DE2621718B2

DE2621718B2 - Abkühlungseinrichtung

Info

Publication number: DE2621718B2
Application number: DE2621718A
Authority: DE
Inventors: Otto Buehring; Hans Hennen; Wolfgang Dr. Opitz
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1976-05-15
Filing date: 1976-05-15
Publication date: 1979-11-08
Also published as: CS198256B2; US4087497A; PL198142A1; DD137378A5; NO141770C; FR2351370B1; NO141770B; GB1537189A; ZA772854B; NO771701L; BE854607A; JPS531169A; CA1073446A; NL7704449A; IT1078126B; DE2621718A1; FR2351370A1; DE2621718C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Abkühlungseinrichtung (Quenche) zur Abschreckung heißer, hochkorrosiver, chlorwasserstoffhaltiger Verbrennungsgase, vorzugsweise solcher, die bei der gemeinsamen Verbrennung chlorkohlenwasserstoffhaltiger Abgase und flüssiger Rückstände an Chlorkohlenwasserstoffen entstehen.

Der konstruktiv schwierigste und anfälligste Teil einer Verbrennungsanlage ist die aus Stahl gefertige Quenche, in der die heißen Verbrennungsgase abgeschreckt werden. Eine Quenche wird üblicherweise sowohl oberhalb als auch unterhalb des Taupunktes der Verbrennungsgase sowie der eingedüsten, verdampfenden Abschreckflüssigkeit, z. B. Wasser oder Salzsäure, betrieben und sollte demnach im Bereich der heißen Verbrennungsgase hitzebeständig und im Gebiet möglicher Taupunktsunterschreitungen säurefest ausgestattet sein. Diese Forderungen waren bisher in der Praxis kaum erfüllbar, was zur schnellen Korrosion der Quenche führte, selbst wenn letztere im Betrieb der Anmelderin kn Bereich der heißen Verbrennungsgase, d. h. oberhalb der Zugabe der Abschreckflüssigkeit, mit feuerfesten Steinen und im Gebiet möglicher Taupunktsunterschreitungen, d. h. unterhalb der Zugabe der Abschreckflüssigkeit, mit keramischen Platten säurefest ausgekleidet war. Ein solcher Schutz reicht ebenfalls zur Abschreckung von Verbrennungsgasen aus, die aus der Verbrennung flüssiger Rückstände an Chlorkohlenwasserstoffen hervorgehen, da hier infolge der gleichmäßigen Dosierung eine ungefähre Begrenzung zwischen heißen und abgeschreckten Verbrennungsgasen möglich ist. Bei der Verbrennung chlorkohlenwasserstoffhaltiger Abgase, ja sogar bei deren gemeinsamer Verbrennung mit flüssigen Rückständen an Chlorkohlenwasserstoffen, treten jedoch betrieblich bedingte momentane Mengen- und Temperaturschwankungen auf, wodurch die Temperaturzonen in der Quenche beträchtlich verschoben werden und Überhitzungen wie Temperaturunterschreitungen in den einzelnen Zonen vorkommen.

Die vorliegende Erfindung sieht eine apparative Einrichtung vor, welche die sich, widersprechenden Anforderungen einer hitzebeständigen Ausmauerung mit einer säurefesten Auskleidung verbindet. Im Prinzip wird die Lösung des Problems durch folgende drei Maßnahmen erreicht:

1) Wegen der überall möglichen Taupunktsunterschreitungen wird die gesamte Quenche säurefest ausgekleidet.

2) Um diese temperaturanfällige Auskleidung der Quenche vor den heißen Verbrennungsgasen zu schützen, werden auf dieser säurefesten Schicht oberhalb der Zugabe der Abschreckflüssigkeit verschiedene Stärken von Wärmedämmsteinen aufgemauert, die den Wärmeinhalt der heißen Verbrennungsgase aufnehmen und abpuffern.

3) Durch 3 bis 8 Düsen für die Kühl- und Absorptionsflüssigkeit im oberen Drittel der Quenche wird gewährleistet, daß immer genügend Kühlflüssigkeit vorhanden ist, um die Abschreckung der heißen Verbrennungsgase schnell und vollständig durchzuführen und die von den Wärmedämmsteinen aufgenommene Wärme abzuführen.

Die erfindungsgemäß ausgekleidete, hitze- und säurebeständige Abkühlungseinrichtung korrodiert nicht mehr.

Im einzelnen ist die Abkühlungseinrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen langgestreckten, oben und unten abgerundeten Stahibehäiter, einen zentrischen Stutzen für die Gaszufuhr am oberen Ende des Stahlbehälters, drei bis acht im oberen Drittel des Stahlbehälters, unterhalb der Krümmung, in einer horizontalen Ebene äquidistant angeordnete schräge Stutzen zur Aufnahme von Düsen für die Verdüsung von im Kreislauf geführter Abschreckflüssigkeit, einen seitlichen Stutzen im unteren Drittel des Stahlbehälters, oberhalb der Krümmung, als Austrittsöffnung für die abgeschreckten Verbrennungsgase und Abschreckflüssigkeit, einen zentrischen Stutzen am unteren Ende des Stahlbehälters für Montage-, Reparatur- und Reinigungszwecke sowie als Abfluß für Abschreckflüssigkeit, eine Hartgummiauskleidung auf den Innenflächen des Stahlbehälters und sämtlicher Stutzen, eine säurefeste keramische Auskleidung auf der Hartgummischicht, eine feuerfeste Auskleidung aus Wärmedämmsteinen auf der säurefesten Auskleidung im Bereich oberhalb der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen, ein Einsteckrohr aus Edelstahl in dem für die Gaszufuhr vorgesehenen oberen zentrischen Stutzen, einen das Einsteckrohr umgreifenden Stahlkompersator an dem für die Gaszufuhr vorgesehenen oberen zentrischen Stutzen zur Abdichtung der oberen öffnung des Stahlbehälters unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnung des Einsteckrohres, und ein Zuleitungsrohr für Inertgas am Stahlkompensator zum Schutz seiner Innenflächen vor Korrosion.

Die Abkühlungseinrichtung der Erfindung kann weiterhin vorzugsweise dadurch gekennzeichnet sein, daß

a) die säurefeste Auskleidung unterhalb der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen aus einer doppelten Lage von in säurefestem Kitt verlegten keramischen Mantelplatten besteht,

b) die säurefeste Auskleidung innerhalb und oberhalb der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen aus einer einfachen Lage von in säurefestem Kitt verlegten keramischen Spaltriemchen besteht,

c) die feuerfeste Auskleidung aus in feuerfestem Kitt verlegten Wärmedämmsteinen besteht und im Bereich der Krümmung des Stahlbehälters oberhalb der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen am dicksten ist,

d) der Stahlbehk/Ier ein Längenverhältnis Höhe/ Durchmesser zwischen 1.5 und 3 aufweist.

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e) im oberen Drittel des Stahlbehälters unterhalb fier Ebene der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen zwei Temperaturfühler angeordnet sind, welche bei Überschreitung einer vorwählbaren, zwischen 100 und 200° C liegenden Temperatur die Zufuhr von Verbrennungsgasen automatisch unterbrechen,

f) in dem die Austrittsöffnung für die abgeschreckten Verbrennungsgase und Abschreckflüssigkeit bildenden seitlichen Stutzen ein Temperaturfühler angeordnet ist, welcher bei Überschreitung einer vorwählbaren, zwischen 70 und 140° C liegenden Temperatur die Zufuhr von Verbrennungsgasen automatisch unterbricht.

Anhand der (für die Größenverhältnisse nicht streng maßgerechten) Zeichnung seien die erfindungsgemäße Abkühlungseinrichtung und ihre Funktion nunmehr eingehend beschrieben:

Die Quenche, deren Höhe vorzugsweise ihrem doppelten Durchmesser ents·. rieht, besteht im wesentlichen aus dem zylindrischen Siahibchüiicr (1), der oben einen zentralen Stutzen (2) zur Aufnahme des Einsteckrohres (9) aus korrosionsfreiem Sonderstahl trägt, durch das die etwa 1000° C heißen chlorw?.--serstoffhaltigen Verbrennungsgase einströmen. Im oberen Drittel der Quenche sind in einer Ebene in gleichmäßigen Winkelabständen voneinander drei bis acht schräge Stutzen (3) angeordnet, weiche die abwärts nach innen gerichteten Düsen zur Verdüsung der Abschreckflüssigkeit, vorzugsweise Wasser oder Salzsäure, aufnehmen. Hierdurch wird eine ausreichende und schnelle Abkühlung der Verbrennungsgase selbst bei schwankenden Wärmeinhalten gewährleistet.

Im unteren Drittel der Quenche ist ein seitlicher gerader Stutzen (4) als Austrittsöffnung für die abgeschreckten Verbrennungsgase und einen Teil der erwärmten Abschreckflüssigkeit vorgesehen. Ein unterer, zentraler Stutzen (5) ist für Montage-, Reparatur- und Reinigungszwecke bestimmt und dient gleichzeitig als Austrittsöffnung für in der Quenche sich ansammelnde Abschreckflüssigkeit.

Wegen der überall möglichen Taupunktsunterschreitungen und eines dadurch notwendigen Säure-Schutzes wird die gesamte Innenfläche des Stahlbehälters (1) und der Stutzen (2-5) mit einer Hartgummischicht (6) überzogen. Sämtliche gummierte Innenflächen werden überdies in ein bzw. zwei Lagen (7) säurefest ausgemauert.

Zur Aufnahme des für die Hartgummischicht (6) und die säurefeste Ausmauerung (7) schädlichen Teiles des Wärmeinhaltes der heißen Verbrennungsgase vtrden die gummierten und säurefest ausgemauerten Innenflächen oberhalb der Stutzen (3) mit einer oder mehreren Lag;η feuerfester Wärmedämmsteine (8) ausgestattet.

Am Stutzen (2) ist außen ein Stahlkompensator (10) angebracht, der das Einsteckrohr (9) umgreift und die obere Quenchöffnung unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnung des Einsteckrohres (9) abdichtet. Damit durch den 1-5 mm. vorzugsweise 1-2 mm breiten Ringspalt zwischen dem Einsteckxohr

(9) und dem Innenfutter des Stutzens (2) keine HCI Dämpfe in den Innenraum des Stahlkompensators

(10) eindringen, trägt letzterer ein Zuleitungsrohr (11), durch das Inertgas (z. B. Stickstoff oder Luft) eingeleitet wird, das die HCl-Dämpfe zurückdrängt.

Im oberen Drittel der Ouenche. etwas unterhalb

der Ebene der Stut2en (3), sind zwei Temperaturfühler (12) diametral gegenüberstehend eingebaut. Die Temperatur beträgt in dieser Zone gewöhnlich 90° C. Sollte sie ausnahmsweise einmal z. B. auf 150° C ansteigen, so veranlassen die Temperaturfühler automatisch eine sofortige Unterbrechung der Brennstoffzufuhr und somit auch der Zufuhr von Verbrennungsgasen in die Quencltie. Aus dem gleichen Grunde befindet sich ein dritter Temperaturfühler (13) im Aiisgangsstutzen (4), wo gewöhnlich eine Temperatur von 60 C herrscht. Er veranlaßt eine Unterbrechung bei einem etwaige:n Temperaturanstieg z. B. auf '»() C. Durch diese Vorkehrungen wird eine Überhitzung der Hartgumm ischicht (6) sowie ein Austritt ungenügend abgeschreckter Verbrennungsgase vermieden.

Beispiel

Die Abkühlungseinrichtung (Quenche) besteht aus einem Stahlbehälter (1) von 3,60 m Höhe und 1.60 m Durchmesser. Das Längsverhältnis Höhe/Durchmesser errechnet sich daher zu 2,25. Die Quenche hat ein Fassungsvermögen von etwa 7 m\ das nicht korrodierende Einsteckrohr (9) aus legiertem Stahl einen Durchmesser von .'»8,5 cm. Der freie Ringspalt zwischen dem Rohr (9) und dem Innenfutter des Stutzens (2) mißt 1-2 mm. In einer Höhe von 2,90 m trägt der Stahlbehälter (1) vier seitliche schräge Stutzen (3), die gleichmäßig in 90"-Abständen angeordnet und mit je einer abwärts nach innen gerichteten Düse ausgerüstet sind. In einer Höhe von 2,70 m sind diametral gegenüber zwei Temperaturfühler (12) angeordnet. Der seitliche Ausgangsstutzen (4) mit dem Temperaturfühler (13) befindet sich in einer Höhe von 70 cm. 2250 NmVh Verbrennungsgase, bestehend aus 82 Volumen% Inerten (N₂, CO₂), 4,0 Volumen% HCI, 13 Volumen% Wasserdampf und 1 Volumen% O₂ treten mit etwa 1000" C von oben durch das Rohr (9) in die Quenche ein, wo sie mit insgesamt 20 NmVh (= 5 NmVh je Düse) 30 gewichtsprozentiger Salzsäure mit einer Temperatur von 17° C auf 60° C abgeschreckt werden. Durch das Zuleitungsrohr (11) werden 100 NmVh Stickstoff oder Luft in das Innere des Stahlkompensators (10) eingeleitet, die durch den Ringspalt um das Rohr (9) in die Quenche eindringen. Die auf 60° C abgeschreckten Verbrennungsgasc verlassen im Gleichstrom mit der auf 47° C erwärmten Salzsäure durch die Stutzen (4) bzw. (5) die Quen-

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werden die Gase auf 30" C abgekühlt - wobei ein Teil des Wasserdampfes auskondensiert - und in üblicher Weise gereinigt. Gleichzeitig kühlt sich die Salzsäure auf 17" C ab und wird, verdünnt mit insgesamt 340 kg h Wasser (Kondensat und Zusatzwasser), als wiederum 3()gewichtsprozentige Salzsäure im Kreislauf zu den Düsen (3) zurückgepumpt. Der 20 NnrVh übersteigende Anteil der Salzsäuremenge (486 kg/h) wird -bgezogen und an anderer Stelle verwertet. Auf diese Weise liefern die in den 2250 NmVh Verbrennungsgasen enthaltenen 146 kg/h HCl zusammen mit den 340 kg/h Wasser 486 kg/h 30gewichtsprozentige Salzsäure.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunpen

Claims

Patentansprüche:

Ί. Abkühlungseinrichtung zur Abschreckung heißer, hochkorrosiver, chJorwasserstoffhaltiger Verbrennungsgase,gekennzeichnet durch einen langgestreckten, oben und unten abgerundeten Stahlbehälter (1), einen zentrischen Stutzen (2) für die Gaszufuhr am oberen Ende des Stahlbehälters, drei bis acht im oberen Drittel des Stahlbehälters, unterhalb der Krümmung, in einer horizontalen Ebene äquidistant angeordnete schräge Stutzen (3) zur Aufnahme von Düsen für die Verdüsung von im Kreislauf geführter Abschreckflüssigkeit, einen seitlichen Stutzen (4) im unteren Drittel des Stahlbehälters, oberhalb der Krümmung, als Austrittsöffnung für die abge-" schreckten Verbrennungsgase und Abschreckflüssigkeit, einen zentrischen Stutzen (5) am unteren Ende des Stahlbehälters für Montage-, Reparatur- und Reinigungszwecke sowie als Abfluß für Abschreckflüssigkeit, eine Hartgummiauskleidung (6) auf den Innenflächen des Stahlbehälters (1) und sämtlicher Stutzen (2-5), eine säurefeste keramische Auskleidung (7) auf der Hartgumrnischicht (6), eine feuerfeste Auskleidung (8) aus Wärmedämmsteinen auf der säurefesten Auskleidung (7) im Bereich oberhalb der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen (3), ein Einsteckrohr (9) aus Edelstahl in dem für die Gaszufuhr vorgesehenen oder zentrischen Stutzen (2), einen das Einsteckrohr '9) umgreifenden Stahlkompensator (10) an dem für die Gaszufuhr vorgesehenen oberen zer,trisch ^n Stutzen (2) zur Abdichtung der oberen öffnung des Stahlbehälters » unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnung des Einsteckrohres (9), und ein Zuleitungsrohr (11) für Inertgas am Stahl kompensator (10) zum Schutz seiner Innenflächen vor Korrosion.
2. Abkühlungseinrichtung nach Anspruch 1, ·»(■ dadurch gekennzeichnet, daß die säurefeste Auskleidung (7) unterhalb der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen (3) aus einer doppelten Lage von in säurefestem Kitt verlegten keramischen Mantelplatten besteht. ■»■>
3. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die säurefeste Auskleidung (7) innerhalb und oberhalb der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen (3) aus einer einfachen Lage von in säurefestem Kitt verlegten keramischen Spaltriemchen besteht.
4. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Auskleidung (8) aus in feuerfestem Kitt verlegten Wärmedämmsteinen besteht und im Bereich der Krümmung des Stahlbehälters (1) oberhalb der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen (3) am dicksten ist.
5. Abkühlungseinrichtung nach einem der vor- m> hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbehälter (1) ein Längenverhältnis Höhe/Durchmesser zwischen 1,5 und 3 aufweist.
6. Abkühlungseinrichtung nach einem der vor- μ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Drittel des Stahlbehälters (1) unterhalb der Ebene der die Düsen aufnehmenden schrägen Stutzen (3) zwei Temperaturfühler (12) angeordnet sind, welche bei Überschreitung einer vorwählbaren, zwischen 100 und 200° C liegenden Temperatur die Zufuhr von Verbrennungsgasen automatisch unterbrechen.
7. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Austrittsöffnung für die abgeschreckten Verbrennungsgase und Abschreckflüssigkeit bildenden seitlichen Stutzen (4) ein Temperaturfühler (13) angeordnet ist, welcher bei Überschreitung einer vorwählbaren, zwischen 70 und 140° C liegenden Temperatur die Zufuhr von Verbrennungsgasen automatisch unterbricht.