DE1451165B2 - Abschreckvorrichtung zum Kuhlen eines unter hohem Druck stehenden heißen Gases - Google Patents
Abschreckvorrichtung zum Kuhlen eines unter hohem Druck stehenden heißen GasesInfo
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Description
3 4
spricht. Der dabei "gebildete Dampf bewirkt bei Abziehen von Gas aus dem Abschreckbehälter; 20
!seinem Übertritt in die Abschreckzone eine weitere aufzunehmen vermag. Das Eintauchrohr 40 erstreckt
Kühlung, die der fühlbaren Wärme des Dampfes sich vom Deckel 54 des Druckbehälters 50 nach
entspricht. unten bis in den Abschreckbehälter 20, mit dem es
, Oft ist es erwünscht, weiteren Dampf von anderer 5 durch sein offenes Ende 42 in offener Verbindung
Quelle entweder als weiteres Kühlmittel oder für steht und einen Durchtrittsweg für das abgeschreckte
'andere Zwecke des Verfahrens einzuleiten. Die Ein- Gasgemisch nach oben bildet. Der Deckel 54 des
; leitung von Dampf in den Dampf raum des Druck- Druckbehälters 50 ist so ausgebildet, daß. er einen
j behälters ist eine bevorzugte Methode, um den Ein- Flüssigkeitseinlaß 56 aufzunehmen vermag, der sich
!tritt von Dampf aus diesem Dampfraum in den io ebenfalls nach unten in den Abschreckbehälter20
i Abschreckbehälter zu gewährleisten und zu ver- erstreckt und in einer Sprühdüse 30 oder in mehreren
hindern, daß heißes Gas in die Kühlzone eindringt. solcher Sprühdüsen endet. ,
Wenn die Verdampfung des Kühlmediums in dem ; Der Druckbehälter 50 ist vorzugsweise ein langi
Druckbehälter selbst ausreicht, um das Eindringen gestreckter, vertikal gelagerter, zylinderförmiger Be-
! von heißem Gas in den Dampf enthaltenden Abschnitt 15 hälter mit einem Bodenteil 66, der schalenförmig,
I der Kühlzone zu verhindern, so kann das zusätzliche konisch oder halbkugelig ausgebildet ist und den
I Kühlmittel direkt als Dampf in die Abschreckzone Flüssigkeitsablaß 24 aufzunehmen vermag. Im unteren
eingeleitet werden. Gegebenenfalls kann aber weiteres Teil des Behälters 50 führt der Einlaß 14: für heißes
Kühlmittel auch in !flüssiger Form direkt in den Gas durch seine Wand in den Abschreckbehälter 20.
Abschreckbehälter geleitet werden. Die Flüssigkeit 20 Ebenfalls vorzugsweise im unteren Teil des Behälwird
durch Berührung mit dem heißen Gas wenigstens ters 50 ist ein Einlaß 53 für die Kühlflüssigkeit vorteilweise
verdampft, und aus dem Abschreckbehälter gesehen. Ein Hals 63 mit kleinerem Durchmesser
wird dann ein Gemisch von abgeschrecktem Gas führt vom Deckel 54 über die Schulter 59 zu dem-·
und Kühlmedium abgezogen, das dann weiterver- langgestreckten Hauptteil des Druckbehälters 50. Der
arbeitet wird. Überschüssige Flüssigkeit und Dampf- 25 Deckel 54 ist mit einem Flansch 46 versehen oder
kondensat werden vom Bodenteil des Abschreck- in anderer Weise ausgebildet. : ' ·■;
behälters abgezogen und entweder rückgeführt oder . Der Druckbehälter 50 ist nach dem in ihnv herraus
dem System.· entfernt. ■ sehenden Betriebsdruck ausgelegt, während der Ab-Bei
der Vorrichtung gemäß der Erfindung kommt Schreckbehälter 20 unabhängig von dem Druck ge-
die Wand des Druckbehälters niemals mit dem 30 wählt wird. Wenn also hohe Drücke angewandt
abzuschreckenden heißen Gas in Berührung, während werden sollen, so ist die Wandstärke des Behälters 50
die Wand des Abschreckbehälters durch die sie im allgemeinen beträchtlich größer als die des Beumgebende
Kühlflüssigkeit auf verhältnismäßig nied- hälters 20. ; ;■·■'·.'".:.
riger Temperatur und auch der Temperaturgradient Beim Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Abschreckin
der Wand niedrig gehalten und' Temperatur- 35 vorrichtung wird durch den Einlaß 14 heißes.Gas
Schwankungen in dieser Wand weitgehend vermieden aus der Leitung 8 in den unteren Teil des Abschreckwerden,
behälters 20 geleitet und in diesem im Gegenstrom ■ Die Zeichnung zeigt schematisch in einem lot- mit Abschreckmedium, das in den oberen Teil des
rechten Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungs- Abschreckbehälters 20 eingeleitet wird, abg;schreckt.
ι form einer Abschreckvorrichtung gemäß der Erfin- 40 Ein Abschrecken im Gleichstrom kann in der ge-■
dung. .'. .. zeigten Vorrichtung dadurch erzielt werden, daß • Die Abschreckvorrichtung 9 besteht aus einem sowohl heißes Gas als auch Abschreckmedium durch
: "äußeren Druckbehälter 50 und einem innerhalb dieses ,die oberen Teile der Vorrichtung eingdeitet werden.^,
\ Behälters angeordneten Abschreckbehälter 20. Der Einlaß 14 für heißes Gas; besteht aus dem*..
I Im allgemeinen wird die Form des Abschreck- 45 Sitz 12, der die Leitung 8, die von dem zuvor durch-I
behälters 20 derjenigen des Druckbehälters 50 ent- strömten Teil der Anlage kommt, mit dem; Gas-
!sprechend so gewählt, daß innerhalb des Druck- einlaß verbindet, : einer Innenwand 18 · und einer
j behälters 50 ein ausreichender Raum für Flüssigkeit Außenwand 16, zwischen denen . ein keramisches
I bleibt. Der Behälter 20 hat ein Bodenteil 65, das in Isoliermaterial 17 liegt. Die Innenwand 18 wird hohen
!der Zeichnung die Form einer Schale hat, jedoch 50 Temperaturen ausgesetzt und besteht daher vorzugs-
\ auch konisch oder halbkugelig ausgebildet sein kann, weiser aus einer hitzebeständigsn Legierung.
ι und aus dem durch den Auslaß 24 Flüssigkeit abge- . Am unteren Teil der Wand des Abschreckbehäl·
I lassen werden kann. Der in der Zeichnung gezeigte ters 20 gegenüber dem Einlaß für das heiße pas. ist
Abschreckbehälter 20 hat einen langgestreckten zylin- eine Schutzplatte 22 angeordnet. ·
drischen mittleren Teil 25 mit einem Anschluß 14 55 Die Flüssigkeit, die gegebenenfalls durch .die
zum Einleiten von heißem Gas und einen oberen Sprühdüse 30 in den Abschreckbehälter 20 gssprüht
•Teil 26 von geringerem Durchmesser, der über die wird, wird über das Ventil 57 durch Leitung 58,
! Schulter 27 mit dem mittleren Teil 25 verbunden ist. die den Deckel 54 des Behälters 50 durch den Ein-An
seinem oberen Teil steht der Behälter 20 durch laß 56 durchsetzt, zugeleitet. Uberschüssigs Abschrecksein
offenes Ende 28 in offener Verbindung mit dem 60 flüssigkeit oder Dampfkondensat werden durch den
Druckbehälter 50, so daß Dämpfe aus dem Druck- - Flüssigkeitsablaß 24 am Boden des Abschreckbehälbehälter
50 in den Abschreckbehälter 20 übertreten ters 20 abgelassen.
können. Der Dampf, der in den Abschreckbehälter 20 ein-Die Wand des Abschreckbehälters 20 wird aus "tritt," kommt zum Teil von der im unteren Teil des
weiter unten genannten Gründen im wesentlichen 65 Druckbehälters 50 enthaltenen Flüssigkeit und wird
unabhängig von dem Betriebsdruck gewählt. zum Teil durch Leitung 60 über das Ventil 62 durch
Der Drückbehälter 50 ist so ausgebildet,; daß er den Dampfeinlaß 64 in den oberen Teil des Druckein
Eintauchrohr 40 oder andere Einrichtungen zum..! behälters 50 eingeleitet.. ,. .. , .......
Im allgemeinen wird die Strömungsgeschwindigkeit
des Dampfes durch Einlaß 64 so eingestellt, daß der Abschnitt des Druckbehälters 50 über dem Flüssigkeitspegel
auf einer Temperatur, die mit Hinblick auf das verwendete Metall ausreichend niedrig ist,
gehalten wird. Das ist besonders wichtig beim Beginn oder beim Unterbrechen des Betriebes wegen der
zu diesen Zeiten in dem Behälter 50 anwesenden geringen Menge an Flüssigkeit. Bei manchen Verfahren,
wie bei dem weiter unten beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, wird
der Zustrom von Dampf durch den Einlaß 64 in der Weise gesteuert, daß für die anschließende Umsetzung
ein bestimmtes Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Wasser eingestellt wird.
Während eines kontinuierlichen Betriebes ist zufolge der kontinuierlichen Verdampfung der Flüssigkeit in
dem Druckbehälter 50 durch die Aufnahme von Wärme aus dem heißen Gas im Abschreckbehälter 20
der Druck des Dampfes über der Flüssigkeit in dem Druckbehälter 50 im allgemeinen höher als der
Arbeitsdruck des Gases im Abschreckbehälter 20. Dadurch wird verhindert, daß heißes Gas aus dem
Abschreckbehälter 20 in den Druckbehälter 50 strömt, während der erzeugte Dampf über das offene Ende 28
in den Abschreckbehälter 20 übertritt. Der Druckunterschied zwischen dem Druckbehälter und dem
Abschreckbehälter muß so groß sein, daß die gewünschte Strömung von Dampf in den Abschreckbehälter
20 hinein erzielt wird. Da diese Druckdifferenz jedoch nicht groß ist und da der Abschreckbehälter
20 in offener Verbindung mit dem Druckbehälter 50 steht, ist es nicht notwendig, die Wand
des Abschreckbehälters 20 so zu wählen, daß sie hohen Drücken standzuhalten vermag.
In dem Maße, wie Kühlflüssigkeit im Druckbehälter 50 verdampft, wird sie durch Einleiten weiterer
Flüssigkeit durch den Einlaß 53 über die Leitung 51 mit dem Ventil 52 erglnzt.
Der Flüssigkeitspegel im Druckbehälter 50 wird im allgemeinen zwischen der Schulter 27 und dem
oberen Ende 28 des Abschnittes 26 mit kleinerem Durchmesser gehalten, indem die durch das Ventil 52
strömende Flüssigkeitsmenge der Verdampfungsgeschwindigkeit angepaßt wird. Die Verringerung des
Durchmessers des oberen Teils des Abschreckbehälters 20 erleichtert die Einhaltung eines bestimmten
Flüssigkeitspegels.
Die von der Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gebildeten Dämpfe strömen aufwärts durch den
Durchtrittsweg, der vom oberen Ende 28 de& Abschreckbehälters
20 und der Schulter 59 gebildet wird. Vorzugsweise ist dieser Durchtrittsweg so eng, wie
es mit der Menge an Dampf, die durchtreten muß, um die zum Schutz des Druckbehälters 50 erforderliche
hohe- Dampf geschwindigkeit zu erhalten, vereinbar ist.
Durch Leitung 132 wird aus dem Abschreckbehälter
20 über das offene Ende 42 des in diesen Behälter hineinragenden Eintauchrohres 40 oder durch
andere Einrichtungen ein Gemisch von abgeschrecktem Gas und Dämpfen zu weiterer Verarbeitung
abgezogen.
Im folgenden wird die Verwendung der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung in einem Verfahren
zur Herstellung von Wasserstoff, bei dem in einer ersten Umwandlungszone Kohlenwasserstoff mit
ίο Dampf umgesetzt, der Abfluß dieser ersten Umwandlungszone
in der Vorrichtung gemäß der Erfindung abgeschreckt und der gekühlte Abfluß in einer
zweiten Umwandlungszone weiter umgesetzt wird, veranschaulicht.
Der heiße Abfluß der ersten Umwandlungszone, der beträchtliche Mengen an Wasserstoff und Kohlenmonoxyd
enthält, wird durch Leitung 8 der Abschreckvorrichtung 9 zugeleitet, worin er gekühlt
und das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Wasser
so so eingestellt wird, wie es für die anschließende zweite
Umsetzung erwünscht ist.
Ein Beispiel für die Zusammensetzung eines heißen Abflusses der ersten Umwandlungszone bei Eintritt
in den Abschreckbehälter 20 ist in Tabelle I angeführt:
Zusammensetzung des Abflusses der ersten Umwandlungszone
H2 1138,4 Mol/Std.
N2 0,1 Mol/Std.
CO 245,0 Mol/Std.
CO2 111,2 Mol/Std.
CH1 103,0 Mol/Std.
H2O 569,4 Mol/Std.
Insgesamt 2167,1 Mol/Std.
Dieser Abfluß hat im allgemeinen eine Temperatur zwischen etwa 538aC und etwa 1090° C und steht
unter einem Druck zwischen etwa 3,5 und etwa 17,5 atü. Die Temperatur dieses Abflusses muß für
eine leichtere Verarbeitung und für die anschließende zweite Umsetzung gesenkt werden. Außerdem ist für.»
die zweite Umsetzung der Zusatz; von Dampf erforderlich. Beide Ziele werden in der Abschreckvorrichtung
9 erreicht, wo der heiße Abfluß direkt mit,
Wasser, das durch den Sprühkopf 30 am Ende der j Leitung 58, sowie mit Dampf, der aus dem Druckbehälter
50 über das obere offene Ende 28 des Abschreckbehälters
20 in diesen eintritt, in Berührung gebracht wird. Das durch. Leitung 58 zugeführte
Wasser ist vorzugsweise aus dem Verfahren abgezogenes Dampfkondensat oder in anderer Weise
vorbehandeltes Wasser,, das keine Ablagerungen, in
dem Abschreckbehälter 20 bildet.
Ein Beispiel für Bedingungen, unter denen die verschiedenen Gase, Dämpfe, und Flüssigkeiten stehen,
ist irt Tabelle!! angeführt:
| 8 | Leitung 60 |
51 | 58 | 132 | |
| Druck, atü | 8,75 840 Gas 11 761 |
12,6 193 gesättigter Dampf 4 368 |
127 flüssig 171Q |
127 flüssig 3 415· |
8,68 343 Gas 21254 |
| Temperatur, 0C | |||||
| Phase | |||||
| Menge, kg/Std |
j Nach diesem Beispiel erfolgt das Abschrecken I zum großen Teil durch Wasser, das durch Leitung 58
!zugeführt wird und im übrigen durch Flüssigkeit aus Leitung 51 und Dampf aus Leitung 60. Das
; Abschrecken kann aber auch vollständig mit Dampf, \ der durch Leitung 60 zugeführt wird, und Dampf,
: der durch indirekten Wärmeaustausch zwischen heißem Gas und Flüssigkeit im Druckbehälter 50
j erzeugt wird, erfolgen, während das Ventil 57 ge-
schlossen bleibt, so daß keine Flüssigkeit aus Leitung
58 in den Abschreckbehälter 20 eintritt. Ein kontinuierlicher Betrieb ist auch dann gut möglich,
wenn das Ventil 62 geschlossen bleibt, so daß kein Dampf aus Leitung 60 einströmt, und das Abschrecken
vollständig durch Flüssigkeit aus Leitung 58 und Dampf, der, wie oben beschrieben,
durch indirekten Wärmeaustausch erzeugt wird, erfolgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
109 585/15
Claims (2)
1. Abschreckvorrichtung zum Kühlen eines Temperaturschwankungen bei erhöhtem Druck zu
unter hohem Druck stehenden heißen Gases, ins- 5 Ermüdungserscheinungen des Metalls und damit zu
besondere zur Anwendung bei der Herstellung einer kurzen Lebensdauer des Gefäßes, außerdem
von Wasserstoff, bestehend aus einem Außen- stellt die Neigung des Wasserstoffs, Stahl bei erhöhter
behälter und einem in diesem angeordneten, von Temperatur und erhöhtem Druck zu entkohlen und
dem zu kühlenden Gas durchströmten Innen- seine Duktilität zu vermindern, eine noch größere
behälter, die miteinander einen Zwischenraum io Gefahr der Schädigung des Metalls dar. Andererseits
zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit bilden und kann eine nichtmetallische Isolierung sich verziehen
deren Innenräume durch Überströmöffnungen oder rissig werden.
miteinander in Verbindung stehen, dadurch Aufgabe der Erfindung ist eine Abschreckvorrichgekennzeichnet,
daß der Außenbehälter tung zum Kühlen eines unter hohem Druck stehenden (50) ein dickwandiger Druckbehälter und der 15 heißen Gases, insbesondere zur Anwendung bei der
Innenbehälter (20) ein dünnwandiger Abschreck- Herstellung von Wasserstoff, bei der der Behälter,
behälter ist und daß der obere Teil des Zwischen- durch den das heiße Gas strömt, keinen hohenDrücken
raums zwischen Druckbehälter (50) und Ab- ausgesetzt ist und daher ein verhältnismäßig dünnschreckbehälter
'{20); den das zu kühlende Gas wandiger Metallbehälter sein kann,
von unten nach oben durchströmt, einen Dampf- 20 Aus der deutschen Patentschrift 804 940 ist ein
raum bildet, der über einen Dampfdurchtritt am Wärmeaustauscher bekannt, bei dem ein heißes Gas
oberen Ende (28) des Abschreckbehälters (20) mit in einem Außenbehälter in indirektem Wärmeausdem
Innenraum dieses Behälters in Verbindung tausch mit einer durch Innenrohre strömenden Flüssigsteht,
keit strömt und wahlweise ein Teil dieser Flüssigkeit
2. Abschreckvorrichtung nach Anspruch 1, 25 nach oben aus den Rohren abströmen und eine
dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen direkte Kühlung des heißen Gases bewirken kann.
Kühlung der heißen Gase eine Flüssigkeitszulei- Aus F i g. 2 der deutschen Patentschrift 837 340 ist
tung (58) durch einen Durchtritt (56) im Deckel ein Verbrennungsofen für Brennkraftturbinen bekannt,
(54) des Druckbehälters (50) in das Innere des in dem feste Brennstoffe, wie Kohlenstaub, verbrannt
Abschreckbehälters (20) mit einer Sprühdüse (30) 30 und in den aus einem ihn kugelförmig umgebenden
und/oder eine Dampfzuleitung (60) über einen Kühlmantel durch düsenartige Bohrungen Kühl-Durchtritt
(64) in den Dampf raum des Druck- wasser eingespritzt wird, so daß in dem Verbrennungs-
. behälters (50) vorgesehen sind. . raum Kohlendioxyd und Wasserdampf, die zum
'•3. Abschreckvorrichtung nach Anspruch 1, Antreiben der Turbine verwendet werden, gebildet
dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der 35 werden.
Überströmöffnung aus dem Druckbehälter (50) Die USA.-Patentschrift 2 615 530, insbesondere
in den Abschreckbehälter (20) so bemessen ist, F i g. 3, zeigt eine Vorrichtung zur Gasreinigung,
daß eine Drosselwirkung zustande kommt. bei der ein innerer Gasbehälter von einem äußeren
Flüssigkeitsbehälter umschlossen ist und am oberen
40 Ende der Wand des Innenbehälters Flüssigkeits-
durchtrittswege vorgesehen sind. Durch keine dieser
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung bekannten Vorrichtungen kann jedoch die Aufgabe
zum Kühlen eines unter hohem Druck stehenden der Erfindung gelöst werden. - ^,
heißen Gases, insbesondere bei der Herstellung von Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, „daß
Wasserstoff. v.:■'... ' . .45 der Außenbehälter ein dickwandiger Druckbehälter
Wasserstoff wird unter anderem dadurch her- und der Innenbehälter ein dünnwandiger Abschreckgestellt,
daß man Kohlenwasserstoffe bei erhöhter behälter ist und daß der obere Teil des Zwischen-Temperatur
in An- oder Abwesenheit eines Kata- raums zwischen Druckbehälter und Abschreckbelysators
mit Dampf und/oder Sauerstoff unter Bildung hälter, den das zu kühlende Gas von unten nach
von Wasserstoff und .Kohlenmonoxyd umsetzt und 50 oben durchströmt, einen Dampfraum bildet, der
das Produkt dieser - Umsetzung mit einem flüssigen über einen Dampfdurchtritt am oberen Ende des
und/oder dampfförmigen Kühlmedium abschreckt Abschreckbehälters mit dem Innenraum dieses Be-
und dann unter Bedingungen, bei denen Kohlen- hälters in Verbindung steht. - ·-
dioxyd gebildet wird, in Gegenwart eines Katalysators Vorzugsweise sind zur zusätzlichen Kühlung der
weiter umsetzt,1 so daß durch die Umsetzung von 55 heißen Gase eine Flüssigkeitszuleitung durch einen
Kohlenmonoxyd und Dampf weiterer Wasserstoff Durchtritt im Deckel des Druckbehälters in das
erzeugt wird, nichtkondensierte Materialien und Innere des Abschreckbehälters mit einer Sprühdüse
Dampf kondensat voneinander trennt und den Wasser- und/oder eine Dampfzuleitung über einen Durchtritt
stoff aus den nichtkondensierten Materialien gewinnt. in den Dampf raum des Druckbehälters vorgesehen.
Eine wirksame Methode zum Abschrecken des 60 Außerdem ist vorzugsweise der Querschnitt der ÜberProduktes
der ersten Umsetzung besteht darin, daß Strömöffnung aus dem Druckbehälter in den Abman
es in einer Abschrecktrommel direkt mit einem schreckbehälter so bemessen, daß eine Drosselflüssigen
und/oder dampfförmigen Material, beispiels- wirkung zustande kommt.
weise einem Teil des von der zweiten Umwandlungs- Das flüssige Kühlmedium in dem von dem äußeren
zone abgetrennten Dampfkondensates in Berührung 65 Druckbehälter und dem inneren Abschreckbehälter
bringt. Eine Abschrecktrommel kann beispielsweise umgrenzten Raum wird durch indirekten Wärmeeinfach
aus einem Metallgefäß, das den Verfahrens- austausch verdampft und bewirkt dabei eine Kühtemperaturen
und -drücken standhält, oder aus einem lung, die seiner latenten Verdampfungswärme ent-
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1962
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- 1962-12-20 DE DE19621451165 patent/DE1451165B2/de active Pending
Also Published As
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| DE1451165A1 (de) | 1969-10-23 |
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