Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines heissen Produktgases, das klebrige bzw. schmelzflüssige Partikel enthält

Beschreibung

[0001] Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines heißen Produktgases, das klebrige bzw. schmelzflüssige Partikel enthält.

[0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines heißen Produktgases, das klebrige bzw. schmelzflüssige Partikel enthält, die beim Abkühlen ihre Klebrigkeitverlieren, wobei in das heiße Produktgas in einer Kühlzone mit kreisförmigem Querschnitt ein ringförmiger Strahl eines Kühlfluids eingedüst wird, der aus einer Vielzahl separater Kühlfliudstrahelen mit unterschiedlicher Eindringteife zusammengesetzt ist.

[0003] Bei der Kühlung von heißen Produktgasen, die klebrige bzw. schmelzflüssige Partikel enthalten, die ihre Klebrigkeit verlieren, wenn sie eine bestimmte Erstarrungstemperatur unterschritten haben, besteht stets die Gefahr, daß diese Partikel infolge Anbackung zu Ablagerungen an den Wänden der verwendeten Apparaturen oder sonstigen Anlageteilen führen. Das zwangsläufige Wachsen dieser Ablagerungen führt dabei im Laufe der Zeit dazu, daß der Gasweg in den verwendeten Apparaturen allmählich verlegt und damit die gesamte Anlage funktionsunfähig wird. Ein ausgeprägtes Beispiel für ein derartiges, klebrige bzw. schmelzflüssige Bestandteile enthaltendes Produktgas ist das Partialoxidationsgas, das bei der Partialoxidation von Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträgern bei Temperaturen oberhalb des Schlackenschmelzpunktes gewonnen wird. Hierbei führt das den Vergaser mit einer Temperatur von 12₀₀ bis 17oo°C verlassende Partialoxidationsgas klebrige bzw. schmelzflüssige Schlacketeilchen und/odersonstige teerige Bestandteile mit sich, die zu den vorstehend beschriebenen Ablagerungen führen. Bei der Kühlung und Weiterbehandlung derartiger Gase muß deshalb durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgtwerden, daß diese Begleitstoffe den Kühl- sowie den nachgeschalteten Verarbeitungsprozeß nicht durch Ablagerungen an den Wänden der verwendeten Apparaturen, an den Wärmeaustauscherflächen und/oder in den Rohren beeinträchtigen.

[0004] Zur Kühlung heißer Produktgase ist es prinzipiell bekannt, in den heißen Produktgasstrom einen ringförmigen Strahl eines Kühlfluids in Strömungsrichtung des Gases einzuspritzen oder einzudüsen. Eine solche Einführung führt zwangsläufig zu einer kegelstumpfförmigen Ausbildung des ringförmigen Strahls, der dann einen konvergenten Primärteil und einen divergenten Sekundärteil aufweist, wenn er sich der Produktgasströmung überlagert. Beispiele für die praktische Anwendung dieses Kühlprinzips, bei dem das Kühlfluid über einen ringförmigen Spalt in den heißen Produktgasstrom eingeleitet wird, sind bereits seit langem bekannt. So wird dieses Verfahren beispielsweise beim sogenannten Wälzgasverfahren angewandt, bei dem dem heißen Verbrennungsgas zwecks Temperatureinstellung sogenanntes Rückgas zugemischt wird. (Ullmann, Bd. 1, 1951, Seite 182, Abbildung 332). Nach dem gleichen Prinzip arbeiten auch Toroidlufterhitzer, bei denen dem heissen Verbrennungsgas in einer Mischkammer Kalfluft beigemischt wird. In neuerer Zeit ist schließlich in der DE-A-35 24 802 vorgeschlagen worden, dieses Kühlprinzip auch zur Kühlung von heißen Produktgasen, die klebrige bzw. schmelzflüssige Partikel enthalten, insbesondere zur Kühlung von Partialoxidationsgas, anzuwenden. Hierbei soll durch die Einleitung eines Kühlfluids über einen ringförmigen Spalt die Wandberührung der Partikel vermieden und damit die Gefahr von Ablagerungen ausgeschaltet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich dieses Ziel auf diese Weise nicht im befriedigenden Umfange erreichen läßt. Die sich an den Rändern des kegelstumpfförmigen Kühlfluidringstrahles ausbildende Rezirkulationsströmung hält die klebrigen Partikel nicht von der Wand fern, sondern führt sie im Gegenteil an die Wand heran.

[0005] Aus der DE-A-25 26 922 ist ferner ein Verfahren der gattungsgemäßen Art bekannt, bei dem der ringförmige Strahl des Kühlfluids aus einer Vielzahl separater Kühlfluidstrahlen mit unterschiedlicher Eindringtiefe zusammengesetzt ist. Die Eindüsung des Kühlfluids erfolgt hierbei radial über in derWand der Kühlvorrichtung befindliche Öffnungen, die an eine Ringleitung angeschlossen sind. Die Eindringtiefe der austretenden Kühlfluidstrahlen kann dabei nur durch den unterschiedlichen Durchmesser der Öffnungen beeinflußt werden. Dieser soll jedoch lediglich in einem engen Bereich zwischen 1,2 : 1 und 1,5 : 1 variierbar sein.

[0006] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Wandberührung der klebrigen bzw. schmelzflüssigen Partikel während des Kühlvorganges vermieden und die Gefahr von Anbackungen bzw. Ablagerungen dadurch ausgeschaltet wird. Gleichzeitig soll eine vollständige und gleichmäßige Durchmischung von Produktgasstrom und Kühlfluid gewährleistet werden, was für eine gleichmäßige Kühlung des Produktgasstromes unerläßlich ist.

[0007] Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Masse und Eindringtiefe der unter einem Winkel in Strömungsrichtung des Produktgases eingedüsten Kühlfluidstrahlen der Masse des in den einzelnen Ringräumen der Kühlzone strömenden Produktgasstromes angepaßt ist, wobei die Eindüsgeschwindigkeiten der Kühlfluidstrahlen so gewähltwerden, daß die gewünschten Eindringtiefen erreicht werden und wobei die Zufuhr des Kühlfluids zu den einzelnen Düsengruppen über separate, mit Ventilen versehene Leitungen erfolgt.

[0008] In Abkehr von der bisher bekannten Arbeitsweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine besser einstellbare und variierbare Eindringtiefe der Kühlfluidstrahlen. Dadurch kann der ringförmige Strahl in eine Vielzahl separater Einzelstrahlen zerlegt werden, die teilweise unterschiedlich Massen, teilweise unterschiedliche Eindringtiefen und gleiche oder teilweise unterschiedliche Eindüswinkel haben. Damit kann die Kühlfluidzufuhr der Masse des in den einzelnen Ringräumen der Kühlzone strömenden Produktgesstromes angepaßt werden, was für die gleichmäßige abkühlung des Produktgasstromes erforderlich ist.

[0009] Zur Erläuterung wird hierzu auf Fig. 1 verwiesen, die in schematischer Darstellung den Ausschnitt aus der Kühlzone 2 darstellt, in dem sich der Düsenring 4 für eine Einspritzung der separaten Kühlfluidstrahlen befindet. Der Durchmesser D der Kühlzone 2 ist hierbei beispielsweise in vier Teile geteilt. Die Durchmesser 4 D, 2 D,3 4 D und D begrenzen deshalb in der Kühlzone Ringräume mit unterschiedlichen Grundflächen, was in der Abbildung durch eine unterschiedliche Schraffierung zum Ausdruck gebracht wird. Der prozentuale Anteil der Grundflächen dieser Ringraüme an der Gesamtfläche der Kühlzone beträgt hierbei von innen nach außen 6,25 %, 18,75 %, 31,25 % und 43,75 %. Bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit des Produktgases über den Querschnitt der Kühlzone gelten diese prozentualen Anteile auch für die Aufteilung der Gesamtmasse des Produktgases auf die verschiedenen Ringräume der Kühlzone. Entsprechend diesen unterschiedlichen Produktgasmassen werden deshalb in die einzelnen Ringräume der Kühlzone unterschiedliche Kühlfluidmassen m1, m₂, m₃, m₄, mit unterschiedlichen Eindringtiefen e₁ , e2, e3, e₄ eingedüst. Die Eindüswinkel α können aus betrieblichen Gründen gleich oder untereinander verschieden sein. Die Eindüsgeschwindigkeiten des Kühlfluids werden so gewählt, daß die gewünschten Eindringtiefen erreicht werden. Vorzugsweise werden die Eindüsgeschwindigkeiten dabei gleichzeitig so gewählt, daß bei Erreichen der gewünschten Eindringtiefe die Vertikalkomponente der Strahlenmittengeschwindigkeit in Strömungsrichtung gleich der Geschwindigkeit der Gesamtströmung ist.

[0010] Wie bereits aus den weiter oben getroffenen Feststellungen hervorgeht, stellt die Kühlung von 12oo bis 17oo°C heißem Partialoxidationsgas ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Andere Produktgase, fürdie sich der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders anbietet, sind solche Gase, die als klebrige bzw. schmelzflüssige Partikel beispielsweise Metalle, Salze oder Aschen enthalten. Als Kühlfluid kann vorzugsweise ein Teilstrom des kalten, gereinigten Produktgases verwendet werden. Es können hierfür aber auch andere Medien, wie Z.B. Dampf oder gegebenenfalls vorerhitztes Wasser, zur Anwendung gelangen.

[0011] Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einer zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeigneten Vorrichtung ergeben sich aus den vor liegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Abbildungen erläutert werden. Diese Abbildungen zeigen:

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Düsenring mit zwei hintereinanderliegenden Kammern, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Kühlfluidzugabe oberhalb des Düsenringes.

[0012] Die Abbildung in Fig. 2 zeigt den Oberteil des Reaktors 1, der der Erzeugung des zu kühlenden Produktgases dient, sowie die sich unmittelbar daran anschliessende Kühlzone 2. Sofern das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung von Partialoxidationsgas verwendet werden soll, handelt es sich bei dem Reaktor 1 um einen Vergasungsreaktor mit den an sich bekannten Merkmalen. Da die Erzeugung des jeweiligen Produktgases nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, braucht hier auf die konstruktiven Einzelheiten des Reaktors 1 nicht näher eingegangen zu werden. Die Kühlzone 2 weist, wie bereits gesagt wurde, einen kreisförmigen Querschnitt auf. Das erzeugte Produktgas strömt in Richtung des Pfeiles 3 von unten nach oben aus dem Reaktor 1 in die Kühlzone 2. Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wird das Kühlfluid in drei Stufen mit unterschiedlicher Zielsetzung und unterschiedlicher Wirkung aufgegeben. Die eigentliche Kühlung des Produktgasstromes erfolgt durch die Kühlfluidstrahlen, die über den Düsenring 4 in das Gas eingedüst werden. Auf die spezifischen Bedingungen dieser Kühlfluidzugabe ist bereits weiter oben eingegangen worden. Die unterschiedlichen Eindringtiefen der einzelnen Kühlfluidstrahlen, die durch die Pfeile 5 markiert werden, erreicht man durch unterschiedliche Eindüsgeschwindigkeiten. Diese werden wiederum durch unterschiedliche Vordrücke in den Kammern 6a, 6b und 6c, in die der Düsenring 4 in diesem Falle unterteilt ist, sowie durch unterschiedliche Düsendurchmesser erzielt. Selbstverständlich weist der Düsenring 4 eine der Zahl der benötigten Kühlfluidstrahlen entsprechende Anzahl von Düsen auf, was in der Abbildung nicht näher dargestellt ist. Die Düsen sind hierbei über den gesamten Umfang des Düsenringes 4 gleichmäßig verteilt. Die unterschiedlichen Kühlfluidmassen erhält man dabei durch die unterschiedliche Anzahl von Düsen mit gleichem Durchmesser. Wie durch die Lage der Pfeile 5 angedeutet wird, können die einzelnen Kühlfluidstrahlen dabei einen unterschiedlichen Eindüswinkel aufweisen. Dieser Eindüswinkel α kann im Bereich zwischen 0° und 90° liegen. Die entsprechenden Eindüswinkel werden durch entsprechende Neigung der Düsen am Düsenring 4 erzielt. Die Eindüsgeschwindigkeiten des Kühlfluids am Düsenring 4 liegen dabei zwischen 1 m/s und 1oo m/s. Die einzelnen Düsen sind jeweils über die Kammern 6a, 6b und 6c mit den Leitungen 7 verbunden, durch die die Zufuhr des erforderlichen Kühlfluids erfolgt, wobei der erforderliche Druck über die Ventile 8 eingestellt werden kann.

[0013] Aus Gründen der Betriebsflexibilität kann es vorteilhaft sein, wenn der Druck des Kühlfluids in den Kammers 6a, 6b und 6c in Abhängigkeit von der Gastemperatur in der Kühlzone 2 gesteuert wird. Hierbei wird die durch das Temperaturmeßgerät 22 ermittelte Gastemperatur über die Impulsleitung 21 als Steuergröße für den Stellantrieb 23 des Ventiles 8 benutzt, so daß dieses Ventil in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur geöffnet oder geschlossen werden kann. Diese Art der Regelung ist insbesondere dann angebracht, wenn das Produktgas im Teillastbetrieb nur in geringerer Menge als normal anfällt und deshalb der Kühlvorgang nur mit einer reduzierten Kühlfluidmenge betrieben wird. Dies kann dabei soweit gehen, daß die Kühlfluidzufuhr zu einzelnen Düsengruppen ganz unterbrochen wird. Aus zeichentechnischen Gründen ist die vorstehend beschriebene Regelung nur für die Kammer 6a des Düsenringes 4 eingezeichnet worden. Selbstverständlich kann diese Regelung aber auch für die anderen Kammern angewandt werden.

[0014] Um den Übergangsbereich 9 vom Oberteil des Reaktors 1 zur Kühlzone 2 unterhalb des Düsenrings 4 frei von Anbackungen zu halten, wird über den ringförmigen Spalt 1o ein weiterer Kühlfluidstrom in Richtung der Pfeile 11 wandparallel in die Vorrichtung eingeführt. Dieser Kühlfluidstrom soll durch Verdrängung die Partikel von der Reaktorwand fernhalten. Um eine ungestörte Grenzschicht dieses Kühlfluidstromes zu erreichen und um Partikelbahnen zu erhalten, die konturparallel zur Wand des Reaktors 1 verlaufen, wird der Übergangsbereich 9 so ausgebildet, daß seine Neigungsänderung stetig nach einer Exponentialfunktion in den zylindrischen Teil der Kühlzone 2 übergeht. Die Geschwindigkeit des Kühlfluidstrahles, der über den ringförmigen Spalt 1o eingedüst wird, liegt hierbei im Bereich zwischen o,1 m/s und 5o m/s. Der ringförmige Spalt 1o wird vorzugsweise dadurch ausgebildet, daß die Wand 12 im Oberteil des Reaktors 1 versetzt ausgebildet ist, wie das aus der Abbildung zu ersehen ist. Über die Leitung 13 ist der ringförmige Spalt 1o mit der Ringleitung 14 verbunden, die über die Leitung 15 mit dem erforderlichen Kühlfluid beaufschlagt wird.

[0015] Ein weiterer Kühlfluidstrom wird außerdem oberhalb des Düsenringes 4 über den ringförmigen Spalt 16 in die Kühlzone 2 eingespritzt. Dieser Kühlfluidstrom, der durch die Pfeile 17 markiert wird, soll Wirbel und Rückströmungen, die möglicherweise durch die Eindüsung des Kühlfluids über den Düsenring 4 an der Wandung der Kühlzone 2 erzeugt werden, vermeiden bzw. unterdrücken. Dazu wird der Winkel β entsprechend klein, nämlich im Bereich zwischen 0° und 45° gewählt, damit dieser Kühlfluidstrom selbst keine Rückströmung an der Wandung der Kühlzone 2 bewirkt. Die Geschwindigkeit des Kühlfluidstromes liegt hierbei im Bereich zwischen 1 m/s und 5o m/s. Der ringförmige Spalt 16 ist wiederum über die Leitung 18 mit der Ringleitung 19 verbunden, die über die Leitung 2o mit dem erforderlichen Kühlfluid versorgt wird.

[0016] Wie bereits weiter oben festgestellt wurde, handelt es sich bei Fig. 2 nur um eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der spezielle konstruktive Ausgestaltungen nicht zu entnehmen sind. So können beispielsweise die Wandungen des Reaktors 1 und/oder der Kühlzone 2 als von einem Kühlmedium durchflossene Rohrwandungen ausgebildet sein, die auf ihrer Innenseite mit einer feuerfesten Auskleidung versehen sind. Ebenso kann der Spalt 16 aus fertigungstechnischen Gründen eine andere Ausgestaltung erfahren, worauf noch weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 4 eingegangen werden wird.

[0017] Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Düsenringes 4. Im Gegensatz zur Ausführungsform in Fig. 2 weist der Düsenring in diesem Falle zwei hintereinanderliegende Kammern 6a und 6b auf. Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Düsenreihen der einzelnen Kammern 6a, 6b und 6c übereinander liegen, befinden sich bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform alle Düsen in einer Ebene. Die der hinteren Kammer 6a zugeordneten Düsen 24 sind dabei jeweils über die Leitungsstücke 25 mit dieser Kammer verbunden, während die der vorderen Kammer 6b zugeordneten Düsen 26 unmittelbar in die Kammerwand eingelassen sind. Selbstverständlich können die Düsen 24 und 26 dabei unterschiedliche Durchmesser und/oder Neigungswinkel aufweisen. In der Regel werden hierbei die einer Düsenkammer zugeordneten Düsen jeweils gleich sein.

[0018] Fig. 4 zeigt schließlich einen Längsschnitt durch eine spezielle Ausführungsform für die Kühlfluidzugabe oberhalb des Düsenringes 4. Während bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung das Kühlfluid über den ringförmigen Spalt 16 in die Kühlzone 2 eingespritzt wird, kann es aus fertigungstechnischen Gründen angebracht sein, hierfür ebenfalls einen Düsenring 27 zu verwernden. Auf den Düsenring 27 ist dabei der oben offene Leitring 29 aufgesetzt, durch den die aus den Düsen 28 austretenden Kühlfluidstrahlen strömungstechnisch vergleichmäßigt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Kühlen eines heißen Produktgases, das klebrige bzw. schmelzflüssige Partikel enthält, die beim Abkühlen ihre Klebrigkeit verlieren, wobei in das heiße Produktgas in einer Kühlzone mit kreisförmigem Querschnitt ein ringförmiger Strahl eines Kühlfluids eingedüst wird, der aus einer Vielzahl separater Kühlfluidstrahlen mit unterschiedlicher Eindringtiefe zusammengsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse und Eindringtiefe der unter einem Winkel in Strömungsrichtung des Produktgases eingedüsten Kühlfluidstrahlen der Masse des in den einzelnen Ringräumen der Kühlzone strömenden Produktgasstromes angepaßt ist, wobei die Eindüsgeschwindigkeiten der Kühlfluidstrahlen so gewählt werden, daß die gewünschten Eindringtiefen erreicht werden und wobei die Zufuhr des Kühlfluids zu den einzelnen Düsengruppen über separate, mit Ventilen versehene Leitungen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsgeschwindigkeiten der Kühlfluidstrahlen gleichzeitig so gewählt werden, daß bei Erreichen der gewünschten Eindringtiefe die Vertikalkomponente der Strahlenmittengeschwindigkeit in Strömungsrichtung gleich der Geschwindigkeit der Gesamtströmung ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfluidstrahlen über einen Düsenring mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s bis 100 m/s und unter einem Eindüswinkel α von 0° bis 90° in das Produktgas eingedüst werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Kühlfluids im Düsenring in Abhängigkeit von der Gastemperatur in der Kühlzone gesteuert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich unterhalb und oberhalb des Düsenringes je ein weiterer Kühlfluidstrom in das Produktgas eingedüst wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfluidstrom unterhalb des Düsenringes mit einer Geschwindigkeit von o,1 m/s bis 5o m/s so in den Produktgasstrom eingedüst wird, daß seine Strömung konturparallel zur Reaktorwandung in diesem Bereich verläuft.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfluidstrom oberhalb des Düsenringes mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s bis 5o m/s und unter einem Winkel β von 0° bis 45° in den Produktgasstrom eingedüst wird.

8. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 zur Kühlung von Partialoxidationsgas, das durch Partialoxidation von Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträgern bei Temperaturen oberhalb des Schlackenschmelzpunktes gewonnen wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) und die sich unmittelbar daran anschließende Kühlzone (2) ringförmige Spalten (10, 16) für den Eintritt des Kühlfluids aufweisen und daß ferner im Übergangsbereich (9) zwischen dem Reaktor (1) und der Kühlzone (2) ein Düsenring (4) für die Kühlfluidzufuhr angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Spalt (10) dadurch gebildet wird, daß die Wand (12) in diesem Bereich des Reaktors (1) versetzt ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (9) zwischen dem Reaktor (1) und der Kühlzone (2) so ausgebildet ist, daß seine Neigungsänderung stetig nach einer Exponentialfunktion in den zylindrischen Teil der Kühlzone (2) übergeht.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenring (4) in mehrere Kammern (6a, 6b, 6c) unterteilt ist, die übereinander oder hintereinander angeordnet sein können.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des ringförmigen Spaltes (16) ein Düsenring (27) vorgesehen ist, auf den ein oben offener Leitring (29) aufgesetzt ist.

Claims

1. Equipment for cooling a hot product gas containing tacky or molten particles which lose their tackiness when cooled, an annular jet of a cooling fluid being injected into the hot product gas in a cooling zone of circular cross-section, the jet being composed of a multiplicity of separate cooling fluid jets of different depth of penetration, characterized in that the mass and depth of penetration of the cooling fluid jets injected at an angle on the direction of flow of the product gas are matched to the mass of the product gas stream flowing in the individual annular spaces of the cooling zone, the injection velocities of the cooling fluid jets being selected such that the desired depths of penetration are reached and the supply of the cooling fluid to the individual nozzle groups being effected via separate lines provided with valves.

2. Process according to Claim 1, characterized in that the injection velocities of the cooling fluid jets are at the same time selected such that, when the desired depth of penetration is reached, the vertical component of the jet centre velocity in the direction of flow is equal to the velocity of the total flow.

3. Process according to Claims 1 and 2, characterized in that the cooling fluid jets are injected into the product gas via a nozzle ring at a velocity of 1 m/second to 100 m/second and under an injection angle α of 0° to 90°.

4. Process according to Claims 1 to 3, characterized in that the pressure of the cooling fluid in the nozzle ring is controlled as a function of the gas temperature in the cooling zone.

5. Process according to Claims 1 to 4, characterized in that a further cooling fluid stream is additionally injected both below and above the nozzle ring.

6. Process according to Claims 1 to 5, characterized in that the cooling fluid stream below the nozzle ring is injected into the product gas stream at a velocity of 0.1 m/second to 50 m/second in such a way that its flow runs parallel to the contours of the reactor wall in this region.

7. Process according to Claims 1 to 6, characterized in that the cooling fluid stream above the nozzle ring is injected into the product gas stream at a velocity of 1 m/second to 50 m/second and under an angle b of 0° to 45°.

8. Use of the process according to Claims 1 to 7 for cooling partial oxidation gas which is obtained by partial oxidation of coal and/or other carbon carriers at temperatures above the slag melting point.

9. Equipment for carrying out the process according to Claims 1 to 8, characterized in that the reactor (1) and the immediately adjoining cooling zone (2) have annular gaps (10, 16) for the entry of the cooling fluid and that, in addition, a nozzle ring (4) for the cooling fluid feed is located in the transition region (9) between the reactor (1) and the cooling zone (2).

10. Equipment according to Claim 9, characterized in that the annular gap (10) is formed as a result of the wall (12) being constructed with an offset in this region of the reactor (1).

11. Equipment according to Claims 9 and 10, characterized in that the transition region (9) between the reactor (1) and the cooling zone (2) is formed in such a way that its change of slope merges steadily in accordance with an exponential function into the cylindrical part of the cooling zone (2).

12. Equipment according to Claims 9 to 11, characterized in that the nozzle ring (4) is subdivided into a plurality of chambers (6a, 6b, 6c) which can be arranged above or behind one another, the individual chambers (6a, 6b, 6c) having separate lines (7), provided with valves (8), for supply of the cooling fluid.

13. Equipment according to Claims 9 to 12, characterized in that, in place of the annular gap (16), a nozzle ring (27) is provided, upon which a guide ring (29) with an open top is placed.

Revendications

1. Procédé pour le refroidissement d'un gaz industriel chaud, qui contient des particules collantes respectivement en fusion, qui perdent leur caractère collant lors du refroidissement, dans lequel on injecte dans le gaz industriel chaud, dans une zone de refroidis sement de section circulaire, un jet annulaire d'un fluide de refroidissement qui est composé d'une pluralité de jets de fluide de refroidissement séparés atteignant des profondeurs de pénétration différentes, caractérisé en ce que la masse et la profondeur de pénétration des jets de fluide de refroidissement injectés sous un angle dans le sens de l'écoulement du gaz industriel sont adaptées à la masse du courant de gaz industriel circulant dans chacun des espaces annulaires de la zone de refroidissement, les vitesses d'injection des jets de fluide de refroidissement étant choisies de telle sorte que les profondeurs de pénétration désirées soient atteintes et l'arrivée du fluide de refroidissement à chacun des groupes d'injecteurs étant assurée par des conduites séparées pourvues de soupapes.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les vitesses d'injection des jets de fluide de refroidissement sont en même temps choisies de telle sorte que, lorsque la profondeur de pénétration désirée est atteinte, la composante verticale de la vitesse du milieu du jet dans le sens de l'écoulement soit égale à la vitesse du courant total.

3. Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les jets de fluide de refroidissement sont injectés dans le gaz indus triel par une couronne d'injecteurs avec une vitesse de 1 m/s à 100 m/s et sous un angle d'injection α = 0° à 90°.

4. Procédé suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pression du fluide de refroidissement dans la couronne d'injecteurs est réglée en fonction de la température du gaz dans la zone de refroidissement.

5. Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en outre un courant supplémentaire de fluide de refroidissement est injecté dans le gaz industriel en dessous et au-dessus de la couronne d'injecteurs.

6. Procédé suivant les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le courant de fluide de refroidissement est injecté dans le gaz indus triel en dessous de la couronne d'injecteurs avec une vitesse de 0,1 m/s à 50 m/s de telle sorte que son écoulement se fasse parallèle ment au profil de la paroi du réacteur dans cette région.

7. Procédé suivant les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le courant de fluide de refroidissement est injecté au-dessus de la couronne d'injecteurs avec une vitesse de 1 m/s à 50 m/s et sous un angle (3 de 0° à 45°.

8. Application du procédé suivant les revendications 1 à 7 pour le refroidissement d'un gaz partiellement oxydé, qui est obtenu par oxydation partielle de charbon et/ou d'autres porteurs de carbone à des températures supérieures au point de fusion de la scorie.

9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réacteur (1) et la zone de refroidissement (2) qui s'y raccorde immédiatement présentent des fentes annulaires (10, 16) pour l'entrée du fluide de refroidisse ment et en ce que, de plus, une couronne d'injecteurs (4) pour l'introduction de fluide de refroidissement est disposée dans la région de transition (9) entre le réacteur (1) et la zone de refroidissement (2).

10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la fente annulaire (10) est formée en réalisant un décalage de la paroi (12) dans cette région du réacteur (1).

11. Dispositif suivant les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la région de transition (9) entre le réacteur (1) et la zone de refroidissement (2) est profilée de telle façon que son inclinaison évolue de manière continue suivant une fonction exponentielle jusqu'à la partie cylindrique de la zone de refroidissement (2).

12. Dispositif suivant les revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la couronne d'injecteurs (4) est divisée en plusieurs chambres (6a, 6b, 6c) qui peuvent être disposées l'une au-dessus ou l'une derrière l'autre, chacune des chambres (6a, 6b, 6c) présente des conduites séparées (7), pourvues de soupapes (8), pour l'arrivée du fluide de refroidissement.

13. Dispositif suivant les revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'au lieu de la fente annulaire (16), il est prévu une couronne d'injecteurs (27) sur laquelle est posé un anneau directeur (29) ouvert vers le haut.

Zeichnung