DE2801328A1

DE2801328A1 - Verfahren und vorrichtung zur kuehlung von koksofengas

Info

Publication number: DE2801328A1
Application number: DE19782801328
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Paul Austermuehle
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1978-01-13
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1979-07-19
Also published as: GB2012940A; DE2801328C2

Description

ι Sssan, den 10. Januar 1978

.if. N 4752/7 a Dr.Ha/Wi.

KRUPP-KOPPERS GMBH, 4300 Essen, Moltkestrasse 29 Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Kokaofengas -

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Koksofengas unter Verwendung der Lühlmedien Luft und Wasser sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung .

Aus den Anfangszeiten der Kokereitechnik ist es bekannt, das rohe Koksofengas in Kühlern abzukühlen, bei denen Luft als Kühlmedium verwendet wurde. Dabei wurden zunächst vor allem Kühler eingesetzt, die aus senkrecht stehenden Rohren grossen Durchmessers bestanden, die von aussen durch die in freier Konvektion strömende Luft gekühlt wurden. Später wurden auch sogen. Reuther-Kühler verwendet, bei denen bereits eine gewisse Regelung der Luftströmung möglich war.

Da die Gaskühlung mit Luft als Kühlmedium jedoch mit gewissen Nachteilen verbunden ist, wie beispielsweise geringe Kühlgeschwindigkeit, grosser Kühlflächenbedarf und in Abhängigkeit von der Aussentemperatur zu geringe Temperaturdifferenz zwischen der Luft und dem zu kühlenden Gas, wurde sie im Laufe der Zeit praktisch vollständig durch Kühl verfahren verdrängt, bei denen Wasser ale Kühlmedium verwendet wird. Die Gaskühlung mit Wasser kann dabei sowohl in indirekten al« auch in direkten Kühlern erfolgen.

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Insbesondere im Hinblick auf die immer schärfer werdenden Anforderungen auf dem Gebiet des Umweltschutzes ist jedoch auch diese Arbeitsweise mit einer Reihe von ernstzunehmenden Nachteilen behaftet. Diese lassen sich im wesentlichen wie folgt zusammenfassen :

a) Belästigung der Umwelt durch Dampfschwaden aus dem Kühlturm, die im Winter auch zur Eisbildung und damit ggf. zur Strassenglätte führen können .

b) Belästigung der Umwelt durch die Geräuschentwicklung der Kühltürme (Ventilatoren und Wasserrauschen).

c) Es müssen relativ grosse Wassermengen durch das Werk gepumpt werden, wofür Rohrleitungen grossen Durchmessers erforderlich sind.

d) Bei der Wasserkühlung geht viel Wasser verloren (Kosten durch Verdunetungs- und Spritzverluste) .

e) Sofern das Wasser von schlechter Qualität ist, entstehen erhebliche Kosten durch die Wasserpflege (Teilstromfiltration, Korrosion·Schutzimpfung, Enthärtung, Algenbekämpfung und ähnliches) ·

f) Sofern Flusswaeser für die Kühlung benutzt wird, wird der Fluss gegebenenfalls thermisch stark belastet.

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Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung von Koksofengas zu schaffen, das die bekannten Nachteile
beider Verfahrensarten (Luft- bzw- Wasserkühlung) möglichst weitgehend vermeidet.

Dies wird erfindungsgemäse dadurch erreicht, dass die Kühlung des Gases bis auf eine Temperatur oberhalb des Naphthalintaupunktee in einem Kühler erfolgt, der Luft als Kühlmedium benutzt, während die Endkühlung bis zur geforderten Abgabetemperatur des Gases in einem Kühler durchgeführt wird, der Wasser oder eine andere geeignete Kühlflüssigkeit als Kühlmedium benutzt.

Vorzugsweise soll dabei in der ersten Kühlstufe (Luftkühlung) die
Abkühlung des Gases bis auf eine Temperatur von etwa 65-70⁰C
erfolgen.

Das in der ersten Kühlstufe (Luftkühlung) anfallende Gaskondensat kann, falls in der zweiten Kühlstufe (Wasserkühlung) ein indirekter Kühler verwendet wird, ganz oder teilweise zur Spülung der Gasseite der Kühlrohre dieses indirekten Kühlere herangezogen werden. Anschliessend kann das Gaskondensat zurückgeführt und dem Rohgas strom vor dem Spülwasserbehalter zugesetzt werden. Wird dagegen in der zweiten Kühlstufe ein direkter Kühler benutzt, so kann das in der ersten Kühl-

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stufe anfallende Gaskondensat entweder zurückgeführt und dem Rohgasstrom vor dem Spülwasser behälter zugesetzt oder nach entsprechender Zwischenkühlung auf den direkten Kühler der zweiten Kühlstufe aufgegeben werden. Schliesslich besteht auch noch die Möglichkeit, dass das in der ersten Kühlstufe anfallende Gaskondensat ganz oder teilweise zur Spülung der Gasseite der Kühlrohre in der ersten Kühlstufe herangezogen wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen verschiedene Möglichkeiten, die an Hand der schematischen Darstellungen in den Fig. 1 und 2 kurz erläutert werden sollen .

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform gelangt das rohe Koksofengas durch die Leitung 1 in den Querrohrkühler 2. Im obersten Abschnitt desselben ist das offene Kühlsystem 3 angeordnet, durch das über ein Gebläse 4 in Pfeilrichtung Luft von unten nach oben gedrückt wird. Dabei können vorteilhafterweise die Rohre des Kühlsystem* 3 an der Innen- und/oder Aussenseite mit Rippen versehen sein. Unterhalb des Kühlsystems 3 ist das offene Kühlsystem 5 angeordnet, welches ebenfalls - wie durch die Pfeile angedeutet - von einer geeigneten Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Kühlturmwasser, durchflossen wird. Bei Bedarf kann ausserdem darunter noch ein weiteres von Kaltwasser durchflossenes offenes Kühlsystem 7 vorgesehen werden, so dass das gekühlte

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Koksofengas in jedem Falle mit der gewünschten Abgabetemperatur über die Leitung 6 der weiteren Gasbehandlung zugeführt werden kann.

Anwendbar ist eine derartige Ausführungsform natürlich auch dann, wenn anstelle des in Fig. 1 dargestellten Quer rohr kühle rs 2 ein Vertikalrohrkühler bekannter Bauart zur Anwendung gelangt. Hiebei können beispielsweise die Rohre der beiden ersten Kühlabschnitte bzw. Kühlkammern von Luft durchflossen werden.

Eine bevorzugte Aueführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens besteht jedoch darin, dass in der ersten Kühlstufe die Kühlung des Gases mit Luft umgekehrt in der Weise erfolgt, dass das zu kühlende Gas durch Rohre geleitet wird, während die Kühlluft diese Rohre von aussen umströmt. Hierbei werden vorzugsweise aussenberippte Kühlrohre normaler Bauart (ovaler oder runder Querschnitt) zu Bündeln zusammengabaut. Mehrere dieser Bündel werden parallel geschaltet. Damit das bei der Kühlung anfallende Gaskondensat gut abflies sen kann, ist es zweckmässig, die Rohre mit entsprechendem Gefälle, vorzugsweise senkrecht, anzuordnen. Zur Regelung der Gas temperatur im Luftkühler können Vorrichtungen zur Drosselung bzw. Steuerung der Luftsaustrittstemperatur bzw. der Strömungsgeschwindigkeit der Luft vorgesehen sein, wie z.B. polumschaltbare Lüftermotoren, Jalousien oder Klappen vor bzw. hinter den R ohr bunde In oder auch ein Luftbypass

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und natürlich auch Einrichtungen zur Zu- bzw. Abschaltung von einzelnen Rohrbündeln .

In Fig. 2 sind eine entsprechende Ausführungsform des erfindungsgemäseen Verfahrens 3owie eine hierfür besonders geeignete Vorrichtung für die erste Kühlstufe schematisch dargestellt.

Das vom Koksofen 35 kommende rohe Koksofengas wird über die Leitung 8 zu den Abzweigleitungen 8 a und 8 b geführt, durch die daa Gas von oben in die vorzugsweise senkrecht stehenden Kühlrohrbündel 9 a bzw. 9 b eingeleitet wird. Wie die Schemazeichnung erkennen lässt, sind die Kühlrohre in den Kühlrohr bunde In 9 a und 9 b aus sen mit Rippen 10 versehen. Selbstverständlich können in der Praxis in Abweichung von der Darstellung in Fig. 2 mehr als zwei Kühlrohr bündel vorgesehen sein. Die für die Kühlung des Gases notwendige Gesamtkühlfläche setzt sich in der bei Luftkühlern üblichen Art und Weise aus der Kühlfläche mehrerer Kühlrohrbündel zusammen, wobei sich die einzelnen Kühlrohr bündel im Reparaturfalle leicht austauschen lassen. In den Abzweigleitungen 8 a und 8 b sind die Ventile 11a bzw. 11b angebracht, so dass die Gaszufuhr zu den Rohrbündeln 9 a und 9 b je nach Bedarf abgeschaltet bzw. geregelt werden kann. Ausserdem können auch auf der Gasaustrittsseite die Ventile 12 a und 12 b angeordnet sein, durch die eine weitere Regäxigsmöglichkeit des Gasstromes gegeben ist. Die Kühl-

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rohrbündel 9a und 9b sind in dem offenen Gehäuse 13 untergebracht, wobei vorzugsweise im Oberteil des Gehäuses 13 ein Ventilator 14 untergebracht ist, der für die notwendige Luftzirkulation sorgt. Vor den Kühlrohr bunde In 9 a und 9 b können sich die Jalousien 15 a und 15 b befinden, deren Stellung automatisch in Abhängigkeit von der Gasaustrittstemperatur durch die Temperaturmessgeräte 16 a und 16 b gesteuert werden kann. Nachdem das Gas unter Abkühlung bis auf etwa 70 * C die Kühlrohr bündel 9 a oder 9 b von oben nach unten durchflossen hat, gelangt es über die Leitung 17 in die zweite Kühlstufe .

Das aus den Kühlrohr bunde In ablaufende Gaskondensat flies st durch di· Leitung 18 a bzw- 18 b in die Tauchflasche 19 und von dort über die Leitung ZO in den Tank 21. Dieser ist in seinem Inneren mit dem Überlauf 22 versehen. Das sich im linken Teil des Tanks ansammelnde Gaskondensat wird vermittels der Pumpe 24 durch die Leitung 25 zum Kühler 23 gefördert, auf den es gasseitig aufgegeben wird, sofern es sich hierbei um einen indirekten Kühler handelt. Das Gaskondensat in der Leitung 25 besteht dabei aus viel Wasser, Teer und wenig Naphthalin. Es ist deshalb in der zweiten Kühlstufe in der Lage, das dort ausfallende Naphthalin aufzunehmen. Wenn der Flüssigkeitsspiegel in der linken Hälfte des Tanks 21 so stark steigt, dass Gaskondensat über den Überlauf 22 in die rechte Tankhälft· gelangt, so wird dieses Kondensat zusammen mit dem aus dem Kühler 23 abfliessenden Gaskondensat vermit-

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tels der Pumpe 26 durch die Leitung 27 zur Leitung 8 gefördert und dort dem Rohgas vor der Abzugsleitung 28 zum Spülwasserbehälter 29 zugesetzt.

Im dargestellten Falle ist der Kühler 23 als Querrohrkühler ausgebildet, dessen Kühlsystem 30 in Pfeilrichtung von unten nach oben von Kühlwasser durchflossen wird. Das auf die gewünschte Endtemperatur abgekühlte Rohgas verlässt den Kühler 23, nachdem es diesen von oben nach unten durchströmt hat, durch die Leitung 31 und wird der weiteren Gasbehandlung zugeführt. Im Kühler 23 anfallendes Gaskondensat flieset über die Leitung 32 in die Tauchflasche 33 und anscüEessend über das Leitungsstück 34 in die rechte Hälfte des Tanks 21, von wo es vermittels der Pumpe 26 über die Leitung 27 zur Leitung 8 zurückgepumpt und dort dem Rohgas vor der Abzugsleitung 28 zum Spülwasserbehälter 29 zugesetzt wird.

Hinsichtlich der Ausgestaltung der zweiten Kühlstufe ist zu sagen, dass hier sowohl indirekte als auch direkte Kühler bekannter Bauart eingesetzt werden können. Sofern jedoch in der zweiten Kühlstufe ein direkter Kühler vorgesehen ist, kann abweichend von der soeben beschriebenen Verfahrensweise das in der ersten Kühlstufe anfallende Gaskondensat entweder zurückgeführt und in den Rohgaestrom vor dem Spülwasserbehälter eingeleitet werden, oder es wird nach entsprechender Zwischen-

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kühlung auf den direkten Kühler der zweiten Kühlstufe aufgegeben. Auf Grund der erfindungagemäes angewandten Temperaturbedingungen enthalt das in der eraten Kühlstufe anfallende Gaskondensat nur wenig Naphthalin. Wie bereiti festgestellt wurde, ist es deshalb in der Lage, ausfallendes Naphthalin aufzunehmen. Die Gefahr einer Kühlflächenbelegung mit Naphthalin bei der Zwischenkühlung des Gaskondensates ist deshalb ausserordentlich gering.

Da beim eriindungsgemässen Verfahren das in die zweite Kühlstufe eintretende Gas bereite auf etwa 65 - 70 * C vorgekühlt worden ist, können die in dieser Kühlstufe zu installierenden Kühlflächen natürlich viel kleiner sein als bei der bisher üblichen Arbeitsweise, wo die Abkühlung des Gases ausschlieaslich durch Wasserkühlung erfolgt. Ausserdem werden bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens die Kühler schmaler bzw. kleiner im Durchmesser. Der Gasdurchfluss im Kühler wird gleichmi seiger, da die Volumenabnahme nicht mehr so rapide ist. Ausserdem kann in indirekten Kühlern die mittlere Geschwindigkeit wegen der geringeren Differenz zwischen der Eintritte- und Austrittstemperatur des Gases erhöht werden.

Die Wirksamkeit des erfindunga gemessen Verfahrens zeigt der nachfolgende Zahlenvergleich. Dabei wird davon ausgegangen, dass rohes Koksofengas in einer Meng« von 100 000 Nm /h von 82 * C auf 25 * C

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abgekühlt werden soll. Im Fall A erfolgt diese Abkühlung wie bisher üblich ausschliesslich durch Wasserkühlung. Im Fall B wird dagegen die Gastemperatur erfindungsgemäsa zunächst bis auf etwa 70' C durch Luftkühlung abgesenkt. In der zweiten Kühlstufe wird dann durch Wasserkühlung die Endtemperatur von 25 ^# C erreicht. Unter der Voraussetzung des oben angegebenen Gasdurchsatzes ergibt sich folgender Kühlwasserbedarf :

Fall A : 2 220 m.³/h Fall B : 1 000 m³/h

Das heisst, der Kühlwasserbedarf beträgt bei Anwendung der erfindungsgemässen Arbeitsweise weniger als die Hälfte der bisher üblichen Arbeitsweise. Die aus dem erfindungsgemässen Verfahren resultierenden Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen :

1) Die Schwadenbildung über den Kühltürmen und die daraus evtl. im Winter resultierende Vereisung der Umwelt werden verringert.

2) Kühltürm· werden sehr oft an den Werksgrenzen aufgestellt. Die Luftkühler können im Prozessfeld installiert werden. Dadurch wird der Abstand zu den Häusern der Anwohner vergrössert und deren Lärmbelästigung verringert.

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3) Die Pflege und Eirsatzteilhaltung ist bei den Luftkühler gruppen relativ einfach : Nach dem Schliessen der Armaturen für die Gas- und Luftzufuhr können ein oder auch mehrere Kühlsegmente einfach ausgewechselt werden.

4) Die Regelung der Luftkühler gruppen ist relativ einfach.

5) Die Kosten für Kühlturmzusatzwasser (Verdunstungsverluste) und die Kosten für die Pflege des Kühlwassers werden verringert. (Die Höhe der Ersparnis ist weitgehend von der Rohwasserqualität abhängig und beträgt im vorstehenden Beispiel 55 % .)

6) Man benötigt kleinere Kühltürme .

7) Bezüglich der Geräuschdämpfung von Luftkühlern liegen bereits bessere Erfahrungen vor als bei Wasserkühlern.

Selbstverständlich ist die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht nur auf das rohe Koksofengas beschränkt. Die Anwendbarkeit ist vielmehr auch bei anderen Prozess gasen gegeben, bei denen ähnliche Verhältnisse vorliegen.

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Leerse

Claims

10. 1. 1978 N 4752/7 a Patentansprüche :

1.) Verfahren zur Kühlung von Koksofengas unter Verwendung der Kühlmedien Luft und Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Gases bis auf eine Temperatur oberhalb des Naphthalintaupunktes in einem Kühler erfolgt, der Luft als Kühlmedium benutzt, während die Endkühlung bis zur geforderten Abgabetemperatur des Gases in einem Kühler durchgeführt wird, der Wasser oder eine andere geeignete Kühlflüssigkeit als Kühlmedium benutzt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dais vorzugsweise in dem Kühler, der Luft als Kühlmedium benutzt, die Kühlung des Gases bis auf eine Temperatur von etwa 65-70⁰C erfolgt.

3.) Verfahrennach den Ansprüchen 1 und Z, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines indirekten Kühlers in der zweiten Kühlstufe das in der ersten Kühletufe anfallende Gaskondensat ganz oder teilweise zur Spülung der Gasseite der Kühlrohre im indirekten Kühler der zweiten Kühlstufe herangezogen und danach in den Rohgas strom vor dem Spülwasserbehälter eingeleitet wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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4.) Verfahrennach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines direkten Kühlers in der zweiten Kühlstufe das in der ersten Kühlstufe anfallende Gaskondensat entweder in den Rohgas strom vor dem Spülwasaerbehälter eingeleitet oder nach entsprechender Zwischenkühlung auf den direkten Kühler der zweiten Kühlstufe aufgegeben wird.

5.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in der ersten Kühlstufe anfallende Gaskondensat ganz oder teilweise zur Spülung der Gasseite der Kühlrohre in der ersten Kühlstufe herangezogen wird.

6.) Vorrichtung zur Durchführung der ersten Kühlstufe des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht stehende Kühlrohr bündel ("9 a bzw. 9 b) in einem luftdurchströmten Gehäuse (13) angeordnet sind, wobei sich vor den Kühlrohrbündeln Jalousien (15 a bzw. 15 b) befinden, deren Stellung durch Temperaturmessgeräte (16a bzw. 16b) in Abhängigkeit von der Gastemperatur gesteuert wird.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre der Kühlrohr bündel (9 a bzw. 9 b) an ihrer Aussenseite mit Rippen (10) versehen sind.

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8.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Jalousien (15 a bzw. 15 b) verstellbare bzw. verschiebbare Klappen vorgesehen sind .

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