NL8201346A

NL8201346A - Cooling and scrubbing hot process gas contg. sticky slag - by injecting clean gas and varying flow rate and direction to minimise caking

Info

Publication number: NL8201346A
Application number: NL8201346A
Authority: NL
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1981-11-16
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1983-06-16

Abstract

The arrangement is intended for cooling and scrubbing hot qas (from reaction vessel) which flows upwards and contains sticky slag drops and/or particles. A colder clean gas is injected to produce a lower-temperature mixture and the gas flow rate is then reduced and diverted downwards at an acute angle. The downward flow rate is increased and the mixt. is cooled by indirect heat exchange. The flow rate is then again reduced and diverted to flow upwards when slag particles precipitate. This slower upward flow is further cooled by indirect heat exchange in a vertical heat exchanger, and the precipitated particles are removed. Used for removing sticky slag drops and particles from hot process gas whilst cooling it. (FL).

Description

«· Λ·«· Λ ·

1 Κ 9321 NET1 Κ 9321 NET

WERKWIJZE ΕΝ INRICHTING VOOR HET KOELEN EN ZUIVEREN VAN EEN HEET GASMETHOD ΕΝ DEVICE FOR COOLING AND PURIFYING A HOT GAS

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het koelen en zuiveren van een heet gas dat nagenoeg verticaal omhoog stroomt en dat kleverige slakdruppeltje en/of -deeltjes bevat, .met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: 5 a) in het hete gas wordt een koud schoon gas geinjecteerd waarbij een gasmengsel van verlaagde temperatuur wordt verkregen, b) de stroomsnelheid van het gasmengsel wordt verlaagd, c) de stroom van het gasmengsel wordt omgebogen zodat het gasmengsel omlaag stroomt in een richting die een scherpe hoek 10 met de oorspronkelijk nagenoeg verticale stroomrichting maakt, d) de stroomsnelheid van het schuin omlaag stromende gasmengsel wordt verhoogd, e) het schuin omlaag stromende gasmengsel met verhoogde stroom- 15 snelheid wordt door indirecte warmteuitwisseling gekoeld, f) de stroomsnelheid van het gekoelde gasmengsel wordt verlaagd, g) de stroom van het in stroomsnelheid verlaagde gasmengsel wordt omgebogen zodat het gasmengsel nu omhoog stroomt in nagenoeg verticale richting en slakdeeltjes omlaag vallen, 8201346 2 h) het nagenoeg verticaal omhoog stromende gasmeugsel met ver-laagde strootnsnelheid wordt door indirecte warmteuitwisseling verder gekoeld, terwijl nog meer slakdeeltjes omlaag vallen, i) de slakdeeltjes worden afgevoerd.The invention relates to a method for cooling and purifying a hot gas which flows upwards almost vertically and which contains sticky slag droplet and / or particles, characterized in that the method comprises the following steps: a) hot gas, a cold clean gas is injected to obtain a gas mixture of reduced temperature, b) the flow rate of the gas mixture is decreased, c) the flow of the gas mixture is diverted so that the gas mixture flows downwards in an direction which is at an acute angle to makes the originally substantially vertical flow direction, d) the flow rate of the downward sloping gas mixture is increased, e) the sloping downflow gas mixture at an increased flow rate is cooled by indirect heat exchange, f) the flow rate of the cooled gas mixture is reduced, g) the flow of the gas mixture reduced in flow rate is diverted so that the gas mixture now flows upwards t in a substantially vertical direction and slag particles fall down, 8201346 2 h) the substantially vertically upwardly flowing gas mixture at a reduced flow rate is further cooled by indirect heat exchange, while more slag particles fall down, i) the slag particles are discharged.

5 De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting ter uitvoering vande.hiervoor beschreven werkwijze, welke inrichting is gekenmerkt doordat hij de volgende onderdelen bevat: a) een nagenoeg verticale aanvoerpijp voor het gas waarin het gas omhoog kan stromen en in welks wand openingen zijn aangebracht 10 voor de injectie van koud schoon gas, b) een omkeervat waarin het boveneinde van de aanvoerpijp uitmondt, waarbij de inwendige diameter van het vat groter is dan de inwendige diameter van de aanvoerpijp, waarin de. afstand van de uitmonding van de aanvoerpijp tot de inwendige 15 bovenbegrenzing van het vat groter is dan de inwendige diameter van de aanvoerpijp, terwijl de bodem van het omkeervat naar omlaag afloopt onder een hoek die scherp is t.o.v. de nagenoeg verticaal opgestelde aanvoerpijp, c) een verbindingspijp waarvan het boveneinde is aangesloten op 20 de bodem van het omkeervat en waarvan de hartlijn een scherpe hoek maakt met de verticaal, d) een nagenoeg verticaal opgestelde warmteuitwisselaar, die aan de onderzijde een omkeerkamer bevat waarvan de zijwandr is aangesloten op de verbindingspijp en waarvan de inwendige dia- 25 meter groter is dan de inwendige diameter van de verbindingspijp.The invention also relates to a device for carrying out the method described above, which device is characterized in that it comprises the following parts: a) a substantially vertical gas supply pipe in which the gas can flow up and in which openings are provided 10 for cold clean gas injection, b) a reversing vessel into which the upper end of the supply pipe opens, the internal diameter of the vessel being greater than the internal diameter of the supply pipe, in which the. distance from the outlet of the supply pipe to the internal top boundary of the vessel is greater than the internal diameter of the supply pipe, while the bottom of the reversing vessel slopes downwards at an angle that is sharp relative to the almost vertically arranged supply pipe, c) a connecting pipe, the top end of which is connected to the bottom of the reversing vessel and the center line of which is at an acute angle to the vertical, d) a virtually vertically arranged heat exchanger, which contains at the bottom a reversing chamber, the side wall of which is connected to the connecting pipe and of which the internal diameter is greater than the internal diameter of the connecting pipe.

e) een afvoerpijp voor slakdeeltjes die is aangesloten op de bodem van de omkeerkamer van de warmtewisselaar.e) a slag particle discharge pipe connected to the bottom of the heat exchanger reversing chamber.

Heet gas dat kleverige, vloeibare en/of vaste slak in fijn verdeelde vorm bevat onstaat wanneer koolstofhoudend materiaal, 30 zoals steenkool, bruinkool, ligniet, turf, petroleumcokes, zware residuale aardoliefracties en olie gewonnen uit teerzand of bitumineuze leisteen, geheel of partieel wordt verbrand. Het gas wordt gegenereerd in een oven of reactor en bij het verlaten hiervan heeft het in het algemeen een temperatuur in het gebied van 1300 tot 2000°C. Een geschikte reactor voor dit doel is beschreven 8201346 3 in Brits Octrooischrift No. 1501284.Hot gas containing viscous, liquid and / or solid slag in finely divided form arises when carbonaceous material, such as coal, lignite, lignite, peat, petroleum coke, heavy residual petroleum fractions and oil recovered from tar sands or bituminous slate, is burned in whole or in part . The gas is generated in an oven or reactor and upon exiting it generally has a temperature in the range of 1300 to 2000 ° C. A suitable reactor for this purpose is described in 8201346 3 in British Patent No. 1501284.

Het hete gas verlaat de reactor aan de bovenzijde en stroomt dan omhoog door de nagenoeg verticale aanvoerpijp, bij voorkeur met een gemiddelde lineaire snelheid die gelegen is in het gebied van 5 5-20 m/s. Een door partiele oxidatie gewonnen gas bestaat voor het grootste deel uit en CO, met mogelijk nog, C02> CH^, H2O, N2, H2S en Ar, terwijlhet kleverige slakdruppeltjes en/of deeltjes (afhankelijk van de gas-temperatuur en de aard van de anorganische bestanddelen van het te verbranden koolstofhoudendemateriaal) uit 10 de reactor meesleept. Het gehalte aan deze kleverige slakdruppeltjes en/of deeltjes van het gas is in de regel gelegen in het gebied van 1 tot 15 gewichtsprocent. 0m het hete gas snel af te koelen tot een zodanige temperatuur dat het erin voorkomende kleverige materiaal zijn kleverigheid verliest wordt met voordeel 0,5 tot 2 kg van een 15 koud schoon gas in het hete gas geinjecteerd.The hot gas exits the reactor at the top and then flows up through the substantially vertical feed pipe, preferably at an average linear velocity in the range of 5-20 m / s. A gas recovered by partial oxidation consists for the most part of CO, with possibly CO 2> CH 2, H 2 O, N 2, H 2 S and Ar, while the sticky slag droplets and / or particles (depending on the gas temperature and the nature of the the inorganic constituents of the carbonaceous material to be burned) from the reactor. The content of these sticky slag droplets and / or particles of the gas is usually in the range of 1 to 15% by weight. In order to rapidly cool the hot gas to such a temperature that the tacky material contained therein loses its tackiness, 0.5 to 2 kg of a cold clean gas is advantageously injected into the hot gas.

Het koude schone gas heeft bij voorkeur een temperatuur gelegen in het gebied van 50 tot 300°C en geschikt ongeveer dezelfde samenstelling als het snel af te koelen hete gas, zodat het door injectie van koud schoon gas in het hete gas verkregen 20 gasmengsel bij voorkeur een samenstelling heeft, die niet veel afwijkt van het oorspronkelijkehete gas, terwijl de temperatuur van dit gasmengsel met voordeel is gelegen in het gebied .van •JOS:’.-tot 1000°C.The cold clean gas preferably has a temperature in the range of from 50 to 300 ° C and suitably about the same composition as the hot gas to be cooled quickly, so that the gas mixture obtained by injecting cold clean gas into the hot gas is preferably has a composition which does not deviate much from the original hot gas, while the temperature of this gas mixture is advantageously in the range from - JOS: - to 1000 ° C.

Het gevaar dat in het gasmengsel voorkomende slakdeeltjes op 25 hun tocht door het verdere deel van de koel- en zuiveringsin-richting dit door aankoeking zullen verstoppen wordt door de hiervoor beschreven injectie aanzienlijk verminderd. Deze injectie k^n plaatsviiiden zoals beschreven in Amerikaans Octrooischrift No. 4.054.424, hoewel verschillende andere wijzen van uitvoering 30 mogelijk zijn.The risk that slag particles occurring in the gas mixture will clog this on the way through the further part of the cooling and purifying device is considerably reduced by the injection described above. This injection can be effected as described in U.S. Pat. 4,054,424, although several other embodiments are possible.

In ieder geval wordt het koude schone gas geinjecteerd door openingen in de wand van de nagenoeg verticale aanvoerpijp die op de uitlaat van de reactor is aangesloten. 0m het als gevolg van de injectie van koud schoon gas in het hete vuile gas ontstane gasmengsel nog verder te koelen, bevat de aanvoerpijp op geschikte 8201346 + * 4 wijze middelen waarmede het gasmengsel indirect gekoeid kan worden. Deze middelen bestaan bij voorkeur uit een membraanwand die aan de binnenzijde van de aanvoerpijp is aangebracht en waardoorheen koelmiddel, b.v. water en/of stoom kan stromen. Deze membraanwand 5 wordt op geschikte wijze gebruikt voor het oververhitten van stoom, die met voordeel wordt onttrokken aan de verticaal opgestelde warmt ewi s s e1aar.In any case, the cold clean gas is injected through openings in the wall of the nearly vertical supply pipe connected to the reactor outlet. In order to further cool the gas mixture formed as a result of the injection of cold clean gas into the hot dirty gas, the supply pipe suitably contains means for indirectly cowing the gas mixture. These means preferably consist of a membrane wall mounted on the inside of the supply pipe and through which coolant, e.g. water and / or steam can flow. This membrane wall 5 is suitably used for superheating steam, which is advantageously extracted from the vertically arranged heat exchanger.

In tot nu in gebruik zijnde installaties voor het vergassen van kool was het gebruikelijk een warmtewisselaar voor het koelen 10 van het gegenereerde gas boven de vergassingsreactor te plaatsen. Voor relatief kleine capaciteiten is deze opstelling niet on-praktisch, maar voor een inrichting waarin een grote produktie van H^-en CO-bevattend gas mogelijk moet zijn, levert hij bezwaren op i.v.m. de zeer grote hoogte die dan wordt bereikt. Daarom zal 15 men bij een dergelijke inrichting de reactor en de warmtewisselaar bij voorkeur naast elkaar plaatsen. Dit brengt met zich mee dat de stroom van het gasmengsel omgebogen moet worden, maar alvorens dit te doen verlaagt men de snelheid van het gasmengsel met . voordeeltot een waarde in het gebied Van 0,5 tot 3 m/s. Door de 20 verlaging van de snelheid van het omhoogstromende gasmengsel zal een deel van de erin meegesleepte slakdeeltjes uitzakken naar de bodem van de ruimte waarin de snelheidsverlaging plaatsvindt.In coal gasification plants hitherto in use, it has been common practice to place a heat exchanger for cooling the generated gas above the gasification reactor. For relatively small capacities, this arrangement is not impractical, but for an installation in which a large production of H 2 and CO-containing gas must be possible, it presents objections in connection with. the very great height that is then reached. Therefore, in such an arrangement, the reactor and the heat exchanger will preferably be placed side by side. This entails that the flow of the gas mixture must be bent, but before doing so, the speed of the gas mixture is reduced by. advantage up to a value in the range From 0.5 to 3 m / s. As a result of the decrease in the speed of the upflowing gas mixture, a part of the slag particles entrained therein will settle to the bottom of the space in which the speed decrease takes place.

Deze uitgezakte deeltjes worden in dit stadium nog niet van het gasmengsel afgescheiden, maar worden verder met het gasmengsel 25 meegesleept.These settled particles are not yet separated from the gas mixture at this stage, but are further entrained with the gas mixture.

Ten einde afzetting van slak te voorkomen vindt de ombuiging van de gasmengselstroom bij voorkeur plaats in een omkeervat waarin het boveneinde van de aanvoerpijp uitmondt. De inwendige diameter van dit vat is met voordeel 2 tot 4 maal zo groot als de 30 inwendige diameter van de aanvoerpijp terwijl de afstand van de uitmonding van de aanvoerpijp tot de inwendige bovenbegrenzing van het omkeervat met voordeel 2 tot 10 maal zo groot en zeer geschikt 4 tot 8 maal zo groot is als de inwendige diameter van de aanvoerpijp, zodat bij het binnenstromen van het gasmengsel in het omkeervat zijn stroomsnelheid overeenkomstig wordt verlaagd.In order to prevent slag deposition, the bending of the gas mixture stream preferably takes place in a reversing vessel into which the top end of the supply pipe opens. The internal diameter of this vessel is advantageously 2 to 4 times as large as the internal diameter of the supply pipe, while the distance from the outlet of the supply pipe to the internal upper limit of the reversing vessel is advantageously 2 to 10 times as great and very suitable 4 to 8 times as large as the internal diameter of the supply pipe, so that when the gas mixture flows into the reversing vessel, its flow rate is correspondingly reduced.

8201346 58201346 5

Hierdoor zullen de slakdeeltjes uitzakken naar de bodem van het omkeervat, die naar omlaag afloopt onder een hoek die scherp is t.o.v. de verticaal.This will cause the slag particles to settle to the bottom of the reversing vessel, which slopes downwards at an angle that is sharp relative to the vertical.

Deze hoek is bij voorkeur 20 tot 45° zodat uitgezakte 5 slakdeeltjes over de schuine bodem van het omkeervat naar omlaag zullen glijden en/of rollen en terecht zullen komen in de verbindingspijp waarvan het boveneinde is aangesloten op het ondereinde van de bodem van het omkeervat. 0m te verhinderen dat de uitgezakte slakdeeltjes op hun weg over de bodem van het 10 omkeervat weer in de aanvoerpijp terecht zullen komen is de afstand van de bovenzijde van de uitmonding van de aanvoerpijp tot de plaats waar deze uitmonding is verbonden met de bodem van het omkeervat bij voorkeur 0,5 tot 5 maal zo groot als de inwendige diameter van de aanvoerpijp, met nog user voorkeur wordt deze 15 afstand in het gebied van 1 tot 3 maal de inwendige diameter van de aanvoerpijp gekozen.This angle is preferably 20 to 45 ° so that sagged slag particles will slide down and / or roll over the sloping bottom of the reversing vessel and end up in the connecting pipe whose top end is connected to the bottom end of the bottom of the reversing vessel. In order to prevent the sagged slag particles on their way back over the bottom of the reversing vessel from re-entering the supply pipe, the distance from the top of the mouth of the supply pipe to the place where this mouth is connected to the bottom of the reversing vessel preferably 0.5 to 5 times as large as the internal diameter of the supply pipe, even more preferably this distance is chosen in the range from 1 to 3 times the internal diameter of the supply pipe.

De stroom van het gasmengsel waaruit althans een deel van de meegesleepte slakdeeltjes zijn uitgezakt wordt in het omkeervat; omgebogen, bij voorkeur in een richting die een hoek gelegen in 20 het gebied van 135 tot 160°maakt met de oorspronkelijk verticale stroomrichting. Het wordt vervolgens uit het omkeervat afgevoerd naar de verbindingspijp waarvan de hartlijn een hoek maakt met de verticaal die bij voorkeur gelegen is in het gebied van 20 tot 45°. Indien deze hoek groter dan 45° wordt gekozen, bestaat er een kans 25 dat de uitgezakte slakdeeltjes niet meer onder invloed van de zwaartekracht door de verbindingspijp naar omlaag zullen glijden en/of rollen waardoor additionele maatregelen nodig zijn om verstopping van de verbindingspijp te voorkomen. Indien deze hoek kleiner dan 20° wordt gekozen komen de verschillende onderdelen 30 van de onderhavige inrichting (d.w.z. reactor met aanvoerpijp en omkeerkamer, verbindingspijp, warmtewisselaar) te dicht op elkaar te staan zodat een praktische constructie en operatie onmogelijk wordt.The flow of the gas mixture from which at least a part of the entrained slag particles has settled is introduced into the reversing vessel; bended, preferably in a direction making an angle in the region of 135 to 160 ° with the original vertical flow direction. It is then drained from the reversing vessel to the connecting pipe whose axis is angled to the vertical which is preferably in the range of 20 to 45 °. If this angle is chosen to be greater than 45 °, there is a chance that the settled slag particles will no longer slide down and / or roll through the connecting pipe under the influence of gravity, so that additional measures are required to prevent blockage of the connecting pipe. If this angle is chosen to be less than 20 °, the various parts 30 of the present device (i.e. reactor with feed pipe and reversing chamber, connecting pipe, heat exchanger) become too close together so that practical construction and operation become impossible.

In de verbindingspijp wordt de stroomsnelheid van het schuin omlaag stromende gasmengsel wear verhoogd, bij voorkeur tot een 8201346 6 waarde die is gelegen in het gebied van 5 tot 20 m/s. Deze gas-raengselsnelheid draagt ertoe bij dat de in het omkeervat uitge-zakte slakdeeltjes snel door de verbindingspijp worden getrans-porteerd. Om de hiervoor vermelde bij voorkeur toegepaste gas-5 mengselsnelheid in stand te houden wordt de diameter van de verbindingspijp op geschikte wijze ongeveer gelijk gekozen aan die van de aanvoerpijp. Op zijn weg door de omkeerkamer en de verbindingspijp wordt het gasmengsel met voordeel verder gekoeld bij voorkeur door indirecte warmteuitwisseling en tot een tempera-30 tuur in het gebied van 500-900°C. 0m dit te bereiken zijn omkeerkamer en verbindingspijp op geschikte wijze voorzien van middelen waarmede het gasmengsel indirect gekoeld kan worden. Voor dit doel zijn membraamwanden, waardoorheen koelmiddel, b.v. water en/of stoom, kan stromen het meest geschikt en zij verdienen daarom de 15 de voorkeur. Deze membraamwanden worden geschikt benut voor het oververhitten van stoom, die met voordeel onttrokken wordt aan de verticaal opgestelde warmtewisselaar.In the connecting pipe, the flow rate of the downwardly sloping gas mixture wear is increased, preferably to a value of 8201346 which is in the range of 5 to 20 m / s. This gas mixing speed helps to ensure that the slag particles which have settled in the reversing vessel are quickly transported through the connecting pipe. To maintain the aforementioned preferred gas-mixing rate, the diameter of the connecting pipe is suitably selected to be approximately equal to that of the supply pipe. Advantageously, on its way through the reversing chamber and the connecting pipe, the gas mixture is cooled preferably by indirect heat exchange and to a temperature in the range of 500-900 ° C. In order to achieve this, the reversing chamber and connecting pipe are suitably provided with means by which the gas mixture can be cooled indirectly. For this purpose, membrane walls through which coolant, e.g. water and / or steam can flow most conveniently and are therefore preferred. These membrane walls are suitably used for superheating steam, which is advantageously extracted from the vertically arranged heat exchanger.

De onderzijde van de verbindingspijp is aangesloten op de omr keerkamer van een nagenoeg verticaal opgestelde warmtewisselaar.The bottom of the connecting pipe is connected to the reversing chamber of a virtually vertically arranged heat exchanger.

20 Uiteraard bevindt deze omkeerkamer zich in de onderzijde van de warmtewisselaar. Ten einde afzetting van slak te voorkomen wordt in deze omkeerkamer de stroomsnelheid van het erin uit de verbindingspijp binnenstromende gasmengsel eerst verlaagd, bij voorkeur tot een waarde gelegen in het gebied van 0,5 tot 3 m/s. Om dit te bereiken is 25 de inwendige diameter van de omkeerkamer van de warmtewisselaar bij voorkeur 2 tot 4 maal zo groot als de inwendige diameter van de verb indings p i j p.Naturally, this reversing chamber is located in the bottom of the heat exchanger. In order to prevent slag deposition in this reversing chamber, the flow velocity of the gas mixture flowing into it from the connecting pipe is first reduced, preferably to a value in the range of 0.5 to 3 m / s. To achieve this, the internal diameter of the reversing chamber of the heat exchanger is preferably 2 to 4 times larger than the internal diameter of the connection pi j p.

In de omkeerkamer van de warmtewisselaar zal een deel van de dan nog in het gasmengsel aanwezige slakdeeltjes uitzakken. Bij . 30 voorkeur bevindt de aansluiting van de verbindingspijp op de zijwand van de omkeerkamer van de warmtewisselaar zich op een plaats die is gelegen op een afstand van de bodem van de omkeerkamer welke gelijk is aan 2 tot 10, bij voorkeur 4 tot 3 maal de inwendige diameter van de verbindingspijp.Part of the slag particles still present in the gas mixture will settle in the reversing chamber of the heat exchanger. Bee . Preferably, the connection of the connecting pipe to the side wall of the reversing chamber of the heat exchanger is located at a distance from the bottom of the reversing chamber which is equal to 2 to 10, preferably 4 to 3 times the internal diameter of the connecting pipe.

De verticaal opgestelde warmtewisselaar is bij voorkeur van 8201346 7 een type waarin het te koelen gas wordt geleid om koelpijpen waardoar koelmiddel stroomt, dat geschikt bestaat uit water en/of stoom. De inwendige diameter van de omkeerkamer van de warmte-wisselaar is bij voorkeur 2 tot 4 maal zo groot als de inwendige 5 diameter van de verbindingspijp.The vertically arranged heat exchanger is preferably of 8201346 7, a type in which the gas to be cooled is passed around cooling pipes through which coolant flows suitably consisting of water and / or steam. The internal diameter of the reversing chamber of the heat exchanger is preferably 2 to 4 times larger than the internal diameter of the connecting pipe.

Hierdoor wordt het in deze kamer omhoog stromende gasmengsel vertraagd t.o.v. het in de verbindingspijp omlaag stromende gasmengsel. Door deze vertraagde opwaartse beweging van het gasmengsel zullen de er nog in voorkomende slakdeeltjes de neiging hebben 10 niet meer naar boven meegenomen te worden maar juist omlaag te vallen. Op deze wijze wordt het vaste stofgehalte van het gasmengsel in de omkeerkamer verlaagd. Met voordeel zodanig, dat het nagenoeg verticaal omhoog stromende gasmengsel bij de overgang van de omkeerkamer naar het overige deel van de indirecte warmte-15 wisselaar een gehalte aan slakdeeltjes heeft dat is gelegen in het gebied van 0,5 tot 7,5 gew.%.As a result, the gas mixture flowing upwards in this chamber is delayed with respect to the gas mixture flowing downwards in the connecting pipe. As a result of this delayed upward movement of the gas mixture, the slag particles still present in it will tend to no longer be carried upwards, but rather to fall downwards. In this way, the solids content of the gas mixture in the reversing chamber is lowered. Advantageously such that the substantially vertically upward flowing gas mixture at the transition from the reversing chamber to the rest of the indirect heat exchanger has a content of slag particles in the range of 0.5 to 7.5% by weight .

Dit gasmengsel wordt op zijn weg door de warmtewisselaar gekoeld, bij voorkeur tot een temperatuur in het gebied van 150 tot 400°C waarbij het slakgehalte wordt verlaagd tot een waarde in het 20 gebied van 0,3 tot 5 gew.%, omdat ook in de warmtewisselaar nog slakdeeltjes uitzakken.This gas mixture is cooled on its way through the heat exchanger, preferably to a temperature in the range from 150 to 400 ° C with the slag content being reduced to a value in the range from 0.3 to 5% by weight, because also in the heat exchanger will still settle slag particles.

De -in de- omkeerkamer en in het overige deel'-van de warmtewisselaar omlaag vallende slakdeeltjes komen op de bodem van de omkeerkamer terecht. Zij moeten hiervan continu of periodiek verwijderd 25 worden. Tot dit doel is op de bodem van de omkeerkamer een afvoer-pijp voor slakdeeltjes aangesloten die bij voorkeur uitmondt op een inrichting ter verwijdering van slakdeeltjes.The slag particles falling in the reversing chamber and in the remainder of the heat exchanger end up on the bottom of the reversing chamber. They must be removed continuously or periodically from this. For this purpose a slag pipe discharge pipe is connected to the bottom of the reversing chamber and preferably opens to a device for removing slag particles.

Deze inrichting kan bestaan uit een gewoon vat indien de vergassing van koolstofhoudend materiaal en de daarop volgende 30 koeling en zuivering van het zo gegenereerde gas bij nagenoeg atmosferische druk plaatsvindt. Bij voorkeur vinden zowel vergassing als koeling en zuivering echter bij verhoogde druk b.v.This device can consist of an ordinary vessel if the gasification of carbonaceous material and the subsequent cooling and purification of the gas thus generated takes place at substantially atmospheric pressure. Preferably, however, both gasification and cooling and purification take place at elevated pressure, e.g.

10 tot 60 bar plaats. Daarom zal in het algemeen de inrichting voor het verwijderen van slakdeeltjes bestaan uit een uitsluis-systeem. Per ton heet gas dat de inrichting voor het koelen en 8201346 8 zuiveren wordt binnengevoerd wordt met voordeel 2 tot 50 kg slakdeeltjes uit de omkeerkamer afgevoerd.Place 10 to 60 bar. Therefore, in general, the slag removal device will consist of a lockout system. For each ton of hot gas introduced into the cooling and purification device, 2 to 50 kg of slag particles are advantageously discharged from the reversing chamber.

Ondanks alle hiervoor beschreven maatregelen is het toch nog mogelijk dat een klein deel van deze deeltjes aan de binnen-5 wanden van de aanvoerpijp, het omkeervat, de verbindingspijp en de warmtewisselaar blijft kleven, waardoor de koelende werking van deze oppervlakken wordt verminderd.en de doorgang door het hele systeem wordt verkleind. Deze effecten zijn ongewenst. Daarom zijn bij voorkeur op de aanvoerpijp, het omkeervat, de verbindingspijp 10 en/of de warmtewisselaar middelen aangesloten om van hun binnen-wanden erop aangekoekte slak te verwijderen. Deze middelen kunnen van allerlei soort zijni b.v. akcestisch, mechanisch en/of elektrisch. Bij voorkeur worden echter middelen ter mechanische aanstoting voor dit doel aangesloten. Om de laatst genoemdje mdddelen optimaal te 15 laten werken zijn de aanvoerpijp, het omkeervat, de verbindingspijp en/of de omkeerkamer van de warmtewisselaar bij voorkeur zo geconstrueerd dat zich een zekere speling bevindt tussen de hier-voor genoemde membraanwand, op de binnenkant waarvan zich slakdeeltjes kunnen afzetten, en een isolerende laag die op geschikte 20 wijze is aangebracht tegen de binnenzijde van de (stalen) buiten-wand van de genoemde onderdelen van de inrichting volgens de uit-vinding, welke buitenwand bij voorkeur relatief koel gehouden wordt, aangezien bij krachten moet kunnen opnemen welke het gevolg zijn van de hoge druk b.v. 10 tot 60 bar, waarbij de werkwijze 25 volgens de uitvinding bij voorkeur wordt uitgevoerd.Despite all the measures described above, it is still possible for a small part of these particles to stick to the inner walls of the supply pipe, the reversing vessel, the connecting pipe and the heat exchanger, so that the cooling effect of these surfaces is reduced. passage through the entire system is reduced. These effects are undesirable. For this reason, means are preferably connected to the supply pipe, the reversing vessel, the connecting pipe 10 and / or the heat exchanger to remove slag which has become caked on their inner walls. These agents can be of all kinds, e.g. acoustic, mechanical and / or electrical. Preferably, however, mechanical impact devices are connected for this purpose. In order for the latter parts to function optimally, the supply pipe, the reversing vessel, the connecting pipe and / or the reversing chamber of the heat exchanger are preferably constructed such that there is a certain clearance between the aforementioned membrane wall, on the inside of which there is slag particles can deposit, and an insulating layer which is suitably applied against the inner side of the (steel) outer wall of the said parts of the device according to the invention, which outer wall is preferably kept relatively cool, since at must be able to absorb forces resulting from the high pressure, e.g. 10 to 60 bar, the method according to the invention preferably being carried out.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de figuur die een schematische voorstelling geeft van de instal-latie waarin de werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgevoerd en waarin hulpapparatuur zoals pompen, compressoren, kleppen, 30 afsluiters, reinigingsapparatuur en regelinstrumenten niet zijn opgenomen.The invention will now be further elucidated with reference to the figure which gives a schematic representation of the installation in which the method according to the invention is carried out and in which auxiliary equipment such as pumps, compressors, valves, valves, cleaning equipment and control instruments are not included. .

De uitvinding is tot deze figuurbeschrijving echter geenszins beperkt. Via leidingen 1, 2 en 3 worden respectievelijk poederkool in een draaggas zoals zuurstof en mogelijk stoom in een reactor 4 binnengevoerd waarin zij met elkaar tot reactie worden gebracht 8201346 9 zodat een heet gas wordt gevormd dat in hoofdzaak nit ^ en CO bestaat, maar dat eveneens meegesleepte slakdruppeltjes bevat.However, the invention is by no means limited to this description of the figure. Via lines 1, 2 and 3, pulverized coal in a carrier gas such as oxygen and possibly steam is introduced into a reactor 4 in which they are reacted with each other, so that a hot gas mainly consisting of nitro and CO is formed, but that also contains entrained snail droplets.

Bij dit procede ontstaat ook vloeibare slak die grotendeels via een leiding 5 wordt afgevoerd. Het hete gas wordt via een aan-5 voerpijp 6 van de reactor 4 verwijderd, terwijl er via de leiding 7 koud schoon gas, bij voorkeur van ongeveer gelijke gassamen-stelling als het hete gas, wordt geinie.t’teerd;.This process also produces liquid slag, which is largely removed via a pipe 5. The hot gas is removed via a supply pipe 6 from the reactor 4, while cold clean gas, preferably of approximately the same gas composition as the hot gas, is introduced via the line 7.

Hierdoor wordt een gasmengsel van verlaagde temperatuur gevormd, waarin de meegesleepte oorspronkelijke slakdruppeltjes 10 zijn gestold tot slakdeeltjes en waarvan de opwaartse snelheid in een omkeervat 8 wordt verminderd. -.tot-'sen’waarde :die· bij- voorkeur ongeveer gelijk is aan een derde van die van het gasmengsel in de aanvoerleiding 6. In het omkeervat 8 wordt ook de richting van het gasmengsel omgebogen zodat het het omkeervat kan verlaten-via een 15 verbindingspijp 9. Tijdens het verlagen van de snelheid van het gasmengsel in het omkeervat valt een dee! van de slakdeeltjes omlaag naar de schuine bodem van het vat 8 en zij rollen en glijden langs deze bodem in de verbindingspijp 9, Via de verbindingspijp. 9 komt het gasmengsel dat heirin verder indirect wordt gekoeld, 20 bij voorkeur met behulp van stoom die hierbij wordt oververhit* en van welk gasmengsel de snelheid weer is verhoogd tot een waarde die ongeveer gelijk is aan die in de aanvoerpijp samen met de afgescheiden slakdeeltjes in een omkeerkamer 10 van een warmte-wisselaar 11. In deze omkeerkamer 10 wordt de snelheid van het gas-25 mengsel weer verlaagd tot een waarde die ongeveer gelijk is aan die in de omkeerkamer 8, zodat nog meer slakdeeltjes uit dit gasmengsel worden afgescheiden. Zij vallen samen met de reeds in het omkeervat 8 afgescheiden slakdeeltjes en met de slakdeeltjes die later in de warmtewisselaar 11 nog uit het gas zullen zakken naar 30 de bodem van de omkeerkamer 10. Via een leiding 12 worden zij afgevoerd naar een vat 13, van:waaruit zij periodiek of continu worden verwijderd via een leiding 14.This produces a reduced temperature gas mixture in which the entrained original slag droplets 10 have solidified into slag particles and the upward velocity of which is reduced in a reversing vessel 8. - 'to' value: which is preferably approximately equal to a third of that of the gas mixture in the supply pipe 6. In the reversing vessel 8 the direction of the gas mixture is also reversed so that it can leave the reversing vessel-via a connecting pipe 9. During the reduction of the speed of the gas mixture in the reversing vessel, a part falls! of the slag particles down to the sloping bottom of the vessel 8 and they roll and slide along this bottom into the connecting pipe 9, through the connecting pipe. 9, the gas mixture which is further cooled indirectly by Heirin, preferably with the aid of steam which is superheated herein * and the gas mixture of which the speed is again increased to a value approximately equal to that in the supply pipe together with the separated slag particles in a reversing chamber 10 of a heat exchanger 11. In this reversing chamber 10, the speed of the gas-mixture is reduced again to a value approximately equal to that in the reversing chamber 8, so that even more slag particles are separated from this gas mixture. They coincide with the slag particles already separated in the reversing vessel 8 and with the slag particles which will later drop out of the gas in the heat exchanger 11 to the bottom of the reversing chamber 10. Via a pipe 12 they are discharged to a vessel 13 of : from which they are removed periodically or continuously through a pipe 14.

In de warmtewisselaar 11 wordt het opstijgende gasmengsel verder gekoeld met behulp van koelwater dat via een leiding 15 wordt binnengevoerd, dan via een stelsel koelpijpen 16 door de 8201346 10 warmtewisselaar wordt gevoerd eti tsmslotte via een leiding 17 al dan;diet in. de vorm van (oververhitte) stoom wordt afgevoerd. Het gekoelde en gezuiverde gas verlaat de installatie via een leiding 18.In the heat exchanger 11, the ascending gas mixture is further cooled by means of cooling water which is introduced via a pipe 15, then is fed through a system of cooling pipes 16 through the heat exchanger, and is then also fed in via a pipe 17. the form of (superheated) steam is removed. The cooled and purified gas leaves the installation via a pipe 18.

5 V00RBEELD5 PREVIEW

In een werkwijze die schematised is weergegeven in de figuur wordt 86 ton/uur gas gegenereerd in de kolenvergassingsreactor 4. Het heeft een temperatuur van 1600°C en een samenstelling zoals gegeven in de volgende tabel.In a method schematically shown in the figure, 86 tons / hour of gas is generated in the coal gasification reactor 4. It has a temperature of 1600 ° C and a composition as given in the following table.

VoL.% H*2 27, 1 CO 60,8 C02 2,0 ch4 0,01 N2 5,4VoL.% H * 2 27.1 CO 60.8 CO2 2.0 ch4 0.01 N2 5.4

Ar 1,0 H20 2,6 H2S 0,9 10 Het bevat 5,1 gew.% slak in de vorm van druppeltjes. In dit gas wordt 73 ton/uur koud schoon gas geinjecteerd via de leiding 7 welk gas de volgende samenstelling heeft.Ar 1.0 H 2 O 2.6 H 2 S 0.9 10 It contains 5.1 wt.% Slag in the form of droplets. In this gas, 73 tons / hour of cold clean gas is injected through line 7, which gas has the following composition.

Vol.% H2 27,6 CO 61,1 C02 2,0 ch4 0,01 N2 5,6 ·Vol.% H2 27.6 CO 61.1 CO2 2.0 ch4 0.01 N2 5.6

Ar 1,0 H20 0,6 H2S 0,9Ar 1.0 H2 O 0.6 H2 S 0.9

Als gevolg van deze injectie onstaat 159 ton/uur van een gasmengsel dat een temperatuur heeft van 900°C en een slakgehalte 8201346 11 van 2.8 gew.%.As a result of this injection, 159 tons / hour of a gas mixture having a temperature of 900 ° C and a slag content 8201346 of 2.8% by weight are produced.

De gassamenstelling is als volgt:The gas composition is as follows:

Vol.% H2 27,3 CO 61,4 C02 2,0 ch4 0,01 N2 5,5Vol% H2 27.3 CO 61.4 CO2 2.0 Ch4 0.01 N2 5.5

Ar 1,0 H20 1,7 H2S 0,9Ar 1.0 H2 O 1.7 H2 S 0.9

Dit gasmengsel wordt op zijn weg door de aanvoerpijp 6 met behulp van stoom die hierbij wordt oververhit, verder gekoeld tot 5 800°C waarna bet de omkeerkamer 8 binnenstroomt, waarin zijn snel- beid wordt verlaagd van 10 m/s tot 3 m/s. Het verlaat de omkeer-kamer 8 via de verbindingsleiding 9 met een snelheid van 8 m/s, terwijl 10 gew.% van de erin aanwezige slakdeeltjes die in de omkeerkamer 8 zijn afgescheiden langs de wand van de verbindings pi jip 10 9 schuin naar beneden glijden.This gas mixture is further cooled on its way through the supply pipe 6 with the aid of steam which is thereby superheated, to 5 800 ° C, after which the reversing chamber 8 flows in, in which its speed is reduced from 10 m / s to 3 m / s . It leaves the reversing chamber 8 via the connecting pipe 9 at a speed of 8 m / s, while 10% by weight of the slag particles contained therein which are separated in the reversing chamber 8 along the wall of the connecting pipe 10 9 sloping downwards to slide.

Op zijn weg door de verbindingspijp 9 waarin bet gasmengsel een snelbeid heeft van 8 m/s wordt bet verder gekoeld tot 690°C met behulp van stoom die bierbij wordt oververhit, met welke temperatuur het gasmengsel de omkeerkamer 10 binnenstroomt.On its way through the connecting pipe 9 in which the gas mixture has a speed of 8 m / s, it is further cooled to 690 ° C using steam which is superheated at which temperature the gas mixture enters the reversing chamber 10.

15 Het wordt hierin vertraagd tot een snelheid van 3 m/s en van richting veranderd zodat het in de warmtewisselaar 11 nagenoeg loodrecht omhoog stroomt terwijl het wordt gekoeld. Via leiding 18 wordt het uit het systeem afgevoerd met een temperatuur van 360°C en een gehalte aan vasts stof van 2.2 gew.%. Via de leiding _20 12 wordt 950 kg/uur vaste fijn verdeelde slak afgevoerd naar het vat 13.It is decelerated herein to a speed of 3 m / s and changed direction so that it flows substantially perpendicularly upwards in the heat exchanger 11 while being cooled. It is discharged from the system via line 18 at a temperature of 360 ° C and a solids content of 2.2% by weight. 950 kg / h of solid finely divided slag is discharged to the vessel 13 via the line 20.

82013468201346

Claims

A method for cooling and purifying a hot gas which flows upwards almost vertically and which contains sticky slag droplets and / or particles, characterized in that the method comprises the following steps: 5 a) in the hot gas a cold injected clean gas thereby obtaining a reduced temperature gas mixture, b) reducing the flow rate of the gas mixture, c) diverting the flow of the gas mixture so that the gas mixture flows downward in a direction that is at an acute angle with the original vertical flow direction, d) the flow rate of the downward sloping gas mixture is increased, e) the sloping downflow gas mixture at an increased flow rate is cooled by indirect heat exchange, f) the flow rate of the cooled gas mixture is decreased, g) the flow of the gas mixture reduced in flow rate is bent so that the gas mixture now flows upwards in almost vertical direction and slag particles fall down, h) the substantially vertically upward flowing gas mixture with reduced flow rate is further cooled by indirect heat exchange, while more slag particles fall down, i) the slag particles are discharged.

2. A method according to claim 1, characterized in that the hot gas has a temperature in the range from 1300 to 2000 ° C.

Method according to claim 1 or 2, characterized in. that the hot gas flows almost vertically upwards with an average linear velocity in the range of 5-20 m / s.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the hot gas has a content of sticky slag droplets and / or particles in the range of 1 to 15% by weight. 8201346

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that per kg of hot gas an amount of cold clean gas is injected which lies in the range of 0.5 to 2 kg.

6. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cold clean gas has a temperature in the range from 50 to 300 ° C.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the average temperature of the gas mixture obtained by injecting cold clean gas into the hot gas is in the range from 700 to 1000 ° C.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in step (b) the average linear flow velocity is reduced to a value in the range from 0.5 to 3 m / s.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in step (c) the flow of the gas mixture is bent in a direction making an angle in the range from 135 to 160 ° with the original vertical flow direction.

10. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in step (d) the flow velocity of the downwardly sloping gas mixture is increased to a value in the range of 5 to 20 m / s.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in step (e) the downwardly sloping gas mixture 25 is cooled by indirect heat exchange to a temperature in the range of 500-900 ° C.

12. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in step (f) the flow rate of the cooled gas mixture is reduced to a value in the range of 0.5 to 3 m / s.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in step (h) the substantially vertically upflowing gas mixture has a content of slag particles in the range of 0.5 to 7.5% by weight.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized by 8201346 *, characterized in that in step (h) the substantially vertically flowing gas mixture is cooled by indirect heat exchange to a temperature in the range of 150 to 400 ° C, the slag content being is reduced to a value in the range of 0.3 to 5% by weight.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in step (i) an amount of solid slag particles, which is in the range of 2 to 50 kg, is discharged per ton of hot gas.

A device for cooling and purifying a hot gas containing sticky slag droplets and / or particles, according to one or more of claims 1-15, characterized in that the device comprises the following parts: a) a substantially vertical supply pipe for the gas into which the gas 15 can flow upwards and in which wall openings are provided for the injection of cold clean gas. b) a reversing vessel into which the top end of the supply pipe opens, wherein the internal diameter of the vessel is greater than the internal diameter of the supply pipe, wherein the distance from the outlet of the supply pipe to the internal upper limit of the vessel is greater then the internal diameter of the supply pipe, while the bottom of the reversing vessel slopes downwards at an angle that is sharp relative to the supply pipe, which is arranged almost vertically. C) a connecting pipe of which. the .bo.v end is connected - to the bottom of the reversing vessel and whose centerline is at an acute angle to the vertical. d) a substantially vertically arranged heat exchanger, which at the bottom contains a reversing chamber, the side wall of which is connected to the connecting pipe and the internal diameter of which is greater than the internal diameter of the connecting pipe. e) a slag particle discharge pipe connected to the bottom of the heat exchanger reversing chamber.

17. Device as claimed in claim 16, characterized in that the feed pipe contains means by which the gas mixture can be cooled indirectly.

18. Device according to claim 17, characterized in that these means consist of a membrane wall through which cooling means 5 can flow.

Device according to one or more of claims 16, 17 and 18, characterized in that the center line of the connecting pipe is at an angle to the vertical, which is in the range from 20 to 45 °.

20. Device according to one or more of claims 16-19, characterized in that the reversing vessel contains means with which the gas mixture can be cooled indirectly.

Device according to claim 20, characterized in that these means consist of a membrane wall through which coolant can flow.

Device according to one or more of claims 16-21, characterized in that the internal diameter of the reversing vessel is 2 to 4 times as large as the internal diameter of the supply pipe.

23. Device according to one or more of claims 16-22, characterized in that the distance from the mouth of the supply pipe to the internal upper limit of the reversing vessel is 2 to 10 times as large as the internal diameter of the supply pipe.

24. Device as claimed in one or more of the claims 16-23, characterized in that the bottom of the reversing vessel 'slopes downwards to the connecting pipe at an angle of 20 to 45 ° to the vertical.

Device according to one or more of claims 16-24, characterized in that the distance from the top of the mouth of the supply pipe to the location to this mouth is connected to the bottom of the reversing vessel 0.5 to 5 times as is large as the internal diameter of the supply pipe.

26. Device according to one or more of claims 16-25, characterized in that the internal diameter of the connecting pipe is approximately the same size as the internal diameter of the supply pipe.

Device according to one or more of claims 16-26, characterized in that the connecting pipe contains means with which the gas mixture can be cooled indirectly. 8201346 4 t

28. Device according to claim 27, characterized in that these means consist of a membrane wall through which coolant can flow.

29. Device according to one or more of claims 16-28, characterized in that the substantially vertically arranged heat exchanger comprises cooling pipes through which coolant flows and around which the gas mixture to be cooled is passed.

30. Device according to one or more of claims 16-29, characterized in that the connection of the connecting pipe to the side wall 10 of the reversing chamber of the heat exchanger is located at a distance from the bottom of the reversing chamber which is equal to 2 to 10 times the internal diameter of the connecting pipe.

31. Device according to one or more of claims 16-30, characterized in that the internal diameter of the reversing chamber of the heat exchanger is 2 to 4 times as large as the internal diameter of the connecting pipe.

32. Device as claimed in one or more of the claims 16-31, characterized in that the slag particle discharge pipe opens into a device for removing slag particles.

33. Device as claimed in one or more of the claims 16-32, characterized in that means are connected to the supply pipe, the reversing vessel, the connecting pipe and / or the heat exchanger to remove caked slag from their inner walls.

Device according to claim 33, characterized in that means for mechanical impact are connected.

35. Device according to one or more of claims 16-34, characterized in that in the supply pipe, the reversing vessel and / or the connecting pipe there is a clearance between their membrane walls and the insulating layers applied on the inside of their outer walls .

36. Cooled and purified gas as far as obtained by the method according to one or more of claims 1-15. 8201346