NL8300305A - Werkwijze en warmtewisselaar voor het voortgaand koelen van een hete gasstroom. - Google Patents

Description

’ ^ *· .......... ··» ïf.O. 31613

Werkwijze en warmtewisselaar voor het voortgaand koelen van een hete gasstroom

De uitvinding heeft “betrekking op een werkwijze voor het voortgaand koelen van een hete gasstroom in een huis, dat door een in de wand van het huis geleid koelmedium gekoeld wordt, en heeft betrek-' king op een warmtewisselaar voor het afvoeren van de werkwijze.

5 Als huis worden in samenhang met de uitvinding leidingen en va ten, in het bijzonder reaktievaten begrepen, waarvan het bedrijf bij over- of onderdruk plaats vindt en waarin hoge temperaturen optreden.

Yoor de warmteafvoer uit een huis is het bekend om in de wand van het huis inrichtingen voor het uitwisselen van warmte aan te 10 brengen waarbij al naar gelang de bedrijfsdruk in het huis tegen de wand van het huis mantels gelast worden. Yerder zijn tegen de wand van het huis gelaste verwarmings- of koelkanalen, in de wand van het huis liggende leidingen, bijvoorbeeld van vinnen voorziene wanden membraanwanden of dergelijke, bekend. Indien bijvoorbeeld ver-15 schillende hoeveelheden warmte afgevoerd moeten worden en indien hierbij een bepaalde uitlaattemperatuur bij de uitlaat van het huis aangehouden moet worden, dan zijn hiervoor bijzondere maatregelen noodzakelijk. In het bijzonder moet de regeling van het koelcircuit zo uitgevoerd zijn, dat een daling van de temperatuur onder de be-20 paalde uitlaattemperatuur op betrouwbare wijze belet wordt. Dit geldt in het bijzonder dan indien het huis voor het uitvoeren van reakties dient en het aanhouden van deze uitlaattemperatuur van wezenlijke invloed op de kwaliteit van het voort te brengen produkt is.

Indien het- huis voor het uitvoeren van exothermische reakties 25 uitgevoerd is, dan ontstaan in de reaktiezone grote, verschillende hoeveelheden warmte, die een intensive afkoeling van de reaktiezone nodig maken. Dit kan door bekende warmtewisselaars niet of slechts met aanzienlijke inspanning gewaarborgd worden zodat andere oplossingen gezocht werden. Dekend is de werkwijze van de direkte koe-30 ling, waarbij een koelmedium direkt in de reaktiezone ingeleid wordt. Deze werkwijze wordt bijvoorbeeld bij de vervaardiging van roet door onderstochiometrische verbranding van koolwaterstoffen gebruikt.

Als koelmedium dient hierbij water. Aan deze werkwijze kleven echter nadelen, omdat het roet gedeeltelijk tot roetgrit samenklontert, dat 35 voor het verdere gebruik tijdens een verdere behandeling gemalen moet worden.

Hier ligt de toepassing van de uitvinding, die tot doel heeft 8300305 -2-

— I

S'* * de werkwijze van het ‘bovengenoemde soort zodanig uit te voeren, dat bij het vermijden van de nadelen van de bekende oplossingen het zich bij de uitlaatzijde van het huis instaLlende temperatuursverloop in verregaande mate onafhankelijk van de bij de inlaatzijde van het 5 huis af te voeren hoeveelheden warmte is.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de uit • de gasstroom af te voeren hoeveelheid warmte door het aanbrengen van een tussen de gasstroom en de stroom koelmiddel liggend stralend vlak aan het koelmedium afgegeven wordt.

10 Yoor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding dient een bij de buitenwand van het huis aangebrachte warmtewisselaar, waarbij volgens de uitvinding tussen het inwendige van het huis en de warmtewisselaar een warmtegeleidende binnenmantel op afstand van de wamrtewisselaar aangebracht is.

15 De uitvinding is in de tekening als voorbeeld afgebeeld en wordt hieronder beschreven. Daarbij tonen: .

Fig. 1 een schematische afbeelding van een langsdoorsnede van een reactor voor het vervaardigen van roet en

Fig. 2 een diagram van het temp er atuurver loop in een reactor 20 volgens de uitvinding onder twee verschillende bedrijfsomstandigheden .

In figuur 1 is een als reactor 1 uitgevoerd huis 2 schematisch afgebeeld. Het huis 2 heeft een inwendige ruimte 3 met doorsnede naar wens, welke bijvoorbeeld cirkel-, rechthoek- of polygoonvormig 25 kan zijn. E en A geven de inlaat- resp. uitlaatzijde van het huis aan. De in figuur 1 af geheelde reactor dient voor het vervaardigen van roet uit koolwaterstoffen waarmee de werkwijze volgens de uitvinding verduidelijkt wordt. Het huis 2 heeft een buitenwand 4> waaraan aan de buitenzijde een warmtewisselaar 5 in de vorm van een 30 tegen de buitenwand 4 gelaste mantel aangebracht is. De warmtewisselaar 5 kan echter ook op andere wijze, bijvoorbeeld in de vorm van de hierboven beschreven, bekende uitvoeringen, uitgevoerd zijn.

De inwendige ruimte 3 wordt aan de omtrek door een binnenmantel 6 begrensd, welke op afstand van de buitenwand 4 aangebracht is en 35 met de buitenwand 4 een ringvormige tussenruimte 7 vormt. De tussenruimte 7 is aan de uitlaatzijde door een niet afgebeelde afdichting 8 van de inwendige ruimte 3 gescheiden. De tussenruimte 7 is ook op de inlaatzijde E aangesloten en wel middels een kopplaat 9> waaraan de binnenmantel 6 middels een flens 10 bevestigd is en welke zich tot 40 de buitenmantel 14 uitstrekt, welke met een flens 11 met de rand van 8300305 * · — -3- de kopplaat 9 verbonden is.

Op de uitlaatzijde A is een stomp 12 aangebracht en op de in-gangszijde E een verdere stomp 13· De pijlen tonen door de richting daarvan bet binnentreden van koelmedium bij stomp 12 en bet naar 5 buitentreden van bet koelmedium bij stomp 13. Afsluitkonus 14 is afsluitend tegen buitenwand 14 aangebracht, op de uitlaatopening 15 waarvan de verdere, voor de behandeling van bet voortgebracbte roet noodzakelijke, echter niet afgeheelde toestellen aansluiten.

Op de kopplaat 9 zijn schematisch die delen van de reactor af-10 geheeld, waarmee de zuur stof drager, meestal lucht, en de koolwaterstoffen in de inwendige ruimte 3 geleid worden. De zuur stof drager wordt uit een zuurstofbron 16 middels een leiding 17 in een verdeler 18 geleid, welke verdeler aan de zijde van het huis openingen 19 heeft, waardoor de zuurstof drager in mengkamers 20 binnengeleid 15 wordt. Daar wordt de zuurstof drager met de door een mondstuk 21 ingespoten koolwaterstoffen, die uit een schematische afgebeelde voor-raadhouder 22 middels leidingen 23 aan de mondstukken 21 toegevoerd worden, gemengd en het mengsel wordt in de inwendige ruimte 3 geleid. In de inwendige ruimte wordt het mengsel continu ontstoken en een 20 meer of minder aanzienlijke exotherme reaktie plaats. De bij de re-aktie vrijkomende warmte moet gedoseerd afgevoerd worden, om een uit-laattemperatuur binnen een nauw» temperatuurinterval te waarborgen, waarbij het binnen het interval houden voor de kwaliteit van het onderhavige vervaardigde produkt van aanzienlijke invloed is. Daarom 25 moet de uitlaattemperatuur van het gas in verregaande mate onafhankelijk van de vrijgegeven hoeveelheid warmte zijn.

Het warmtetransport van het reaktiegas en het reaktieprodukt geschiedt middels straling tegen de binnenzijde van de binnenmantel 6. Door warmtegeleiding wordt ook de temperatuur aan de buitenzijde 30 van de binnenmantel 6 verhoogd, welke op zijn beurt nu een stralend vlak vormt en middels deze straling de warmte aan de buitenwand 4 af geeft. Omdat het warmtetransport door straling met de vierde macht van de temperatuur toeneemt, speelt konvektie en warmtetransport door geleiding van het gas in de tussenruimte slechts een zeer on-35 dergeschikte rol. De in de buitenwand 4 plaatsvindende absorpsie van warmte wordt door een geschikte koelmedium, bijvoorbeeld kokend water opgenomen.

In figuur 2 is de werking van het koelproces volgens de uitvinding afgebeeld, welke uit het achterelkaar schakelen van twee stra-40 lingsprocessen, eerst van het gas in de inwendige ruimte 3 naar de 8300305 - - -4- u binnenmantel 6 en vandaar naar de buitenwand 7, bestaat.

In figuur 2 zijn twee reakties voor het vervaardigen van twee verschillende kwaliteiten roet afgeheeld, waarbij de doorgetrokken lijnen het temperatuurverloop in het gas in de lengte L van de in-5 wendige ruimte 3 tonen, terwijl de gestreepte lijnen de temperatuur van de binnenmantel 6 voor beide soorten van bedrijf tonen en de 'streeppuntlijn de wandtemperatuur van de warmtewisselaar 5 toont. In het geval van bedrijf I met de hoogste gastemperatuur van ongeveer 1900°0 gaat het om de vervaardiging van een roetkwaliteit waarbij 10 liet aandeel zuurstof verhoudingsgewijs groot is, terwijl in het tweede geval van bedrijf II met een aanzienlijk lagere hoogste gastemperatuur van ongeveer 1000°C ,het de vervaardiging van een kwaliteit roet betreft waarbij het aandeel zuurstof verhoudingsgewijs klein is. Desondanks kan overeenkomstig figuur 2 geconstateerd worden dat het 1 5 temperatuurverloop bij de uitlaat A van de reactor in verregaande mate van het bij inlaat E van de reactor bereikte temperatuürsmaxi-mum onafhankelijk is. Bij verandering van de bedrijfsomstandigheden bij de vervaardiging van verschillende roettypen door verandering van de olie/ zuurstofverhoudingen ontstaan weliswaar aanzienlijk ver-20 schillende temperatuurmaxima, welke echter slechts een geringe invloed hebben op het temperatuursprofiel bij de uitlaat A van de reactor, zodat niet van buiten, dat wil zeggen door de sturing van het koelsysteem, ingegrepen moet worden, Dienovereenkomstig stellen de gewenste reaktieomstandigheden bij de uitlaat A van de reactor zich 25 zonder uitwendige invloed in verdergaande mate onafhankelijk in van hetgeen plaats vindt bij de inlaat E van de reactor.

De beschreven werkwijze voor het koelen· heeft bijgevolg het voordeel dat de bij de reaktie optredende temperatuursmaxima snel tot op een verhoudingsgewijs lage temperatuur verminderd worden, na het 50 bereiken waarvan in vergelijking tot een hoge reaktietemperatuur de verdere afkoeling nog slechts langzaam plaats vindt. Door deze selek-tive warmteafvoer is de invloed van de bij de reaktie vrijgegeven, van de speoifike reaktie warmte en van de doorgaande hoeveelheid afhankelijke, hoeveelheid warmte op de uitlaattemperatuur van de reak-35 tiegassen slechts zeer gering. Bovendien is de temperatuur van het koelmedium en de buitenwand 4 praktisch zonder belang voor het tempe-ratuurverloop in het reaktiegas. De keuze van het koelmedium kan daarom aan andere vereisten aangepast worden, bijvoorbeeld aan een mogelijk zinvol verder gebruik van de warmte.

8300305

Claims (8)

1. Werkwijze voor ket voortgaand koelen van een warme gas-stroom in een kuis, welke door een in de wand van ket kuis geleid koelmedium gekoeld wordt met ket kenmerk. dat de uit de gasstroom af te voeren koeveelkeid warmte door ket aankrengen van een tussen 5 gasstroom en ket koelmedium liggend stralend vlak (6) aan ket koel-• medium af gegeven wordt.'

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met kst kenmerk, dat ket stralende vlak (6) in de nakijkeid van de wand (4) van ket kuis aangekrackt is. 10

3· Warmtewisselaar welke tegen de kuitenwand van een kuis aan gekrackt is en voor ket uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1 dient, met ket kenmerk, dat tussen de inwendige ruimte (3) van ket kuis (2) en de warmtewisselaar (5) een warmte geleidende kinnenmantel (6) op afstand van de warmtewisselaar (5) aangekrackt 15 is.

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 3» met ket kenmerk, dat de door de kinnenmantel (6) en de warmtewisselaar (5) gevormde, kij voorkeur ringvormige tussenruimte (7) zowel ten opzickte van inwendige ruimte (3) van ket kuis (2) als ook ten opzickte van de kuiten-20 atmosfeer door een afdickting (8) afgesloten is.

5· Warmtewisselaar volgens conclusie 3> met ket kenmerk, dat deze in de kuitenwand (4) opgenomen is, kijvoorkeeld in de vorm van een van vinnen voorziene wand of memkraanwand.

6^ Warmtewisselaar volgens conclusie 3» met ket kenmerk, dat 25 de kinnenmantel (6) uit een kitte kestendig metaal vervaardigd is.

7. Reaktievat met een warmtewisselaar volgens conclusie 3 voor reakties in gasvormige toestand kij koge temperaturen.

8. Reaktievat volgens conclusie 7 voor exotkerme reakties, kijvoorkeeld voor ket vervaardigen van roet. 8300 30 5