DE3214618A1

DE3214618A1 - Verfahren sowie vorrichtung zur kuehlung und reinigung eines heissen gases

Info

Publication number: DE3214618A1
Application number: DE19823214618
Authority: DE
Inventors: Bernardus Herman Den Haag Mink; Adrianus Jacobus Ooms; Jacob Hendrik Stil
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1981-11-16
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1983-05-26
Also published as: IN156182B; ZA822470B; DE3214618C2; FR2516398A1; AU8243782A; US5011507A; AU556240B2; FR2516398B1; GB2112015B; IT8220732A0; US4957657A; GB2112015A; SE8202176L; JPS5885095A; JPH0521959B2; SE452332B; CA1193864A; BR8202316A; BE892782A; IT1201942B

Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande

"Verfahren sowie Vorrichtung zur Kühlung und Reinigung eines heißen Gases."

Beanspruchte

Priorität: 16. November 1981, Niederlande, Nr. 8105169

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlung und Reinigung eines im wesentlichen vertikal aufwärts strömenden und klebrige Schlacketröpfchen und/oder -teilchen enthaltenden heißen Gases. Das Verfahren ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet!

a) Ein kaltes, sauberes Gas wird zum Erhalt eines Gasgemisches mit einer niedrigeren Temperatur in das heiße Gas eingespritzt.

b) Die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches wird herabgesetzt.

c) Die Strömungsriehtung des Gasgemisches wird umgekehrt, so daß das Gasgemisch nunmehr nach unten strömt, und zwar in einem spitzen. Winkel zu der ursprünglich im wesentlichen vertikalen Strömungsrichtung.

d) Die Strömungsgeschwindigkeit des schräg nach unten strömenden Gasgemisches wird heraufgesetzt.

e) Das mit erhöhter Geschwindigkeit schräg nach unten strömende Gasgemisch wird durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt.

f) Die Strömungsgeschwindigkeit des abgekühlten Gasgeiniseines wird herabgesetzt.

g) Die Strömungsrichtung des mit verringerter Geschwindigkeit strömenden Gasgemiscnes wird umgekehrt, so daß das Gasgemisch nunmehr im wesentlichen vertikal nach oben strömt und Schlacketeilchen nach unten fallen.

mit verringerter Geschwindigkeit n) Das im wesentlichen/vertikal nach oben strömende Gasgemisch

weiter

wird durch indirekten Wärmeaustausch/gekühlt, während weitere Anteile an Scnlacketeilchen nach unten fallen, i) Die Schlacketeilchen werden abgezogen.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, die duren die folgenden Vorrichtungsteile gekennzeichnet ist:

a) Eine im wesentlichen vertikal angeordnete Gas-Zufuhrleitung, in welcher das Gas nach oben strömen kann. Die Wandungen der Leitung sind mit Öffnungen zum Einspritzen kalten, sauberen Gases versehen.

b) Einen Gasstron-Umkehrkessel, in den das obere Ende der Gas-Zufuhrlaitung mündet. Der Innendurchmesser des Kessels ist größer als der Innendurchmesser der Zufuhrleitung. Die

Mündung
Entfernung zwischen der der Zufuhrleitung in dem Kessel

und der inneren oberen ^Kesselbegrails%ⁿ%rößer als der Innendurchmesser der Zufuhrleitung, während der Boden des Gasstrom-Umkehrkessels in einem in bezug auf die im wesentlichen vertikal angeordnete Zufuhrleitung spitzen Winkel schräg naen unten verläuft.

c) Eine Vsrbindungsleitung, deren oberes Ende mit dem Boden des Gasstrom-Umkehrkessels verbunden ist und deren Mittellinie in einem spitzen Winkel zur Vertikalen verläuft.

d) Einen im wesentlichen vertikal angeordneten Warweaustauscher, welcher an seinem unteren Ende eine Gasstrom-Umkehrkammer aufweist, deren Seitenwand mit der Verbindungsleitung ver-

.·^:'Τ ^: ·-: · 32U618 JlQ-

bunden ist. Der Innendurchmesser der Kammer ist größer als der Innendurchmesser der Verbindungsleitung.

e) Eine Leitung für den Abzug von Schlacketeilchen, die mit dem Boden der Gas strom-Unikehrkammer des Wärmeaustauschers in Verbindung steht.

Heißes, klebrige flüssige und/odsr feste fein verteilte S ch lacke teilchen enthaltendes Gas entsteht dann, wenn kohlenstoffhaltiges Material, wie Kohle, Braunkohle, Lignit, Torf, Petrolkoks, Rückstände von schweren Erdölfraktionen sowie aus Taersand und bituminösem Schiefer gewonnenes öl entweder ganz oder teilweise verbrannt wird. Das Gas wird in einem Ofen oder Reaktor erzeugt und weist beim Verlassen des Ofens oder Reaktors im allgemeinen eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 2000° C auf. Ein für diesen Zweck geeigneter Reaktor ist in der britischen Patentschrift Nr. 1 150 2 84 beschrieben.

Das heiße Gas verläßt den Reaktor an dessen oberen Ende und strömt dann, vorzugsweise mit einer durchschnittlichen linearen Geschwindigkeit von 5 bis 20 m/s, aufwärts durch die im wesentlichen senkrecht angeordnete Zufuhrleitung. Ein durch teilweise Oxidation gewonnenes Gas besteht zum größeren Teil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid sowie gegebenenfalls weiterhin aus Kohlendioxid, Methan, Wasser, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und Argon. Es führt (je nach der Temperatur des Gases und der Art der anorganischen Bestandteile des zu verbrennenden kohlenstoffhaltigen Materials) klebrige Schlacke tropfchen und/oder -teilchen aus dem Reaktor mit sich. Der Gehalt an diesen klebrigen Schlacketropfcnen und/oder -teilchen in dem Gas beträgt im allgemeinen 1 bis 15 Gewichtsprozent. Um das heiße Gas rasch auf eine Temperatur abzukühlen, bei der das in diesem enthaltene klebrige Material seine Klebrigkeit verliert, werden vor» teilhafterweise ₀,5 bis 2 kg eines kalten, sauberen Gases in das heiße Gas eingespritzt.

Das kalte, saubere Gas weist vorzugsweise eine Temperatur von 50 bis 300° C auf und hat geeigneterweise die gleiche Zusam-

mensetzung wie das rasch abzukühlende heiße Gas, so daß das Gasgemisch, welches durch Einspritzen von kaltem, sauberem Gas in das heiße Gas erhalten worden ist, vorzugsweise eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen nicht von der des ursprünglichen heißen Gases abweicht, wobei die Temperatur des genannten Gasgemisches vorteilhafterweise zwischen 700 und 1000° C beträgt.

Der Gefahr, daß in dem Gasgemisch enthaltene Schlacketeilchen die Kühl- und Reinigungsvorrichtung verstopfen, indem sie sich auf ihrem weiteren Weg durch diese an ihr niederschlagen beziehungsweise absetzen, wird im wesentlichen durch die vorstehend beschriebene Einspritzung begegnet. Diese Einspritzung kann gemäß der US-Patentscnrift Nr. 4 054 424 erfolgen, wenngleich aucn verschiedene andere Ausführungsformen möglich sind.

Das kalte, saubare Gas wird auf jeden Fall durch öffnungen in der Wandung der im wesentlichen senkrecht angeordneten Zuführleitung eingespritzt, die mit dem Auslaß des Reaktors in Verbindung stent. Um das Gasgemisch, das aufgrund der Einspritzung von kaltem, sauberein Gas in das heiße, verunreinigte Gas erhalten worden ist, weiter abzukühlen, enthält die Zufuhrleitung geeigneterweise Einrichtungen, durch die das Gasgemisch indirekt gekühlt werden kann. Eine solche Einrichtung besteht vorzugsweise aus einer Membranwand, die im Inneren der Zufuhrleitung angeordnet ist und durch die ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser und/odar Dampf, strömen kann. Geeigneter-

Membranwand
weise wird diese zur überhitzung von Dampf verwendet, der vorzugsweise dem vertikal angeordneten Wärmeaustauscher entnommen wird.

Bei den herkömmlicnen Kohlevergas ungs an lagen ist es üblich, über dem Vergasungsreaktor einen Wärmeaustauscher zur Abkühlung des erzeugten Gases anzubringen. Für verhältnismäßig niedrige Kapazitäten ist eine solche Anordnung nicht unangebracht; bei einer Anlage jedoch, die eine hohe Ausbeute un wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigem Gas ermöglichen soll, entstehen aufgrund der sich dabei ergebenden großen Höhe der An-

-β-

lage Probiene. Daher ordnet man bei einer Vorrichtung des genannten Typs den Reaktor und den Wärmeaustauscher vorzugsweise nebeneinander an. Dies bedeutet, daß die Strömungsrichtung des Gasgemisches umgekehrt werden muß. Vorher jedoch wird die
Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches vorteilhafterweise
auf 0,5 bis 3 m/s herabgesetzt. Aufgrund dar Verringerung der
Strömungsgeschwindigkeit des nach oben strömenden Gasgemischs
setzen sich einige der in dem Gasgemisch mitgeführten Schlacketeilchen am Boden der Stelle ab, an der die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird. In dieser Phase sind die Teilchen, die sich niedergeschlagen haben, noch nicht von dem Gasgemiscn getrennt, sondern werden weiter von dem Gasgemisch mitgeführt.

Um zu verhindern, daß sich die Schlacke niederscnlägt, wird
der Strom des Gasgemisches vorzugsweise in einem Strom-Umkehrkessel, in den das obere Ende der Zufuhrleitung einmündet, umgekehrt.Der Innendurchmesser des Kessels ist vorteilhafterweise 2 bis 4 mal so groß wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung,

Mündung
während die Entfernung von der der Zufuhrleitung zum inneren

oberen Rand des Gasstrom-Umkehrkessels vorteilhafterweise 2
bis 10 mal,und optimal 4 bis 8 mal,so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung, so daß beim Eintritt des Gasgemisches in den Gasstrom-Umkehrkessel die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches entsprechend verringert wird. Die Schlacketeilchen setzen sich als Folge hiervon am Boden des Gasstrora-Umkehrkesssls,. der in bezug auf die Vertikale in einem spitzen Winkel schräg nach unten verläuft, ab.

Dieser Winkel beträgt vorzugsweise 20 bis 45°, so daß Teilchen* die sich niedergeschlagen haben, über den schrägen Boden des
Gasstrom-Umkehrkessels hinunterrutschen und/oder -rollen und
in die Verbindungsleitung gelangen, deren oberes Ende mit dem unteren Ende des Bodens des Gasstrom-Umkehrkessels verbunden
ist. Um zu verhindern, daß die niedergeschlagenen Schlacketeilchen, während sie sich über den Boden des Gasstrom-Umkehr™ kessels bewegen, wieder in die Zufuhrleitung gelangen, ist

der

die Entfernung zwischen dem oberen Ende Mündung der Zufuhrleitung und der Stelle, an der diese Mündung mit dem Boden des

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-Al-

Gasstrom-UmkehrkesseIs verbunden ist, vorzugsweise 0,5 bis 5 mal so groß wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung. Bevorzugter noch ist diese Entfernung 1 bis 3 mal so groß wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung.

Der Strom des Gasgemisches, aus dem sich zumindest einige der mitgeführten Sch lacke teilchen niedergeschlagen haben, wird in dem Gasstrom-Umkehrkessel umgekehrt, und zwar vorzugsweise in eine Richtung, die in einem Winkel von 135 bis 160° zu der ursprünglichen, vertikalen Strömungsrichtung verläuft. Er wird dann aus dem Gasstrom-Umkehrkessel in die Verbindungsleitung abgezogen,deren Mittellinie in einem Winkel von vorzugsweise 20 bis 45° zur Vertikalen verläuft. Wird dieser Winkel größer als 45° gewählt, so besteht die Gefahr, daß die niedergeschlagenen Schlacketeilchen nicht mehr

weiter aufgrund der Schwerkraft durch die Verbindungsleitung rutschen und/oder rollen, wodurch zusätzliche Maßnahmen erforderlich werden, um ein Verstopfen der Verbindungsleitung zu verhindern. Wird dieser Winkel aber kleiner al3 20 gewählt, so ergibt sich für die verschiedenen Teile der erfindungsgemäßan Vorrichtung (den Reaktor mit der Gas-Zufuhrleitung und dam Gasstrom-Umkahrkessel, die Verbindungsleitung und den Wärmeaustauscher) eine zu kompakte Anordnung, so daß die Konstruktion und der Betrieb der Anlage in der Praxis unmöglich werden.

In der Verbindungsleitung wird die Strömungsgeschwindigkeit des schräg nach unten strömenden Gasgemisches wieder heraufgesetzt, und zwar vorzugsweise auf einen Wert von 5 bis 20 m/s. Dank dieser Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches wird ein rascher Transport der sich in der Gasstrom-Umkehrkammer abgesetzten Schlacketeilchen durch die Verbindungsleitung möglich. Um die vorstehend bevorzugte Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches aufrechtzuerhalten,, wird der Durchmesser der Verbindungsleitung entsprechend gewählt, und zwar so, daß er in etwa dem Durchmesser der Gas-Zufuhrleitung entspricht. Auf seinem Weg durch den Gasstrom-Umkehrkessel und die Verbindung·' leitung wird das Gasgemisch vorteilhafterweise weiter,

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-A-

vorzugsweise durch indirekten Wärmeaustausch, auf eine Temperatur von 500 bis 900° C abgekühlt. Hierfür sind der Gasstrom-Umkehrkessel und die Verbindungsleitung in geeigneter Weise mit Einrichtungen versehen, durch die das Gasgemisch indirekt abgekühlt werden kann» Membranwände, durch die ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser und/oder Dampf, strömen kann, sind zu diesem Zweck sehr geeignet und sind daher bevorzugt. Geeigneterweise werden diese Membranwände zur überhitzung von Dampf verwendet, der vorteilhafterweise dem vertikal angeordneten Wärmeaustauscher entnommen wird.

Das untere Ende der Verbindungs leitung steht mit der Gasstrom-Umkehrkammer eines im wesentlichen vertikal angeordneten Wärmeaustauschers in Verbindung. Die genannte Gasstrom-Umkehrkammer ist selbstverständlich am unteren Ende des Wärmeaustauschers angeordnet. Um ein Absetzen von Schlackateilchen zu verhindern, wird die Strömungsgeschwindigkeit des von der Verbindungsleitung in die genannte Gasstrom-Umkehrkammer strömenden Gasgemisches in dieser zunächst vorzugsweise auf einen Wert von 0,5 bis 3 m/s verringert. Um dies zu gewährleisten, ist der Innendurchmesser der Gasstrom-Umkehrkammer des Wärmeaustauschers vorzugsv/eise 2 bis 4 mal so groß wie der Innendurchmesser der Verbindungsleitung.

In der Umkehrkammer des Wanne aus tausche rs setzen sich einige der in dem Gasgemisch noch vorhandenen Schlacketeilchen ab. Die Verbindungsleitung ist vorzugsweise mit der Seitenwand der Gasstrom-Umkehrkammer des Wärmeaustauschers an einer Stelle verbunden, die sich in einer Entfernung vom Boden der Umkehrkammer befindet, die 2 bis 10, und vorzugsweise 4 bis 8, mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Verbindungsleitung.

Der vertikal angeordnete Wärmeaustauscher ist vorzugsweise so ausgebildet, daß das abzukühlende Gas um Kühlröhren herumgeleitet wird, durch die ein Kühlmittel, geeigneterweise Wasser und/oder Dampf, strömt. Der Innendurchmesser der Umkehrkammer des Wärmeaustauschers ist vorzugsweise 2 bis 4 mal so

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groß wie der Innendurchmesser der Verbindungsleitung.

Infolgedessen erfährt das aufwärts durch die genannte Kammer strömende Gasgemisch in bezug auf das nach unten in die Verbindungsleitung strömende Gasgemisch eine Verzögerung, Aufgrund dieser Verzögerung in der Aufwärtsbeweguhg des Gasgemisches werden die noch in diesem enthaltenen Schlacketeilchen nicht mehr weiter mit nach oben geführt, sondern fallen einfach nacn unten. Auf diese Weise wird der Feststoffgehalt des Gasgemisches in der Umkehrkammer reduziert, und zwar vorteilhafterweise so, daß am übergang der Umkehrkammer in den übrigen Teil des indirekten Wärmeaustauschers das im wesentlichen sankrecnt nach oben strömende Gasgemisch einen Gehalt an Schlacketeilchen von 0,5 bis 7,5 Gewichtsprozent aufweist.

Dieses Gasgemisch wird auf seinem ,We,g_ durch den Wärmeaustau-

belspiexswelsß

scher auf eine Temperatur von/150 bis 400 C abgekühlt, während der Schlackegehalt auf einen Wert von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent herabgesetzt wird, nachdem weitere Anteile an Schlacketeilchen sich auch in dem Wärmeaustauscher absetzen.

Die in der Gasstrom-Umkehrkammer und in dem übrigen Teil des Wärma aus tauschers nach unten fallenden Sch lacke teilchen setzen sich am Boden der Umkehrkammer ab. Sie müssen kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen von dem Boden entfernt werden. Zu diesem Zweck ist eine Leitung für den Abzug von Schlacketeilchen mit dem Boden der Umkehrkammer verbunden. Diese Leitung mündet vorzugsweise in eine Vorrichtung zur Entfernung von Schlacketeilchen.

Diese Vorrichtung kann aus einem gewöhnlichen Kessel bestehen, wenn die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials und die anschließende Kühlung und Reinigung des auf diese Weise erzeugten Gases unter im wesentlichen atmosphärischem Druck erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Vergasung, Kühlung und Reinigung jedoch bei einem erhöhten Druck, beispielsweise 10 bis 60 bar. Daner beeteht die Vorrichtung zur Entfernung von Schlackst?.:-Iltien im allgemeinen aus einem Schleusensystem.

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Je Tonne in die Kühl- und Reinigungsvorrichtung eingeführten heißen Gases werden vorteilhafterweise 2 bis 50 kg Schlacketeilchen aus der Gasstrom-Umkehrkammer abgezogen.

Trotz aller vorstehend beschriebenen Maßnahmen ist es immer noch möglich, daß einige Teilchen ah den Innenwänden der Zufuhrleitung, des Umkehrkessels, der Verbindungsleitung und des Wärmeaus tauschers haften bleiben, wodurch sich der Kühleffekt an den genannten Oberflächen reduziert und der Durchstrom durch das gesamte System beeinträchtigt wird. Diese Auswirkungen sind unerwünscht. Daher sind vorzugsweise Einrichtungen an die Zufuhrleitung, den Umkehrkessel, die Verbindungsleitung und/oder den Wärmeaustauscher angeschlossen, die die Schlackeablagerungen von den Innenwänden dieser Anlagenteile entfernen. Diese Einrichtungen können verschiedener Art sein; sie können akustisch, mechanisch und/oder elektrisch arbeiten. Vorzugsweise werden jedoch für diesen Zweck mechanische Rüttelvorrichtungen angeschlossen. Um einen optimalen Betrieb die™

en

ser letzteren Vorrichtung''zu gewährleisten, sind die Gasstrom-Zufuhr leitung, der Umkehrkessel, die Verbindungsleitung und/ oder die Umkehrkammer des Wärmeaustauschers vorzugsweise so ausgelegt, daß zwischen der vorstehend erwähnten Membranwand, an deren Innenseite sich Schlackenteilchen absetzen können, und einer Isolierschicht, welche geeigneterweise an der Innenseite der (aus Stahl bestehenden) Außenwandung der genannten Teile der erfindungsgemäßen Anlage angebracht ist, ein Spiel besteht, wobei diese Außenwandung verhältnismäßig kühl gehalten wird, da sie die Fähigkeit besitzen muß, Kräfte zu absorbieren, die sich aus dem hohen Druck, beispielsweise 10 bis 60 bar, ergeben, unter welchem das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise durchgeführt wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Figur im einzelnen beschrieben. Diese ist ein Fließdiagramm der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zusätzliche Vorrichtungen, beispielsweise Pumpen, Kompressoren, Ventile, Reinigungsvorrichtungen und Steuereinrichtungen, nicht dargestellt sind.

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Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die Beschreibung gemäß dieser Figur beschränkt, über Leitungen 1, 2 und 3 werden pulverisierte Kohle in einem Trägergas, beispielsweise Stickstoff, sowie Sauerstoff/gegebenenfalls Dampf jeweils in einen Reaktor 4 eingespeist, in dem sie miteinander zur Bildung eines heißen Gases reagieren, welches im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht/ jedoch auch mitgeführte Schlacketröpfchen enthält. Dabei entsteht auch Flüssigschlacke,

welche im wesentlichen durch eine Leitung 5 abgezogen wird. Das heiße Gas wird aus dem Reaktor 4 durch eine Zufuhrleitung 6 abgezogen, während kaltes, sauberes Gas, vorzugsweise mit der gleichen Zusammensetzung wie das heiße Gas, durch eine Leitung 7 eingespritzt wird.

Hierdurch entsteht ein Gasgemisch mit einer verringerten Temperatur, in dem die mitgeführten ursprünglichen Schlacketröpfchen koaguliert sind und Schlacketeilchen gebildet haben, dessenJAufwärtsgeschwindigkeit in einem Grastrom-ümkehrkessel 8 auf einen Uert reduziert wird, der etwa ein Drittel des Wertes des Gasgemisches in der Zufuhrleitung 6 beträgt. In dem Umkehrkessel 8 wird auch die Strömungsrichtung des Gasgemisches umgekehrt, so daß das Gasgemisch den Umkehrkessel durch eine Verbindungsleitung 9 verlassen kann. Während die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches in dem Gasstrom-Umkehrkessel herabgesetzt wird, fallen einige der Scnlacketeilchen auf den schrägen Boden des Kessels 8 hinunter und rollen beziehungsweise rutschen den genannten Boden entlang in die Verbindung3leitung 9 hinein. Durch die Verbindungsleitung 9 gelangt das Gasgemisch, das in dieser Leitung weiter indirekt gekühlt wird, vorzugsweise mit Hilfe von Dampf, der überhitzt wird, und dessen Strömungsgeschwindigkeit wieder auf einen Wert heraufgesetzt wird, der dem Wert in der Zufuhr leitung entspricht, zusammen mit den abgetrennten Schlacketeilchen in eine Gasstrom-Umkehrkammer 10 eines Wärmeaustauschers 11. In der genannten Umkehrkammer wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches wieder auf einen V'srt herabgesetzt, der dem in dem Umkehrkessel 8

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in etwa ,,.J₁

Anteils an

entspricht, so daß weitere/Senlacketeilchen von diesem Gasgemisch abgetrennt werden. Diese Schlacketeilchen fallen zusammen mit den bereits in dem Umkehrkessel 8 abgetrennten Schlacketeilchen und mit den Sch lacketeilchen, die sich noch in der Folge aus dem Gas in dem Warneaustauscher 11 niederschlagen, auf uen Boden der Umkehrkammer 10. Sie werden durch eine Leitung 12 in einen Kessel 13 abgezogen, aus dem sie entweder in regelmäßigen Zeitabständen oder kontinuierlich über eine Leitung 14 abgezogen werden.

In dem Wärmeaustauscher 11 wird das aufsteigende Gasgemisch mit Hilfe von über eine Leitung 15 eingespeistem Kühlwasser weiter abgekühlt, anschließend durca einen Wärmeaustauscner mit zwei Kühlröhren 16 geleitet und schließlich über eine Leitung 17, gegebenenfalls in Form von (überhitztem) Dampf, abgezogen. Das gekühlte und gereinigte Gas verläßt die Vorrichtung über eine Leitung 18.

Beispie 1

Wacn einem Verfahren gemäß dem Fließdiagramm der Figur werden in dem Kohlevergasungsreaktor 4 86 t/h Gas erzeugt. Dieses hat eine Temperatur von 1600° C und weist eine in der nachstehenden Tabelle -wie der gegebene Zusammensetzung auf.

	Volumen-%
^H2	27,1
CO	60,8
co₂	2,0
CH₄	0,01
^Li2	5,4
Ar	1,0
H₂O	2,6
^rf2^S	0,9

Es enthält 5,1 Gewichtsprozent Schlacke in Form von Tropf dien. In dieses Gas werden über eine Leitung 7 73 t/h eines kalten, sauberen Gases mit der folgenden Zusammensetzung eingespeist:

	Volumen-%	-μ-
^H2	27,6
CO	61,1
co₂	2,0
CH₄	0,01
^N2	5,6
Ar	1,0
H₂O	0,6
H₂S	0,9

Aufgrund dieser Einspeisung entstehen 159 t/h eines Gasgemisches mit einer Temperatur von 900° C und einem Schlackegehalt von 2,8 Gewichtsprozent.

Ji3 Zusammensetzung des Gases ist folgende:

	Volumen-%
^H2	27,3
CO	61,4
co₂	2,0
^Cii4	0,01
^a2	5,5
Ar	1,0
R₂O	1,7
HS	0,9

Auf seinem Weg durch die Zufuhrleitung 6 wird dieses Gasgemisch mit Dampf, welcher überhitzt wird, weiter auf 800° C abgekühlt, woraufhin es in den Umkehrkessel 8 strömt, in dem seine Geschwindigkeit von 10 m/s auf 3 m/s herabgesetzt wird. Es tritt aus dem Umkehrkessel 8 über die Verbindungsleitung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 8 m/s aus, während Gewichtsprozent der in ihm enthaltenen Schlacketeilchen, die in dem Umkehrkessel 3 abgetrennt wurden, der Wandung der Verbindungsleitung 9 entlang schräg nach unten rutschen.

Auf seinem Weg durch die Verbindungsleitung 9, in der das Gasgemisch eine Strömungsgeschwindigkeit von 8 m/s aufweist,

^: " '" - .... 32H618

-Yf-

wiru es weiter mit Hilfe von Dampf, der Jici übarhitzt,

auf 690 C abgekühlt. .
in die Umkehrk «immer 1O.

auf 690 C abgekühlt. .lit dieser Temperatur gelangt es dann

Ln dieser Uiukeiirkaniuer v/ird seine Strömungsgeschwincigkeit auf 3 m/s Herabgesetzt, und es wird seine Strörmngsrichtung umgekehrt, so daß es nunmehr im wesentlicnen senkrecht nach ouen in den Wärmeaustauscher 11 ströi.it, wünranc es abgekühlt wird, us wird dann aus dei.i System bei einer Temperatur von 360 C und mit einem Feststoffgehalt von 2,2 Gev/i cn ts ρ roz ent über eine Leitung 18 augezogen, JJa werben 950 kg/n fein verteilte, feste Sen lacke üuer die Leitung 12 in den Fessel abgezogen.

Claims

Patentansprüche

.j Verfaiiran zur Kühlung und Reinigung eines im wesentlichen

vertikal aufwärts strömenden und klebrige Schlacketröpfchen und/odar -teilchen enthaltenden heißen Gases, g e k e η η zei chnet durch die folgenden Schritte:

a) ain kaltes, sauberes Gas wird zum Erhalt eines Gasgemisches mit einer niedrigeren Temperatur in das heiße Gas eingespritzt;

b) die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches wird herabgesetzt;

c) die Strömungsrichtung des Gasgemisches wird umgekehrt, so daß das Gasgemisch nunmehr nach unten strömt, und zwar in einem spitzen Winkel zu der ursprünglich im wesentlichen vertikalen Strömungsrichtung;

d) die Strömungsgeschwindigkeit des schräg nach unten strömenden Gasgemisches wird heraufgesetzt;

e) das mit erhöhter Geschwindigkeit schräg nach untea strömende Gasgemisch wird durcn indirekten Wärmeaustausch gekühlt;

f) die Strömungsgeschwindigkeit des abgekühlten Gasgemisches wird herabgesetzt;

g) die Strömungsriehtung des mit verringerter Geschwindigkeit strömenden Gasgemisches wird umgekehrt, so daß das Gasgemiscn nunmehr im wesentlichen vertikal nach oben strömt und 3 ch lacke teilchen nach unten fallen;

h) das mit verringerter Geschwindigkeit im wesentlichen vertikal nach oben strömende Gasgemisch wird durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt, während weitere Anteile an Schlacketeilcnen nach unten fallen;

i) die Scnlacketeilcnen werden abgezogen.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 2000° C aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße eis mit einer durchschnittlichen linearen Ge-

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schwindigkeit von 5 bis 20 m/s im wesentlichen senkrecht nach oben strömt.

4. Verfahren nacn de.i vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas einen Gehalt an klebrigen Schlacketröpfcuen und/odar -teilchen von 1 bis 15 Gewichtsprozent aufweist.

5. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß je kg heißen Gases 0,5 bis 2 kg eines kalten, sauberen Gases eingespritzt werden.

6. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das kalte, saubere Gas eine Temperatur von 50 bis 300° C aufweist.

7. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeicnnet, daß die durchschnittliche Temperatur des durch die Einspritzung von kaltem, sauberem Gas in das heiße Gas erhaltenen Gasgemisches 700 bis 1000° C beträgt.

8. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) die durchschnittliche lineare Geschwindigkeit auf einen Wert von 0,5 bis 3 m/s herabgesetzt wird.

9. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) der Strom des Gasgemisches in eina dichtung umgekehrt wird, die in einem Winkel von 135 bis 16O°C zu der ursprüngliche»,vertikalen Strömungsrichtung verläuft.

10. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeicnnet, daß in Schritt d) die Strömungsgeschwindigkeit des schräg nach unten strömenden Gasgemisches auf einen Wert von 5 bis 20 m/s heraufgesetzt wird.

11. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt e) das schräg nach unten strömen-

. 3·

de Gasgemisch durcn indirekten Wärmeaustausch auf eine Temperatur von 500 üis 900° C abgekühlt wird.

12. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeicnnet, daß in Schritt f) die Strömungsgeschwindigkeit des gekühlten Gasgemisches auf einen Wert von 0,5 bis 3 m/s herabgesetzt wird.

13. Verfanren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt g) das im wesentlichen vertikal nach oben strömende Gasgemisch einen Gehalt an Schlacketeilchen von 0,5 bis 7,5 Gewichtsprozent aufweist.

14. Verfahren nacn den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt h) das im wesentlichen vertikal nach oben strömende Gasgemisch durch indirekten Wärmeaustausch auf eine Temperatur von 150 bis 400° C gekühlt wird, während der Schlackegehalt auf einen Wert von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent herabgesetzt wird.

15. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt i) je Tonne heißen Gases 2 bis 50 kg feste Schlacketeilchen abgezogen werden.

16. Vorrichtung zur Kühlung und Reinigung eines heißen, klebriga Schlacketropfchen und/oder -teilchen enthaltenden Gases gemäß den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekenkzeichnet, daß die Vorrichtung die folgenden Vorrichtungsteile aufweist:

a) eine im wesentlichen vertikal angeordneten Gas-Zufuhrleitung, in welcher das Gas nach oben strömen kann und deren Wandungen mit öffnungen für das Einspritzen kalten, sauberen Gases versehen 3indj

b) einen Gasstrom-Umkehrkessel, in den das obere Ende der Gas-Zufuhrleitung mündet und dessen Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Zufuhrleitung, wobei in dem

der
Kessel die Entfernung zwischen/Mündung der Zuführleitung

und der inneren oberen*^e3Selbegremgr8Ier ist als der Innendurcnmesser der Zufuhrleitung, während der Boden des Gas-

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if·

strom-Umkehrkes3els in einem in bezug auf die im wesentlichen vertikal angeordnete Zufuhrleitung spitzen Winkel
schräg nach unten verläuft;

c) eine Verbindungsleitung, deren oberes Ende mit dem Boden des Gasstrom-Umkehrkessel verbunden ist und deren Mittellinie in einem spitzen Winkel zur Vertikalen verlauft;

d) einen im wesentlichen vertikal angeordneten Warne aus tauscher, welcner an seinem unteren Ende eine Gasstrom-Umkehrkanmar aufweist, deren Seitenwand mit der Verbindungsleitung verbunden ist und deren Innendurchmesser größer ist als der
Innendurchmesser der Verbindungsleitung;

e) eine Leitung für den Abzug von Sch lacke teil ehe η, iiie mit dem Boden der Gasstrom-Umkehrkammer des Wärmeaustauschers verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Ansprucn 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung Einrichtungen aufweist, durch die das
Gasgemisch indirekt gekühlt werden kann.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einer Membranwand besteht, durch die
Kühlmittel strömen können.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16, 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie der Verbindungsleitung
in einem Winkel von 20 bis 45° zur Vertikalen verläuft.

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 19, dadurcn gekennzeichnet, daß der Gnsstrom-Umkehrkessel Einrichtungen enthält, durch die das Gasgemisch indirekt gekühlt werden kann.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einricntung aus einer Membranwand besteht, durch die
ein Kühlmittel strömen kann.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 21, dadurch gekennzeicnnet/ daß der Innendurchmesser des Gasstrom-Umkenrkessels 2 bis 4 mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung.

23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung von der Mündung der Zufuhrleitung bis zur inneren oberen Begrenzung des Gasstrom-Umkenrkessels 2 bis 10 mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhr leitung.

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24. Vorricntung naca den Ansprüchen 16 bis 23, dadurch gekennzeicnnet, daß der Boden des Gasstrom-Umkehrkessels zur Verbindungs leitung schräg nach unten in einem Winkel von
20 bis 45° in bezug auf die Vertikale verläuft.

25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 24, dadurch ge™ kannzeicnnet, daß die entfernung zwischen dem oberen Ende der f4ündung der Zufuhrleitung und der Stelle, an der diese Mündung rait dem Boden des Gasstrom-Umkehrkessels verbunden ist, 0,5 bis 5 mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufunrleitung.

26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 25, dadurch ge™ kennzeiennet, daß der Innendurchmesser der Verbindungsleitung etwa so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung.

2 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs leitung Einrichtungen aufweist, durch die das Gasgemisch indirekt gekühlt werden kann.

2 8. Vorrichtung nach Anspruch 2 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die rlinricntung aus einer Membranwand besteht, durch die ein Kühlmittel strömen kann.

29. Vorrichtung naca den Ansprüchen 16 bis 2 8, dadurch gekennzeiennet, daß der im wesentlichen vertikal angeordnete Wärmeaustauscher Kühlröhren enthält, durch die das Kühlmittel strömt und um die das zu kühlende Gasgemiscn herumgeführt wird.

30. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung mit der Seitenwand der Gasstrom-Umkehrkammer des Wärmeaustauschers an einer
Stelle verbunden ist, die sich in einer Entfernung vom Boden der Umkehrkamitier befindet, die 2 bis 10 mal so groß ist
wie der Innendurcnmesser der Verbindungsleitung.

3ί. Vorricntung nach den Ansprüchen 16 bis 30., dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Gasstrom-Umkehr-Kaminer des Wärmeaustauschers 2 bis 4 mal so groß ist wie der Innendurcnmesser der Verbindungsleitung.

32. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 31 , dadurch ge-Kennzeiciinet, daß die Leitung für den Abzug von Schlacketeil™ cnen in eine Vorricntung zur Entfernung von Schlacketeilchen mündet.

33. Vorricntung nach den Ansprüchen 16 bis 32 , dadurch gekennzeichnet, daß an die Zufuhrleitung, den Gasstrom-Umkehrkessel, die Verbindungsleitung und/oder den Wärmeaustauscher Hinricntungen angeschlossen sind, um Schlackeablagerungen von deren Innenwänden zu entfernen.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß mecnanische Rütteleinrichtungen vorgesehen sind.

35. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhrleitung, dem Gasstrom-Umkehrkessel und/oder der Verbindungsleitung ein Spiel zwischen deren Membranwänden und den an dan Innenseiten von deren Außenwandungen angebrachten Isolierschichten besteht.