Gaskühler für Synthesegas

Abstract

 Der Gaskühler weist zwei vertikal in einem Druckbehälter (3) angeordnete koaxiale Gaszüge (l,2) auf, die aus mit­einander gasdicht verschweissten und von einem Kühlmittel durchströmten Wandrohren (5,5ʹ) gebildet sind und an ihrem unteren Ende gasströmungsseitig miteinander in Ver­bindung stehen. Am oberen Ende des Gaskühlers ist ein koaxial mit den Gaszügen (l,2) angebrachter Gaseintritts­stutzen (6) für den inneren Gaszug (l) vorgesehen, wo­gegen für den äusseren Gaszug (2) im Bereich des oberen Endes ein Gasaustrittsstutzen (7) angebracht ist. Die Wandrohre (5,5ʹ) sind an Verteilern (ll bzw. 2l) und an Sammlern (l2 bzw. 22) angeschlossen. Der innere Gaszug (l) ist unabhängig vom äusseren Gaszug (2) lösbar im Druck­behälter (3) befestigt. Der Gaseintrittsstutzen (6) sowie der äussere Gaszug (2) sind im Bereich des oberen Endes des Wärmeübertragers so bemessen, dass der innere Gaszug (l) zusammen mit den Verteilern (ll) und Sammlern (l2) durch sie hindurch vertikal ausbaubar ist.
Durch diese Gestaltung werden die Gaszüge für Reinigungs- ­und Reparaturarbeiten leicht zugänglich.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gaskühler für Synthesegas, mit zwei vertikal in einem Druckbehälter angeordneten koaxialen Gaszügen, die aus miteinander gasdicht ver­schweissten und von einem Medium durchströmten Wandrohren gebildet sind, mit einem an einem oberen Ende des Gasküh­lers, koaxial mit den Gaszügen angebrachten ersten Gas­durchtrittsstutzen für den inneren Gaszug und mit minde­stens einem im Bereich des oberen Endes angebrachten zwei­ten Gasdurchtrittsstutzen für den äusseren Gaszug, wobei im Bereich eines unteren Endes des Gaskühlers der innere Gaszug in das Innere des äusseren Gaszuges mündet und wo­bei jeder Gaszug mindestens einen eigenen Ein- und einen eigenen Austrittskollektor aufweist, in die die Wandrohre münden.

[0002] Aus der US-PS 4,377,l32 ist ein solcher Gaskühler bekannt, in dem der innere Gaszug am äusseren Gaszug befestigt ist und der neben wesentlichen Vorteilen thermodynamischer und strömungstechnischer Art, sowie in bezug auf Ver­schmutzung, den Nachteil einer schlechten Zugänglichkeit der Wandrohre aufweist. Das mit festen Verunreinigungen beladene Synthesegas tritt oben in den Kühler mit einer Temperatur von z.B. l500° C und einem Druck von etwa 40 bar ein und verlässt ihn beispielsweise mit ca. 700° C, so dass die Gaszüge beachtlicher Korrosion ausgesetzt sind. Infolge Verschmutzung kommen häufig erhebliche, lokale Temperaturdifferenzen und daher Wärmespannungen vor, die die Gaszüge noch zusätzlich belasten. Aus diesen Tatsachen ist die Bedeutung häufiger Inspektions- und Reinigungsarbeiten erkennbar, sowie die Tatsache, dass bei einem solchen Gaskühler mit gelegentlichen, grösseren Ueberholungsarbeiten zu rechnen ist. Besonders betroffen ist dabei der innere Gaszug, weil auf ihn die höchsten Temperaturen einwirken und das Synthesegas ihn beidseitig beaufschlagt.

[0003] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Gaskühler der obigen Gattung zu schaffen, bei dem die Gaszüge für Rei­nigungs- und Reparaturarbeiten auf einfache und kosten­günstige Weise zugänglich sind, ohne jedoch seine Her­stellkosten wesentlich zu steigern und seine Funktions­fähigkeit zu verschlechtern.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der innere Gaszug unabhängig vom äusseren Gaszug lösbar ist, dass der erste Gasdurchtrittsstutzen sowie der äussere Gaszug mit zugehörigem Kollektor im Bereich des oberen Endes des Wärmeübertragers so bemessen sind, dass der innere Gaszug samt seinen Kollektoren durch sie hin­durch vertikal verschiebbar ist, und dass in dem ersten Gasdurchtrittsstutzen mindestens ein in das Innere des inneren Gaszuges mündender, gasführender Kanal angeordnet ist. Beim Gaskühler nach der Erfindung, lässt sich der innere Gaszug unabhängig vom äusseren Gaszug auf einfache Weise aus dem Druckbehälter durch die erste Gasdurchtritts­öffnung herausziehen, wobei eine optimale Zugänglichkeit des inneren Gaszuges und der von den heissen Gasen beaufschlagten Innenseite des äusseren Gaszuges erreicht wird. Eine vollstän­dige Zugänglichkeit des äusseren Gaszuges wird nach dem An­spruch 2 dadurch erreicht, dass durch die erste Gasdurch­trittsöffnung hindurch die einzelnen Teile dieses Gaszuges herausgehoben werden. Es hat sich gezeigt, dass bei den üblichen Grössen des erfindungsgemässen Gaskühlers, der innere Gaszug und die einzelnen, den äusseren Gaszug bildenden Teile so aus­gelegt werden können, dass sie je ein Gewicht von ca. 25t auf­weisen; ein Gewicht also, das mit den bei jeder Anlage dieser Art ohnehin vorhandenen Hebezeugen mühelos zu bewältigen ist.

[0005] Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Reihenfolge, in der die Gaszüge zugänglich gemacht werden, mit dem tatsächlichen Bedürfnis übereinstimmt: der am stärksten beanspruchte und daher am häufigsten reinigungs-­und überholungsbedürftige innere Gaszug ist am leichtesten zugänglich, das Innere des äusseren Gaszuges weist den zwei­ten Rang an Zugänglichkeit auf,und die am wenigsten beanspruch­te äussere Seite des äusseren Gaszuges wie auch die innere Seite des Druckbehälters, werden zuletzt zugänglich.

[0006] Die Erfindung weist ferner den zusätzlichen Vorteil auf, dass bei Herausnahme des inneren Gaszuges aus dem Druckbehälter seine Kollektoren mitgenommen werden, so dass ev. nötige Druck- ­und Dichtheitsprüfungen auch ausserhalb des Druckbehälters stattfinden können. In der Ausführung gemäss Anspruch 3 ist dies auch in Bezug auf den äusseren Gaszug der Fall.

[0007] Das gute thermodynamische und strömungstechnische Verhalten des erfindungsgemässen Gaskühlers bleiben erhalten.

[0008] Mit Hilfe der folgenden Beschreibung wird nun anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. l einen vertikalen, schematisierten Längsschnitt durch einen Gaskühler nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. l,

Fig. 3 in grösserem Massstab als in Fig. l ein Detail aus dem linken oberen Bereich des Gaskühlers und

Fig. 4 im grösseren Massstab als in Fig. 2 ein Detail A dieser Figur.

[0009] Der Gaskühler für Synthesegas weist einen prismatischen, vertikalen inneren Gaszug l und einen ebenfalls prismati­schen, vertikalen äusseren Gaszug 2 auf, die in einem kreiszylindrischen, vertikalen Druckbehälter 3 koaxial angeordnet sind. Die Gaszüge l und 2 sind aus geraden, in Längsrichtung der Gaszüge verlaufenden, miteinander mit­tels Stegen 4 gasdicht verschweissten und wasser- bzw. dampfdurchströmten Wandrohren 5 bzw. 5ʹ gebildet. Am oberen Ende des Druckbehälters ist ein erster Gasdurch­trittsstutzen 6 koaxial mit den Gaszügen l und 2 ange­bracht. Im oberen Bereich des Druckbehälters ist ferner ein zweiter, horizontaler Gasdurchtrittsstutzen 7 vor­handen, der den Druckbehälter 3 durchstösst und in das Innere äusseren Gaszuges mündet. Der innere Gaszug l mündet an seinem unteren Ende in das Innere des äusseren Gaszuges 2. Der innere Gaszug l und der äussere Gaszug 2 weisen je einen regelmässigen, achteckigen, durch acht Wande be­grenzten Querschnitt auf und sind gegeneinander um 22,5° ver­dreht angeordnet, damit im Zwischenraum zwischen den beiden Gaszügen l und 2 für Inspektionszwecke die grösstmöglichste Querschnittsfläche verfügbar ist. Die Wandrohre 5, jeweils einer Wand des inneren Gaszuges l münden unten in einen inneren Ver­teiler (Eintrittskollektor) ll, der über eine horizontale den Druckbehalter 3 und den äusseren Gaszug 2 durchstossende erste Wasserleitung l3 mit Wasser gespiesen wird. An ihrem oberen Ende weisen die Wandrohre 5 des inneren Gaszuges l je eine sich nach innen radial erstreckende, Ver­formungen aufnehmende C-förmige Biegung auf und münden in acht innere Sammler (Austrittskollektoren) l2; einer für jede Wand. Jeder Sammler l2 ist über eine den Druckbehälter 3 durchstossende, erste Dampfleitung l4 mit einem nicht ge­zeigten Dampfverbraucher verbunden. Im Bereich ihres un­teren Endes bilden die Wandrohre 5ʹ des äusseren Gaszuges 2 einen Trichter, den sie unten radial, entlang einer hori­zontalen Ebene, verlassen, und münden in acht, einer für jede Wand, äussere Verteiler (Eintrittskollektoren) 2l.

[0010] Infolge dieser Formgebung können Verformungen auf günstige Wei­se aufgenommen werden. Jeder äussere Verteiler 2l wird über eine horizontale, den Druckbehälter durchstossende, zweite Wasserleitung 23 mit Wasser gespiesen. An ihren oberen Enden, münden die Wandrohre 5ʹ des äusseren Gaszuges 2 in acht, ebenfalls einer je Wand, Sammler (Austrittskollektoren) 22, von denen jeder über eine den Druckbehälter 3 durchstossen­de zweite Dampfleitung 24, wie der innere Sammler l2, mit ei­nem nicht gezeigten Dampfverbraucher verbunden ist.

[0011] Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, sind der innere Gaszug l und der äussere Gaszug 2 am Druckbehälter 3 mittels Zugankern 8 bzw. 8ʹ voneinander unabhängig aufgehängt. Die Zuganker 8 des inneren Gaszuges l sind je an einem lösbaren Tragelement l5 befestigt, das mittels in Fig. 3 nicht gezeigter horizontaler Schrauben mit einem an der Wand des Druckbehälters 3 und am ersten Gasdurchtrittsstutzen 6 ange­schweissten Träger l5ʹ verbunden ist. Jeder Zuganker 8ʹ des äusseren Gaszuges 2 ist dagegen mit einem an der Wand des Druckbehälters 3 direkt angeschweissten Tragelement 25 verbun­den. Einstellmuttern l6 ermöglichen ein einfaches Einstellen der Zuganker 8,8ʹ an den Tragelementen l5 bzw. 25.

[0012] In Fig. l und 2 ist die grösste horizontale Ausdehnung des inneren Gaszuges l mit d₁ bezeichnet Beim äusseren Gaszug 2 ist die kleinste, im Innern seines oberen Bereiches messbare horizon­tale Ausdehnung der Abstand zwischen zwei parallelen Sammlern 22 und ist in Fig. l mit d₂ bezeichnet. In Fig. l ist noch der innere Durchmesser des ersten Gasdurchtrittsstutzens 6 mit d₃ bezeichnet. Sowohl d₂ als auch d₃ sind grösser als d₁ gewählt, so dass der innere Gaszug l mittels eines in Fig. l nur symbolisch gezeigten Hebezeugs l8 ohne weiteres aus dem Gas­kühler herausgehoben werden kann.

[0013] Ein Vergasungsreaktor 30 ist mittels einer Flansch verbindung mit dem ersten Gasdurch­trittsstutzen 6 lösbar verbunden. Das Innere des Vergasungs­reaktors 30 steht über einen zum ersten Gasdurchtrittsstutzen 6 koaxial angeordneten, gasführenden Kanal l0 mit dem Inneren des ersten Gaszuges l durchgehend in Verbindung. Der Kanal l0 hat eine hohe Wärmebeständigkeit und wärme­isolierende Wirkung und ist vorzugsweise aus einem dünnen Stahlrohr hergestellt, das mit einer dicken Isolierschicht l0ʹ ausgekleidet ist, die zum Beispiel aus einer Stampfmasse besteht.

[0014] In seinem unteren Bereich bildet der Druckbehälter 3 ein Wasserbad 40 und ist über einen Ent­schlackungsstutzen 4l mit nicht gezeigten Vorrichtungen zur Behandlung von stark verschmutzem heissem Wasser verbunden Ueber eine Wasserzufuhrleitung 42 wird Frischwasser in das Wasserbad 40 geleitet. Ein vertikales, mit den Gas­zügen l,2 koaxiales Tauchrohr 43, vorzugsweise vom äusseren Gaszug 2 getragen, erstreckt sich von diesem aus in das Wasserbad.

[0015] Die acht den äusseren Gaszug 2 bildenden, vertikalen Wän­de sind lösbar miteinander verbunden. Die äusseren Verteiler 2l sowie die äusseren Sammler 22 sind fest mit den Wandrohren 5ʹ des äusseren Gaszuges 2 verbunden. Es ist daher mit relativ wenig Aufwand möglich, den äusseren Gaszug 2 in acht einzelne Wände mit zugehörigem Sammler und Verteiler aufzuteilen, welche aus dem Innern des Druckbehälters 3 durch den Gasdurchtrittsstutzen 6 hindurch herausgehoben werden können. Da die Notwendigkeit solcher Arbeiten nur ausnahmsweise entsteht, und dann nur sel­ten für alle Wände zugleich, werden diese normalerweise mit relativ dünnen, leicht abzutragenden Schweissnähten l7 (Fig. 4) miteinander verschweisst. Es sind auch Schraubenverbindungen möglich, anstelle der Schweissnähte l7.

[0016] Der Gaskühler funktioniert wie folgt:

[0017] Aus dem Vergasungsreaktor 30 strömt heisses Synthesegas durch den Kanal l0 in das Innere des inneren Gaszuges l. Dieser wird somit von oben nach unten durchströmt, wobei Wärme aus dem Synthesegas auf die Wandrohre 5 strahlt. Im unteren Bereich des Trichters wird das Synthesegas in das Innere des zweiten Gaszuges 2 umgelenkt und strömt jetzt von unten nach oben zwischen dem inneren Gas­zug l und dem äusseren Gaszug 2, dabei an die Wandrohre 5 des inneren Gaszuges l und auch an die Wandrohre 5ʹ des äusseren Gaszuges 2 abstrahlend. Eine wesentliche Menge der vom Synthesegas mitgeführten Verunreinigungen setzt sich während der beschriebenen Strömung ab, zum Teil auf dem Wasserbad 40, und zum Teil zuerst auf den Oberflächen der Gaszüge l und 2, von wo aus sie in das Bad 40 hinein flies­sen.

[0018] Speisewasser strömt durch die erste und zweite Wasserleitung l3 bzw. 23 in die Verteiler ll bzw. 2l und von dort, vorzugsweise in Naturumlauf, durch die vertikalen Wandrohre 5 bzw. 5ʹ, bis es in Dampfform die Sammler l2 bzw. 22 er­reicht.Der Dampf gelangt über die erste und zweite Dampflei­tung l4 bzw. 24 zu Verbrauchern.

[0019] Das gekühlte Synthesegas verlässt den Gaskühler über den zweiten Gasdurchtrittsstutzen 7. Der oberhalb des Stutzens 7 befindliche Bereich zwischen dem inneren Gaszug l und dem äusseren Gaszug 2 sowie den Druckbehälter 3 sind mit stag­nierendem Synthesegas gefüllt, wobei durch die Aussenwand des äusseren Gaszuges 2 hindurch etwas Wärme aus diesem abgeführt wird. Auf diese Weise entsteht innerhalb des Druckbehälters 3 ein gewisser Druckausgleich zwischen der Innen- und Aussenseite eines jeden Gaszuges, so dass diese für relativ geringe Druckdifferenzen ausgelegt werden können und lediglich der Druckbehälter 3 vom hohen Innendruck beansprucht wird.

[0020] Aus der beschriebenen Arbeitsweise des erfindungsgemässen Gas­kühlers und der Wärmeisolation des Kanals l0 ergibt sich, dass die ganze Aufhängung der Gaszüge l und 2, insbesondere die Zuganker 8 und 8ʹ, in einer relativ kühlen Zone des Gaskühlers angeordnet ist.

[0021] Für Reinigungs- und Reparaturarbeiten werden der Vergasungsreaktor 30 und der Kanal l0 entfernt und damit der Weg zum Herausheben des inneren Gaszuges l freigelegt. Dieser wird dann am Hebezeug l8 aufge­hängt, wonach die lösbaren Tragelemente l5 abmontiert und die Verbindungen zu den Wasserleitungen l3 (Flansch l3ʹ) und zu den Dampfleitungen l4 (Flansch l4ʹ) gelöst werden. Der innere Gaszug l kann nun aus dem Gaskühler durch den ersten Gasdurchtrittsstutzen 6 hindurch herausgehoben und zu einem Arbeitsplatz transportiert werden. Sowohl der Gaszug l als auch das Innere des zweiten Gaszuges sind nun gut zu­gänglich. Dadurch dass die Verteiler ll und die Sammler l2 mit dem inneren Gaszug l zusammen transportiert werden, kann der Gaszug l vor dem Wiedereinbau auf Druck und Dichtheit getestet werden.

[0022] Erweist es sich als notwendig, den äusseren Gaszug 2,einen Teil davon oder auch die Innenseite des Druckbehälters 3 besser zugänglich zu machen, so kann der äussere Gaszug 2 ganz oder teilweise - nach Abschmirgeln der Schweissnähte l7 zwischen seinen Wänden - in einzelne Wände zerlegt werden, die dann mit Hilfe des Hebezeuges l8 aus dem Druckbehälter 3 herausgeho­ben und zu einem Arbeitsplatz transportiert werden. Die mitgeführten Ver­teiler 2l und Sammler 22 können dann dazu verwendet wer­den, etwaige Druck- und Dichtheitstests vor dem Wieder­einbau durchzuführen.

[0023] Die beschriebene Ausführungform des Gas­kühlers wird in der Praxis wegen ihrer charakteristischen Gasführung bevorzugt, weil dadurch sich vorteilhafte Bedingun­gen für das Abscheiden der vom Gas mitgeführten Verunreini­gungen ergeben.

[0024] Es ist möglich, auf die lösbaren Tragelemente l5 zu verzichten und den Zuganker 8 des inneren Gaszuges l, quer zu deren Längs­achse angeordnet, an mit dem Druckbehälter 3 fest verbundenen Tragelementen zu befestigen. Durch die vertikalen Zuganker 8 des in­neren Gaszuges l ergeben sich jedoch nicht nur erheblich kleinere mechanische Beanspruchungen innerhalb des Gaskühlers, sondern auch eine problemlose Zentrierung des inneren Gaszuges l, die sein Ein- und Ausbauen wesentlich vereinfacht. Die Wasserleitungen l3,23 und die Dampfleitungen l4,24 sind so ausgelegt, dass sie eventuelle Pendelungsten­denzen der Gaszüge l und 2 verhindern bzw. hemmen.

[0025] Die zur Aufnahme von Verformungen radial in Richtung auf das Innere des Gaszuges gebogenen Wandrohre 5,5ʹ erfüllen eine wichtige Funktion, da relativ grosse Verformungen - infolge zum Beispiel von Wärmedehnungen und/oder Erdbeben - auftreten können, welche bei ungenügender Elastizität der Gaszüge l,2 grosse Schäden verursachen würden. Insbesondere werden dadurch Schläge während Ueberholungs- bzw. Montagearbeiten besser auf­genommen.

[0026] Falls der Gaskühler für relativ hohe Austrittstemperaturen aus dem zweiten Gasdurchtrittsstutzen ausgelegt ist, kann es von Vorteil sein, das obere Ende des Zwischenraumes zwischen dem inneren Gaszug l und dem äusseren Gaszug 2 mit einem lösbaren Deckel zu schliessen und den Druckausgleich mit dem Innern des Druck­behälters 3 auf andere Wege zu verwirklichen, zum Beispiel, durch Verbinden des Inneren des Druckbehälters 3 mit dem kühlen Teil eines nachgeschalteten zweiten Gaskühlers und - entlang einer Kühlstrecke - mit dem Synthesegaseintritt, wobei im Nor­malbetrieb ein Drosselorgan die Verbindung mit dem zweiten Gas­kühler unterbricht.

[0027] Im gleichen Ausführungsbeispiel könnten auch die lösbaren Trag­elemente l5 am inneren Gaszug l lösbar und dafür der Zuganker 8 direkt an dem mit dem Druckbehälter 3 fest verbundenen Trä­ger l5ʹ befestigt sein.

Ansprüche

1. Gaskühler für Synthesegas, mit zwei vertikal in einem Druck­behälter angeordneten koaxialen Gaszügen, die aus miteinander gas­dicht verschweissten und von einem Medium durchströmten Wand­rohren gebildet sind, mit einem an einem oberen Ende des Gas­kühlers, koaxial mit den Gaszügen angebrachten ersten Gas­durchtrittsstutzen für den inneren Gaszug und mit mindestens einem im Bereich des oberen Endes angebrachten zweiten Gas­durchtrittsstutzen für den äusseren Gaszug, wobei im Bereich eines unteren Endes des Gaskühlers der innere Gaszug in das Innere des äusseren Gaszuges mündet und wobei jeder Gaszug mindestens einen eigenen Ein- und einen eigenen Austritts­kollektor aufweist, in die die Wandrohre münden, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Gaszug unabhängig vom äusseren Gaszug lösbar ist, dass der erste Gasdurchtrittsstutzen sowie der äussere Gaszug mit zugehörigem Kollektor im Be­reich des oberen Endes des Wärmeübertragers so bemessen sind, dass der innere Gaszug samt seinen Kollektoren durch sie hindurch vertikal verschiebbar ist, und dass in dem ersten Gas­durchtrittsstutzen mindestens ein in das Innere des inneren Gas­zuges mündender, gasführender Kanal angeordnet ist.

2. Gaskühler nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Gaszug aus mindestens drei miteinander lösbar ver­bundenen Teilen besteht, die einzeln durch den ersten Gasdurchtrittsstutzen hindurch verschiebbar sind.

3. Gaskühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass je­des der den äusseren Gaszug bildenden Teile die zugehörigen Ein- und Austrittskollektoren aufweist.

4. Gaskühler nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass mindestens der innere Gaszug mittels mindes­tens einem Zugelement aufgehängt ist, das an einem lösbaren Tragelement befestigt ist.

5. Gaskühler nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Druckbehälter zylindrisch ist und seine Längsachse mit der Achse der Gaszüge zusammenfällt.

6. Gaskühler nach einem der Ansprüche l bis 5, wobei die Wand­rohre gerade sind und in Längsrichtung der Gaszüge angeord­net sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe mindes­tens eines der Kollektoren, zur Aufnahme von Verformungen die Wandrohre radial in Richtung auf das Innere des Gas­zuges zu gebogen sind.

Zeichnung