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Vorrichtung zum raschen Abkühlen eines hocherhitzten Gases mittels einer Flüssigkeit Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum raschen Abkühlen eines hocherhitzten Gases mittels einer Flüssigkeit.
Bei einer Anzahl von industriellen Verfahren müssen heisse Gase mit Temperaturen zwischen etwa 537 und 1649 rasch auf eine Temperatur gekühlt werden, die unter einem Wert liegt, bei dem unerwünschte Reaktionen stattfinden können, also im allgemeinen unter etwa 315 . Es wurde bereits vorgeschlagen, das rasche Abkühlen von solchen Gasströmen durch direkten Kontakt mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit vorzunehmen. Im allgemeinen wird die Flüssigkeit unmittelbar in den heissen Gasstrom einge- spritzt, oder aber der Gasstrom wird unter die Oberfläche der Flüssigkeit geleitet, durch die er in Blasen aufsteigen kann.
Bei höheren Temperaturen besteht im ersten Falle eine gewisse Gefahr darin, d'ass beim Ausfall der die Kühlflüssigkeit liefernden Quelle die Anlage, die gewöhnlich aus Stahl hergestellt ist, überhitzt und zerstört wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist besonders gut geeignet, Gasströme, die eine hohe Temperatur besitzen, z. B. Synthesegas, Treibstoffgase oder ge- krackte Gase, die Olefine, Diolefine und Acetylen enthalten, durch direkten Kontakt mit einer Kühlflüssigkeit rasch zu kühlen.
Kohlenstoffhaltige Treibstoffe können durch Umsetzung mit Wasserdampf, freiem Sauerstoff oder einer Mischung von Wasserdampf und freiem Sauerstoff in Kohlenmonoxyd und Wasserstoff umgewandelt werden. Im allgemeinen wird die teilweise Oxydation von fossilen kohlenstoffhaltigen Treibstoffen zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff bei Temperaturen von mehr als etwa 1093 durchgeführt. Die Umsetzung kann zwar bei Atmosphärendruck durchgeführt werden, ein erhöhter Druck von mehr als etwa 7 kgjcm2 und vorzugsweise im Bereich zwischen 14,06 und 42,18 kg/cm2 wird jedoch gewöhnlich angewandt. In einigen Fällen kommen sogar noch höhere Drücke in Frage.
Diese Gase mit hohen Temperaturen und hohen Drücken werfen hinsichtlich ihrer raschen Kühlung Probleme auf, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden.
Die Vorrichtung besitzt ein Gefäss mit einem Raum für die Flüssigkeit und einem Raum für das Gas, Mittel zur Einführung von Gas in das Gefäss, Mittel zum Einführen von Flüssigkeit in .das Gefäss und Mittel zum Abziehen von Gas aus dem Gasraum im Gefäss und ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die gaseinlassenden Mittel ein senkrecht angeordnetes Rohr aufweisen, dessen unteres Ende offen ist und sich bis unter den normalen Flüssigkeits- spiegel in dem Gefäss erstreckt,
und dass ein rohrförmi- ger, das Rohr umgebender Mantel, der an beiden Enden offen ist und so einen ringförmigen Kanal für das entstehende Flüssigkeits-Gasgemisch zwischen dem Rohr und dem Mantel bildet, vorgesehen ist, wobei der Mantel von einer Stelle :unterhalb des unteren Endes des Rohres bis zu einer Stelle innerhalb des Gasraumes in dem Gefäss reicht.
Anhand der Zeichnung wird anschliessend die Erfindung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 ist ein waagerechter Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die Vorrichtung ein senkrecht stehendes Druckgefäss 5 auf, das so konstruiert ist, dass es dem Betriebsdruck widersteht. Es hat an seinem oberen Ende eine Gaseinlassöffnung 6.
Durch einen Schwimmerregler 10 wird ein Flüssigkeitsspiegel in dem Gefäss 5 aufrechterhalten. Die mit der Kühlflüssigkeit zusammenbringenden heissen
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Gase werden in das Gefäss 5 durch eine Leitung 8, einen flüssigkeitsgekühlten E,inlassstutzen 9 und ein Tauchrohr 11 eingeführt, dessen unteres Ende offen ist. Das Rohr 11 ist senkrecht und koaxial innerhalb des Gefässes 5 angeordnet und endet an einer Stelle unter dem normalen Flüssigkeitsspiegel im Gefäss 5. Der Stutzen 9 ist von einem ringförmigen Kanal 13 umgeben.
Kühlflüssigkeit tritt aus der Leitung 12 kommend, wie aus Fig.2 ersichtlich ist, in einen ringförmigen Kanal 14 in der Platte 16 und wird durch die Kanäle 17 auf den ringförmigen Kanal 13 verteilt. Die Kanäle 17 sind zweckmässig so angeordnet, dass sie die Kühlflüssigkeit aus dem ringförmigen Kanal 14 tangential in den ringförmigen Kanal 13 leiten und dabei der Flüssigkeit einen Drall im Kanal 13 erteilen. Aus dem Kanal 13 wird die Flüssigkeit gleichförmig durch den ringförmigen Auslass 18 nahe der Innenwand des Rohres 11 dieser Innenwand entlang verteilt. Die Flüssigkeitsschicht auf der Innenwand des Rohres 11 verhindert eine Überhitzung des letzteren.
Das untere Ende 21 des Rohres 11 ist sägeartig ausgeschnitten. Im unteren Abschnitt des Rohres 11 sind Öffnungen 22 vorgesehen. Ein Loch 23 im oberen Abschnitt des Tauchrohres 11 oberhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels im Gefäss 5 ermöglicht das Einströmen von Gasen in das Tauchrohr 11, wenn der Strom von Gasen unterbrochen wird, so dass keine Kühlflüssigkeit aus dem Gefäss 5 in die Quelle des heissen Gases gesaugt werden kann.
Gewöhnlich wird die gesamte Kühlflüssigkeit durch das Rohr 12 eingeführt. Zusätzliche Kühlflüs- sigkeit kann dem Gefäss 5 gegebenenfalls durch einen Stutzen 24 zugeführt werden.
Ein zylindrischer Mantel 26, der an beiden Enden offen ist, umgibt das Tauchrohr 11 und erstreckt sich von einer Stelle unterhalb des unteren Endes des Rohres 11 bis zu einer Stelle nahe dem oberen Ende des Gefässes 5 innerhalb des Gasraumes (d. h. nahe der Platte 16). Der Mantel 26 wird von dem Tauchrohr 11 durch die Ansätze 27 getragen, die auch dazu dienen, den Mantel 26 vom Rohr 11 in einem bestimmten Abstand zu halten, so dass ein gleichmässiger ringförmiger Kanal 28 zwischen ihnen gebildet wird.
An der Wand des Gefässes 5 und am unteren Abschnitt .des Mantels 26 befestigte Abstandstücke 29 halten den Mantel 26 innerhalb des Gefässes 5 in Stellung und sichern den gleichmässigen Abstand zwischen dem Mantel 26 und der Innenwandung des Gefässes 5.
Im wesentlichen flüssigkeitsfreien Gas wird aus dem Gefäss 5 durch eine Auslassöffnung 31 abgezogen. Überschüssige Kühlflüssigkeit wird erforderlichenfalls durch einen Auslass 32 abgezogen, der durch den Schwimmerregler 10 gesteuert wird. Ein Ablass- rohr 33 am untersten Teil des Gefässes 5 gestattet das Ablassen der Flüssigkeit und gegebenenfalls der angesammelten Feststoffe.
Im Betrieb treten die Gase durch den Stutzen 9 und das Tauchrohr 11 ein und werden durch dieses zu einer Stelle unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels im Gefäss 5 geleitet. Die Gase treten in Form von kleinen Blasen aus dem Tauchrohr 11 durch die Öffnungen 22 aus, mit denen das sägeartig ausgeschnittene untere Ende 21 des Rohres 11 zusammenwirkt. Wenn nämlich das Gas, das in das Gefäss 5 eintritt, die Menge übersteigt, die leicht durch die Öffnungen 22 entweichen kann, entweicht der überschuss durch das offene, sägeartig ausgeschnittene untere Ende 21 des Rohres 11 und wird durch dasselbe gleichmässig verteilt und in Blasen zerteilt. Die Gase kommen in den ringförmigen Kanal 28 zwischen dem Tauchrohr 11 und dem Mantel 26.
Das in dem ringförmigen Kanal 28 sich bildende Gemisch aus Flüssigkeit und Gas hat eine viel geringere Dichte als die in dem Gefäss 5 ausserhalb des Mantels 26 befindliche Flüssigkeit. Infolge des Gasauftriebs steigt das Gemisch nach oben, so dass die Flüssigkeit durch das Gas aufwärts durch den ringförmigen Raum 28 und über das obere Ende des Mantels 26 getragen wird. Dies geschieht normalerweise mit einer hinreichend grossen Geschwindigkeit, um die Flüssigkeit gegen das obere Ende des Gefässes 5 und gegen die Platte 16 schlagen zu lassen. In dem Raum oberhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels im Gefäss 5 trennt sich die Flüssigkeit von dem Gas. Das im wesentlichen flüssigkeitsfreie Gas wird durch den Auslass 31 abgezogen.
Für den Fall, dass die Zuführung der Kühlflüssigkeit aus irgendeinem Grunde, beispielsweise Stromunterbrechung oder Maschinenschaden, unterbrochen wird, bildet der in dem Gefäss 5 enthaltene Flüssigkeitsvorrat selbst eine Sicherung. Das rasche Kühlen der heissen Gase und die Kühlung des Tauchrohres 11 durch den vorstehend beschriebenen Gasauftriebseffekt im rin--förmigen Raum 28 dauert fort, bis der Vorrat an Kühlflüssigkeit durch Verdampfung erschöpft ist. Hierdurch ist genügend Zeit zur Stillegung der Vorrichtung gegeben, bevor kostspielige Schäden entstehen können.
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Device for the rapid cooling of a highly heated gas by means of a liquid The object of the invention is a device for the rapid cooling of a highly heated gas by means of a liquid.
A number of industrial processes require hot gases at temperatures between about 537 and 1649 to be rapidly cooled to a temperature below a level at which undesirable reactions can occur, i.e. generally below about 315. It has already been proposed to undertake the rapid cooling of such gas streams by direct contact with water or another liquid. In general, the liquid is injected directly into the hot gas flow, or the gas flow is passed below the surface of the liquid, through which it can rise in bubbles.
At higher temperatures there is in the first case a certain risk that if the source supplying the cooling liquid fails, the installation, which is usually made of steel, will overheat and be destroyed.
The inventive device is particularly well suited to gas streams which have a high temperature, for. B. synthesis gas, fuel gases or cracked gases containing olefins, diolefins and acetylene, to be cooled quickly by direct contact with a cooling liquid.
Fuels containing carbon can be converted into carbon monoxide and hydrogen by reacting them with water vapor, free oxygen or a mixture of water vapor and free oxygen. In general, the partial oxidation of fossil carbonaceous fuels to carbon monoxide and hydrogen is carried out at temperatures greater than about 1093. While the reaction can be carried out at atmospheric pressure, an elevated pressure greater than about 7 kg / cm 2 and preferably in the range between 14.06 and 42.18 kg / cm 2 is usually used. In some cases, even higher pressures can be used.
These high temperature and high pressure gases pose problems of rapid cooling which are solved by the present invention.
The device has a vessel with a space for the liquid and a space for the gas, means for introducing gas into the vessel, means for introducing liquid into the vessel and means for withdrawing gas from the gas space in the vessel and is according to the invention characterized in that the gas inlet means have a vertically arranged tube, the lower end of which is open and extends below the normal liquid level in the vessel,
and that a tubular jacket surrounding the tube, which is open at both ends and thus forms an annular channel for the resulting liquid-gas mixture between the tube and the jacket, is provided, the jacket from one point: below the lower one The end of the tube extends to a point within the gas space in the vessel.
The invention will then be explained, for example, using the drawing.
Fig. 1 is a vertical section through a device according to the invention, Fig. 2 is a horizontal section along the line 2-2 of FIG.
As can be seen from the drawing, the device has a vertical pressure vessel 5, which is constructed so that it withstands the operating pressure. It has a gas inlet opening 6 at its upper end.
A float regulator 10 maintains a liquid level in the vessel 5. The hot ones that bring them together with the coolant
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Gases are introduced into the vessel 5 through a line 8, a liquid-cooled E, inlet nozzle 9 and a dip tube 11, the lower end of which is open. The tube 11 is arranged vertically and coaxially inside the vessel 5 and ends at a point below the normal liquid level in the vessel 5. The connecting piece 9 is surrounded by an annular channel 13.
As can be seen from FIG. 2, cooling liquid coming from the line 12 enters an annular channel 14 in the plate 16 and is distributed through the channels 17 to the annular channel 13. The channels 17 are expediently arranged in such a way that they guide the cooling liquid from the annular channel 14 tangentially into the annular channel 13 and thereby impart a twist to the liquid in the channel 13. From the channel 13, the liquid is distributed uniformly through the annular outlet 18 near the inner wall of the tube 11 along this inner wall. The layer of liquid on the inner wall of the tube 11 prevents the latter from overheating.
The lower end 21 of the tube 11 is cut out like a saw. In the lower section of the tube 11 openings 22 are provided. A hole 23 in the upper section of the immersion tube 11 above the normal liquid level in the vessel 5 allows gases to flow into the immersion tube 11 when the flow of gases is interrupted so that no cooling liquid is sucked from the vessel 5 into the source of the hot gas can.
Usually all of the cooling liquid is introduced through tube 12. Additional cooling liquid can optionally be fed to the vessel 5 through a connector 24.
A cylindrical jacket 26, which is open at both ends, surrounds the dip tube 11 and extends from a location below the lower end of the tube 11 to a location near the upper end of the vessel 5 within the gas space (ie near the plate 16) . The jacket 26 is carried by the immersion tube 11 through the lugs 27, which also serve to keep the jacket 26 at a certain distance from the tube 11, so that a uniform annular channel 28 is formed between them.
Spacers 29 attached to the wall of the vessel 5 and to the lower section of the casing 26 hold the casing 26 in position within the vessel 5 and ensure the uniform distance between the casing 26 and the inner wall of the vessel 5.
Essentially liquid-free gas is drawn off from the vessel 5 through an outlet opening 31. If necessary, excess cooling liquid is drawn off through an outlet 32 which is controlled by the float regulator 10. A drain pipe 33 at the bottom of the vessel 5 allows the liquid and, if applicable, the accumulated solids to be drained off.
During operation, the gases enter through the nozzle 9 and the immersion tube 11 and are guided through this to a point below the normal liquid level in the vessel 5. The gases emerge in the form of small bubbles from the immersion tube 11 through the openings 22 with which the saw-like cut-out lower end 21 of the tube 11 cooperates. If the gas that enters the vessel 5 exceeds the amount that can easily escape through the openings 22, the excess escapes through the open, saw-like cut-out lower end 21 of the tube 11 and is evenly distributed by the same and broken into bubbles . The gases enter the annular channel 28 between the immersion tube 11 and the jacket 26.
The mixture of liquid and gas that forms in the annular channel 28 has a much lower density than the liquid located in the vessel 5 outside the casing 26. As a result of the gas buoyancy, the mixture rises so that the liquid is carried by the gas upwards through the annular space 28 and over the upper end of the shell 26. This normally takes place at a sufficiently high speed to allow the liquid to strike against the upper end of the vessel 5 and against the plate 16. The liquid separates from the gas in the space above the normal liquid level in the vessel 5. The essentially liquid-free gas is withdrawn through outlet 31.
In the event that the supply of the cooling liquid is interrupted for any reason, for example power interruption or machine damage, the liquid supply contained in the vessel 5 itself forms a backup. The rapid cooling of the hot gases and the cooling of the immersion tube 11 by the gas buoyancy effect described above in the rin-shaped space 28 continues until the supply of cooling liquid is exhausted by evaporation. This gives enough time to shut down the device before costly damage can occur.