DE3711314A1 - Vorrichtung zum kuehlen eines synthesegases in einem quenchkuehler - Google Patents
Vorrichtung zum kuehlen eines synthesegases in einem quenchkuehlerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines in einem
Vergasungsreaktor erzeugten Synthesegases mit Hilfe eines Quenchkühlers
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei einem bekannten Quenchkühler (DE-PS 29 40 933) ist der Innenmantel
mit einer Rieselkühlung versehen. Das Aufbringen eines Wasserfilmes
auf die Oberfläche des Innenmantels ist schwierig, da die Gefahr
besteht, daß das aufzubringende Wasser an der heißen Oberfläche
verdampft und somit der Wasserfilm aufreißt. Das in dem
Vergasungsreaktor erzeugte Gas wird bei dem bekannten Quenchkühler
durch den Wassersumpf hindurchgeführt, wobei es gekühlt, mit Wasser
gesättigt und von flüssiger Schlacke und Flugasche befreit wird.
Ungünstig bei einer solchen Quenchkühlung ist, daß das Wasser des
Wassersumpfes auch die Halogen-Bestandteile des Synthesegases
aufnimmt. Das Wasser muß daher nach dem Abtrennen der Feststoffe
einer Aufbereitung unterworfen werden. Weiterhin besteht bei dem
bekannten Quenchkühler die Gefahr, daß das Gas bei dem Austritt aus
dem Wassersumpf Wassertropfen mitreißt, in denen feine Staubteilchen
suspendiert sind. Diese Staubteilchen können an der Wand des Kühlers
und in den nachfolgenden Rohrleitungen anbacken und zu Verstopfungen
führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung des Synthesegases
in der gattungsgemäßen Vorrichtung derart zu führen, daß der
Wassersumpf frei von Halogen-Bestandteilen bleibt und Anbackungen von
Staub vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Bei dieser Vorrichtung wird der Wasserdampfgehalt im Synthesegas
durch Einsprühen von Wasser in den Gasstrom und nicht beim Durchtritt
durch den Wassersumpf eingestellt. Die Oberflächentemperatur an dem
gekühlten Innenmantel wird im Normalbetrieb etwa gleich der dem
Vergasungsbetriebsdruck entsprechenden Siedetemperatur sein. Die
Oberflächentemperatur liegt damit weit über der dem Wasserdampfdruck
des Synthesegases entsprechenden Sättigungstemperatur, so daß
Taupunktunterschreitungen an dem Innenmantel sicher vermieden werden.
Bei der Anordnung der Sprühdüsen wird durch den Zwischenabschnitt
zwischen dem Reaktorausgang und dem Innenmantel erreicht, daß der
Reaktorausgang warm gehalten wird, so daß ein Verstopfen des
Reaktorausganges durch Erstarren des flüssigen Schlackeabflusses
verhindert wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 und 3 im Längsschnitt andere Ausführungsformen der Erfindung
und
Fig. 4 die Einzelheit Z nach Fig. 1.
An den Ausgang eines nicht dargestellten Druckvergasungsreaktors ist
ein Quenchkühler angeflanscht, der einen äußeren Druckmantel 1 enthält.
Der Gaseintritt 2 des Quenchkühlers ist feuerfest ausgekleidet und
weist denselben Durchmesser auf wie der Ausgang des Vergasungsreaktors.
An den Gaseintritt 2 schließt sich ein Zwischenabschnitt 3 von
vergrößertem Durchmesser an. Die Höhe des Zwischenabschnittes 3
entspricht etwa dem halben bis einfachen Wert seines Durchmessers.
Der Gaseintritt 2 und der Zwischenabschnitt 3 sind mit einer
feuerfesten Wärmeisolierung versehen.
Unterhalb des Gaseintrittes 2 ist mit Abstand von Druckmantel 1 unter
Bildung eines Ringraumes 4 ein Innenmantel 5 angeordnet, der mit dem
Druckmantel 1 dicht verbunden ist. Der untere Teil des Innenmantels 5
nimmt einen Wassersumpf 6 auf, der mit einem Austrittsstutzen 7 am
unteren Ende des Druckmantels 1 in Verbindung steht. Der Wassersumpf 6
dient dazu, die in dem Synthesegas enthaltene flüssige Schlacke
abzuschrecken. Die abgeschreckte Schlacke wird zusammen mit dem Wasser
des Wassersumpfes 6 aus dem Austrittsstutzen 7 abgezogen.
Oberhalb des Wassersumpfes 6 sind ein oder mehrere Gasaustrittsstutzen
8 vorgesehen, die durch den Innenmantel 5 und den Druckmantel 1
hindurchgeführt sind. Vor der Eintrittsebene der Gasaustrittsstutzen 8
sind schräg nach unten gerichtete Leitflächen 9 in Form eines Trichters
angeordnet, die aus dem Verlauf des Innenmantels 5 herausgeführt sind.
Die Unterkanten der Leitflächen 9 springen in den Innenraum des
Innenmantels 5 vor und sind über Rohre 10 an dem Innenmantel 5
abgestützt. Das den Innenmantel 5 durchströmende Gas wird auf diese
Weise zur Verbesserung der Staubabscheidung umgelenkt, bevor es
durch die Gasaustrittsstutzen 8 austritt.
Nach Fig. 1 besteht der Innenmantel 5 aus einer Stahlwand, die auf
der Rückseite mit einer offenen, drucklosen Verdampfungskühlung
versehen ist. Zu diesem Zweck ist der Druckmantel 1 im unteren Teil
mit einem Stutzen 11 versehen, der in den Ringraum 4 einmündet. Durch
den Stutzen 11 wird aufbereitetes Speisewasser in den Ringraum 4
eingespeist. Am oberen Ende des Ringraumes 4 ist eine Kammer 12
gebildet. In dem Ringraum 4 sind Fallrohre 13 angeordnet, die in ein
Lochblech 14 eingeschweißt sind. Die Fallrohre 13 sind mit den unteren
Enden unterhalb der Ebene der Gasaustrittsstutzen 8 durch den
Innenmantel 5 hindurchgeführt und verbinden die Kammer 12 mit dem
Innenraum des Innenmantels 5, so daß ein Druckausgleich besteht. Die
unteren Enden der Fallrohre 13 können oberhalb des Wassersumpfes 6
enden, oder in den Wassersumpf 6 eintauchen. Das Wasservolumen
innerhalb des Ringraumes 4 ist so groß gewählt, daß bei eventuellen
Störfällen am Quenchsystem die gesamte anfallende Rest- und Speicherwärme
durch das offene Ausdampfsystem abgeführt werden kann. Über die
Fallrohre 13 wird das im Betrieb kontinuierlich über den Stutzen 11
eingespeiste Wasser sowie der anfallende Sattdampf in den Wassersumpf
6 geleitet.
In den Innenraum des Innenmantels 5 ragen Sprühdüsen 15 hinein. Die
Sprühdüsen 15 sind in gekühlte Lanzen 16 eingebaut, die auswechselbar
durch den Druckmantel 1 und den Innenmantel 5 hindurchgeführt sind.
Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, können die Sprühdüsen 15 sowohl axial
als auch radial zur Lanze 16 ausgerichtet oder schräg nach unten
geneigt sein. Die Lanzen 16 können horizontal oder schräg nach unten
gerichtet in dem Quenchkühler eingebaut sein. Eine erste Reihe solcher
Lanzen 16 ist unmittelbar unterhalb des Zwischenabschnittes 3
angeordnet. Weitere Lanzen können unterhalb dieser oberen Reihe
von Lanzen 16 vorgesehen werden.
Die Vorderkanten der Lanzen 16 liegen auf einem Teilkreis, dessen
Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Zwischenabschnittes 3.
Auf diese Weise werden die Lanzen 16 vor abfließender Schlacke
geschützt. Im übrigen dient der Zwischenabschnitt 3 dazu, daß das
abgekühlte Synthesegas durch eine interne Rückströmung nicht mit der
Kante des Gaseintrittes 2 in Berührung kommt und diese abkühlen würde,
so daß ein Einfrieren der abfließenden Schlacke, das zu einem
Verstopfen des Gaseintrittes 2 führen würde, vermieden wird.
Durch die Kühlung des Innenmantels 5 nimmt dieser eine
Oberflächentemperatur an, die oberhalb des Taupunktes des Synthesegases
liegt. Die über die Sprühdüsen 15 aufgegebene Wassermenge ist so
bemessen, daß das Synthesegas beim Austritt durch die
Gasaustrittsstutzen 8 auf etwa 300 bis 600 Grad C abgekühlt ist. Bei
dieser Temperatur kondensiert der in dem Synthesegas enthaltene
Wasserdampf noch nicht aus, so daß keine Halogene in das Wasser des
Wassersumpfes 6 gelangen können. Das abgekühlte Gas wird gegebenenfalls
nach einer weiteren Abkühlung in einem Strahlungs- oder Konvektionskühler
über einen Gaswäscher einer Weiterverarbeitungsanlage zugeführt.
Nach Fig. 2 ist der Innenmantel 5 als gasdichte Rohrwand ausgebildet.
Die Rohrwand bildet auch den Zwischenabschnitt 3. Die Rohre sind in
der Rohrwand spiralförmig verlegt und werden über Rohre 17 mit Wasser
beaufschlagt. Bei dieser Anordnung sind die Sprühdüsen 15 in die
Rohrwand des Innenmantels 5 integriert.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann der Ringraum zwischen dem Innenmantel
5 und dem Druckmantel 1 auch mit einer Wärmeisolierung 18 ausgefüllt
sein. Durch diese Wärmeisolierung 18 sind Kühlrohre 19 geführt.
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Kühlen eines in einem Vergasungsreaktor erzeugten
Synthesegases mit Hilfe eines Quenchkühlers, der unterhalb des
Ausganges des Vergasungsreaktors angeordnet ist und einen gekühlten
Innenmantel (5) umfaßt, der in einem Abstand von einem Druckmantel
(1) umgeben ist und einen Wassersumpf (6) aufnimmt, wobei zwischen
dem Innenmantel (5) und dem Ausgang des Vergasungsreaktors ein
Zwischenabschnitt (3) angeordnet ist, dessen Durchmesser geringer
ist als der des Innenmantels (5) und größer als der des Ausganges
des Vergasungsreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenraum
des Innenmantels (5) Sprühdüsen (15) hineinragen und daß ein oder
mehrere Gasaustrittsstutzen (8) in einer Ebene oberhalb des
Wassersumpfes (6) durch den Innenmantel (5) hindurchgeführt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der
Eintrittsebene der Gasaustrittsstutzen (8) Leitflächen (9)
angeordnet sind, die aus dem Verlauf des Innenmantels (5) austreten
und deren Unterkanten in den Innenraum des Innenmantels (5)
vorspringen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorderkanten der Sprühdüsen (15) auf einem Teilkreis angeordnet
sind, der größer ist als der Durchmesser des Zwischenabschnittes
(3).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Innenmantel (5) und dem Druckmantel
(1) eine zum Innenraum des Innenmantels (5) hin offene, drucklose
Verdampfungskühlung vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringraum (4) zwischen dem Druckmantel (1) und dem Innenmantel (5)
mit Wasser gefüllt ist und am oberen Ende eine Kammer (12) aufweist
und daß in dem Ringraum (4) Fallrohre (13) angeordnet sind, die
unterhalb der Gasaustrittsstutzen (8) durch den Innenmantel (5)
hindurchgeführt sind und die Kammer (12) mit dem Innenraum des
Innenmantels (5) verbinden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fallrohre (13) oberhalb des Wassersumpfes (6) enden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fallrohre (13) in den Wassersumpf (6) eintauchen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Innenmantel (5) aus einer gasdichten, von
Wasser durchströmten Rohrwand besteht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ringraum (4) zwischen dem Innenmantel (5) und dem Druckmantel
(1) mit einer Wärmeisolierung (18) ausgefüllt ist, durch die
Kühlrohre (19) geführt sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sprühdüsen (15) in auswechselbaren, gekühlten Lanzen (16) angeordnet
sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sprühdüsen (15) in den Innenmantel (5) integriert sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lanzen (16) schräg nach unten gerichtet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sprühdüsen (15) oder die Lanzen (16) in mehreren Ebenen
übereinander angeordnet sind.
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