NO830461L - Fremgangsmaate og varmeveksler for avkjoeling av varme gasstroemmer. - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for gradvis avkjøling av en varm gass-strøm i et hus (2) som avkjøles ved hjelp av et kjøle-middel som transporteres i husets vegg (4). Fremgangsmåten er særpreget ved at den varmemengde som skal ledes bort fra gasstrømmen, avgis til kjølemidlet ved anvendelse av en utstrålende flate (6) som er anordnet mellom gasstrømmen og kjølemidlet. For utførelse av denne fremgangsmåte anvendes en varmeveksler (5) som er anordnet på husets (2) yttervegg (4). Mellom husets (2) innvendige rom (3) og varmeveksleren (5) er en varmeledende innvendig kappe (6) anordnet i avstand fra varmeveksleren (5) .

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved gradvis av-kjøling av en varm gas.strøm i et hus som avkjøles ved hjelp av et kjølemiddel som transporteres- i husveggen, og en varmeveksler for utførelse av fremgangsmåten.

Med hus skal her ledninger og beholdere, spesielt reaksjonsbeholdere, forstås som anvendes ved over- eller undertrykk og i hvilke høye temperaturer forekommer.

For å lede varme bort fra et hus er det kjent i husets vegg å anordne innretninger for varmeveksling, idet kapper kan være sveiset til husveggen alt efter arbeidstrykket i huset. Det er dessuten kjent å anvende varme- eller kjøle-kanaler som er sveiset til husveggen, eller ledninger, f.eks. ribbe- eller membranvegger, som ligger i husveggen, etc. Dersom f.eks. forskjellige varmemengder må ledes bort og

en viss utløpstemperatur ved inngangen til huset da må over-holdes, må forskjellige forholdsregler treffes for å oppnå dette. Spesielt må styringen av kjølemiddelkretsløpet være så utformet at det med pålitelighet vil unngås at temperaturen synker til under den fastlagte utgangstemperatur. Dette gjelder spesielt når huset anvendes for å utføre reaksjoner og opprettholdelsen av denne utgangstemperatur er av vesentlig innvirkning på kvaliteten av et produkt som skal fremstilles.

Dersom huset er utformet for å utføre eksoterme reaksjoner, dannes store, ujevne varmemengder i reaksjonssonen som derfor sterkt må avkjøles. Dette kan ikke eller bare med betydelig innsats oppnås ved hjelp av kjente varmevekslere,

og andre løsninger er derfor blitt forsøkt. Fremgangsmåten med direkte avkjøling er kjent hvor et kjølemiddel ledes direkte inn i reaksjonssonen. Denne fremgangsmåte anvendes f.eks. ved fremstilling av sot ved understøkiometrisk for-brenning av hydrocarboner. Vann anvendes da som kjølemiddel. Denne fremgangsmåte er imidlertid beheftet med ulemper da soten ved denne fremgangsmåte delvis klumper seg sammen til sotkorn som må nedmales i en ytterligere behandlingsoperasjon for at de skal kunne anvendes videre. Det er her den foreliggende oppfinnelse kommer inn, og det tas ved den foreliggende oppfinnelse sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte av den ovenfor beskrevne type som under unngåelse av de ulemper som

hefter ved de kjente løsninger, gjør at temperaturforløpet som innstiller seg ved husets, utgangsside, er. vidtgående uavhengig av de varmemengder som skal ledes bort ved husets inngangsside.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at varme-mengden som skal ledes bort fra gasstrømmen, avgis til kjøle-midlet ved anvendelse av en ustrålende flate som er anordnet mellom gasstrømmen og kjølemiddelstrømmen.

For å kunne utføre den foreliggende fremgangsmåte anvendes en varmeveksler som er anordnet på husets yttervegg, mens en varmeledende innvendig kappe er anordnet i avstand fra varmeveksleren mellom husets innvendige rom og varmeveksleren .

Oppfinnelsen vil i form av et eksempel bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningen. På denne viser Fig. 1 skjematisk et lengdesnitt gjennom en reaktor for fremstilling av sot og Fig. 2 et diagram over temperaturforløpet i en reaktor ifølge oppfinnelsen for to forskjellige arbeidsbetingelser.

På Fig. 1 er et hus 2 skjematisk vist utformet som en reaktor 1. Huset 2 har et innvendig rom 3 med et hvilket som helst ønsket tverrsnitt som f.eks. kan være sirkel-, firkant-eller .mangekantf ormig. E og A betegner husets 2 hhv. innløps-og utløpsside. Reaktoren vist på Fig. 1 anvendes for fremstilling av sot fra hydrocarboner, og den foreliggende fremgangsmåte vil bli nærmere beskrevet under henvisning til denne. Huset 2 har en yttervegg 4 på hvis ytterside en varmeveksler 5 er anordnet i form av en kappe som er sveiset til ytterveggen 4. Varmeveksleren 5 kan imidlertid også være utformet på annen måte, f.eks. med de ovenfor beskrevne kjente utførelsesformer.

Det innvendige rom 3 er omkretsmessig avgrenset av en innvendig kappe 6 som er anordnet med avstand fra ytterveggen 4 og sammen med ytterveggen 4 danner et ringformig mellomrom

7. Dette er ved utgangssiden skilt fra det innvendige rom

3 ved hjelp av en generelt angitt pakning 8. Mellomrommet

7 er også stengt ved innløpssiden E, og nærmere bestemt med en topplate 9 som strekker seg til den utvendige kappe 4 og til hvilken den innvendige kappe 6 er festet ved hjelp av en flens 10. Den utvendige kappe 4 er ved hjelp av en flens 11 forbundet med topplatens 9 kant.

En stuss 12 er anordnet ved utløpssiden A og en ytterligere stuss 13 ved innløpssiden E. Pilene viser at kjøle-midlet kommer inn via stussen 12 og strømmer ut via stussen 13. En avstengningskjegle 14 er anordnet i tilknytning til veggen 4 og har en utløpsåpning 15 for tilkobling til ytterligere apparater (ikke vist) som er nødvendige for behand-lingen av den fremstilte sot.

På topplaten 9 er de deler av reaktoren vist som anvendes for å transportere oxygenbæreren, som oftest luft,

og hydrocarbonene inn i det innvendige rom 3. Oxygenbæreren innføres fra en oxygenkilde 16 via en ledning 17 i en for-deler 18 som mot husets side oppviser åpninger 19 som oxygenbæreren innføres gjennom og inn i blandekammeiet 20. I disse blir oxygenbæreren blandet med hydrocarbonene som sprøytes inn gjennom en dyse 21 og som via ledninger 23 tilføres til dysene 21 fra en skjematisk vist lagringsbeholder 22, og blandingen innføres i det innvendige rom 3. I dette blir blandingen kontinuerlig antent, og en mer eller ."mindre sterkt eksoterm reaksjon finner sted. Varmen som frigis ved reaksjonen, må dosert ledes bort for å sikre en utløpstemperatur innenfor et snevert temperaturområde som må opprettholdes da det er av vesentlig betydning for det fremstilte produkts kvalitet. Av denne grunn skal gassutløpstemperaturen vidtgående være uavhengig av den frigjorte varmemengde.

Varmetransporten fra reaksjonsgassen og reaksjons-produktet finner sted ved hjelp av stråling til den innvendige kappes 6 innerside. På grunn av varmeledning økes også temperaturen på den innvendige kappes 6 ytterside, og kappen danner nu på sin side en strålingsflate og avgir på grunn av denne stråling varmen til ytterveggen 4. Da varmetransporten ved stråling tiltar med fjerde potens av temperaturen, spiller en konveksjons- og ledningsvarmetransport for gassene i mellomrommet bare en meget underordnet betydning. Varme-absorpsjonen som finner sted i ytterveggen 4, blir tatt opp av et egnet kjølemiddel, f.eks. kokende vann.

På Fig. 2 er virkningen av den foreliggende kjøle-prosess vist som beror på at to strålingsprosesser er koblet efter hverandre, først fra gassen i det innvendige rom 3 til den innvendige kappe 6 og derfra til ytterveggen 7.

På Fig. 2 er to reaksjoner for fremstilling av to forskjellige sotkvaliteter vist, idet de heltrukne linjer viser temperaturforløpet i gassen over det innvendige roms 3 lengde L, mens de stiplede linjer viser den innvendige kappes 6 .temperatur for de to arbeidssituasjoner, og den -strek-punkterte linje viser varmevekslerens 5weggtemperatur. For arbeidssituasjon I med en høyeste gasstemperatur av ca. 1900°C dreier det seg om fremstilling av en sotkvalitet hvor oxygenandelen er forholdsvis stor;, mens det for den annen arbeidssituasjon II med en vesentlig lavere høyeste gasstemperatur av ca. 1000°C dreier seg om fremstilling av en sotkvalitet hvor oxygenandelen er forholdsvis liten. Likevel kan det ifølge Fig. 2 fastslås at temperaturforløpet ved reaktorens utløp A er vidtgående uavhengig av den oppnådde temperatur-topp ved reaktorens innløp E. Når arbeidsbetingelsene forandres ved fremstilling av forskjellige sottyper ved at olje/- forholdet forandres, fås riktignok sterkt forskjellige temperaturtopper som imidlertid bare utøver en liten virkning på temperaturprofilen henimot reaktorens utløp A, slik at det ikke må gripes inn utenfra, dvs. ved styring av kjølesystemet. I overensstemmelse hermed fås en selvinnstilling av de ønskede reaksjonsbetingelser henimot reaktorens utløp A uten ytre påvirkning og vidtgående uavhengig av hva som skjer ved reaktorens innløp E.

Den beskrevne kjøleprosess oppviser dermed den fordel at de temperaturtopper som forekommer under reaksjonen, hurtig senkes til en forholdsvis lav temperatur, og når denne er blitt nådd, vil den videre avkjøling bare finne langsomt sted i forhold til ved den høye reaksjonstemperatur. Ved hjelp av denne selektive bortledning av varme blir inn-virkningen av den ved reaksjonen frigjorte og av den spesifikke reaksjonsvarme og de gjennomstrømmende mengder avhengige varmemengde på reaksjonsgassenes utløpstemperatur bare meget liten. Dessuten er kjølemidlets og ytterveggens 4 temperatur praktisk talt uten betydning for temperatur-forløpet i reaksjonsgassen. Valget av kjølemidlet kan derfor avpasses efter andre krav, f.eks. for å oppnå en mest mulig fornuftig videre anvendelse av varmen.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved gradvis avkjøling av. en varm gass-strøm i et hus (2) som avkjøles ved hjelp av et kjølemiddel som transporteres i husets vegg (4), karakterisert ved at den varmemengde som skal ledes bort fra gasstrømmen, avgis til kjølemidlet under anvendelse av en utstrålende flate (6) som er anordnet mellom gasstrømmen og kjølemidlet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en utstrålende flate (6) som er anordnet i nærheten av husets vegg (4) .

3. Varmeveksler for anvendelse ved gradvis avkjøling av en varm gasstrøm i et hus (2) som avkjøles ved hjelp av et kjølemiddel som transporteres i husets vegg (4), idet varmeveksleren er anordnet på husets (2) yttervegg (4), karakterisert ved at en varmeledende innvendig kappe (6). er anordnet i avstand fra en varmeveksler (5) mellom husets (2) innvendige rom (3) og varmeveksleren (5) .

4. Varmeveksler ifølge krav 3, karakterisert ved at det fortrinnsvis ring-formige mellomrom (7) som er dannet av den innvendige kappe (6) og varmeveksleren (5), ved hjelp av en pakning (8) er stengt såvel mot husets (2) innvendige rom (3) som mot den omgivende atmosfære.

5. Varmeveksler ifølge krav 3, karakterisert ved at den danner ett stykke med ytterveggen (4), f.eks. i form av en ribbe- eller membran-vegg.

6. Varmeveksler ifølge krav 3, karakterisert ved at den innvendige kappe (6) består av et varmefast metall.

7. Reaksjonsbeholder med en varmeveksler ifølge krav 3, for anvendelse for utførelse ay reaksjoner i gassformig til-stand ved høye temperaturer.

8. Reaksjonsbeholdere ifølge krav 7, for anvendelse for utførelse av eksoterme reaksjoner, f.eks. for fremstilling av sot.