DE2801328C2

DE2801328C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Koksofengas

Info

Publication number: DE2801328C2
Application number: DE19782801328
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Paul 4044 Kaarst Austermühle
Original assignee: Krupp Koppers GmbH, 4300 Essen
Priority date: 1978-01-13
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1987-04-30
Also published as: GB2012940A; DE2801328A1

Description

Beschreibung

Die Erfndung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Koksofengas, bei dem das Gas in einer ersten Kühlstufe indirekt mit Luft und daran anschließend in einer zweiten Kühlstufe mit Wasser gekühlt wird, sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens 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 sogenannte 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 Kühlflächenbedarl 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 Kühlverfahren verdrängt, bei denen Wasser als Kühlmedium verwendet wird. Die Gaskühlung mit Wasser kann dabei sowohl in indirekten als auch in direkten Kühlern erfolgen.

Insbesondere im Hinblick auf die immer schärfer werdenden Anforderungen auf dem Gebiet des Umweltschutzes ist jedoch auch diese Arbeitsweise mit einer Reihe von ernstzuriehmenden 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 kön-

to nen.

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 Verdunstungs- und Spritzverluste).

e) Sofern das Wasser von schlechter Qualität ist, entstehen erhebliche Kosten durch die Wasserpflege (Teilstromfiltration, Korrosionsschutzimpfung, Enthärtung, Algenbekämpfung und ähnliches),
f) Sofern Flußwasser für die Kühlung benutzt wird, wird der Fluß gegebenenfalls thermisch stark belastet

Aus der DE-PS 2 56 865 ist zwar bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Koksofengas zur Abscheidung von Teer zunächst von oben nach unten durch einen äußeren Raum eines Kühlers geleitet und dabei indirekt mit Luft gekühlt wird. Danach gelangt das Gas in den zentralen Raum des Kühlers, der mit Horden versehen ist und vom Gas von unten nach oben durchströmt wird. Dort erfolgt dann eine direkte Kühlung des Gases durch von oben auf den Kühler aufgegebene Waschflüssigkeit. Hierbei kann es sich um im Kreislauf geführtes Gaswasser und/oder dünnen Teer sowie eine sonstige geeignete Waschflüssigkeit handeln. Die Wirksamkeit der indirekten Luftkühlung in der ersten Kühlstufe ist in diesem Falle allerdings außerordentlich gering, denn das Gas wird in dieser Kühlung lediglich bis auf eine Temperatur von 100⁰C abgekühlt. Dies bedeutet jedoch, daß die zweite Kühlstufe durch die Vorkühlung mit Luft nur sehr wenig entlastet wird.

Aus der DE-PS 2 31 379 ist außerdem ein weiteres Verfahren zur Abscheidung von Teer aus dem Koksofengas bekannt. Hierbei soll der im Gas enthaltene

so Teer in einer aus mehreren Schüssen bestehenden Waschkolonne mittels von außen zugeführtem Teer ausgewaschen werden, der in mehreren Stufen im Gegenstrom auf das von unten nach oben die Waschkolonne strömende Gas aufgegeben wird. Der Waschkolonne ist dabei je ein Röhrenwärmetauscher vor- und nachgeschaltet, in denen die Gastemperatur im indirekten Wärmeaustausch geregelt wird. Diese Wärmetauscher dienen jedoch nicht ausschließlich der Kühlung des Gases, sondern sie können ebenso zur Aufheizung des Gases eingesetzt werden. So wird im Ausführungsbeispiel der Patentschrift das heiße Abgas aus üci Esse durch die Wärmetauscher geleitet, was zu einer Aufheizung des Gases führt. Diese Entgegenhaltung liefert deshalb keinerlei Anregungen für das Zustandekommen des erfin-

b5 dungsgemäßen Verfahrens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung von Koksofengas zu schaffen, das die Nachteile sowohl der Luft- als auch der Wasserküh-

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lung möglichst weitgehend vermeidet Das heißt, beim erfindungsgemäßen Verfahren soll einerseits der Umfang der Wasserkühlung möglichst gering gehalten werden. Andererseits soll aber gewährleistet werden, daß die Luftkühlung innerhalb des ihr zugewiesenen Temperaturbereiches auch einwandfrei funktioniert

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Kühlstufe die Kühlung des Gases bis auf eine Temperatur von 65—70°Cerföigt

Unter Berücksichtigung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe stellt der erfindungsgemäß beanspruchte Temperaturbereich eine optimale Lösung dar. Eingehende Untersuchungen haben nämlich ergeben, daß aus dem zu kühlenden Koksofengas die größte Wärmemenge im Temperaturbereich oberhalb 65° C abgeführt werden muß. Dabei hat sich gleichzeitig gezeigt, daß in diesem Temperaturbereich die indirekte Luftkühlung noch nicht durch die Abscheidung von Naphthalin beeinträchtigt wird, so daß ein einwandfreies Funktionieren der Luftkühlung gewährleistet ist

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 Kühlers herangezogen werden. Anschließend kann das Gaskondensat zurückgeführt und dem Rohgasstrom vor dem Spülwasserbehälter zugesetzt werden. Wird dagegen in der zweiten Kühlstufe ein direkter Kühler benutzt, so kann das in der ersten Kühlstufe anfallende Gaskondensat entweder zurückgeführt und dem Rohgasstrom vor dem Spülwasserbehälter 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 Kühlsystems 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 Kühlturmwaser, durchflossen wird. Bei Bedarf kann außerdem darunter noch ein weiteres von Kaltwasser durchflossenes offenes Kühlsystem 7 vorgesehen werden, so daß das gekühlte 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 Querrohrkühlers 2 ein Vertikalrohrkühler bekannter Bauart zur Anwendung gelangt. Hierbei können beispielsweise die Rohre der beiden ersten Kühlabschnitte bzw. Kühlkammern von Luft durchflossen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform 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 zusammengebaut. Mehrere dieser Bündel werden parallel geschaltet. Damit das bei der Kühlung anfallende Gaskondensat

&iacgr;&ogr; gut abfließen kann, ist es zweckmäßig, die Rohre mit entsprechendem Gefälle, vorzugsweise senkrecht, anzuordnen. Zur Regelung der Gastemperatur im Luftkühler können Vorrichtungen zur Drosselung bzw. Steuerung der Luftaustrittstemperatur bzw. der Strömungsgeschwindigkeit der Luft vorgesehen sein, wie z. B. polumschaltbare Lüftermotoren. Jalousien oder Klappen vor bzw. hinter den Rohrbündeln oder auch ein Luftbypass und natürlich auch Einrichtungen zur Zu- bzw. Abschaltung von einzelnen Rohrbündeln.

In Fig. 2 sind eine entsprechende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie 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 8a und Sb geführt durch die das Gas von oben in die vorzugsweise senkrecht stehenden Kühlrohrbündel 9a bzw. 9b eingeleitet wird. Wie die Schemazeichnung erkennen läßt, sind die Kühlrohre in den Kühlrohrbündeln 9a und 9b außen mit Rippen 10 versehen. Selbstverständlich können in der Praxis in Abweichung von der Darstellung in Fig. 2 mehr als zwei Kühlrohrbündel 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 Kühlrohrbündel im Reparaturfalle leicht austauschen lassen. In den Abzweigleitungen 8a und 86 sind die Ventile 11a bzw. Wb angebracht, so daß die Gaszufuhr zu den Rohrbündeln 9a und 9b je nach Bedarf abgeschaltet bzw. geregelt werden kann. Außerdem können auch auf der Gasaustritsseite die Ventile 12a und 126 angeordnet sein, durch die eine weitere Regelungsmöglichkeit des Gasstromes gegeben ist. Die Kühlrohrbündel 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 Kühlrohrbündeln 9a und 9b können sich die Jalousien 15a und 156 befinden, deren Stellung automatisch in Abhängigkeit von der Gasaustrittstemperatur durch die Temperaturmeßgeräte 16a und 166 gesteuert werden kann. Nachdem das Gas unter Abkühlung bis auf 7O⁰C die Kühlrohrbündel 9a oder 96 von oben nach unten durchflossen hat, gelangt es über die Leitung 17 in die zweite Kühlstufe.

Das aus den Kühlrohrbündeln ablaufende Gaskondensat fließt durch die Leitung 18a bzw. 186 in die Tauchflasche 19 und von dort über die Leitung 20 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

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Hälfte des Tanks 21 so stark steigt, daß Gaskondensat über den Überlauf 22 in die rechte Tankhälfte gelangt, so wird dieses Kondensat zusammen mit dem aus dem Kühler 23 abfließenden Gaskondensat vermittels 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 fließt über die Leitung 32 in die Tauchflasche 33 und 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 Rohgasstrom vordem Spülwasserbehälter eingeleitet werden, oder es wird nach entsprechender Zwischenkühlung auf den direkten Kühler der zweiten Kühlstufe aufgegeben. Auf Grund der erfindungsgemäß angewandten Temperaturbedingungen enthält das in der ersten Kühlstufe anfallende Gaskondensat nur wenig Naphthalin. Wie bereits 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 erfindungsgemäßen Verfahren das in die zweite Kühlstufe eintretende Gas bereits auf 65—70⁰C 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 ausschließlich durch Wasserkühlung erfolgt. Außerdem werden bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kühler schmaler bzw. kleiner im Durchmesser. Der Gasdurchfluß im Kühler wird gleichmäßiger, da die Volumenabnahme nicht mehr so rapide ist. Außerdem kann in indirekten Kühlern die mittlere Geschwindigkeit wegen der geringen Differenz zwischen der Eintritts- und Austrittstemperatur des Gases erhöht werden.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt der nachfolgenden Zahlenvergleich. Dabei wird davon ausgegangen, daß rohes Koksofengas in einer Menge von 100 000 NmVh von 82⁰C auf 25° C abgekühlt werden soll. Im Fall A erfolgt diese Abkühlung wie bisher üblich ausschließlich durch Wasserkühlung. Im Fall B wird dagegen die Gastemperatur erfindungsgemäß zunächst bis auf 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: es

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

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

2. Kühltürme 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.

3. Die Pflege und Ersatzteilhaltung ist bei den Luftkühlergruppen relativ einfach: Nach dem Schließen der Armaturen für die Gas- und Luftzufuhr können ein oder auch mehrere Kühlsegmente einfach ausgewechselt werden.

4. Die Regeüung der Luftkühlergruppen 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 Prozeßgasen gegeben, bei denen ähnliche Verhältnisse vorliegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Fall A: 2220 m Vh
Fall BHOOOmWh.

Claims

Patentansprüche 28 Ol 328

1. Verfahren zur Kühlung von Koksofengas, bei dem das Gas in einer ersten KühJstufe indirekt mit Luft und daran anschließend in einer zweiten Kühlstufe mit Wasser gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Kühlstufe die Kühlung des Gases bis auf eine Temperatur von 65—70^cC erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines indirekten Kühlers in der zweiten Kühlstufe das in der ersten Kühlstufe anfallende Gaskondensat ganz oder teilweise zur Spülung der Gasseite der Kühlrohre im indirekten Kühler der zweiten Kühlstufe herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 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.

4. Vorrichtung zur Durchführung der ersten Kühlstufe des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht stehende Kühlrohrbündel (9a bzw. 9b) in einem luftdurchströmten Gehäuse (13) angeordnet sind, wobei sich vor den Kühlrohrbündeln Jalousien (15a bzw. 15b) befinden, deren Stellung durch Temperaturmeßgeräte (16a bzw. 16b) in Abhängigkeit von der Gastemperatur steuerbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre der Kühlrohrbündel (9a bzw. 9b) an ihrer Außenseite mit Rippen (10) versehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Jalousien (15a bzw. \5b) verstellbare bzw. verschiebbare Klappen vorgesehen sind.