Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Partialoxidationsgas

Abstract

 Dieses Gas wird insbesondere durch Partialoxidation von ballastreicher Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträ­gern mit einem hohen Anteil an anorganischen Begleit­stoffen bei hohen Temperaturen in einem Reaktor gewon­nen, wobei zur Verfestigung der im Gas mitgeführten an­organischen Begleitstoffe in Strömungsrichtung des Gases ein Kühlfluid eingeführt wird. Es ist hierbei vorgesehen, daß die gesamte Menge des Kühlfluids in Strömungsrichtung vor einer Einschnürung des Gasweges dem Partialoxidations­gas beigemischt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Partialoxidationsgas, das insbesondere durch Partialoxidation von ballastreicher Kohle und/oder sonsti­gen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorgani­schen Begleitstoffen bei hohen Temperaturen in einem Reak­tor gewonnen wird, wobei zur Verfestigung der im Partial­oxidationsgas mitgeführten anorganischen Begleitstoffe in Strömungsrichtung des Gases ein Kühlfluid in das Partial­oxidationsgas eingeführt wird.

[0002] Bei der Partialoxidation von Kohle und/oder sonstigen Koh­lenstoffträgern bei Temperaturen oberhalb des Schlacke­schmelzpunktes führt das das Reaktionsgefäß mit einer Tem­peratur zwischen 1.000 und 1.700°C verlassende Partial­oxidationsgas schmelzflüssige bzw. klebrige Teilchen mit sich. Vor der Weiterbehandlung des Gases muß deshalb da­für gesorgt werden, daß diese Begleitstoffe den nachge­schalteten Verarbeitungsprozeß nicht durch Ablagerungen an den Wänden der verwendeten Apparaturen, an den Wärme­austauscherflächen und/oder in den Rohren beeinträchtigen. In Verfolgung dieses Zieles ist es bereits angestrebt wor­den, innerhalb einer dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten Kühlzone, die einen gegenüber dem des Reaktionsgefäßes reduzierten Querschnitt aufweist, ein Kühlfluid in den heißen Partialoxidationsgasstrom möglichst so einzumi­schen, daß das Partialoxidationsgas und die mitgeführten Begleitstoffe abgekühlt werden, ohne daß innerhalb der Kühlzone noch nicht verfestigte, das heißt noch klebefäh­ige Teilchen an die Wandung der Kühlzone gelangen und dort zu Ablagerungen führen.

[0003] 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 einge­spritzt wird, der die Form eines sich in Strömungsrichtung des Gases verjüngenden Kegelstumpfes aufweist.

[0004] 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 sonsti­gen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorga­nischen Begleitstoffen an der Übergangsstelle auf einen reduzierten Strömungsquerschnitt Ablagerungen durch ange­strömte klebefähige Teilchen auftraten, die durch Maßnah­men 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.

[0005] Um diesem Mißstand zu begegnen, ist bereits vorgeschlagen worden, daß in das Partialoxidationsgas innerhalb des Re­aktors unmittelbar vor dem Eintritt in die Kühlzone zu­sätzlich 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 Kühl­zone einen Winkel von70 bis 90° bildet.

[0006] 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.

[0007] Bei der Einschnürung des Gasweges kann es sich um die Kühl­zone handeln, die dem Reaktor unmittelbar nachgeschaltet ist. Hierbei wird dann die gesamte Menge des Kühlfluids noch innerhalb des Reaktors vor dem Eintritt in die Kühl­zone dem Partialoxidationsgas aufgegeben.

[0008] 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 Strah­lungskessels, angesetzt ist , der im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie der Reaktor aufweist. Die Ein­schnürung des Gasweges liegt dann erst hinter diesem Gas­kanal bzw. dem Strahlungskessel, z.B. in Form einer erst dort vorgesehenen Kühlzone oder auch einer anderen Weiter­behandlungsvorrichtung für das Partialoxidationsgas.

[0009] Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Maßnah­me die Gefahr von Ablagerungen wirkungsvoll beseitigt werden kann.

[0010] Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zur Durchfüh­rung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reaktor oder ein diesem nachgeschalteter Gaskanal mit im wesentlichen glei­chen Querschnitt in einen düsenförmigen Mischrohrquer­schnitt 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 Ge­schwindigkeit hätte, mit der das Partialoxidationsgas in den Düsenbereich eintritt.

[0011] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Gleich­förmigkeit des im Bereich der Einschnürung des Gasweges in das Partialoxidationsgas einströmenden ringförmigen Kühlfluidstromes dadurch gewährleistet sein, daß der Kühlfluidstrom durch Einzelbohrungen in der dem Einström­querschnitt vorgeschalteten Ringleitung in einzelne Strahlen aufgeteilt ist.

[0012] Schließlich ist noch vorgesehen, daß der düsenförmige Übergang mit einer Feuerfestauskleidung versehen ist, die schlackeabweisende Eigenschaften besitzt, beispiels­weise eine Graphitmasse.

[0013] Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veran­schaulicht.

[0014] An den zylindrischen Reaktor 1 schließt sich ein düsen­förmiger 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 Anfangseintrittsgeschwin­digkeit W = 0 an der Stelle ergibt, an der die Düsen­ strömung die Geschwindigkeit hätte, mit der das Partial­oxidationsgas in den Düsenbereich eintritt.

[0015] Am Austritt des zylindrischen Reaktors 1 wird der Kühl­fluidstrom über einen Ringspalt 3 zugeführt, an den die Ringleitung 4 angeschlossen ist, die über die Rohrlei­tung 5 mit Kühlfluid versorgt wird. Die gleichmäßige Ver­teilung des Kühlfluidstromes über den Ringspalt 3 wird dadurch erreicht, daß die Ringleitung 4 mit Einzelboh­rungen 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 ein­zelnen Freistrahlen bis dort überdecken und so einen ge­schlossenen Ringstrom unter vollständiger Ausfüllung des Ringspaltes ausbilden und sich somit nicht die Ge­fahr einer Rezirkulation des Partialoxidationsgases mit der Möglichkeit von Ablagerungen innerhalb des Ringspal­tes einstellt.

[0016] Mit 8 ist schließlich noch die Feuerfestauskleidung des düsenförmigen Überganges 2 bezeichnet.

[0017] Die Erfindung ist in gleicher Weise und mit gleich gutem Wirkungsgrad ausführbar, wenn entsprechend obigen Aus­führungen mit 1 nicht der Reaktor, sondern ein daran an­gesetzter Gaskanal, beispielsweise ein Strahlungskessel, bezeichnet ist.

Ansprüche

1. Verfahren zum Kühlen von Partialoxidationsgas, das insbesondere durch Partialoxidation von ballast­reicher Kohle und/oder sonstigen Kohlenstoffträgern mit einem hohen Anteil an anorganischen Begleitstof­fen bei hohen Temperaturen in einem Reaktor gewonnen wird, wobei zur Verfestigung der im Partialoxidati­onsgas mitgeführten anorganischen Begleitstoffe in Strömungsrichtung des Gases ein Kühlfluid in das Partialoxidationsgas eingeführt wird, dadurch ge­kennzeichnet, daß die gesamte Menge des Kühlfluids in Strömungsrichtung vor einer Einschnürung des Gas­weges 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 dü­senförmigen Mischrohrquerschnitt (2) 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 Geschwindigkeit hätte, mit der das Partialoxidati­ongsgas in den Düsenbereich eintritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichförmigkeit des im Bereich der Ein­schnürung 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 Strah­len aufgeteilt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der düsenförmige Übergang (2) mit ei­ner Feuerfestauskleidung (8) versehen ist, die schlackeabweisende Eigenschaften besitzt, beispiels­weise eine Graphitmasse.

Zeichnung