DE2526922A1 - Verfahren zum abkuehlen eines heissen produktgases und einrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Verfahren zum abkuehlen eines heissen produktgases und einrichtung zu seiner durchfuehrung

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DE2526922A1 DE19752526922 DE2526922A DE2526922A1 DE 2526922 A1 DE2526922 A1 DE 2526922A1 DE 19752526922 DE19752526922 DE 19752526922 DE 2526922 A DE2526922 A DE 2526922A DE 2526922 A1 DE2526922 A1 DE 2526922A1
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Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande
11 Verfahren zum Abkühlen eines heissen Produktgases und Einrichtung zu seiner Durchführung "
Priorität: 17. Juni 1974, Niederlande, Kr. 7 408 036
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen eines heissen Produktgases, das klebrige Teilchen enthält, die ihre Klebrigkeit beim Abkühlen verlieren. Ausserdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.
Die vorgenannten klebrigen Teilchen können sich vollständig oder teilweise in geschmolzenem Zustand befinden und können z.B. aus Metallen, Salzen, Schlacke oder ähnlichen Materialien bestehen. Beim Abkühlen auf ausreichend niedrige Temperatur verfestigen sich diese Teilchen oder nehmen zumindestens eine
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so grosse Festigkeit an, dass ihre Klebrigkeit verschwindet. Häufig weisen diese Teilchen eher einen Schmelzbereich als
auf.
einen bestimmten Schmelzpunkt/ Ein solcher Schmelzbereich
kann sich in manchen Fällen über einige 1QO0C erstrecken.
Klebrige Teilchen enthaltende Gase führen bei Verfahren häufig zu Schwierigkeiten, da sie dazu neigen, z.B. auf den Wänden, Ventilen und .Auslässen wachsende Schichten zu bilden, die einen einwandfreien Be crieb stören oder sogar zu einem vollständigen Blockieren der Anlagen führen. Häufig weisen geschmolzene Verunreinigungen in einem Gas eine solche Dünnflüssigkeit auf, dass die Entfernung des grösseren Teils dieser Verunreinigungen keine Probleme auf wirft. In der Regel verbleibt jedoch ein Nebel aus geschmolzenen Teilchen in dem Gas, der beim Abkühlen zeitweise klebrig wird und dann dazu neigt, die vorgenannten Schwierigkeiten zu verursachen.
Ein wichtiges Verfahren, bei dem klebrige Teilchen gebildet werden, ist die Herstellung von Kohlenmonoxid enthaltenden Gasen durch unvollständige Verbrennung einer kohlenstoffhaltigen Zuspeisung. Insbesondere die Verbrennung von Lignit führt deshalb zu grossen Schwierigkeiten, weil Lignit einen hohen Mineralgehält - von z.B. 30 Prozent - aufweist, der bei der Verbrennung des Lignits zur Bildung einer Schlacke führt. Beim Verlassen des Reaktors weist das Gas eine hohe, in der Regel mehr als 14OO°C betragende Temperatur auf, bei welcher die Asche eine hohe Fliessfähigkeit besitzt. Das aus dem Reaktor abziehende Gas enthält einen Nebel aus geschmolzenen
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Schlacketeilchen. Zur weiteren Verarbeitung muss das rohe Produktgas auf z.B. 300 C abgekühlt v/erden. Aus Kohle erhaltene Schlacke ist üblicherweise im Temperaturbereich von 1500 bis 900 C klebrig, weshalb in diesem Temperaturbereich bei dem vorgenannten Verfahren die Neigung zu den schon beschriebenen Schwierigkeiten besteht. Sobald die Teilchen ihre
haben,
Klebrigkeit verloren / können sie mittels bekannter Verfahren, wie mittels eines Zyklons, Bandabscheiders, Filters und ähnlicher Einrichtungen, entfernt werden.
Die Erfindung stellt jetzt ein Verfahren zum Abkühlen solcher Gase zur Verfügung, bei dem die schädlichen Wirkungen der Klebrigkeit von Teilchen beseitigt werden.
Die Erfindung betrifft demgemäss ein Verfahren zum Abkühlen eines heissen Produktgases, das klebrige Teilchen enthält, die ihre Klebrigkeit beim Abkühlen verlieren, das dadurch gekenn-
heisse
zeichnet ist, dass das/Produktgas durch eine röhrenförmige Zone
ein geleitet wird, dass nahe an deren Einlaß / teilchenfreies Schutzgas auf solche Weise eingespeist wird, dass an der Wand dieser Zone eine schützende Gaswand gebildet wird, die einen Kontakt der Wand der röhrenförmigen Zone mit dem heissen Produktgas verhindert, und dass in dieser Zone gleichzeitig ein Kühlgas zum heissen Produktgas zugesetzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders zum Abkühlen eines Produktgases, das bei der partiellen Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Materials erhalten worden ist.
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Ein anderes geeignetes Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens stellt die Ölvergasung dar.
Das Abkühlen eines Gases durch inniges Vermischen mit einem Kühlgas mit niedrigerer Temperatur ist besonders wirksam und geht ohne Verzögerung vor sich. Das Abkühlen kann auf diese Weise in einem verhältnismässig kleinen Raum sehr schnell durchgeführt werden. Dies ist deshalb von besonderem Vorteil, weil der Temperaturbereich, in dem die Teilchen klebrig sind, rasch durchlaufen wird, so dass die heisse Kühlzone kleine Abmessungen aufweisen kann. Ausserdem muss die schützende Gasschicht in diesem Fall nur über ein kleines Gebiet aufrechterhalten werden. Die Menge an erforderlichem Kühlgas hängt
und natürlich vom erwünschten Grad der Abkühlung, von der Art/der Temperatur des Kühlgases und des heissen Produktgases ab. Man erhält eine gute Schutzwirkung, wenn das Volumenverhältnis zwischen deriZusp eisungen an Schutzgas und heissem Produktgas mindestens 0,1 beträgt. Im allgemeinen wird dieses Verhältnis nicht grosser als 1,0 gewählt, wobei darauf geachtet wird, dass das Produktgas und das Schutzgas ungefähr gleiche Axialgeschwindigkeiten aufweisen. Dadurch wird eine Instabilität der Schutzgasschicht verhindert.
Als Schutzgas und Kühlgas können beliebige Gase verwendet werden, die sich mit dem Produktgas vermischen'lassen. Als Schutzgas und Kühlgas muss nicht unbedingt das gleiche Gas verwendet werden. Es kann vorteilhaft sein, dass das Schutzgas und/oder das Kühlgas^ mindestens teilweise aus Dampf bestehen. Dampf lässt
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sich leicht durch Kondensation entfernen. Das Zusetzen von Dampf kann auch 'ninschensWert sein, um die chemische Umwandlung bestimmter Bestandteile des Produktgases, wie die Umwandlung von Russ oder Methan in Kohlenmonoxid und Wasserstoff, zu bewirken. Sine zusätzliche vorteilhafte Wirkung dieser letztgenannten Umwandlungen besteht darin, dass es sich bei ihnen um endotherme Vorgänge handelt, die zu einer zusätzlichen Kühlung des Produktgases führen. Dies kann auch durch Zusetzen von Öl, Russ oder Kohle zum Kühlgas erreicht werden. Im ersten Fall wird das Öl gecrackt, während Russ und Kohle mit dem Dampf oder dem Kohlendioxid reagieren.
Das Schutzgas und das Kühlgas bestehen vorteilhafterweise aus dem' teilchenfreien Produktgas. Das aus der röhrenförmigen Zone abziehende Produktgas ist so weit abgekühlt, dass die klebrigen Teilchen sich verfestigt haben. Diese Teilchen können dann, wie vorstehend erläutert, auf einfache Weise entfernt v/erden.
besonders Ein Nebenstrom dieses abgekühlten Gases kann/geeigneterweise
als Schutzgas und Kühlgas verwendet werden.
Oft ist es wünschenswert, dass das Schutzgas zumindestens in der Nähe der Einlasse für die in die röhrenförmige Zone einzuspeisenden Gase eine so hohe Temperatur aufweist, dass die hohe Fliessfähigkeit die Ablagerung von klebrigen Teilchen unmöglich macht. Für Schlacke enthaltende Gase kann diese Temperatur mehr als 1500°C betragen. Eine geeignete Möglichkeit besteht darin, Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas in der Nähe des Einlasses der röhrenförmigen Zone einzuspeisen.
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Verbrennbare Bestandteile des Schutzgases und/oder des Produktgases, die abgekühlt werden müssen, v/erden verbrannt und dadurch wird die Temperatur des Gases innerhalb eines kleinen Gebiets an der erwünschten Stelle erhöht. Das Schutzgas selbst weist, weil es allmählich mit dem Produktgas vermischt wird, vorzugsweise eine erheblich niedrigere Temperatur auf. Das Schutzgas trägt dann wesentlich zur erforderlichen Abkühlung des Produktgases bei. ■
Gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden das Schutzgas und/oder das Kühlgas in einer gesonderten Einheit hergestellt, in der eine kohlenwasserstoff haltige Zuspeisung partiell verbrannt wird. Der als Kühlgas ' zu verwendende Teil wird dann abgekühlt, während der als Schutzgas zu verwendende Teil die erwünschte hohe Temperatur aufweist.
Das Schutzgas kann auf verschiedene Weise eingespeist werden. Eine stabile Gasschutzhülle wird erhalten, wenn das Schutzgas mit einer tangential gerichteten Geschwindigkeitskomponente eingespeist wird. Auf diese Weise wird ein inniger Kontakt zwischen dem Schutzgas und der Wand hergestellt. Erforderlichenfalls . kann das Schutzgas an mehr als einer Stelle in bestimmten Abständen entlang der röhrenförmigen Zone eingespeist werden.
Das Kühlgas wird vorzugsweise durch radial gerichtete Einlasse eingespeist» die ungefähr am gleichen Querschnitt
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und in gleichen Abständen um den Umfang der röhrenförmigen Zone herum angeordnet sind. Auf diese !.'eise wird das Kühlgas in Form eines Gas-Druckstrahls durch das Schutzgas in das heisse Produktgas eingedüst. Dadurch wird nur eine geringe Störung des Schutzgases verursacht. Ausserdem befinden sich die Einlasse für das Kühlgas nicht in dem Strom des heissen, die klebrigen Teilchen enthaltenden Produktgases, so dass Ablagerungen dieser Teilchen auf den Einlassen vermieden werden. Durch Einleiten des Schutzgases mit hoher Temperatur oder von Sauerstoff oder eines Sauerstoff enthaltenden Gases in d<=r Nähe dieser Einlasse wird in der unmittelbaren Umgebung dieser Einlasse eine so hohe Temperatur erreicht, dass zu keiner Zeit auch für den Fall, dass ein gewisser Teil das Produktgases örtlich bis zur Wand der röhrenförmigen Zone durchdringt, klebrige Teilchen auf der Wand abgelagert werden können.
Der Durchmesser der in radialer Richtung angeordneten Kühlgaseinlässe wird vorzugsweise so gewählt, dass unter Berücksichtigung der einzuleitenden Menge an Kühlgas so starke Druckströme erzielt werden, dass sie das Zentrum der röhrenförmigen Zone erreichen. Stabile Gas-Druckströme erhält man bei einer linearen Gasgeschwindigkeit von 5 bis 30 m/sec. Vorteilhafterweise werden zwei Arten von Einlassen mit gesonderten Durchmessern angewendet. Auch diese Einlasse sind vorzugsweise in gleichen Abständen um den Umfang der röhrenförmigen Zone herum angeordnet. Auf diese Weise werden Gas-Druckströme mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten erhalten, von denen die durch die grossen Einlasse einströmenden Druckströme die grössere
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Durchdringtingskraft aufweisen. Auf diese Weise wird ein besserer Kontakt des Kühlgases mit der Masse des in einem Querschnitt der röhrenförmigen Zone vorhandenen Produktgases hergestellt.
Das Verhäl-Iinis der Durchmesser beträgt vorzugsweise von 1,2 : bis 1,5 : ;1. Das Kühlgas wird vorzugsweise in der Nähe und nach dem Einlass für das Schutzgas eingespeist. Natürlicherweise ist die abschirmende Gasschicht dort am wirkungsvollsten, wo diese Schicht gebildet wird. Das Produktgas steht in Kontakt mit dem Schutzgas, was zu einer Vermischung der Gase führt, wodurch die abschirmende Gasschicht allmählich dünner wird und schliesslich verschwindet. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass innerhalb des Gebietes, in dem die abschirmende Gasschicht, wirksam ist, das Produktgas so weit abgekühlt worden ist, dass die Teilchen keine Klebrigkeit mehr aufweisen.
Weiter betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die ein Rohr enthält, das mit einer Quelle für das heisse Produktgas verbunden werden kann, das mit einem ringförmigen Einlass für das Schutzgas in der Nähe der Verbindung mit der Quelle für das heisse Produktgas und mit einer Einrichtung ausgestattet ist, mittels der das Schutzgas im ringförmigen Einlass in Drehbewegung versetzt werden kann, das ausserdem kurz nach dem ringförmigen Einlass für das Schutzgas zwei oder mehrere Einlasse zur Einleitung von Kühlgas i3i radialer Richtung aufweist, die in gleichen Abständen um den Umfang des Rohres herum verteilt sind.
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- 9 Die Erfindung wird jetzt anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur stellt einen-schematischen axialen Schnitt durch eine Einrichtung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung dar.
Der Hals 1 bildet einen Teil der Verbindung zwis-chen einem unterhalb der röhrenförmigen Zone 2 angeordneten, jedoch nicht
mit dieser Zone.
in der Figur gezeigten Reaktoi/ Im vorliegenden Beispiel kann ein Kohlevergasungs-Reaktor und insbesondere ein Reaktor zur Vergasung von Lignit angewendet werden. Das erhaltene Produktgas weist eine Temperatur von 1600 C auf und besteht hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff und enthält ausserdem Kohlendioxid, Wasser, gegebenenfalls Stickstoff und fein dispergierte geschmolzene Schlacketeilchen. Diese Teilchen sind bei 16OO°C dünnflüssig. Sofern diese Teilchen auf der Wand des Halses 1 abgelagert'werden, bildet sich ein flüssiger nach unten fliessender Film.
In der Wand 4 der röhrenförmigen Zone 2 ist nahe dem oberen Ende des Halses 1 ein ringförmiger Kanal 3 angeordnet. Über Einlasse 5 wird in den ringförmigen Kanal 3 Schutzgas tangential eingeleitet, das keine klebrigen Teilchen enthält. Demgemäss tritt das Schutzgas in die Zone 2 mit einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente ein. Ausserdem bildet das Schutzgas eine abschirmende Gasschicht gegen die Wand 4. Der Boden 6 des Kanals 3 weist vorzugsweise einen Winkel von mindestens 10° gegenüber der Horizontalen auf,, um ein Einströmen in die Gaseinlassöffnun^en zu verhindern.
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- ίο -
Wichtig ist es, dass der R.and 7 des Halses 1 ausreichend heiss gehalten wird, um gegebenenfalls niedergeschlagene Schlacke dünnflüssig zu halten. Für diesen Zweck sind dort Hilfseinlassöffnungen 8 angeordnet, durch welche Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingespeist wird. Die verbrennbaren Bestandteile des Produktgases und des durch die Einlasse 5 eingesr>f?isten Schutzgases werden dadurch oxydiert und die Temperatur wird örtlich erhöht.
Durch die Einlasse 9 und 10 in Wand 4, die mit einer ringförmigen Zuspeisungsleitung 11 verbunden sind, wird Kühlgas zugespeist. Dieses Kühlgas strömt in das Produktgas in Form von Druckströmen ein. Die Einlasse 9 und 10 v/eisen jeweils verschiedene Durchmesser auf und sind in gleichen Abständen um den Umfang von Wand k herum angeordnet.
Das Produktgas wird durch das Kühlgas auf eine Temperatur unterhalb 9000C abgekühlt, bei der die Schlacketeilchen ihre Klebrigkeit verloren haben. Diese können dann mittels beliebiger bekannter Verfahren entfernt werden.
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Claims (16)

- 11 Patentansprüche
1.) Verfahren zum Abkühlen eines heissen Produktgases, das klebrige Teilchen enthält, die ihre Klebrigkeit beim Abkühlen verlieren, dadurch gekennzeichnet , daß das heiße Produktgas durch eine röhrenförmige Zone geleitet
ein
wird, dass nahe an deren Einlaß / teilchenfreies Schutzgas auf solche Weise eingespeist wird, dass an der Wand dieser Zone eine schützende Gaswand gebildet wird, die einen Kontakt der Wand der röhrenförmigen Zone mit dem heissen Produktgas verhindert, und dass in dieser Zone gleichzeitig ein Kühlgas zum heissen Produktgas zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Produktgas abgekühlt wird, das bei der partiellen Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Materials erhalten worden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas und das heisse Produktgas in einem Volumenverhältnis von mindestens 0,1 : 1 zugespeist werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Produktgas und das Schutzgas ungefähr gleiche axiale Geschwindigkeiten aufweisen.
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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzgas und/oder ein Kühlgas verwendet wird (werden), das (die) zumindestens teilweise aus Dampf besteht (bestehen).
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzgas und ein Kühlgas verwendet werden, die aus teilchenfreiem Produktgas bestehen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ZUiE kühlgas Öl, Russ oder Kohle zugesetzt wird(werden).
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet,
• dass das Schutzgas in der Nachbarschaft des Einlasses für die Gase, die durch die röhrenförmige Zone geleitet werden, mit einer so hohen Temperatur., eingespeist wird, dass die hohe Fliessfähigkeit-der klebrigen Teilchen deren Ablagerung unmöglich macht.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass iu, der Näher des Einlasses der röhrenförmigen Zone Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas in die Schutzgasschicht eingeleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzgas und/oder ein Kühlgas verwendet wird (werden), das (die) in einer gesonderten Einheit aus einer kohlenwasserstoffhaltigen Zuspeisung durch partielle Verbrennung hergestellt worden ist(sind).
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11. Verfahren nach Anspruch 1 "bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas in die röhrenförmige Zone mit einer tangential gerichteten Geschwindigkeitskomponente eingespeist wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas an mehreren über die Länge der röhrenförmigen Zone verteilten Stellen eingespeist wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas durch in radialer R.ichtung angeordnete Einlasse eingespeist wird, die ungefähr am gleichen Querschnitt und in gleichen Abständen um den Umfang der röhren-
• förmigen Zone herum angeordnet sind.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
zwei Arten von Einlassen mit jeweils gesonderten Durchmessern angewendet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas in der Nähe und nach dem Einlass für das Schutzgas eingespeist wird.
16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 15, enthaltend ein Rohr, das mit einer Quelle für das heisse Produktgas verbunden werden kann, das mit einem ringförmigen Einlass für das Schutzgas in der Nähe der Verbindung mit der Quelle für das heisse Produktgas
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und mit einer Einrichtung ausgestattet ist, mittels der das Schutzgas, im ringförmigen Einlass in Drehbewegung versetzt werden kann, das ausserdem kurz nach dem ringförmigen Einlass für das Schutzgas zwei oder mehrere Einlasse zur Einleitung van· Kühlgas in radialer Richtung auf v/eist, die in gleichen Abständen um den Umfang des Rohres herum verteilt sind.
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DE2526922A 1974-06-17 1975-06-16 Verfahren zur Quenchung eines heißen Produktgases, das bei der partiellen Vergasung von Kohle entsteht, und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired DE2526922C2 (de)

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DE2526922C2 DE2526922C2 (de) 1985-09-26

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