, wobei er mit der Rohrwand an einer Anzahl von in gleichen Abständen voneinander befindlichen Punkten in Berührung steht und mit einem Hub zumindest eine solche Strecke hin-und herbefördert werden kann, die der Entfernung zwischen den
<Desc/Clms Page number 2>
in gleichen Abständen befindlichen Punkten entspricht.
Vorzugsweise wird eine Anzahl von Rohren in einer Reihe und jedes Rohr oder jede Rohrreihe senk- recht angeordnet. Vorzugsweise ist das Rohr oder die Rohrreihe von einem Mantel umgeben, der mit
Einlass und Auslass für ein Kühlmedium versehen ist. Das Kühlen mit Hilfe einer Flüssigkeit, wie z. B.
Wasser, wird vorgezogen, aber das Kühlen zumindest eines Teiles der Länge der Rohre mit Hilfe eines
Gases ist nicht ausgeschlossen. Bei der Verwendung eines Gases als Kühlmittel ist die Aussenseite der
Rohre vorzugsweise gerippt oder hat eine andere Art von vergrösserter Oberfläche.
Der fein verteilte Zustand des Kohlenschwarz macht das Produkt besonders für das Kühlen mit den erfindungsgemässen Kühlern geeignet. Die Kohlenschwarzausbeute wird erhöht, das Kohlenschwarz wird nicht befeuchtet, die Korrosion unterhalb des Kühlers wird durch die Abwesenheit von Wasserdampf ver- mindert und die gasförmigen Nebenprodukte werden wertvoller.
Die Erfindung wird durch die Zeichnungen illustriert, ohne auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemässen Rohrkühler, die Fig. 2 bis 4 zeigen verschiedene Schaberformen zur Verwendung in der Erfindung.
In den Zeichnungen hat der Rohrkühler eine Anzahl von parallelen, geraden, vorzugsweise vertikalen Rohren --2--. Diese sind in zwei parallelen Endplatten-l und 4-- befestigt, welche an den Enden eines vorzugsweise zylindrischen Gehäuses --3-- angeordnet sind, durch welches ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, über nicht gezeigte Ein- und Auslässe strömen kann.
Die untere Endplatte --4-- steht mit einer Kammer --5-- in Verbindung, durch welche ein heisses Gas, das Festteilchen mitführt, in die Rohre --2-- geleitet wird und die obere Endplatte --1-- steht mit der Kammer --6-- in Verbindung, von der das gekühlte Gas und die Feststoffteilchen durch die angeschlossene Leitung --7-- abziehen. Die Kammer --6-- ist an ihrem oberen Ende mit einer Dachplatte - verschlossen, die eine zentrale Öffnung --9-- aufweist.
Ein Stab --10-- ist vorgesehen, der durch die Öffnung --9-- mit geringem Spiel hindurchführt.
Ein Träger --11--, der auf der Dachplatte --8-- aufruht, hält das obere Ende des Stabes--10-in einer Weise, dass dessen freies Ende in Längsrichtung hin-und herbewegt werden kann.
In der gezeigten Ausführung besteht die Anordnung aus einem Kolben --13-- der durch beidseitig angewendeten Flüssigkeitsdruck im Zylinder --12-- axial bewegt werden kann. Diese betreffende Anordnung kann natürlich auch in vielen andern Arten ausgeführt werden, z. B. als Kurbel und Kurbelstange.
Ein Balg --14-- ist an dem Stab --10-- und an der Dachplatte --8-- so befestigt, dass kein Gas durch die Öffnung --9-- entweichen kann.
Der Stab-10-ist mit seinem unteren Ende an einer Querplatte --15-- befestigt, von welcher Schaber --16, 17,18, 19-- in jedes der Rohre --2-- hängen. In der in Fig. l dargestellten Ausführungs- form besteht der Schaber aus einem schraubenartig gewundenen flachen Stahlband-16-. DerHubdes Kolbens --13-- entspricht zumindest einem Schraubengang. In der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform bestehen die Schaber aus schraubig geformten gebogenen Platten --17, 18-- die an dem Mittelstab-20-- befestigt sind. In Fig. 2 sind alle diese Platten --17-- in der gleichen Richtung gebogen, während die Platten --18-- in Fig. 3 abwechselnd ein Rechtsgewinde oder ein Linksgewinde aufweisen. In Fig. 4 besteht der Schaber aus schabenden Ringen --19--, die z.
B. mit Hilfe von Nabe und Speichen an den zentralen Stab --20-- befestigt werden. ¯Der Hub des Kolbens --13-- ist grösser als die Entfernung zwischen den anschliessenden Schaber--17, 18, 19--.
Es ist von Vorteil, gekühltes, feststofffreies Gas in den Balg --14-- durch eine Leitung--21-- in einer solchen Menge einzublasen, dass sie pro Zeiteinheit zumindest so gross ist wie die gleichzeitige Volumszunahme des Balges --14-- während der Aufwärtsbewegung des Kolbens --13--. Dieses Gas wird vorzugsweise am Boden des Balges eingeblasen.
Die oben beschriebene Vorrichtung kann zum Kühlen jeder Gas- und Feststoffmischung verwendet werden und ist, obwohl sie besonders für das Kühlen von Produkten der Kohlenschwarzerzeugung geeignet ist, nicht auf diese beschränkt.
Vorzugsweise wird das Rohr oder werden die Rohre vertikal aufgestellt und die Mischung aus Gas und Feststoffteilchen strömt nach aufwärts. Die Strömungsgeschwindigkeit der Mischung soll so sein, dass die Feststoffteilchen in Suspension gehalten werden und mit den Gasen aus dem Kühler austreten und zu einem späteren Zeitpunkt zur Abtrennung und Aufarbeitung gelangen.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel illustriert.
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
einem Ofen mit Luftunterschuss in bezug auf die komplette Verbrennung bei einer Temperatur von 12000C verbrannt, wobei eine Mischung aus Gas und Kohlenschwarz erhalten wurde.
Nach der weiteren Reaktion der Produkte in einem zweiten Reaktor war die Temperatur des Produk-
EMI3.1
:H 52 bis 57, 5
Die Mischung wurde dann durch einen Rohrkühler der in Fig. 1 gezeigten Art hindurchgeleitet. Der
Kühler bestand aus einer Reihe von Flussstahlrohren, deren jedes eine Wandstärke von 3 mm und eine gesamte innere Oberfläche von 17,5 m2 aufwies.
Die Strömungsgeschwindigkeit der nach oben strömenden Mischung war 500 bis 850 m/h. Durch den Mantel, der die Rohre umgab, wurde Wasser mit einer Geschwindigkeit von 4000 l/h geleitet. Die
Wassereinlasstemperatur war 10 bis 200C und die Auslasstemperatur 80 C. Die Mischung von Gas und
Feststoffteilchen wurde auf 200 bis 3000C gekühlt und am Kopf des Kühlers abgeleitet, um in üblicher Art getrennt und gesammelt zu werden. Während des Durchganges der Mischung wurden die Schaber kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 7 Hub/min hin-und herbewegt. Der Kühler wurde während einer Zeit von 25 Tagen kontinuierlich betrieben, ohne dass eine merkbare Herabsetzung des Wär- meüberganges durch die Rohrwände auftrat.
Am Ende dieser Zeit wurden die Rohre untersucht und es wurde gefunden, dass sie frei von Ablagerungen waren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rohrkühler zum Kühlen von Mischungen aus Gas und Feststoffteilchen, vorzugsweise von Produkten der Kohlenschwarzherstellung, dadurch gekennzeichnet, dass er ein oder mehrere Rohre, durch die die Mischung hindurchströmen kann und Kühlmittel ausserhalb dieser Rohre sowie einen jeweils in das Rohr passenden Schaber aufweist, der mit der Rohrwand in Berührung steht, jedoch für Gas und Feststoffteilchen einen freien Durchgang durch das Rohr ermöglicht und der in dem Rohr axial hinund herbewegbar ist, wobei er mit der Rohrwand an einer Anzahl von in gleichen Abständen voneinander befindlichen Punkten in Berührung steht und bei jedem Hub eine Strecke hin-oder herbewegbar ist, die mindestens dem Abstand zwischen diesen gleichweit voneinander entfernten Punkten entspricht.