DE3104258A1 - Vorrichtung zur messung von temperaturen in druckreaktoren - Google Patents
Vorrichtung zur messung von temperaturen in druckreaktorenInfo
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Description
4· Oberhausen 13, 04.02.1981
PLD bin-eib - R 1905 -
Ruhrchemie Aktiengesellschaft» Oberhausen 13
reaktoren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Temperaturen in Reaktoren, die bei
hohen Temperaturen und unter Druck arbeiten, wie Reaktoren zur Verbrennung von Kohlenstaub in Kräftig
werken oder Kohledruckvergasungsanlagen alt Hilfe
einee Pyrometers.
Unter der Vergasung von Steinkohle oder Braunkohle \
versteht man ihre partielle Verbrennung mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen in uegen-
C wart von Wasser zu Gemischen aus Kohlenmonoxid
und Wasserstoff. Hierbei wird feinkörnige oder staubförmige Kohle bei Temperaturen von etwa
900 bis 1 6000C, vorzugsweise 1 100 bis 1 5000C
und erhöhten Drucken bis au 200 bar, vorzugsweise
^ 5 bis 100 bar umgesetzt. Diese Arbeitsweise ist
vor allem deshalb vorteilhaft, weil die modernen mechanisierten Kohleabbaumethoden einen steigenden
Anfall staubförmiger Kohle zur Folge haben. Hinzu kommt, daß Staubkohle fast Jeder Qualität
o unabhängig unter anderem von ihrer Backneigung und ihrem Aschegehalt in Synthesegas überführt
werden kann.
Ala typisches Beispiel eines Kohlevergasungsprozesses
unter Einsatz feinkörniger Kohle sei an dieser Stelle das Texaco-Verfahren beschrieben.
R 1905
Dabei wird vorzerkleinerte Kohle in einer Mühle vorgemahlen und in einen Suspensionsbehälter geleitet.
Unter Zufuhr von Frisch- und Kreislaufwasser wird dort ein stabiler, pumpfähiger Brei
angerührt. Die Kohleaufschlämmung wird über eine Pumpe auf Druck gebracht und dem Brenner am
Kopf des Vergasungsreaktors kontinuierlich zugeführt. Ein derartiges Verfahren ist z.B. in
der DE-PS 20 HA JlO beschrieben.
Die Messung von Temperaturen derartiger Reaktoren stößt auf eine Reihe von Schwierigkeiten.
Maßgeblich hierfür ist unter anderem die äußerst aggressive Atmosphäre, die eine Verwendung
von Thermoelementen verbietet, da diese unter dem Angriff von Ilochtemperatur-Wasserstoff
schnell brüchig werden. Weitere Probleme treten durch die in der Kohle enthaltene
Schlacke auf, die in schmelzflüseiger Form die Thermometer-Schutzrohre zerstört oder
bei der Pyrometer-Messung Ablagerungen im Meßkanal ergeben kann. Solche Ablagerungen führen
su Verfälschungen der Temperaturaeaewerte, die
von einem Pyrometer erhalten werden. Eine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit wird auch
dadurch hervorgerufen, daß in den kälteren Zonen dee Reaktors das Kohlenmonoxid entsprechend
dem Boudouard-Gleichgewicht in Kohlendioxid und Kohlenstoff zerfällt. Der feinteilige Kohlenstoff
kann zur Bildung eines Films führen, der
$0 die zu messende Strahlung absorbiert und damit
i'ehlmeesungen ergibt.
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Es bestand daher die Aufgabe, die aufgezeigten Schwierigkeiten, zu umgehen und eine Vorrichtung
zu entwickeln, die es erlaubt, auch unter den extremen Bedingungen der Kohlevergasung eine
einwandfreie Temperaturmessung mit Hilfe eines Pyrometers durchzuführen. Die Aufgabe wird
durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ge- , * löst.
Die e"rfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem außerhalb des Reaktors Justierten Pyrometeji 1, das
in Richtung einer optischen Achse 12 ausgelichtet ist. Zur Absicherung gegen Störungen (Austritt von
Gasen) dient eine Sicherheitskammer 2, die aus einem hermetischen Gehäuse mit zwei einander gegenüberliegendeii
druckfesten Fenstern 3 und 4 aue
ßpezialglas oder C^uarz, besteht. Die beiden Fenster
3 und 4 sind parallel zur Optik des Pyrometers und senkrecht zur optischen Achse 12 angeordnet. Aufgabe
der Sicherheitskammer 2 ist es, den Durchtritt von ' Reaktionsgasen nach außen zum Pyrometer 1 zu verhindern.
Zu diesem Zweck wird über ein Leitungssystem 5» das mit einem Druckwächter 16 und Strömungswächter
verbunden ist, in der Sicherheitskammer ein höherer Druck als er im Reaktor herrscht aufrecht erhalten.
Über die Leitung 5 wird ein Inertgas, als solches eignet sich z.B. Stickstoff, aufgedrückt. Bei Bruch
eines der beiden Fenster 3 und 4 tritt in der Sicherheitskammer zwangsweise ein Druckabfall des Inertgases
aus Leitung 5, der mit einer Strömung verbunden ist,
^O ein. Hierbei wird über den Druck- und Strömungswächter,
16 und 17, die in die Leitung 5 eingebaut sind, ein entsprechender Alarm ausgelöst. Die ßicherheitskasimer
ist als komplette Einheit mit einer fieaktorwand I3
durch einen Flansch 14 bzw. über ein Absperrorgan
y mit diesem verbunden.
Sie wird im Störungsfall komplett ausgetauscht.
Unmittelbar vor das Fenster 4 der Sicherheitskammer ragt ein konisch verengtes Rohrstück, das die außenseitige,
gemeinsame Verlängerung eines inneren Rohres 9 und eines äußeren Rohres 8 darstellt. Ee lohließt
unmittelbar an die dem Reaktor zugewandte Oberfläche
des Fensters 4 der Sicherheitskammer an, ohne mit diesem fest verbunden zu sein.
Das innere Rohr 9 wird von dem äußeren Rohr 8f das
konzentrisch zu dem Innenrohr 9 angeordnet iett umgeben.
Über eine Spülleitung 6 wird Stickstoff zugeführt, dessen Aufgabe es ist, die dem Reaktorinneren zugewandte
Oberfläche des Fensters 4 frei von Strahlen absorbierenden
Belägen wie Staub oder kondensierten Flüssigkeiten zu halten. Der Stickstoff, der über die
Spülleitung 6 eingegeben wird, strömt durch den Innenraum
des Innenrohres 9 in Richtung Reaktor. Zur Aufrechterhaltung einer Temperatur, wie sie für den
störungsfreien Betrieb der Vorrichtung und zur Fernhaltung der Schlacke erforderlich ist, wird Spüldampf
über eine Leitung 7 in den Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 8 und dem Innenrohr 9 eingespeist· Ober
eine ringförmige Öffnung 10 tritt schließlich der Spüldampf in den Heßkanal ein und bewirkt, daß der
gesamte Meßkanal, der durch ein feuerfestes Hauerwerk 15 führt, von Schlacke, die aus dem Reaktor eindringen
könnte, freigehalten wird.
An den dem Reaktorinneren zugewandten Ende des Inneni'ohres
9 ißt ein temperaturbeständiges Fenster 11 derart gelagert eingebaut, daß Stickstoff aus der Leitung
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dieses Fenster umströmen kann. Fenster 11 hat die Aufgabe, Spüldampf, der durch das Innere des Mantelrohres
über die öffnung 10 in das Reaktionsinnere geleitet wird, nicht durch das Innenrohr
zum Fenster 4 der Sicherheitskammer gelangen zu lassen. Das temperaturfeste Fenster 11 des Innenrohres
muß durch den Spüldampf bzw. durch die Prozeßtemperatur eine solche Temperatur erhalten,
daß am Fenster 11 keine Kondensation von Vasserdampf stattfinden kann. Der Stickstoffstrom aus
Leitung 6 soll eine Kondensation von Wasserdampf auf der Oberfläche des Fensters 4 verhindern. Eine
Ablagerung von Kohlenstoff auf dem Fenster 11 wird dadurch vermieden, daß das Außenrohr 8 über das
Innenrohr 9 hinausgezogen wird.
Somit wird ein Eindringen von Kohlenstoffpartikeln, die sich gemäß niedrigen Temperaturen des Meßkanals
(Boudouard-Gleichgewicht) bilden können, durch stetiges Freispülen des Meßkanals mit Vaeserdampf
aus Leitung 7 über die öffnung 10 im Gemisch mit Stickstoff aus Leitung 6 wirkungsvoll unterbunden.
Zur Vermeidung unzulässiger hoher Temperaturen am Fenster 4 wird dieses über einen Kühlkanal 18 durch
einen Kühlmittelstrom gekühlt.
Als Pyrometer können handelsübliche Geräte eingesetzt
werden. Das Pyrometer ist durch eine abnehmbare Halterung mit der Sicherheitskammer verbunden.
Die Halterung erfüllt zudem die Aufgabe, das Pyrometer in Richtung der optischen Achs« zu justieren.
Zwei Aueführungsformen der erfindungegemäßen Vorrichtung
sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Der einzige Unterschied zwischen der in Abbildung "C
und der in Abbildung 2 dargestellten Ausführungeform besteht darin» daß zwischen Sicherheitskammer 2 und
Meßkanal ein Absperrorgan 19 eingesetzt ist. Diesem Absperrorgan kommt die Aufgabe zut im ßtörungsfall
geschlossen zu werden, um den kompletten Austausch einer defekten Sicherheitskammer bei laufendem Prozeß
zu ermöglichen.
Claims (7)
- Oberhaueen 13, 04.02.1981 PLD bin-eib - H 190$ -Ruhrchemie Aktiengesellschaft. OberhauaenPat entansprücheι
IJl Vorrichtung zur Messung von Temperaturen in Druckreaktoren, die bei hoben Temperaturen arbeiten, mit Hilfe eines Pyrometers, das über einen Meßkanal, der in einer Durchtrittsöffnung einer Reaktorwand eingesetzt ist, mit dem Reaktorinneren in optischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß- der Heßkanal aus zwei konzentrisch angeordneten Bohren (8) und (9) besteht,das Außenrohr (8) in Richtung Reaktor über das Innenrohr (9) hinaus verlängert ist und eine konische Verengung unittelbar hinter dem Ende i) des Innenrohree (9) aufweist,- die beiden konzentrischen Rohre (8) und (9) in Richtung Reaktoraußenraum ein gemeinsames, konisches Endstück besitzen,-^> - ein hermetisches Gehauee mit zwei einander gegenüberliegenden druckfesten und temperaturbeständigen Penstern (3) und (4) als eine Sicherheitskammer (2) sich unmittelbar an das ge-jij meinsame, konische Endstück anschließt,- 2 - β 1905ohne mit diesem verbunden zu eein und mit einer Reaktorwand (13) über einen Flansch (14) bzw. über ein Absperrorgan (19) mit dem Plansch (14) verbunden ist· - 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitskammer (2) an eine Gasleitung (5)» die niit einem Druckwächter (16) und einem Strömungswächter (17) versehen ist, angeschlossen ist und über die Gasleitung (5) ein höherer Druck als er ia Reaktor herrscht aufrecht erhaten wird.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Leitung (6)Ii? Stickstoff auf die dem Reaktor zugewandte Oberfläche des Fensters (4) geblasen wird und der Stickstoff anschließend durch das gemeinsame, konisch verengte Endstück und durch den Innenraum des Innenrohres (9) in Richtung Reaktor strömt.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr (8) und dem Innenrohr (9) beheizt wird.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Leitung (7) Wasserdampf in den Zwischenraum zwischen dem Außenrohr (8) und den Innenrohr (9) als Heiemedium eingeführt wird und über3^ eine ringförmige öffnung (10) am Ende des Innenrohree (9) in die konisch verengte Verlängerung des Außernrohres (8) tritt.— 3 —- 3 - R 1905
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Reaktor zugewandten Ende des Innenrohres (9) ein temperaturbeständiges Fenster (11) derartig ge-^ lagert eingebaut ist, daß zwischen Fenster und Rohrwand ein Ringspalt bzw. Spaltsegment© gebildet werden.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitskammer (2) über eine Zutrittsöffnung (18) mit einem Kühlmittel versorgt und das Fenster (4) gekühlt wird.
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