EP0379022B1

EP0379022B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Partialoxidationsgas

Info

Publication number: EP0379022B1
Application number: EP90100286A
Authority: EP
Inventors: Hans-Jürgen Linscheid; Hans-Christoph Dr. Pohl
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1990-01-08
Publication date: 1991-12-04
Anticipated expiration: 2010-01-08
Also published as: ZA899500B; DE3901601A1; EP0379022A3; ES2028479T3; DE59000016D1; PL163293B1; EP0379022A2; DD299072A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Partialoxidationsgas, das insbesondere durch Partialoxidation von ballastreicher Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorganischen Begleitstoffen bei hohen Temperaturen in einem Reaktor gewonnen wird, wobei zur Verfestigung der im Partialoxidationsgas mitgeführten anorganischen Begleitstoffe in Strömungsrichtung des Gases ein Kühlfluid in das Partialoxidationsgas eingeführt wird.
Bei der Partialoxidation von Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträgern bei Temperaturen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes führt das das Reaktionsgefäß mit einer Temperatur zwischen 1.000 und 1.700°C verlassende Partialoxidationsgas schmelzflüssige bzw. klebrige Teilchen mit sich. Vor der Weiterbehandlung des Gases muß deshalb dafür gesorgt werden, daß diese Begleitstoffe den nachgeschalteten Verarbeitungsprozeß nicht durch Ablagerungen an den Wänden der verwendeten Apparaturen, an den Wärmeaustauscherflächen und/oder in den Rohren beeinträchtigen. In Verfolgung dieses Zieles ist es bereits angestrebt worden, innerhalb einer dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten Kühlzone, die einen gegenüber dem des Reaktionsgefäßes reduzierten Querschnitt aufweist, ein Kühlfluid in den heißen Partialoxidationsgasstrom möglichst so einzumischen, daß das Partialoxidationsgas und die mitgeführten Begleitstoffe abgekühlt werden, ohne daß innerhalb der Kühlzone noch nicht verfestigte, das heißt noch klebefähige Teilchen an die Wandung der Kühlzone gelangen und dort zu Ablagerungen führen.
So ist zum Beispiel aus der DE-AS 3524802 ein Verfahren zum Kühlen eines heißen, klebrige Teilchen enthaltenden Produktgases bekannt, bei dem in das Produktgas in der Kühlzone ein ringförmiger Strahl eines Kühlfluids eingespritzt wird, der die Form eines sich in Strömungsrichtung des Gases verjüngenden Kegelstumpfes aufweist.
Die bisher bekannten Maßnahmen beschränkten sich jedoch auf die Behandlung des Partialoxidationsgases innerhalb der dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten Kühlzone. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere bei der Partialoxidation von ballastreicher Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorganischen Begleitstoffen an der Übergangsstelle auf einen reduzierten Strömungsquerschnitt Ablagerungen durch angeströmte klebefähige Teilchen auftraten, die durch Maßnahmen innerhalb der Kühlzone nicht zu vermeiden waren. Das zwangsläufige Wachsen dieser Ablagerungen führt dabei dazu, daß der Gasweg in die Kühlzone und damit auch in die nachgeschalteten Gasbehandlungseinrichtungen verlegt und damit die gesamte Anlage funktionsunfähig wird.
Um diesem Mißstand zu begegnen, ist bereits vorgeschlagen worden, daß in das Partialoxidationsgas innerhalb des Reaktors unmittelbar vor dem Eintritt in die Kühlzone zusätzlich ein weiterer ringförmiger Strom eines Kühlfluids eingespritzt wird, wobei dieser Kühlfluidstrom mit der Wand des Reaktionsgefäßes einen Winkel von 0 bis 90° und der Kühlfluidstrom in der Kühlzone mit der Wand der Kühlzone einen Winkel von 70 bis 90° bildet.
Die Erfindung stellt nun eine Weiterentwicklung dieser Arbeitsweise dar und besteht darin, daß die gesamte Menge des Kühlfluids in Strömungsrichtung vor einer Einschnürung des Gasweges dem Partialoxidationsgas beigemischt wird.
Bei der Einschnürung des Gasweges kann es sich um die Kühlzone handeln, die dem Reaktor unmittelbar nachgeschaltet ist. Hierbei wird dann die gesamte Menge des Kühlfluids noch innerhalb des Reaktors vor dem Eintritt in die Kühlzone dem Partialoxidationsgas aufgegeben.
Bei der Einschnürung des Gasweges kann es sich aber auch um eine vom Austritt aus dem Reaktor mehr oder weniger weit entfernte Verengung handeln, wenn an den Reaktor nämlich zunächst ein Gaskanal, beispielsweise in Form eines Strahlungskessels, angesetzt ist, der im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie der Reaktor aufweist. Die Einschnürung des Gasweges liegt dann erst hinter diesem Gaskanal bzw. dem Strahlungskessel, z.B. in Form einer erst dort vorgesehenen Kühlzone oder auch einer anderen Weiterbehandlungsvorrichtung für das Partialoxidationsgas.
Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Maßnahme die Gefahr von Ablagerungen wirkungsvoll beseitigt werden kann.
Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reaktor oder ein diesem nachgeschalteter Gaskanal mit im wesentlichen gleichen Querschnitt in einen düsenförmigen Mischrohrquerschnitt übergeht und die Düse so ausgebildet ist, daß die Eintrittsneigung gleich der Neigung ist, die sich für eine Düse mit einer Anfangseintrittsgeschwindigkeit W = 0 an der Stelle ergibt, an der die Düsenströmung die Geschwindigkeit hätte, mit der das Partialoxidationsgas in den Düsenbereich eintritt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Gleichförmigkeit des im Bereich der Einschnürung des Gasweges in das Partialoxidationsgas einströmenden ringförmigen Kühlfluidstromes dadurch gewährleistet sein, daß der Kühlfluidstrom durch Einzelbohrungen in der dem Einströmquerschnitt vorgeschalteten Ringleitung in einzelne Strahlen aufgeteilt ist.
Schließlich ist noch vorgesehen, daß der düsenförmige Übergang mit einer Feuerfestauskleidung versehen ist, die schlackeabweisende Eigenschaften besitzt, beispielsweise eine Graphitmasse.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
An den zylindrischen Reaktor 1 schließt sich ein düsenförmiger Übergang 2 als Mischrohrquerschnitt an, nach Art der Ausströmdüse aus einem Windkessel, bei dem die Geschwindigkeit in Z-Richtung zunächst gleich Null ist. Die Ausbildung des düsenförmigen Übergangs ist derart, daß die Eintrittsneigung gleich der Neigung ist, die sich für eine Düse mit einer Anfangseintrittsgeschwindigkeit W = 0 an der Stelle ergibt, an der die Düsen strömung die Geschwindigkeit hätte, mit der das Partialoxidationsgas in den Düsenbereich eintritt.
Am Austritt des zylindrischen Reaktors 1 wird der Kühlfluidstrom über einen Ringspalt 3 zugeführt, an den die Ringleitung 4 angeschlossen ist, die über die Rohrleitung 5 mit Kühlfluid versorgt wird. Die gleichmäßige Verteilung des Kühlfluidstromes über den Ringspalt 3 wird dadurch erreicht, daß die Ringleitung 4 mit Einzelbohrungen 6 versehen ist, durch die der Kühlfluidstrom in Form einzelner Freistrahlen in den Ringspalt 3 einströmt. Der Abstand 7 der Bohrungen 6 bis zum Austrittsende des Ringspaltes 3 ist dabei so bemessen, daß sich die einzelnen Freistrahlen bis dort überdecken und so einen geschlossenen Ringstrom unter vollständiger Ausfüllung des Ringspaltes ausbilden und sich somit nicht die Gefahr einer Rezirkulation des Partialoxidationsgases mit der Möglichkeit von Ablagerungen innerhalb des Ringspaltes einstellt.
Mit 8 ist schließlich noch die Feuerfestauskleidung des düsenförmigen Überganges 2 bezeichnet.
Die Erfindung ist in gleicher Weise und mit gleich gutem Wirkungsgrad ausführbar, wenn entsprechend obigen Ausführungen mit 1 nicht der Reaktor, sondern ein daran angesetzter Gaskanal, beispielsweise ein Strahlungskessel, bezeichnet ist.

Claims

1. Verfahren zum Kühlen von Partialoxidationsgas, das insbesondere durch Partialoxidation von ballastreicher Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorganischen Begleitstoffen bei hohen Temperaturen in einem Reaktor gewonnen wird, wobei zur Verfestigung der im Partialoxidationsgas mitgeführten anorganischen Begleitstoffe in Strömungsrichtung des Gases ein Kühlfluid in das Partialoxidationsgas eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Menge des Kühlfluids in Strömungsrichtung vor einer Einschnürung des Gasweges dem Partialoxidationsgas beigemischt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) oder ein diesem nachgeschalteter Gaskanal mit im wesentlichen gleichem Querschnitt in einen düsenförmigen Mischrohrquerschnitt (2) übergeht und die Düse so ausgebildet ist, daß die Eintrittsneigung gleich der Neigung ist, die sich für eine Düse mit einer Anfangseintrittsgeschwindigkeit W = 0 an der Stelle ergibt, an der die Düsenströmung die Geschwindigkeit hätte, mit der das Partialoxidationgsgas in den Düsenbereich eintritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichförmigkeit des im Bereich der Einschnürung des Gasweges in das Partialoxidationsgas einströmenden ringförmigen Kühlfluidstromes dadurch gewährleistet ist, daß der Kühlfluidstrom durch Einzelbohrungen (6) in der dem Einströmquerschnitt vorgeschalteten Ringleitung (4) in einzelne Strahlen aufgeteilt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der düsenförmige übergang (2) mit einer Feuerfestauskleidung (8) versehen ist, die schlackeabweisende Eigenschaften besitzt, beispielsweise eine Graphitmasse.