DE879687C

DE879687C - Device and method for carrying out gas reactions at high temperature and high negative pressure

Info

Publication number: DE879687C
Application number: DEST1429D
Authority: DE
Inventors: Josef Dr Schmidt
Original assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Priority date: 1944-05-31
Filing date: 1944-05-31
Publication date: 1953-06-15

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung von Gasreaktionen bei hoher Temperatur und starkem Unterdruck Thermische Gasreaktionen, die bei hoher Temperatur durchgeführt werden, benötigen meistens zur Sicherung und Fixierung des Reaktionsergebnisses eine der Reaktion unmittelbar folgende plötzliche starke Herabsetzung der Temperatur der Reaktionsgase, die in der Regel als eine Abschreckung durch unmittelbare Wassereinspritzung in die Gase vorgenommen wird. Bei diesem Vorgang belädt sich das Reaktionsgasgemisch mit Wasserdampf, der seine Masse und sein Volumen entsprechend vermehrt.Apparatus and method for carrying out gas reactions at high Temperature and strong negative pressure Thermal gas reactions that occur at high temperature are usually required to secure and fix the reaction result a sudden sharp decrease in temperature immediately following the reaction of the reaction gases, usually as a deterrent by direct water injection is made into the gases. During this process, the reaction gas mixture is charged with water vapor, which increases its mass and volume accordingly.

Wenn eine derart durchzuführende Gasreaktion zu ihrem möglichst günstigen Ablauf starken Unterdruck benötigt, so werden selbst beträchtliche Wasserdampfbeimengungen von dem Reaktionsgasgemisch bis herab in verhältnismäßig tiefliegende Temperaturbereiche desselben, die vielfach nicht erheblich oberhalb der gewöhnlichen Temperatur liegen, dampfförmig getragen, weil entsprechend dem starken Unterdruck des Gemischs der demgegenüber noch kleinere Teildruck des Wasserdampfs in ihm einer tiefliegenden Ävassersättigungstemperatur des Gemischs entspricht.If such a gas reaction to be carried out at its most favorable If a strong negative pressure is required, even considerable amounts of water vapor are added from the reaction gas mixture down to relatively low-lying temperature ranges the same, which are often not significantly above the usual temperature, borne in vapor form, because corresponding to the strong negative pressure of the mixture of in contrast, even smaller partial pressure of the water vapor in it is a deep one Corresponds to the water saturation temperature of the mixture.

Diese verhältnismäßig großen Wasserdampfbeimengungen vergrößern aber sowohl durch ihre Masse als auch durch ihr Volumen die Arbeitsleistung der den Unterdruck schaffenden Pump- oder Saugvorrichtungen beträchtlich. Dies ist besonders dann in unerwünscht fühlbarem Grade der Fall, wenn, wie es bei dem Erfindungsgegenstand vorausgesetzt wird, zur Schaffung und Aufrechterhaltung des Unterdrucks Dampfstrahlsauger genommen werden, die in Groß- anlagen zur Bewältigung der auftretenden großen Reaktionsgasmengen besonders gut geeignet und deshalb meist bevorzugt sind.However, these relatively large amounts of water vapor increase both by their mass and by their volume the work performance of the negative pressure creating pumping or suction devices considerably. This is especially true in undesirably perceptible degree is the case if, as is the case with the subject of the invention It is assumed to create and maintain the vacuum steam ejector be taken that are in wholesale systems to cope with the occurring large amounts of reaction gas are particularly suitable and are therefore mostly preferred.

Man kann eine Wasserdampfbeladung in einem Gasdampfgemisch immer durch eine genügend weit getriebene Kühlung desselben verringern, wenn die damit erreichte Endtemperatur zur Ausscheidung eines Teils des Wasserdampfes durch Verflüssigung, also als Kondensat, führt, d. h. wenn dabei die ursprüngliche Wassersättigungstemperatur des zu kühlenden Gasdampfgemischs unterschritten wird. Bei der zu dieser Vornahme bestimmten Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nun diese Aufgabe mit besonders vorteilhaftem Ergebnis dadurch gelöst, daß in den Reaktionsgasstrom zwischen der die Abschreckung bewirkenden Wassereinspritzung und den Dampfstrahlsaugern ein Gegenstromwaschturm zum unmittelbaren Kühlen des Gases von einer passend gewählten Mindestgröße der Wasch- und Kühlfläche eingeschaltet ist. Nach dem Erfindungsgedanken soll diese Wasch- und Kühlfläche so groß gewählt werden, daß der von ihrem Größenmaß abhängige Austausch zwischen dem Gas und der Kühlflüssigkeit eine Annäherung der Endtemperatur des gekühlten Gases an die Anfangstemperatur der Kühlflüssigkeit bis auf einen sehr geringen Unterschied, äußerstens etwa wenige Grade Celsius, ermöglicht. Bei Anwendung einer derartigen, nach der Erfindung gestalteten Vorrichtung zum unmittelbaren Kühlen des Gases wird trotz der ungünstigen Verhältnisse, welche der starke Unterdruck des Gasdampfgemischs ergibt, auch mit einem Kühlmittel von nicht sehr niedriger Temperatur, etwa mit rückgekühltem Kühlwasser, eine denkbar weitestgehende Herabkühlung- des Gasdampfgemischs und damit eine weitestgehende Ausscheidung des Wasserdampfballasts in flüssiger Form bewirkt. You can always find a water vapor load in a gas vapor mixture reduce it by cooling it sufficiently far, if the with it final temperature reached for the elimination of part of the water vapor by liquefaction, so as condensate, leads, d. H. if doing the original water saturation temperature the gas-vapor mixture to be cooled is not reached. In the case of this undertaking certain device according to the invention is now this task with particular advantageous result achieved in that in the reaction gas stream between the the deterrent effect of water injection and the steam ejectors a countercurrent washing tower for immediate cooling of the gas from a suitably selected minimum size of the The washing and cooling surfaces are switched on. According to the idea of the invention, this should Washing and cooling surface are chosen so large that the dependent on their size Exchange between the gas and the cooling liquid an approximation of the final temperature of the cooled gas to the initial temperature of the cooling liquid except for a very small difference, extremely about a few degrees Celsius, allows. When applying such a device designed according to the invention for direct cooling of the gas is in spite of the unfavorable conditions, which the strong negative pressure of the gas-vapor mixture results, even with a coolant of not very lower Temperature, for example with recooled cooling water, the greatest possible cooling down of the gas-vapor mixture and thus an extensive elimination of the water-vapor ballast causes in liquid form.

Da nach dem Obengesagten wegen des starken Unterdrucks praktisch meist eine verhältnismäßig tiefliegende Wassersättigungs- oder Taupunkttemperatur des zu kühlenden Gasdampfgemischs gegeben ist, d. h. da der Temperaturbereich von diesem gegebenen Wassertaupunkt abwärts bis zur erreichbaren Kühlungsendtemperatur praktisch verhältnismäßig klein ist, so spielen auch schon absolut gerechnet kleine Unterschiede dieser Endtemperatur, d. h. also auch schon kleine, beim Kühlen erreichbare zusätzliche Absenkungen derselben eine beachtliche Rolle für die entsprechend erreichbare Ausscheidungsmenge an Wasserdampfballast. Im einzelnen wird dies durch ein Zahlenbeispiel am Schluß dieser Beschreibung näher dargelegt werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist aber ein geeignetes Mittel, um diese Temperaturabsenkung gegenüber üblichen und bekannten Ausführungen, zwar nicht ihrem absoluten Betrage nach, wohl aber hinsichtlich ihrer verhältnismäßigen Auswirkung wesentlich zu verstärken und zu verbessern.Since, according to the above, practically mostly because of the strong negative pressure a relatively low water saturation or dew point temperature of the gas-vapor mixture to be cooled is given, d. H. because the temperature range of this given water dew point down to the achievable cooling end temperature practically is relatively small, there are also small differences, calculated in absolute terms this final temperature, d. H. So even small additional ones that can be reached when cooling Reductions in the same play a significant role in the correspondingly achievable amount of excretion to water vapor ballast. This is illustrated in detail by a numerical example at the end are set out in more detail in this description. The device according to the invention but is a suitable means of lowering this temperature compared to the usual and well-known statements, although not in terms of their absolute value, but certainly in terms of to significantly strengthen and improve their relative impact.

Nach einem Verfahren, das eine weitere Ausgestaltung oder Abänderung der Erfindung bildet, kann der Betrieb der Kühlvorrichtung in der Weise durchgeführt werden, daß zum unmittelbaren Kühlen des mittels einer Wassereinspritzung abgeschreckten Reaktionsgases eine unter die gewöhnliche Temperatur gekühlte Kühlflüssigkeit verwendet wird. Beispielsweise wird an Stelle von gewöhnlichem, rückgekühltem Kühlwasser, das meistens Temperaturen von etwa 20 bis 25° besitzt, ein entweder von Raus aus besonders kaltes oder ein etwa mittels einer Kältemaschine tief gekühltes Kühlwasser, zum Beispiel von etwa + 5 bis I5", genommen, mit dem man entsprechend tiefe, diesen Kühlmitteltemperaturen auch wiederum nahekommende Endtemperaturen des gekühlten Gasdampfgemischs schaffen kann. Dadurch wird also die Ausscheidung des Wasserdampfballastes in jedem Fall, auch schon ohne die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung, beträchtlich verstärkt. According to a procedure that requires further elaboration or modification of the invention, the operation of the cooling device can be carried out in the manner that for immediate cooling of the quenched by means of a water injection Reaction gas uses a cooling liquid cooled below the ordinary temperature will. For example, instead of normal, recooled cooling water, which usually has temperatures of around 20 to 25 °, either from outside particularly cold water or cooling water that has been deeply cooled by means of a refrigeration machine, for example from about +5 to I5 ", with which one correspondingly deepens, this Coolant temperatures also in turn come close to final temperatures of the cooled Can create gas vapor mixture. This means that the water vapor ballast is eliminated in any case, even without the cooling device according to the invention, considerably reinforced.

Die Vorrichtung zur Aufrechterhaltung des Unterdrucks mittels Dampfstrahlsauger kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung derart gestaltet werden, daß eine Mehrzahl von hintereinander folgenden Dampfstrahlsaugern und hinter jedem derselben ein Gegenstromwaschturm zum unmittelbaren Kühlen des geförderten Gasdampfgemischs angeordnet sind. The device for maintaining the negative pressure by means of a steam ejector can be designed according to a further feature of the invention such that a Multiple successive steam ejectors and behind each of them a countercurrent washing tower for immediate cooling of the pumped gas / vapor mixture are arranged.

Diese Mehrzahl von Dampfstrahlsaugern erleichtert und verbessert durch die Druckstufung die Schaffung und Aufrechterhaltung des gewünschten starken Unterdrucks. Die Anordnung je eines Gegenstromwaschturms zum unmittelbaren Kühlen des von einem Dampfstrahlsauger geförderten Gasdampfgemischs schafft die Möglichkeit, die Kühlflüssigkeit jeder Kühlstufe bis auf eine höhere Temperatur zu erwärmen, als bei regelloser Zufuhr derselben, etwa mittels eines Einspritzkondensators, zustandekommen würde.This majority of steam ejectors is facilitated and improved by the pressure staging the creation and maintenance of the desired strong negative pressure. The arrangement of a countercurrent washing tower for the immediate cooling of the one Steam ejector conveyed gas-vapor mixture creates the possibility of the cooling liquid each cooling stage to a higher temperature than with a random supply the same, for example by means of an injection capacitor, would come about.

Solche höhere Ablauftemperaturen der Kühlflüssigkeit ergeben nicht nur eine Ersparnis an solcher, sondem vor allem den Vorteil, daß geringere Mengen von Reaktionsgasgemisch von der Kühlflüssigkeit gelöst und bei ihrem Ablauf weggetragen werden.Such higher drain temperatures of the coolant do not result only a saving of such, but above all the advantage that smaller quantities dissolved by the reaction gas mixture from the cooling liquid and carried away as it expires will.

Die Zeichnung gibt als Ausführungsbeispiel eine die erfindungsgemäße Vorrichtung enthaltende Gesamtanlage als Ansicht in schematischer Darstellungsweise wieder. The drawing shows an exemplary embodiment according to the invention Device containing overall system as a view in a schematic representation again.

Als durchzuführende Gasreaktion wird hier der Fall der thermischen Umwandlung von Methan zu Acetylen angenommen, ohne daß jedoch die Erfindung auf diesen Sonderfall beschränkt wäre. Diese Umwandlung findet vorteilhaft bei einer Temperatur von etwa I5000 und bei einem absoluten Druck gleich etwa einem Zehntel des Atmosphärendrucks statt. Dieser starke Unterdruck wird also nicht nur in dem eigentlichen Reaktionsofen, sondern auch in der ganzen sich anschließenden erfindungsgemäßen Vorrichtung aufrecht gehalten. In der Zeichnung bedeuten I einen Reaktionsofen, 2 einen Gegenstrom-Wasch- und Kühlturm von bedeutender Größe, 3, 4 und 5 Dampfstrahlsauger zur Aufrechterhaltung des Unterdrucks, 6, 7 und 8 hinter diese Dampfstrahlsauger geschaltete Gegenstrom-Wasch- und Kühltürme. The gas reaction to be carried out here is the thermal Conversion of methane to acetylene assumed without, however, the invention this special case would be limited. This conversion takes place advantageously at a Temperature of about 15000 and at an absolute pressure equal to about one tenth of atmospheric pressure. So this strong negative pressure is not only in that actual reaction furnace, but also in the whole of the subsequent invention Device held upright. In the drawing, I mean a reaction furnace, 2 a countercurrent washing and cooling tower of significant size; 3, 4 and 5 steam ejectors to maintain the negative pressure, 6, 7 and 8 behind these steam ejectors switched countercurrent washing and cooling towers.

Der Reaktionsofen I ist eine regenerativ betriebene Vorrichtung mit innerem hochfeuerfestem Füllwerk, das im regelmäßigen Wechsel durch eine Befeuerung aufgeheizt und zum Erhitzen des einzuführenden Ausgangsgases zwecks Durchführung der Reaktion benutzt wird. Demgemäß besitzt dieser Ofen eine am oberen Teil angebrachte, als Befeuerungsbrenner ausgebildete Vorrichtung 9 mit absperrbaren Zufuhren 10 und II von Heizgas und Luft und eine am Fuß angebrachte, ebenfalls absperrbare Abfuhr 12 von Verbrennungsabgasen, ferner am unteren Teil eine Zufuhr 14 mit Absperrvorrichtung 15 für das zu behandelnde Ausgangsgas und am oberen Teil ein Abfuhrrohr I7 zur Wegleitung des erzeugten Reaktionsgasgemischs. An dieses Ableitungsrohr 17 schließen sich die Vorrichtung I8 zur Abschreckung der heißen Reaktionsgase und das Umstellventil 19 an; die hieran anschließende Rohrleitung 20 mündet in den Fußteil des nachfolgenden Wasch- und Kühlturms 2 ein. Zum Betrieb der Vorrichtung I8 dient einzuspritzendes Kühlwasser, das über die absperrbaren Rohrleitungen 21 zugeführt wird. Die Vorrichtung I8 hat den Zweck, nicht nur das frisch erzeugte, hoch erhitzte Reaktionsgasgemisch durch die Abschreckung mittels des eingespritzten Kühlwassers plötzlich auf eine wesentlich niedrigere Temperatur zu bringen und dadurch das mit der Umsetzung erreichte Reaktionsgleichgewicht zu fixieren, sondern auch das nachfolgende Umstellungsventil I9 vor Angriffen durch zu heiße Gase zu bewahren und zu schonen. Der Betrieb wird beispielsweise so geführt, daß die Aufheizung des Ofens I durch die in der Brennervorrichtung 9 zugeführten Verbrennungsstoffe, Heizgas und Luft, bei gewöhnlichem Atmosphärendruck stattfindet und daß darauf zunächst, nach der Schließung aller Absperrvorrichtungen für die Zufuhren und Abfuhren von Verbrennungsgasen, der vorgesehene Unterdruck innerhalb des Ofens I durch das Öffnen des Umschaltventils 19 und damit das Anschließen der nachfolgenden Vorrichtungen hergestellt wird. Nunmehr wird das umzusetzende Ausgangsgas, das in der Zufuhrrohrleitung I4 unter Atmosphärendruck verfügbar ist, über die Absperrvorrichtung 15 in die Unterdruckräume eingeleitet und beim Durchgang durch das hocherhitzte Füllwerk des Reaktionsofens I auf die hohe Reaktionstemperatur von beispielsweise I480" erhitzt. Dieses hocherhitzte, das Reaktionserzeugnis enthaltende Reaktionsgasgemisch wird nun unmittelbar nach seiner Abfuhr durch die Rohrleitung I7 in der Vorrichtung I8 durch Einspritzung von Kühlwasser bis auf eine Temperatur von beispielsweise 2000 herabgekühlt und gelangt dann mit dieser Temperatur durch die Rohrleitung 20 in den erfindungsgemäßen Kühl- und Waschturm 2 am unteren Teil hinein, während das beigemengte flüssig gebliebene Wasser durch den Auslaß I6 weggeführt wird. Das Gas durchzieht den Turm über seine ganze Höhe und wird aus ihm am Kopf durch das Abfuhrrohr 22 abgeleitet. Dieser Turm 2 enthält im Innern ein Berieselungsfüllwerk 25, etwa aus mehreren Schichten von Füllkörperringen, an der Spitze eine Zufuhr von geeigneter Kühlflüssigkeit durch die Rohrleitung 23 und die Verteilbrause 24, und am Fuß eine Abfuhr 26 für die verbrauchte Kühlflüssigkeit. Die oben zugeführte Kühlflüssigkeit kann gewöhnliches, etwa rückgekühltes, aber möglichst kaltes Kühlwasser oder, nach einem weiteren Erfindungsmerkmal, ein mittels einer Kältemaschine tiefgekühltes Kühlwasser bzw. eine andere niedrig temperierte Flüssigkeit sein. The reaction furnace I is a regeneratively operated device with internal highly refractory filling, which is regularly changed by a fire heated and for heating the starting gas to be introduced for the purpose of implementation the reaction is used. Accordingly, this stove has an attached to the upper part, designed as a firing burner device 9 with lockable feeds 10 and II of heating gas and air and one attached to the foot, which can also be shut off Discharge 12 of combustion exhaust gases, furthermore a feed 14 with a shut-off device at the lower part 15 for the starting gas to be treated and on the upper part a discharge pipe I7 for routing of the reaction gas mixture generated. To this discharge pipe 17 are connected Device I8 for quenching the hot reaction gases and the switching valve 19 at; the adjoining pipe 20 opens into the foot of the following Washing and cooling tower 2 a. What is to be injected is used to operate the device I8 Cooling water that is supplied via the shut-off pipes 21. The device The purpose of I8 is not just the freshly generated, highly heated reaction gas mixture suddenly hit by the deterrent of the injected cooling water To bring a much lower temperature and thereby the achieved with the implementation To fix the reaction equilibrium, but also the subsequent changeover valve I9 to protect and protect against attacks by excessively hot gases. Operation will for example so that the heating of the furnace I by the in the burner device 9 supplied combustion materials, fuel gas and air, at normal atmospheric pressure takes place and that on it initially, after the closure of all shut-off devices for the supply and discharge of combustion gases, the intended negative pressure inside the furnace I by opening the switching valve 19 and thus connecting it the following devices is produced. Now that will have to be implemented Output gas available in supply pipe I4 under atmospheric pressure, introduced via the shut-off device 15 into the negative pressure chambers and during passage through the heated filling of the reaction furnace I to the high reaction temperature of, for example, 1480 ". This highly heated, containing the reaction product Reaction gas mixture is then discharged through the pipeline immediately after it has been discharged I7 in the device I8 by injecting cooling water up to a temperature cooled down from, for example, 2000 and then passes through with this temperature the pipeline 20 in the cooling and washing tower 2 according to the invention at the lower part in, while the admixed remaining liquid water is carried away through the outlet I6 will. The gas permeates the tower over its entire height and emerges from it at the head discharged through the discharge pipe 22. This tower 2 contains a sprinkler filling plant inside 25, made up of several layers of packing rings, for example, with a feed at the top of suitable cooling liquid through the pipeline 23 and the distributor nozzle 24, and at the foot a discharge 26 for the used coolant. The one supplied above Cooling liquid can be ordinary, for example recooled, but as cold as possible cooling water or, according to a further feature of the invention, one that is frozen by means of a refrigeration machine Be cooling water or another low-temperature liquid.

Die durch das Füllwerk 25 gebotene Wasch- und Kühlfläche wird erfindungsgemäß so groß ausgeführt, daß der in ihr vor sich gehende Wärmeaustausch zwischen dem ankommenden warmen Gas und der zugeführten kalten Kühlflüssigkeit eine weitgehende Annäherung der Endtemperatur des gekühlten Gases an die Anfangstemperatur der Kühlflüssigkeit möglich macht.The washing and cooling area provided by the filling unit 25 is according to the invention executed so large that the heat exchange going on in it between the incoming warm gas and the supplied cold cooling liquid an extensive The final temperature of the cooled gas approaches the initial temperature of the cooling liquid makes possible.

Wenn beispielsweise die Anfangstemperatur der zutretenden Kühlflüssigkeit 220 beträgt, so wird man die Austauschfläche so groß einrichten, daß das gekühlte Gas eine Endtemperatur von nur etwa I" oder höchstens 2" mehr, also von 23 oder 240 annimmt. Wenn ein wesentlich tiefer temperiertes Kühlmittel, etwa ein mittels einer Kältemaschine tiefgekühltes Kühlwasser von beispielsweise 11" verfügbar ist, so kann man einen größeren Unterschied zwischen dieser Anfangstemperatur des Kühlwassers und der Endtemperatur des Gases, beispielsweise von 3°, d. h. also eine Endtemperatur des Gases von I4° zulassen; dies wird man mit einer wesentlich kleineren Austauschfläche 25 erreichen können. Durch diese unmittelbare Kühlung des Gases in dem Wasch- und Kühlturm 2 wird aus ihm ein großer Teil des Wasserdampfes, der ihm in der Abschreckungsvorrichtung I8 mit dem hier zugeführten Einspritzwasser aufgeladen worden ist, innerhalb des Turms 2 durch Kondensation ausgeschieden und entfernt. Diese Kondensatwassermenge geht am Fuß des Turms 2 zusammen mit dem verbrauchten Kühlwasser durch das Abfuhrrohr 26 weg. Das gekühlte Gasdampfgemisch wird nun über die Rohrleitung 22 zunächst dem ersten Dampfstrahlsauger 3, dann über die anschließende Rohrleitung 27 dem dahintergeschalteten Gegenstromwaschturm 6, von da dem zweiten Dampfstrahlsauger 4, weiter über die Rohrleitung 28 dem dahintergeschalteten Gegen stromwaschturm 7, dann weiter dem dritten Dampfstrahlsauger 5 und über die anschließende Rohrleitung 29 dem Waschturm 8 zugeleitet, den es schließlich durch das Abgangsrohr 30 verläßt. Die Waschtürme 6, 7 und 8 enthalten im Innern ein Füllwerk 31, etwa aus Füllkörperringen, am Kopf eine Zufuhr 32 mit Brause 33 für Kühlwasser und am Fuß eine Abfuhr 34 für die verbrauchten Kühlwasser und abgeschiedenen Dampfkondensate. Die Dampfstrahlsauger 3, 4 und 5 werden aus einer Hauptrohrleitung 35 mit Abzweigrohren 36, die geeignete Absperr- und Schaltvorrichtungen enthalten, mit hochgespanntem frischem Wasserdampf beschickt. Durch die Hintereinanderschaltung dieser drei Dampfst ahlsauger 3, 4 und 5 wird das gesamte von ihnen aufrecht zu haltende Unterdruckgefälle gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck, der am Austritt 30 des dritten Gegenstromwaschturms 8 herrscht, passend in Stufen unterteilt. Da sonach der in den drei Türmen 6, 7 und 8 herrschende Gasdruck in Richtung der Gasströmung stufenweise zunimmt, wobei natürlich schon der erste Turm 6 durch die Wirkung des ersten Dampfstrahlsaugers 3 einen Unterdruck hält, dessen absolute Druckhöhe wesentlich höher als der im Turm 2 bzw. in dem Ofen I herrschende Unterdruck ist, so können die höchsten in den drei Türmen zu haltenden Kühlwassertemperaturen, deren obere Grenzen theoretisch die Siedetemperaturen des Wassers für die betreffenden Drücke sind, im Sinne dieser Schaltung stufenweise höher eingestellt werden. Man kann also am Flüssigkeitsablauf des letzten Turms 8, der schon unter vollem Atmosphärendruck steht, eine dem gewöhnlichen Wassersiedepunkt verhältnismäßig nahe liegende Wassertemperatur, beispielsweise etwa 70°, in den vorgeschalteten Türmen 7 und 6 entsprechend niedrigere Temperaturen von etwa 55° bzw. 40° am Kühlwasserablauf halten. Die Unterteilung des Druckgefälles in Stufen erleichtert daher nicht nur die Schaffung dieses gesamten Unterdruckgefälles durch die in Mehrzahl vorhandenen Dampfstrahlsauger, sondern ermöglicht auch eine passende Unterteilung der Kühlwasserabläufe mit Temperaturstufung derselben.If, for example, the initial temperature of the incoming coolant 220 is, so you will set up the exchange area so large that the cooled Gas has a final temperature of only about 1 "or at most 2" more, that is of 23 or 240 assumes. If a significantly lower temperature coolant, such as a means a refrigeration machine with deep-frozen cooling water of, for example, 11 "is available, so one can see a greater difference between this initial temperature of the cooling water and the final temperature of the gas, for example 3 °, i.e. H. so a final temperature allow the gas from I4 °; you will do this with a much smaller exchange area 25 can reach. This direct cooling of the gas in the washing and Cooling tower 2 turns it into a large part of the water vapor that it receives in the quenching device I8 has been charged with the injection water supplied here, within the Tower 2 precipitated by condensation and removed. This amount of condensate water goes at the foot of the tower 2 together with the used cooling water through the discharge pipe 26 away. The cooled gas-vapor mixture is now via the pipe 22 first of all first steam jet cleaner 3, then via the connecting pipe 27 to the downstream one Countercurrent washing tower 6, from there the second steam jet cleaner 4, further via the pipeline 28 to the downstream counter-current washing tower 7, then on to the third steam jet cleaner 5 and fed via the subsequent pipeline 29 to the washing tower 8, which it finally leaves through the outlet pipe 30. The washing towers 6, 7 and 8 contain inside a filling unit 31, for example made of filler rings, a feed 32 with a shower 33 at the head for cooling water and at the foot a discharge 34 for the used cooling water and separated Steam condensates. The steam ejectors 3, 4 and 5 are made from a main pipe 35 with branch pipes 36 containing suitable shut-off and switching devices, charged with high-tension fresh steam. By connecting them in series These three steamer vacuum cleaners 3, 4 and 5 will keep the whole of them upright sustaining negative pressure gradient compared to the external atmospheric pressure at the outlet 30 of the third countercurrent washing tower 8 prevails, appropriately divided into stages. There hence the gas pressure prevailing in the three towers 6, 7 and 8 in the direction of the gas flow increases gradually, with of course the first tower 6 by the action of the first steam ejector 3 holds a negative pressure, the absolute pressure level of which is essential is higher than the negative pressure prevailing in the tower 2 or in the furnace I, so can the highest cooling water temperatures to be maintained in the three towers, their upper ones Theoretically limits the boiling temperature of the water for the relevant pressures are to be set gradually higher in the sense of this circuit. So you can on the liquid drain of the last tower 8, the already under full Atmospheric pressure, one of the usual water boiling point relatively close lying water temperature, for example about 70 °, in the upstream towers 7 and 6 correspondingly lower temperatures of about 55 ° and 40 ° at the cooling water outlet keep. The subdivision of the pressure drop into stages therefore not only makes it easier the creation of this entire negative pressure gradient through the majority of the existing ones Steam ejector, but also enables a suitable subdivision of the cooling water drains with temperature graduation of the same.

Vor dem jedesmaligen Ansetzen des Ofens I für die thermische Gasreaktion muß natürlich der in ihm von der unmittelbar vorhergegangenen Aufheizung enthaltene Vorrat an Verbrennungsgasen von atmosphärischem Druck durch die Dampfstrahlsauger 3, 4 und 5 so weit abgesaugt werden, daß der für die Reaktion vorgesehene Unterdruck erreicht ist; erst danach kann die eigentliche Reaktion mit Zufuhr des Ausgangsgases bei 15 in Gang gesetzt werden. Diese Ausräumung von atmosphärischen Verbrennungsgasen aus dem Ofen 1 vor jedem neuen Arbeitsspiel ist selbstverständlich eine starke zusätzliche Belastung der den Unterdruck schaffenden Saugvorrichtungen. Before each time the furnace I is set up for the thermal gas reaction must, of course, be the one contained in it from the immediately preceding heating Supply of combustion gases at atmospheric pressure through the steam ejector 3, 4 and 5 are sucked so far that the negative pressure provided for the reaction is reached; only then can the actual reaction with the supply of the starting gas take place to be started at 15. This evacuation of atmospheric combustion gases from the furnace 1 before each new work cycle is of course a strong additional Loading of the suction devices creating the negative pressure.

Da die einzelnen Wechsel zwischen Aufheizung des Ofens und Reaktionsdurchführung sehr schnell, z. B. bei dem oben vorausgesetzten Anwendungsfall der Acetylenherstellung in Zeitabständen bzw. Betriebsdauern von nur I Minute vor sich gehen, so sind Saugvorrichtungen von hoher Leistungsfähigkeit erforderlich; gerade darum werden hier Dampfstrahlsauger und nicht etwa mechanische Gebläse angewendet.Because the individual changes between heating the oven and carrying out the reaction very quickly, e.g. B. in the case of acetylene production presupposed above take place at time intervals or operating times of only 1 minute, so are suction devices of high efficiency required; This is precisely why steam ejectors are used here rather than using mechanical fans.

Die Erfindung ist bei allen thermischen Gasreaktionen anwendbar, die bei beträchtlichem Unterdruck durchgeführt werden; hierzu gehören im allgemeinen solche Umsetzungen gas- oder dampfförmiger Stoffe, die unter Volumenvergrößerung verlaufen. Außer dem oben vorausgesetzten Beispiel sei hierfür etwa die Dehydrierung von Naphthenen zu Aromaten, z. B. von Hexahydrotoluol zu Toluol, genannt, für die ebenfalls höhere Umsetzungstemperaturen und Unterdrücke von beschränkter Absolutgröße in Betracht kommen. The invention is applicable to all thermal gas reactions, which are carried out under considerable negative pressure; this generally includes such reactions of gaseous or vaporous substances, with an increase in volume get lost. In addition to the example given above, consider dehydration from naphthenes to aromatics, e.g. B. from hexahydrotoluene to toluene, called for also higher reaction temperatures and negative pressures of limited absolute size be considered.

Beispiel Das für die Umwandlung von Methan in Acetylen benutzte Ausgangsgas möge Erdgas mit 92 Volumprozent Methan sein, die restlichen 8 °/o bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff, Stickstoff und Kohlensäure Die Durchsatzmenge dieses Ausgangsgases beträgt I400 Nm3/h, sein Raumgewicht unter Normalbedingungen ist o,73 kg/Nm3. Es enthält Wasserdampf höchstens in ganz geringfügiger, praktisch nicht beachtlicher Menge. Die im Ofen erreichte Endtemperatur des Reaktionsgasgemischs nach der Umsetzung beträgt I480°, der dabei gehaltene Unterdruck etwa 75 mm Hg- absolut. Unter den vorgeschilderten Bedingungen werden annähernd 40 °/o des eingebrachten Methans zur Umwandlung in Acetylen verbraucht. Example The source gas used to convert methane to acetylene Let natural gas be 92 percent by volume methane, the remaining 8 per cent being mainly composed from hydrogen, nitrogen and carbonic acid The flow rate of this starting gas is 1400 Nm3 / h, its density under normal conditions is o.73 kg / Nm3. It contains water vapor at most in a very minor, practically insignificant way Lot. The final temperature of the reaction gas mixture reached in the furnace after the reaction is 1480 °, the negative pressure maintained at about 75 mm Hg absolute. Under the The conditions described above are approximately 40% of the methane introduced Conversion to acetylene consumed.

Durch diese Umsetzung und durch Nebenreaktionen entsteht eine beträchtliche Volumenvergrößerung des in Behandlung befindlichen Gases; das Volumen des aus dem Ofen abgehenden Reaktionsgasgemischs beträgt 2500 Nm3/h bei einem Raumgewicht von 0,34 kg/Nm3, seine Masse ist somit 850 kg/h. Um dieses Reaktionsgasgemisch unmittelbar hinter dem Ofen plötzlich auf wesentlich tiefere Temperatur abzuschrecken, wird in dasselbe eine so reichliche Menge Wasser eingespritzt, daß die Gastemperatur bis auf etwa 200° erniedrigt wird. Die Wärmeabgabe des Gasgemischs hierbei ist, bei einer mittleren spezifischen Wärme von 0,43 je Nm3, 2500. (1480-200) .0,43 = I376 000 WE/h. Diese Wärmemenge wird zum größten Teil, etwa zu 90010, durch Verdampfung von Einspritzwasser, dessen Wärmeaufnahme dabei rd.This conversion and side reactions result in a considerable one Increase in volume of the gas being treated; the volume of the Oven outgoing reaction gas mixture is 2500 Nm3 / h with a density of 0.34 kg / Nm3, its mass is thus 850 kg / h. To this reaction gas mixture immediately suddenly quenching behind the furnace to a much lower temperature injected into it so copious a quantity of water that the temperature of the gas is lowered to about 200 °. The heat output of the gas mixture here is at an average specific heat of 0.43 per Nm3, 2500. (1480-200) .0.43 = I376 000 WE / h. This amount of heat is for the most part, about 90010, through evaporation of injection water, the heat absorption of which is approx.

700 WE/kg beträgt, gebunden und beseitigt. Daraus ergibt sich die vom Reaktionsgasgemisch beim Abschrecken aufgenommene Wasserdampfmenge zu 1376000.0,9 = I770 kg/h.700 WE / kg, bound and eliminated. This results in the Amount of water vapor absorbed by the reaction gas mixture during quenching is 1376000.0.9 = 1770 kg / h.

700 Diese Wasserdampfmenge entspricht einem rechne-1770 rischen Volumen von ....... = 2210 Nm³/h 0,8 Dagegen beträgt die diesen Wasserdampf tragende Gasmenge nach obigem ........ 2500 Nm³/h zus. 4710 Nm³/h Also ist darin verhältnismäßige Teildruck des Wasser-2210 dampfes gleich ............. = 0,469 4710 Dieweiteren Rechnungen undBeurteilungen sind auf den imWasch-und Kühlturm 2 herrschenden absoluten Gasdruck zu beziehen. Dieser beträgt am Gasausgang des Turms infolge von Strömungswiderständen etwas weniger als im Reaktionsofen I, nämlich 65 mm Hg. 700 This amount of water vapor corresponds to a calculated volume of ....... = 2210 Nm³ / h 0.8 In contrast, the amount of gas carrying this water vapor is after the above ........ 2500 Nm³ / h plus 4710 Nm³ / h So it is proportional Partial pressure of water 2210 equal to ............. = 0.469 4710 the other Bills and assessments are based on the absolute prevailing in the washing and cooling tower 2 Refer to gas pressure. This is at the gas outlet of the tower due to flow resistance slightly less than in reaction furnace I, namely 65 mm Hg.

Bei diesem Druck hat der Wasserdampf in dem in den Kühlturm eingeführten Gemisch einen Teildruck von 65 . 0,469 = 30 mm Hg. Diesem Wasserdampfdruck entspricht eine Sättigungstemperatur oder, was dasselbe ist, ein rechnerischer Wassertaupunkt des in den Turm eingeführten Gasdampfgemischs von 290. At this pressure the water vapor has been introduced into the cooling tower Mixture has a partial pressure of 65. 0.469 = 30 mm Hg. This corresponds to water vapor pressure a saturation temperature or, which is the same, a calculated water dew point of the gas-vapor mixture of 290 introduced into the tower.

Das bedeutet also: Erst beim Erreichen dieser Temperatur durch Kühlung in dem Turm 2 beginnt das Ausscheiden von Wasser in kondensierter Form aus dem Gasdampfgemisch.That means: only when this temperature is reached through cooling in the tower 2 begins the separation of water in condensed form from the gas-vapor mixture.

Es werden nun, um die Auswirkungen der Erfindung deutlich zu machen, nachstehend drei Fälle I, II und III als Rechnungsbeispiele behandelt, die durch das verschiedene Maß der Kühlung, d. h. durch verschieden liegende Endtemperaturen des gekühlten Gasdampfgemischs gekennzeichnet sind, wie sie schon in der obigen Beschreibung angegeben worden waren. In order to make the effects of the invention clear, In the following three cases I, II and III are treated as calculation examples, which are carried out by the various degrees of cooling, d. H. due to different final temperatures of the cooled gas-vapor mixture are marked, as they were already in the above Description had been given.

Fall I Anfangstemperatur des Kühlwassers ......... 22° Durch Anwendung der Erfindung ist die Endtemperatur des Gases um nur I" höher, also 23° Bei dieser Gasendtemperatur ist der Sättigungsdruck des Wasserdampfs und somit sein absoluter Teildruck in dem Gemisch 2I,07 mm Hg, und man findet hiernach die im Gemisch enthaltene Wasserdampfmenge gleich II95 Nm3/h ... = 956 kg/h Die ursprüngliche Wasserdampfmenge war I770 kg/h Es sind also als Wasser ausgeschieden worden ........................... 814 kg/h Der Gasanteil des Gemischs beträgt .... 850 kg/h Folglich ist die Masse des Gasdampfgemischs nach der Kühlung 956 + 850 = 1806 kg/h vor der Kühlung I770 + 850 = 2620 kg/h Fall II Anfangstemperatur des Kühlwassers wie bei I 22° Infolge Nichtanwendung der Erfindung ist die Endtemperatur des Gases um 4° höher, also 260 Bei dieser Gasendtemperatur ist der Sättigungsdruck des Wasserdampfs und somit sein absoluter Teildruck in dem Gemisch 25,2 mm Hg, und man findet hiernach die im Gemisch enthaltene Wasserdampfmenge gleich I583 Nm3/h ... = I266 kg/h Die ursprüngliche Wasserdampfmenge war I770 kg/h Es sind also als Wasser ausgeschieden worden ............................ 504 kg/h Der Gasenteil des Gemischs beträgt .... 850 kg/h Folglich ist die Masse des Gasdampfgemischs nach der Kühlung I266 + 850 = 2116 kg/h vor der Kühlung I770 + 850 = 2620 kg/h Fall III Anfangstemperatur des Kühlwassers infolge erfindungsgemäßer Anwendung von Tiefkühlung.. II Die Endtemperatur des Gases ist um 30 höher, also I40 Bei dieser Gasendtemperatur ist der Sättigungsdruck des Wasserdampfs und somit sein absoluter Teildruck in dem Gemisch 12 mm Hg, und man findet hiernach die im Gemisch enthaltene Wasserdampfmenge gleich 566 Nm3/h = 453 kg/h Die ursprüngliche Wasserdampfmenge war I770 kg/h Es sind also als Wasser ausgeschieden worden ............................ 1317 kg/h Der Gasanteil des Gemischs beträgt ...... 850 kg/h Folglich ist die Masse des Gasdampfgemischs nach der Kühlung 453 - 850 = I303 kg/h vor der Kühlung I770 + 850 = 2620 kg/h Mit der erfindungsgemäßen Kühlung wird das wesentliche Ziel verfolgt, eine möglichst große Anteilmenge von Wasser aus dem zu kühlenden Gasdampfgemisch abzuscheiden, um dadurch die Masse des von den Dampfstrahlsaugern zu fördernden Gemischs weitestgehend zu verringern und damit ihre Leistung und ihren Dampfverbrauch, die annähernd der Fördermasse proportional sind, auf ein wirtschaftlich tragbares Maß herabzusetzen. Case I Initial temperature of the cooling water ......... 22 ° By application According to the invention, the end temperature of the gas is only 1 "higher, i.e. 23 ° in this case Gas end temperature is the saturation pressure of the water vapor and thus its absolute Partial pressure in the mixture 2I, 07 mm Hg, and one finds hereafter that contained in the mixture Amount of steam equal to II95 Nm3 / h ... = 956 kg / h The original amount of steam was 1770 kg / h So it was excreted as water ........................... 814 kg / h The gas content of the mixture is ... 850 kg / h is the mass of the gas vapor mixture after cooling 956 + 850 = 1806 kg / h before Cooling I770 + 850 = 2620 kg / h Case II Initial temperature of the cooling water as in I 22 ° As a result of not using the invention, the end temperature of the gas is around 4 ° higher, i.e. 260. The saturation pressure of the water vapor is at this gas end temperature and thus its absolute partial pressure in the mixture is 25.2 mm Hg, and one finds hereafter the amount of water vapor contained in the mixture is equal to I583 Nm3 / h ... = I266 kg / h Die The original amount of water vapor was 1770 kg / h. It is therefore excreted as water been ............................ 504 kg / h The gas part of the mixture is .... 850 kg / h Consequently, the mass of the gas-vapor mixture after cooling is I266 + 850 = 2116 kg / h before cooling I770 + 850 = 2620 kg / h Case III initial temperature of the cooling water as a result of the application of deep freezing according to the invention. II The final temperature of the gas is 30 higher, i.e. I40. The saturation pressure is at this gas end temperature of the water vapor and thus its absolute partial pressure in the mixture 12 mm Hg, and the amount of water vapor contained in the mixture is found to be 566 Nm3 / h = 453 kg / h The original amount of water vapor was 1770 kg / h So it is as water excreted ............................ 1317 kg / h The gas content of the mixture is ...... 850 kg / h This is the mass of the gas-vapor mixture after cooling 453 - 850 = I303 kg / h before cooling I770 + 850 = 2620 kg / h With the inventive Cooling, the main goal is pursued, the largest possible amount of Separate water from the gas vapor mixture to be cooled, thereby reducing the mass of the to reduce as much as possible the mixture to be conveyed by the steam ejectors and thus their performance and their steam consumption, which are approximately proportional to the conveyed mass are to be reduced to an economically acceptable level.

Zur Vergleichung der obigen Fälle I, II und III in diesem Sinne dienen die folgenden zusammenfassenden Gegenüberstellungen A und B: Fall I Fall II A (mit Erfindung) (ohne Erfindung) A (mit Erfindung) (ohne Erfindung) Ursprüngliche Wasserdampfmenge ............... I770 kg/h I770 kg/h Ausgeschiedene Wasserdampfmenge absolut ...... 8I4 kg/h 504 kg/h Verbliebene Wasserdampfmenge absolut ......... 956 kg/h I266 kg/h verhältnismäßig . . . 0,54 0,7I6 Verhältnismäßige Verbesserung der Wasserausschei- 0,716 dung für I ' = I,33faCh 0,54 oder 33 % mehr Fördermasse an Gasdampfgemisch .............. I806 kg/h 2116 kg/h Verhältnismäßige Verkleinerung der Fördermasse bzw. I806 Förderleistung für I .......................... = 0,85 = 85 % 2116 oder 15 % weniger Fall III Fall II B (mit erfindungsgemäßer (ohne Erfindung) Tiefkühlung) Ursprüngliche Wasserdampfmenge ............... I770 kg/h I770 kg/h Ausgeschiedene Wasserdampfmenge absolut ...... I3I7 kg/h 504 kg/h Verbliebene Wasserdampfmenge absolut ......... 453 kg/h I266 kg/h verhältnismäßig . . . 0,256 0,7I6 Verhältnismäßige Verbesserung der Wasserausschei- o,7I6 dung für III ................................. = 2,8fach 0,256 oder 180 % mehr Fördermasse an Gasdampfgemisch ............... 1303 kg/h 2116 kg/h Verhältnismäßige Verkleinerung der Fördermasse bzw.1303 Förderleistung für III ........................ = 0,62 = 62 % 2116 oder 38 % weniger Nach den vorstehenden Beispielszahlen ist also das wesentlich interessierende Ergebnis folgendes: Die -Erfindung schafft, gegenüber üblichen Ausführungen und Betriebsweisen, eine Herabsetzung der Förderleistung der Dampfstrahlsauger bei Anwendung von gewöhnlichem Kühlwasser um 15 01o von tiefgekühltem Kühlwasser um 38 01o.The following summarizing comparisons A and B serve to compare the above cases I, II and III in this sense: Case I Case II A. (with invention) (without invention) A (with invention) (without invention) Original amount of water vapor ............... I770 kg / h I770 kg / h Absolute amount of separated water vapor ...... 8I4 kg / h 504 kg / h Absolute remaining amount of water vapor ......... 956 kg / h I266 kg / h proportionately. . . 0.54 0.7I6 Relative improvement in water excretion - 0.716 for I '= I, 33faCh 0.54 or 33% more Flow rate of gas-vapor mixture .............. I806 kg / h 2116 kg / h Relative reduction of the conveyed mass or I806 Delivery rate for I .......................... = 0.85 = 85% 2116 or 15% less Case III Case II B (with invention (without invention) Deep freezing) Original amount of water vapor ............... I770 kg / h I770 kg / h Absolute amount of water vapor separated ...... I3I7 kg / h 504 kg / h Absolute remaining amount of water vapor ......... 453 kg / h I266 kg / h proportionately. . . 0.256 0.7I6 Relative improvement in water excretion o, 7I6 for III ................................. = 2.8 times 0.256 or 180% more Flow rate of gas-vapor mixture ............... 1303 kg / h 2116 kg / h Relative reduction of the conveyed mass or 1303 Funding for III ........................ = 0.62 = 62% 2116 or 38% less According to the above example numbers, the result that is essentially of interest is the following: The invention creates, compared to conventional designs and modes of operation, a reduction in the delivery rate of the steam ejector when using ordinary cooling water by 15 01o from deep-frozen cooling water by 38 01o.

Die Auswirkung der Erfindung ist also, trotzdem es sich nur um verhältnismäßig wenige Grade Celsius in der Verbesserung der Gaskühlung handelt, sehr nachhaltig. Der Grund hierfür ist an Hand der vorstehenden Beispielszahlen deutlich zu erkennen: Er liegt darin, daß der Wassersättigungs- oder Taupunkt des von der Abschreckung durch Wassereinspritzung herkommenden Gases, der in den Beispielen 29° beträgt, der Endtemperatur des Gasdampfgemischs, die durch die nachfolgende Kühlung im Turm 2 erreichbar ist und nach obigem mit Anwendung der Erfindung im Fall I 23°, ohne Anwendung derselben 26° beträgt, ziemlich nahe liegt. Bei diesem absolut kleinen, durch die Kühlung überhaupt zu schaffenden Temperaturabstand zweier Wassertaupunkte haben aber schon wenige Grade an zusätzlicher Abkühlung, die gemäß der Erfindung erreicht werden, eine weittragende Bedeutung für die erreichbare Wirkung. So the effect of the invention is, even though it is only proportional a few degrees Celsius in the improvement of gas cooling is very sustainable. The reason for this can be clearly seen from the example numbers above: It is that the water saturation or dew point of the deterrent by injecting water coming from the gas, which in the examples is 29 °, the final temperature of the gas-vapor mixture, which is caused by the subsequent cooling in the tower 2 is achievable and according to the above with application of the invention in case I 23 °, without Application of the same is 26 °, is fairly close. With this absolutely small The temperature difference between two water dew points that can be created at all through the cooling but already have a few degrees of additional cooling according to the invention can be achieved, a far-reaching significance for the achievable effect.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Device for carrying out gas reactions at high temperature with quenching of the reaction gases by subsequent water injection and with strong negative pressure, which is maintained by steam ejectors, thereby characterized in that in the reaction gas stream between the water injection and the steam ejectors have a countercurrent washing tower for direct cooling of the gas of such a size the washing and cooling surface is switched on that the final temperature of the cooled gas is the initial temperature of the cooling liquid except for a very high slight difference, extremely approximately a few degrees Celsius can be approximated.

2. Apparatus according to claim I, characterized in that a Multiple successive steam ejectors and behind each of them a countercurrent washing tower for immediate cooling of the pumped gas / vapor mixture are arranged.

3. A method for operating the devices according to claims I and 2, characterized in that for immediate cooling of the quenched reaction gas a cooling liquid cooled below the usual temperature is used.