DE3901601A1 - Verfahren und vorrichtung zum kuehlen von partialoxidationsgas - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum kuehlen von partialoxidationsgasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Kühlen von Partialoxidationsgas, das insbesondere durch
Partialoxidation von ballastreicher Kohle und/oder sonsti
gen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorgani
schen Begleitstoffen bei hohen Temperaturen in einem Reak
tor gewonnen wird, wobei zur Verfestigung der im Partial
oxidationsgas mitgeführten anorganischen Begleitstoffe in
Strömungsrichtung des Gases ein Kühlfluid in das Partial
oxidationsgas eingeführt wird.
Bei der Partialoxidation von Kohle und/oder sonstigen Koh
lenstoffträgern bei Temperaturen oberhalb des Schlacke
schmelzpunktes führt das das Reaktionsgefäß mit einer Tem
peratur zwischen 1900 und 170°C verlassende Partial
oxidationsgas schmelzflüssige bzw. klebrige Teilchen mit
sich. Vor der Weiterbehandlung des Gases muß deshalb da
für gesorgt werden, daß diese Begleitstoffe den nachge
schalteten Verarbeitungsprozeß nicht durch Ablagerungen
an den Wänden der verwendeten Apparaturen, an den Wärme
austauscherflächen und/oder in den Rohren beeinträchtigen.
In Verfolgung dieses Zieles ist es bereits angestrebt wor
den, innerhalb einer dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten
Kühlzone, die einen gegenüber dem des Reaktionsgefäßes
reduzierten Querschnitt aufweist, ein Kühlfluid in den
heißen Partialoxidationsgasstrom möglichst so einzumi
schen, daß das Partialoxidationsgas und die mitgeführten
Begleitstoffe abgekühlt werden, ohne daß innerhalb der
Kühlzone noch nicht verfestigte, das heißt noch klebefäh
ige Teilchen an die Wandung der Kühlzone gelangen und
dort zu Ablagerungen führen.
So ist zum Beispiel aus der DE-AS 35 24 802 ein Verfahren
zum Kühlen eines heißen, klebrige Teilchen enthaltenden
Produktgases bekannt, bei dem in das Produktgas in der
Kühlzone ein ringförmiger Strahl eines Kühlfluids einge
spritzt 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 sonsti
gen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorga
nischen Begleitstoffen an der Übergangsstelle auf einen
reduzierten Strömungsquerschnitt Ablagerungen durch ange
strömte klebefähige Teilchen auftraten, die durch Maßnah
men 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 Re
aktors unmittelbar vor dem Eintritt in die Kühlzone zu
sätzlich 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 Kühl
zone 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 Kühl
zone handeln, die dem Reaktor unmittelbar nachgeschaltet
ist. Hierbei wird dann die gesamte Menge des Kühlfluids
noch innerhalb des Reaktors vor dem Eintritt in die Kühl
zone 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 Strah
lungskessels, angesetzt ist , der im wesentlichen den
gleichen Querschnitt wie der Reaktor aufweist. Die Ein
schnürung des Gasweges liegt dann erst hinter diesem Gas
kanal bzw. dem Strahlungskessel, z.B. in Form einer erst
dort vorgesehenen Kühlzone oder auch einer anderen Weiter
behandlungsvorrichtung für das Partialoxidationsgas.
Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Maßnah
me die Gefahr von Ablagerungen wirkungsvoll beseitigt
werden kann.
Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zur Durchfüh
rung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vor, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reaktor oder ein
diesem nachgeschalteter Gaskanal mit im wesentlichen glei
chen Querschnitt in einen düsenförmigen Mischrohrquer
schnitt 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 Ge
schwindigkeit hätte, mit der das Partialoxidationsgas in
den Düsenbereich eintritt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Gleich
förmigkeit des im Bereich der Einschnürung des Gasweges
in das Partialoxidationsgas einströmenden ringförmigen
Kühlfluidstromes dadurch gewährleistet sein, daß der
Kühlfluidstrom durch Einzelbohrungen in der dem Einström
querschnitt vorgeschalteten Ringleitung in einzelne
Strahlen aufgeteilt ist.
Schließlich ist noch vorgesehen, daß der düsenförmige
Übergang mit einer Feuerfestauskleidung versehen ist,
die schlackeabweisende Eigenschaften besitzt, beispiels
weise eine Graphitmasse.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veran
schaulicht.
An den zylindrischen Reaktor 1 schließt sich ein düsen
förmiger 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 Anfangseintrittsgeschwin
digkeit W = 0 an der Stelle ergibt, an der die Düsen
strömung die Geschwindigkeit hätte, mit der das Partial
oxidationsgas in den Düsenbereich eintritt.
Am Austritt des zylindrischen Reaktors 1 wird der Kühl
fluidstrom über einen Ringspalt 3 zugeführt, an den die
Ringleitung 4 angeschlossen ist, die über die Rohrlei
tung 5 mit Kühlfluid versorgt wird. Die gleichmäßige Ver
teilung des Kühlfluidstromes über den Ringspalt 3 wird
dadurch erreicht, daß die Ringleitung 4 mit Einzelboh
rungen 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 ein
zelnen Freistrahlen bis dort überdecken und so einen ge
schlossenen Ringstrom unter vollständiger Ausfüllung
des Ringspaltes ausbilden und sich somit nicht die Ge
fahr einer Rezirkulation des Partialoxidationsgases mit
der Möglichkeit von Ablagerungen innerhalb des Ringspal
tes 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 Aus
führungen mit 1 nicht der Reaktor, sondern ein daran an
gesetzter Gaskanal, beispielsweise ein Strahlungskessel,
bezeichnet ist.
Claims (4)
1. Verfahren zum Kühlen von Partialoxidationsgas, das
insbesondere durch Partialoxidation von ballast
reicher Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträgern
mit einem hohen Anteil an anorganischen Begleitstof
fen bei hohen Temperaturen in einem Reaktor gewonnen
wird, wobei zur Verfestigung der im Partialoxidati
onsgas mitgeführten anorganischen Begleitstoffe in
Strömungsrichtung des Gases ein Kühlfluid in das
Partialoxidationsgas eingeführt wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß die gesamte Menge des Kühlfluids
in Strömungsrichtung vor einer Einschnürung des Gas
weges 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 dü
senförmigen Mischrohrquerschnitt (2) übergeht und
die Düse so ausgebildet ist, daß die Eintrittsnei
gung 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 Partialoxidati
ongsgas in den Düsenbereich eintritt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleichförmigkeit des im Bereich der Ein
schnürung 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 Strah
len aufgeteilt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der düsenförmige Übergang (2) mit ei
ner Feuerfestauskleidung (8) versehen ist, die
schlackeabweisende Eigenschaften besitzt, beispiels
weise eine Graphitmasse.
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