DE10316874A1 - Process for flash cooling high temperature gases - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a quench device for suddenly cooling a hot gas stream with the aid of quench water. The inventive quench device comprises a gas supply line and a gas drainage pipe. Said quench water is at least partially cooled by means of a heat exchanger. In addition, said quench device is provided with a cooling water circuit for cooling the first area of the gas stream and with a second separate cooling circuit which cools a second area of the gas stream and is arranged downstream.

Description

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Schockkühlung von Hochtemperaturgasen entsprechend einer Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und eines Verfahrens nach Anspruch 9. Desweiteren betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahren in einem Hochtemperaturrecyclingverfahren nach Anspruch 15.The present invention deals yourself with the blast chiller of high temperature gases according to a device according to claim 1 and a method according to claim 9. Furthermore, the Invention the use of the device according to the invention and the method according to the invention in a high temperature recycling process according to claim 15.

In der Hochtemperaturverfahrenstechnik werden bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen Rauchgase durch Zugabe von Flüssigkeiten wie zum Beispiel Wasser schockartig abgekühlt. Man spricht hierbei vom Vorgang des Quenchens, der dafür genutzte Apparat ist die sogenannte Quench.In of high temperature process engineering are used in a large number of Flue gas applications by adding liquids such as water cooled down like a shock. One speaks here of Process of quenching, for that the device used is the so-called quench.

Das Wasser wird mittels Quenchpumpen im Kreislauf geführt. Zwischen Wassereintritt und Austritt erwärmt sich das Quenchwasser um ca. 10 bis 30°C. Diese Wär meenergie wird mittels Quenchwärmetauscher aus dem System abgeführt.The Water is circulated using quench pumps. Between Water inlet and outlet heated the quench water is around 10 to 30 ° C. This heat energy is generated using a quench heat exchanger dissipated from the system.

Charakteristisch für den Prozess ist, dass neben der Abkühlung des Gases auch im Gas befindliche Fremdstoffe in der Flüssigkeit abgeschieden werden.Characteristic for the Process is that in addition to cooling The gas also contains foreign substances in the liquid be deposited.

Eine Verschmutzung der Wärmetauscher, der Rohrleitungen sowie aller quenchwasserführenden Apparate ist nicht vermeidbar. Deshalb ist eine wiederholte Reinigung notwendig.A Pollution of the heat exchanger Pipelines as well as all equipment carrying quench water is not preventable. Repeated cleaning is therefore necessary.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, bei dem zum einen die Abkühlung der Gase mit hoher Effizienz erfolgen kann, und zum anderen die Reinigungsarbeiten auf ein Mindestmass reduziert werden können. Des Weiteren ist der Ziel der vorliegenden Erfindung eine Verwendung einer solchen Vorrichtung und eines solchen Verfahrens anzugeben.task The invention is to provide an apparatus and a method on the one hand cooling the gases can be produced with high efficiency, and secondly the Cleaning work can be reduced to a minimum. Furthermore the object of the present invention is to use such Specify device and such a method.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 und durch eine Verwendung gemäß Patentanspruch 15 gelöst.This The object is achieved by a Device according to claim 1, a method according to claim 9 and by use according to claim 15 solved.

Demnach wird zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe der Schockkühlung des Hochtemperaturgases, die Entwicklung einer Zweistufen-Quench vorgeschlagen. In zwei entlang der Strömungsrichtung des Hochtemperaturgases nacheinander lokalisierte Stufen bzw. Bereiche des Hochtemperaturgasstromes wird die Kühlung über zwei separate Kühlkreisläufe vorgenommen. Das Quenchwasser wird demnach in zwei getrennten Kreisläufen im Umlauf gehalten.Therefore becomes the solution of the invention Abandonment of shock cooling of the high temperature gas, the development of a two-stage quench proposed. In two along the flow direction of the high temperature gas successively localized stages or areas of the high-temperature gas flow cooling is via two separate Cooling circuits made. The quench water is therefore in two separate circuits in the Kept in circulation.

Kreislauf 1 dient zur eigentlichen Schockkühlung des Hochtemperaturgases in einem entlang der Strömungs richtung des Gases ersten Bereich, wobei hier auch die im Gas enthaltenen festen Partikel abgeschieden werden, – Kreislauf 2 dient zur abschließenden Kühlung in einem entlang der Strömungsrichtung des Gases zweiten Bereich auf Endtemperatur.circulation 1 is used for the actual shock cooling of the high temperature gas in a along the flow direction of the gas first Area, with the solid particles contained in the gas to be separated - circulation 2 is used for the final cooling in a along the flow direction of the gas second area to final temperature.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung einer solchen Vorrichtung bzw. eines solchen Verfahrens zur Kühlung von in einem Hochtemperaturrecyclingverfahren anfallenden Synthesegasen vorgesehen.According to the invention Use of such a device or such a method for cooling of synthesis gases generated in a high-temperature recycling process intended.

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht in der Lokalisierung der durch die Schockkühlung abgeschiedenen, festen Partikel in einem begrenzten Bereich der Kühlung. Im Zusammenhang mit der im Folgenden genannten Ausführung ist dann sogar die vollkommene Vermeidung von Verschmutzung von Wärmetauschern durch die abgeschiedenen, festen Partikel möglich.The The advantageous effect of the invention is the localization the one by shock cooling deposited solid particles in a limited area of the Cooling. In connection with the design mentioned below then even the complete avoidance of pollution from heat exchangers possible due to the separated, solid particles.

Vorzugsweise sind Quenchwärmetauscher ausschließlich im sauberen Kreislauf 2 angeordnet. Über diese Quenchwärmetauscher wird die im Hochtemperaturgas enthaltene Energie abgeführt. Folglich wird der Kreislauf 1, d. i. der eigentliche Quenchkreislauf, ohne Wärmetauscher ausgeführt. Eine Verschmutzung des ersten Kühlkreislaufes ist somit weitgehend ausgeschlossen.Preferably are quench heat exchangers only in the clean circuit 2 arranged. About this quench heat exchanger the energy contained in the high temperature gas is dissipated. consequently the circuit 1, d. i. the actual quench cycle without heat exchangers executed. Contamination of the first cooling circuit is therefore largely excluded.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Quenchvorrichtung um einen schlanken Apparat mit einem konzentrisch angeordneten Innenrohr, wobei das heiße Gas von oben in das Innenrohr eintritt und den Apparat von oben nach unten durchströmt. Im unteren Bereich wird das Gas durch eine Umlenkungsvorrichtung umgelenkt, durchströmt danach den äußeren Ringspalt nach oben und verlässt den Apparat am oberen Ende. Die Ab kühlung im Innenrohr erfolgt vorzugsweise von 1000°C bis 2000°C auf 95°C bis 70°C, besonders bevorzugt 85°C, und im äußeren Ringspalt von 85°C auf 70 bis 40, vorzugsweise 60°C.Preferably the quenching device is a slim device with a concentrically arranged inner tube, the hot gas from enters the inner tube at the top and the apparatus from top to bottom flows through. In the lower area, the gas is deflected deflected, flowed through then the outer annular gap up and leaves the device at the top. The cooling takes place in the inner tube preferably from 1000 ° C up to 2000 ° C to 95 ° C up to 70 ° C, particularly preferably 85 ° C., and in the outer annular gap of 85 ° C to 70 to 40, preferably 60 ° C.

In einer bevorzugten Vorrichtungsvariante wird über einen freien Überlauf vom Kreislauf 2 in den Kreislauf 1 Quenchwasser abgeführt.In A preferred device variant is a free overflow Quench water discharged from circuit 2 into circuit 1.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung erfolgt die Niveaukontrolle der beiden, im Kreislauf 1 und Kreislauf 2 bestehenden (???) Quenchwasserstände über den Qenchwasserstand im Kreislauf 1.In a further preferred embodiment takes place the level control of the two existing in circuit 1 and circuit 2 (???) Quench water levels above the Qench water level in the circuit 1.

Der Mechanismus der Niveauregulierung wird vorzugsweise durch die Zu- oder Abfuhr von Wasser aus dem Kreislauf 1 realisiert.The Mechanism of the level regulation is preferred by the or removal of water from the circuit 1 realized.

Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren Rauchgase mit Temperaturen von 1000°C bis 2000 °C, vorzugsweise 1200°C schockgekühlt. Die Quenchung führt das Hochtemperaturgas von mehr als 1200°C auf 95°C bis 70°C, vorzugsweise 85°C im ersten, vorzugsweise aus einem Innenrohr bestehenden Bereich.Preferably are in the inventive method Flue gases with temperatures from 1000 ° C to 2000 ° C, preferably 1200 ° C, shock-cooled. The Quenching leads the high temperature gas from more than 1200 ° C to 95 ° C to 70 ° C, preferably 85 ° C in the first, preferably consisting of an inner tube.

Vorzugsweise wird das Verfahren für Abgase mit einem Wassergehalt von 10 Vol% bis 70 vol%, besonders bevorzugt 30 Vol%, durchgeführt.Preferably will the procedure for Exhaust gases with a water content of 10 vol% to 70 vol%, especially preferably 30 vol%.

Claims (15)

Quench zum Schockkühlen von Strömen aus heißem Gas mit Quenchwassser, wobei die Quench eine Gaszuleitung und eine Gasableitung aufweist und wobei das Quenchwasser zumindest teilweise mit einem Wärmetauscher gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Quench über einen einen ersten Bereich des Gasstromes kühlenden Kühlwasserkreislauf und über einen separaten zweiten, einen stromabwärts vom ersten Bereich lokalisierten Bereich des Gasstromes kühlenden Kühlwasserkreislauf verfügt.Quench for shock cooling of streams of hot gas with quench water, the quench having a gas supply line and a gas discharge line and wherein the quench water is at least partially cooled with a heat exchanger, characterized in that the quench has a cooling water circuit which cools a first region of the gas stream and a has a separate second cooling water circuit that cools a region of the gas stream that is located downstream of the first region. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der zweite Kühlkreislauf über das Quenchwasser kühlende Wärmeaustauscher verfügt.Device according to claim 1, characterized in that exclusively the second cooling circuit via the Quench water cooling heat exchangers features. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überlauf vom zweiten Kühlkreislauf in den ersten Kühlkreislauf besteht.Device according to one of the preceding claims, characterized marked that an overflow from the second cooling circuit in the first cooling circuit consists. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mechanismus zur Kontrolle des Quenchwasserstandes im ersten Kühlkreislauf vorhanden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that a mechanism for controlling the quench water level in the first cooling circuit is available. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus zur Kontrolle des Quenchwasserstandes im ersten Kühlkreislauf die Regulierung des Quenchwasserstandes über die Zu fuhr und Abfuhr von Quenchwasser aus dem ersten Kreislauf umfasst.Device according to claim 4, characterized in that the mechanism for controlling the quench water level in the first Cooling circuit the Regulation of the quench water level via the supply and discharge of Quench water from the first cycle includes. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich des Gasstromes durch die Innenwand eines zylindrisch aufrecht stehendes Innenrohr begrenzt ist, wobei die Gaszuleitung der Quench am oberen Ende des Rohres liegt.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the first area of gas flow through the Inner wall of a cylindrical upright inner tube is limited, the gas supply line of the quench is at the upper end of the tube. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich des Gasstromes durch die Außenwand des Innenrohres und durch die Innenwand eines um das Innenrohr konzentrisch angeordneten Außenrohres begrenzt ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the second area of gas flow through the outer wall of the inner tube and through the inner wall concentric around the inner tube arranged outer tube is limited. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine im unteren Bereich des Innenrohres angebrachte Umlenkvorrichtung zur Umlenkung eines im Innenrohr nach unten fließenden Gasstromes in einem im Außenrohr nach oben fließenden Gasstrom.Device according to claim 7, characterized by a deflection device attached in the lower region of the inner tube for deflecting a gas stream flowing downwards in the inner tube in one in the outer tube flowing upward Gas flow. Verfahren zum Schockkühlen eines heißen Gasstromes durch Zugabe von Quenchwasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung in einem ersten Bereich des Gasstromes durch Quenchwasser aus einem ersten Kühlkreislauf bewirkt wird und die Kühlung in einem stromabwärts vom ersten Bereich liegenden zweiten Bereich des Gasstromes durch Quenchwasser von einem zweiten, vom ersten Kühlwasserkreislauf separaten Kühlwasserkreislauf bewirkt wird.Process for flash cooling a hot gas stream by adding quench water, characterized in that the cooling in a first area of the gas flow through quench water from a first cooling circuit is effected and the cooling in a downstream from the first area of the second area of the gas flow Quench water from a second, separate from the first cooling water circuit Cooling water circuit causes becomes. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich das Quenchwasser im zweiten Kühlkreislauf über einen Wärmetauscher gekühlt wird.A method according to claim 9, characterized in that exclusively the quench water in the second cooling circuit via a heat exchangers chilled becomes. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas im ersten Bereich des Gasstromes im Gegenstrom zum Gas im zweiten Bereich des Gasstromes fließt.A method according to claim 9 or claim 10, characterized characterized in that the gas in the first region of the gas flow in Countercurrent to the gas flows in the second area of the gas stream. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase im ersten Bereich des Gasstromes vor dem Kühlen eine Ausgangstemperatur von 1000°C bis 2000°C, vorzugsweise von 1200°C, haben und nach dem Kühlen eine Temperatur von 95°C bis 70°C, vorzugsweise von 85°C, haben.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that that the gases in the first region of the gas stream have an initial temperature before cooling from 1000 ° C up to 2000 ° C, preferably from 1200 ° C, have and after cooling one Temperature of 95 ° C up to 70 ° C, preferably from 85 ° C, to have. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase im zweiten Bereich des Gasstromes vor dem Kühlen eine Ausgangstemperatur von 95°C bis 70°C, vorzugsweise 85°C haben und nach dem Kühlen eine Temperatur von 70°C bis 40°C, vorzugsweise 60°C haben.Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that that the gases in the second region of the gas stream have an initial temperature before cooling of 95 ° C up to 70 ° C, preferably 85 ° C have and after cooling a temperature of 70 ° C up to 40 ° C, preferably 60 ° C to have. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die abzukühlenden Gase einen Wassergehalt von 10 Vol-% bis 70 Vol-%, vorzugsweise von 30 Vol-%, haben.Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that that the ones to be cooled Gases have a water content of 10% to 70% by volume, preferably of 30% by volume. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 15 zur Schockkühlung von in einem Hochtemperaturrecyclingsverfahren anfallenden Synthesegasen.Use of a device according to one of claims 1 to 8 and a method according to any one of claims 9 to 15 for flash cooling in a high-temperature recycling process.
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