DE1451165C - Abschreckvorrichtung zum Kuhlen eines unter hohem Druck stehenden heißen Gases - Google Patents

Description

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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 Dampfraum des Druck- Druckbehälters 50 ist so ausgebildet, daß. er einen

ibehälters ist eine bevorzugte Methode, um den Ein- Flüssigkeitseinlaß 56 aufzunehmen vermag, der sich

;tritt von Dampf aus diesem Dampfraum in den 10 ebenfalls nach unten in den Abschreckbehälter 20

!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 lang-Druckbehälter selbst ausreicht, um das Eindringen gestreckter, vertikal gelagerter, zylinderförmiger Bevon heißem Gas in den Dampf enthaltenden Abschnitt 15 hälter mit einem Bodenteil 66, der schalenförmig, !der Kühlzone zu verhindern, so kann das zusätzliche konisch oder halbkugelig ausgebildet ist und den 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. I Abschreckbehälter geleitet werden. Die Flüssigkeit 20 Ebenfalls vorzugsweise im unteren Teil des Behäliwird 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. : ' _r; behälters abgezogen und entweder rückgeführt oder _: Der Druckbehälter 50 ist nach dem in ihm_: herr- ; aus dem System, entfernt. sehenden Betriebsdruck ausgelegt, während der Ab-

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kommt schreckbehälter 20 unabhängig von dem Druck gedie 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 F i g. 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. behälters20 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, abgeschreckt, form einer Abschreckvorrichtung gemäß der Erfin- 40 Ein Abschrecken im Gleichstrom kann in der gedung. 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 eingsleitet werden. !Behälters angeordneten Abschreckbehälter 20. Der Einlaß 14 für heißes Gas besteht aus den\" ; Im allgemeinen wird die Form des Abschreck- 45 Sitz 12, der die Leitung 8, die von dem zuvor durch- : behälters 20 derjenigen des Druckbehälters 50 ent- strömten Teil der Anlage kommt, mit dem Gasjsprechend so gewählt, daß innerhalb des Druck- einlaß verbindet, : einer Innenwand 18 ■ und einer ibehälters 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 jder Zeichnung die Form einer Schale hat, jedoch 50 Temperaturen ausgesetzt und besteht daher Vorzugs? jauch konisch oder halbkugelig ausgebildet sein kann, weise: aus einer hitzebeständig^ Legierung, j und aus dem durch den Auslaß 24 Flüssigkeit abge- . Am unteren Teil der Wand des Abschreckbehälr ilassen werden kann. Der in der Zeichnung gezeigte ters 20 gegenüber dem Einlaß für das heiße Gas ist j 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. Überschüssig? Abschrecksein offenes Ende 28 in offener Verbindung mit dem 60 flüssigkeit oder Dampf kondensat 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 Druckbehälter 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 derri 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 erginzt.

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 des 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 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:

Tabelle I

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 538° C und etwa 1090⁰C 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 fyr.« die zweite Umsetzung der Zusatz von Dampf erfor- j

derlich. Beide Ziele werden in der Abschreckvorrich- j tung 9 erreicht, wo der heiße Abfluß direkt mit j Wasser, das durch den Sprühkopf 30 am Ende der 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 in Tabelle!! angeführt:

Tabelle II

	8	Leitung 60	51	58	132
Druck, atü	8,75 840 Gas . 11761	12,6 193 gesättigter Dampf 4 368	127 : flÜSSig 1710,	127 flüssig 3 415.	8,68 343 Gas 21 254
Temperatur, 0C .
Phase ...
Menge, kg/Std

Nach diesem Beispiel erfolgt das Abschrecken 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 erzeugt wird, erfolgen, während das Ventil 57 geschlossen 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 (3)

1 2 Metallgefäß mit einer darin angeordneten nichtPatentansprüche: metallischen isolierung bestehen. Bei Verwendung von Metallbehältern führen jedoch

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- ao 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, 35 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 j_n 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 Dampfraum des Druck- wasser eingespritzt wird, so daß in dem Verbrennungsbehälters (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.

Uberströmöffnung 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. ' _^_f heißen Gases, insbesondere bei der Herstellung von Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß Wasserstoff. 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 Dampf raum 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, 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 Dampfkondensat voneinander trennt und den Wasser- und/oder eine Dampfzuleitung über einen Durchtritt stoff aus den nichtkondensierten Materialien gewinnt. in den Dampfraum des Druckbehälters vorgesehen. Eine wirksame Methode zum Abschrecken des 60 Außerdem ist vorzugsweise der Querschnitt der Uber-Produktcs 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 Verdafnpfungswärme ent-