DE3214618C2

DE3214618C2 -

Info

Publication number: DE3214618C2
Application number: DE3214618A
Authority: DE
Inventors: Jacob Hendrik Stil; Adrianus Jacobus Ooms; Bernardus Herman Den Haag S'gravenhage Nl Mink
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1981-11-16
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1992-12-03
Also published as: US5011507A; GB2112015A; FR2516398A1; SE8202176L; JPH0521959B2; AU8243782A; IT8220732A0; BR8202316A; CA1193864A; FR2516398B1; GB2112015B; IN156182B; US4957657A; IT1201942B; BE892782A; ZA822470B; JPS5885095A; DE3214618A1; AU556240B2; SE452332B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlung und Reinigung eines im wesentlichen vertikal aufwärts strömenden und klebrige Schlacketröpfchen und/oder -teilchen enthaltenden heißen Gases, bei dem

a) ein kaltes, sauberes Gas zum Erhalt eines Gasgemisches mit einer niedrigeren Temperatur in das heiße Gas eingespritzt wird und welches durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
b) Die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches wird herabgesetzt;
c) die Strömungsrichtung des Gasgemisches wird umgekehrt, so daß das Gasgemisch nunmehr nach unten strömt, und zwar in einem spitzen Winkel zu der ursprünglich im wesentlichen vertikalen Strömungsrichtung;
d) die Strömungsgeschwindigkeit des schräg nach unten strömenden Gasgemisches wird heraufgesetzt;
e) das mit erhöhter Geschwindigkeit schräg nach unten strömende Gasgemisch wird durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt;
f) die Strömungsgeschwindigkeit des abgekühlten Gasgemisches wird herabgesetzt;
g) die Strömungsrichtung des mit verringerter Geschwindigkeit strömenden Gasgemisches wird umgekehrt, so daß das Gasgemisch nunmehr im wesentlichen vertikal nach oben strömt und Schlacketeilchen nach unten fallen;
h) das im wesentlichen mit verringerter Geschwindigkeit vertikal nach oben strömende Gasgemisch wird durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt, während weitere Anteile an Schlacketeilchen nach unten fallen;
i) die Schlacketeilchen werden abgezogen.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, die durch die folgenden Vorrichtungsteile gekennzeichnet ist:

a) Eine im wesentlichen vertikal angeordnete Gas-Zufuhrleitung, in welcher das Gas nach oben strömen kann; die Wandungen der Leitung sind mit Öffnungen zum Einspritzen kalten, sauberen Gases versehen;
b) einen Gasstrom-Umkehrkessel, in den das obere Ende der Gas- Zufuhrleitung mündet; der Innendurchmesser des Kessels ist größer als der Innendurchmesser der Zufuhrleitung; die Entfernung zwischen der Mündung der Zufuhrleitung in dem Kessel und der inneren oberen Kesselbegrenzung ist größer als der Innendurchmesser der Zufuhrleitung, während der Boden des Gasstrom-Umkehrkessels in einem in bezug auf die im wesentlichen vertikal angeordnete Zufuhrleitung spitzen Winkel schräg nach unten verläuft;
c) eine Verbindungsleitung, deren oberes Ende mit dem Boden des Gasstrom-Umkehrkessels verbunden ist und deren Mittellinie in einem spitzen Winkel zur Vertikalen verläuft;
d) einen im wesentlichen vertikal angeordneten Wärmeaustauscher, welcher an seinem unteren Ende eine Gasstrom-Umkehrkammer aufweist, deren Seitenwand mit der Verbindungsleitung verbunden ist; der Innendurchmesser der Kammer ist größer als der Innendurchmesser der Verbindungsleitung;
e) eine Leitung für den Abzug von Schlacketeilchen, die mit dem Boden der Gasstrom-Umkehrkammer des Wärmetauschers in Verbindung steht.

Ein heißes, klebrige flüssige und/oder feste, fein verteilte Schlacketeilchen enthaltendes Gas entsteht dann, wenn kohlenstoffhaltiges Material, wie Kohle, Braunkohle, Lignit, Torf, Petrolkoks, Rückstände von schweren Erdölfraktionen sowie aus Teersand und bituminösem Schiefer gewonnenes Öl entweder ganz oder teilweise verbrannt wird. Das Gas wird in einem Ofen oder Reaktor erzeugt und weist beim Verlassen des Ofens oder Reaktors im allgemeinen eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 2000°C auf. Ein für diesen Zweck geeigneter Reaktor ist in der britischen Patentschrift Nr. 15 01 284 beschrieben.

Das heiße Gas verläßt den Reaktor an dessen oberem Ende und strömt dann, vorzugsweise mit einer durchschnittlichen linearen Geschwindigkeit von 5 bis 20 m/s, aufwärts durch die im wesentlichen senkrecht angeordnete Zufuhrleitung. Ein durch teilweise Oxidation gewonnenes Gas besteht zum größeren Teil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid sowie gegebenenfals weiterhin aus Kohlendioxid, Methan, Wasser, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und Argon. Es führt (je nach der Temperatur des Gases und der Art der anorganischen Bestandteile des zu verbrennenden kohlenstoffhaltigen Materials) klebrige Schlacketröpfchen und/oder -teilchen aus dem Reaktor mit sich. Der Gehalt an diesen klebrigen Schlacketropfchen und/oder -teilchen in dem Gas beträgt im allgemeinen 1 bis 15 Gewichtsprozent. Um das heiße Gas rasch auf eine Temperatur abzukühlen, bei der das in diesem enthaltene klebrige Material seine Klebrigkeit verliert, werden vorteilhafterweise 0,5 bis 2 kg eines kalten, sauberen Gases in das heiße Gas eingespritzt.

Das kalte, saubere Gas weist vorzugsweise eine Temperatur von 50 bis 300°C auf und hat geeigneterweise die gleiche Zusammensetzung wie das rasch abzukühlende heiße Gas, so daß das Gasgemisch, welches durch Einspritzen von kaltem, sauberem Gas in das heiße Gas erhalten worden ist, vorzugsweise eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen nicht von der des ursprünglichen heißen Gases abweicht, wobei die Temperatur des genannten Gasgemisches vorteilhafterweise zwischen 700 und 1000°C beträgt.

Der Gefahr, daß in dem Gasgemisch enthaltene Schlacketeilchen die Kühl- und Reinigungsvorrichtung verstopfen, indem sie sich auf ihrem weiteren Weg durch diese an ihr niederschlagen bzw. absetzen, wird im wesentlichen durch die vorstehend beschriebene Einspritzung begegnet. Diese Einspritzung kann gemäß der US- Patentschrift Nr. 40 54 424 erfolgen, wenngleich auch verschiedene andere Ausführungsformen möglich sind. Diese bekannte Arbeitsweise führt zwar zu gewissen Verbesserungen, die jedoch noch nicht ausreichen, um in einer großtechnischen Anlage die Anhaftungs- und Verstopfungsprobleme in befriedigender Weise auszuschalten.

Bei den herkömmlichen Kohlevergasungsanlagen, wie z. B. in der GB-PS 7 83 054 beschrieben, ist es außerdem üblich, direkt über dem Vergasungsreaktor einen Wärmeaustauscher (Dampferzeuger) zur Abkühlung des erzeugten Gases anzubringen. Für verhältnismäßig niedrige Kapazitäten ist eine solche Anordnung nicht unangebracht; bei einer Anlage jedoch, die eine hohe Ausbeute an wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigem Gas ermöglichen soll, entstehen aufgrund der sich dabei ergebenden großen Höhe der Anlage von 50 bis 100 m mechanische Stabilitätsprobleme.

Außerdem ist es bei einer solchen Anordnung auch nicht möglich, die Flugasche vor Eintritt in den Wärmeaustauscher in einfacher Weise abzutrennen, so daß immer die Gefahr einer Verstopfung des Wärmeaustauschersystems beteht.

Aufgabe der Erfindung war es daher, die vorstehend erläuterten Probleme der mechanischen Stabilität und der unerwünschten Ablagerung von Flugasche zu lösen. Dies geschieht durch die vorstehend genannten Verfahrensschritte a) bis i), die erst in ihrer Gesamtheit zu dem gewünschten Erfolg führen.

Erfindungsgemäß ordnet man bei einer Vorrichtung des genannten Typs den Reaktor und den Wärmeaustauscher nebeneinander an. Dies bedeutet, daß die Strömungsrichtung des Gasgemisches umgekehrt werden muß. Vorher wird jedoch die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches vorteilhafterweise auf 0,5 bis 3 m/s herabgesetzt. Aufgrund der Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des nach oben strömenden Gasgemisches setzen sich einige der in dem Gasgemisch mitgeführten Schlacketeilchen am Boden an der Stelle ab, an der die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird. In dieser Phase sind die Teilchen, die sich niedergeschlagen haben, noch nicht von dem Gasgemisch getrennt, sondern werden weiter von dem Gasgemisch mitgeführt.

Um zu verhindern, daß sich die Schlacke niederschlägt, wird der Strom des Gasgemisches vorzugsweise in einem Strom-Umkehrkessel, in den das obere Ende der Zufuhrleitung einmündet, umgekehrt. Der Innendurchmesser des Kessels ist vorteilhafterweise 2- bis 4mal so groß wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung, während die Entfernung von der Mündung der Zufuhrleitung zum inneren oberen Rand des Gasstrom-Umkehrkessels vorteilhafterweise 2- bis 10mal und optimal 4- bis 8mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung, so daß beim Eintritt des Gasgemisches in den Gasstrom-Umkehrkessel die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches entsprechend verringert wird. Die Schlacketeilchen setzen sich als Folge hiervon am Boden des Gasstrom-Umkehrkessels, der in bezug auf die Vertikale in einem spitzen Winkel schräg nach unten verläuft, ab.

Dieser Winkel beträgt vorzugsweise 20 bis 45°. so daß Teilchen, die sich niedergeschlagen haben, über den schrägen Boden des Gasstrom-Umkehrkessels hinunterrutschen und/oder -rollen und in die Verbindungsleitung gelangen, deren oberes Ende mit dem unteren Ende des Bodens des Gasstrom-Umkehrkessels verbunden ist. Um zu verhindern, daß die niedergeschlagenen Schlacketeilchen, während sie sich über den Boden des Gasstrom-Umkehrkessels bewegen, wieder in die Zufuhrleitung gelangen, ist die Entfernung zwischen dem oberen Ende der Mündung der Zufuhrleitung und der Stelle, an der diese Mündung mit dem Boden des Gasstrom-Umkehrkessels verbunden ist, vorzugsweise 0,5- bis 5mal so groß wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung. Bevorzugter noch ist diese Entfernung 1- bis 3mal so groß wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung.

Der Strom des Gasgemisches, aus dem sich zumindest einige der mitgeführten Schlacketeilchen niedergeschlagen haben, wird in dem Gasstrom-Umkehrkessel umgekehrt, und zwar vorzugsweise in eine Richtung, die in einem Winkel von 135 bis 160° zu der ursprünglichen, vertikalen Strömungsrichtung verläuft. Er wird dann aus dem Gasstrom-Umkehrkessel in die Verbindungsleitung abgezogen, deren Mittellinie in einem Winkel von vorzugsweise 20 bis 45° zur Vertikalen verläuft. Wird dieser Winkel größer als 45° gewählt, so besteht die Gefahr, daß die niedergeschlagenen Schlacketeilchen nicht mehr weiter aufgrund der Schwerkraft durch die Verbindungsleitung rutschen und/oder rollen, wodurch zusätzliche Maßnahmen erforderlich werden, um ein Verstopfen der Verbindungsleitung zu verhindern. Wird dieser Winkel aber kleiner als 20° gewählt, so ergibt sich für die verschiedenen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung (den Reaktor mit der Gas-Zufuhrleitung und dem Gasstrom-Umkehrkessel, die Verbindungsleitung und den Wärmeaustauscher) eine zu kompakte Anordnung, so daß die Konstruktion und der Betrieb der Anlage in der Praxis unmöglich werden.

In der Verbindungsleitung wird die Strömungsgeschwindigkeit des schräg nach unten strömenden Gasgemisches wieder heraufgesetzt, und zwar vorzugsweise auf einen Wert von 5 bis 20 m/s. Dank dieser Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches wird ein rascher Transport der sich in der Gasstrom-Umkehrkammer abgesetzten Schlacketeilchen durch die Verbindungsleitung möglich. Um die vorstehend bevorzugte Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches aufrechtzuerhalten, wird der Durchmesser der Verbindungsleitung entsprechend gewählt, und zwar so, daß er in etwa dem Durchmesser der Gas-Zufuhrleitung entspricht. Auf seinem Weg durch den Gasstrom-Umkehrkessel und die Verbindungsleitung wird das Gasgemisch vorteilhafterweise weiter, vorzugsweise durch indirekten Wärmeaustausch, auf eine Temperatur von 500 bis 900°C abgekühlt. Hierfür sind der Gasstrom- Umkehrkessel und die Verbindungsleitung in geeigneter Weise mit Einrichtungen versehen, durch die das Gasgemisch indirekt abgekühlt werden kann. Membranwände, durch die ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser und/oder Dampf, strömen kann, sind zu diesem Zweck sehr geeignet und sind daher bevorzugt. Geeigneterweise werden diese Membranwände zur Überhitzung von Dampf verwendet, der vorteilhafterweise dem vertikal angeordneten Wärmeaustauscher entnommen wird.

Das untere Ende der Verbindungsleitung steht mit der Gasstrom- Umkehrkammer eines im wesentlichen vertikal angeordneten Wärmeaustauschers in Verbindung. Die genannte Gasstrom-Umkehrkammer ist selbstvertändlich am unteren Ende des Wärmeaustauschers angeordnet. Um ein Absetzen von Schlacketeilchen zu verhindern, wird die Strömungsgeschwindigkeit des von der Verbindungsleitung in die genannte Gasstrom-Umkehrkammer strömenden Gasgemisches in dieser zunächst vorzugsweise auf einen Wert von 0,5 bis 3 m/s verringert. Um dies zu gewährleisten, ist der Innendurchmesser der Gasstrom-Umkehrkammer des Wärmeaustauschers vorzugsweise 2- bis 4mal so groß wie der Innendurchmesser der Verbindungsleitung.

In der Umkehrkammer des Wärmeaustauschers setzen sich einige der in dem Gasgemisch noch vorhandenen Schlacketeilchen ab. Die Verbindungsleitung ist vorzugsweise mit der Seitenwand der Gasstrom-Umkehrkammer des Wärmeaustauschers an einer Stelle verbunden, die sich in einer Entfernung vom Boden der Umkehrkammer befindet, die 2- bis 10- und vorzugsweise 4- bis 8mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Verbindungsleitung.

Der vertikal angeordnete Wärmeaustauscher ist vorzugsweise so ausgebildet, daß das abzukühlende Gas um Kühlröhren herumgeleitet wird, durch die ein Kühlmittel, geeigneterweise Wasser und/oder Dampf, strömt. Der Innendurchmesser der Umkehrkammer des Wärmeaustauschers ist vorzugsweise 2- bis 4mal so groß wie der Innendurchmesser der Verbindungsleitung.

Infolgedessen erfährt das aufwärts durch die genannte Kammer strömende Gasgemisch in bezug auf das nach unten in die Verbindungsleitung strömende Gasgemisch eine Verzögerung. Aufgrund dieser Verzögerung in der Aufwärtsbewegung des Gasgemisches werden die noch in diesem enthaltenen Schlacketeilchen nicht mehr weiter mit nach oben geführt, sondern fallen einfach nach unten. Auf diese Weise wird der Feststoffgehalt des Gasgemisches in der Umkehrkammer reduziert, und zwar vorteilhafterweise so, daß am Übergang der Umkehrkammer in den übrigen Teil des indirekten Wärmeaustauschers das im wesentlichen senkrecht nach oben strömende Gasgemisch einen Gehalt an Schlacketeilchen von 0,5 bis 7,5 Gewichtsprozent aufweist.

Dieses Gasgemisch wird auf seinem Weg durch den Wärmeaustauscher auf eine Temperatur von beispielsweise 150 bis 400°C abgekühlt, während der Schlackegehalt auf einen Wert von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent herabgesetzt wird, nachdem weitere Anteile an Schlacketeilchen sich auch in dem Wärmeaustauscher absetzen.

Die in der Gasstrom-Umkehrkammer und in dem übrigen Teil des Wärmeaustauschers nach unten fallenden Schlacketeilchen setzen sich am Boden der Umkehrkammer ab. Sie müssen kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen von dem Boden entfernt werden. Zu diesem Zweck ist eine Leitung für den Abzug von Schlacketeilchen mit dem Boden der Umkehrkammer verbunden. Diese Leitung mündet vorzugsweise in eine Vorrichtung zur Entfernung von Schlacketeilchen.

Diese Vorrichtung kann aus einem gewöhnlichen Kessel bestehen, wenn die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials und die anschließende Kühlung und Reinigung des auf diese Weise erzeugten Gases unter im wesentlichen atmosphärischem Druck erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Vergasung, Kühlung und Reinigung jedoch bei einem erhöhten Druck, beispielsweise 10 bis 60 bar. Daher besteht die Vorrichtung zur Entfernung von Schlacketeilchen im allgemeinen aus einem Schleusensystem.

Je Tonne in die Kühl- und Reinigungsvorrichtung eingeführten heißen Gases werden vorteilhafterweise 2 bis 50 kg Schlacketeilchen aus der Gasstrom-Umkehrkammer abgezogen.

Trotz aller vorstehend beschriebenen Maßnahmen ist es immer noch möglich, daß einige Teilchen an den Innenwänden der Zufuhrleitung, des Umkehrkessels, der Verbindungsleitung und des Wärmeaustauschers haften bleiben, wodurch sich der Kühleffekt an den genannten Oberflächen reduziert und der Durchstrom durch das gesamte System beeinträchtigt wird. Diese Auswirkungen sind unerwünscht. Daher sind vorzugsweise Einrichtungen an die Zufuhrleitung, den Umkehrkessel, die Verbindungsleitung und/oder den Wärmeaustauscher angeschlossen, die die Schlackeablagerungen von den Innenwänden dieser Anlagenteile entfernen. Diese Einrichtungen können verschiedener Art sein; sie können akustisch, mechanisch und/oder elektrisch arbeiten. Vorzugsweise werden jedoch für diesen Zweck mechanische Rüttelvorrichtungen angeschlossen. Um einen optimalen Betrieb dieser letzteren Vorrichtungen zu gewährleisten, sind die Gasstrom- Zufuhrleitung, der Umkehrkessel, die Verbindungsleitung und/ oder die Umkehrkammer des Wärmeaustauschers vorzugsweise so ausgelegt, daß zwischen der vorstehend erwähnten Membranwand, an deren Innenseite sich Schlackenteilchen absetzen können, und einer Isolierschicht, welche geeigneterweise an der Innenseite der (aus Stahl bestehenden) Außenwandung der genannten Teile der erfindungsgemäßen Anlage angebracht ist, ein Spiel besteht, wobei diese Außenwandung verhältnismäßig kühl gehalten wird, da sie die Fähigkeit besitzen muß, Kräfte zu absorbieren, die sich aus dem hohen Druck, beispielsweise 10 bis 60 bar, ergeben, unter welchem das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise durchgeführt wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Figur im einzelnen beschrieben. Diese ist ein Fließdiagramm der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zusätzliche Vorrichtungen, beispielsweise Pumpen, Kompressoren, Ventile, Reinigungsvorrichtungen und Steuereinrichtungen, nicht dargestellt sind.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsform gemäß dieser Figur beschränkt. Über Leitungen 1, 2, 3 werden pulverisierte Kohle in einem Trägergas, beispielsweise Stickstoff, sowie Sauerstoff und gegebenenfalls Dampf jeweils in einen Reaktor 4 eingespeist, in dem sie miteinander zur Bildung eines heißen Gases reagieren, welches im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, jedoch auch mitgeführte Schlacketröpfchen enthält. Dabei entsteht auch Flüssigschlacke, welche im wesentlichen durch eine Leitung 5 abgezogen wird. Das heiße Gas wird aus dem Reaktor 4 durch eine Zufuhrleitung 6 abgezogen, während kaltes, sauberes Gas, vorzugsweise mit der gleichen Zusammensetzung wie das heiße Gas, durch eine Leitung 7 eingespritzt wird.

Das kalte, saubere Gas wird auf jeden Fall durch Öffnungen in der Wandung der im wesentlichen senkrecht angeordneten Zufuhrleitung eingespritzt, die mit dem Auslaß des Reaktors in Verbindung steht. Um das Gasgemisch, das aufgrund der Einspritzung von kaltem, sauberem Gas in das heiße, verunreinigte Gas erhalten worden ist, weiter abzukühlen, enthält die Zufuhrleitung geeigneterweise Einrichtungen, durch die das Gasgemisch indirekt gekühlt werden kann. Eine solche Einrichtung besteht vorzugsweise aus einer Membranwand, die im Inneren der Zufuhrleitung angeordnet ist und durch die ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser und/oder Dampf, strömen kann. Geeigneterweise wird diese Membranwand zur Überhitzung von Dampf verwendet, der vorzugsweise dem vertikal angeordneten Wärmeaustauscher entnommen wird.

Hierdurch entsteht ein Gasgemisch mit einer verringerten Temperatur, in dem die mitgeführten ursprünglichen Schlacketröpfchen koaguliert sind und Schlacketeilchen gebildet haben, dessen Aufwärtsgeschwindigkeit in einem Gasstrom-Umkehrkessel 8 auf einen Wert reduziert wird, der etwa ein Drittel des Wertes des Gasgemisches in der Zufuhrleitung 6 beträgt. In dem Umkehrkessel 8 wird auch die Strömungsrichtung des Gasgemisches umgekehrt, so daß das Gasgemisch den Umkehrkessel durch eine Verbindungsleitung 9 verlassen kann. Während die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches in dem Gasstrom-Umkehrkessel herabgesetzt wird, fallen einige der Schlacketeilchen auf den schrägen Boden des Kessels 8 hinunter und rollen bzw. rutschen den genannten Boden entlang in die Verbindungsleitung 9 hinein. Durch die Verbindungsleitung 9 gelangt das Gasgemisch, das in dieser Leitung weiter indirekt gekühlt wird, vorzugsweise mit Hilfe von Dampf, der überhitzt wird, und dessen Strömungsgeschwindigkeit wieder auf einen Wert heraufgesetzt wird, der dem Wert in der Zufuhrleitung entspricht, zusammen mit den abgetrennten Schlacketeilchen in eine Gasstrom-Umkehrkammer 10 eines Wärmeaustauschers 11. In der genannten Umkehrkammer 10 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches wieder auf einen Wert herabgesetzt, der dem in dem Umkehrkessel 8 in etwa entspricht, so daß weitere Anteile an Schlacketeilchen von diesem Gasgemisch abgetrennt werden. Diese Schlacketeilchen fallen zusammen mit den bereits in dem Umkehrkessel 8 abgetrennten Schlacketeilchen und mit den Schlacketeilchen, die sich noch in der Folge aus dem Gas in dem Wärmetauscher 11 niederschlagen, auf den Boden der Umkehrkammer 10. Sie werden durch eine Leitung 12 in einen Kessel 13 abgezogen, aus dem sie entweder in regelmäßigen Zeitabständen oder kontinuierlich über eine Leitung 14 abgezogen werden.

In dem Wärmeaustauscher 11 wird das aufsteigende Gemisch mit Hilfe von über eine Leitung 15 eingespeistem Kühlwasser weiter abgekühlt, wobei dieses durch einen Wärmeaustauscher mit zwei Kühlröhren 16 geleitet und schließlich über eine Leitung 17, gegebenenfalls in Form von (überhitztem) Dampf, abgezogen wird. Das gekühlte und gereinigte Gas verläßt die Vorrichtung über eine Leitung 18.

Beispiel 1

Nach einem Verfahren gemäß dem Fließdiagramm der Figur werden in dem Kohlevergasungsreaktor 4 86 t/h Gas erzeugt. Dieses hat eine Temperatur von 1600°C und weist eine in der nachstehenden Tabelle wiedergegebene Zusammensetzung auf.


Volumen-%
H₂
27,1
CO	60,8
CO₂	2,0
CH₄	0,01
N₂	5,4
Ar	1,0
H₂O	2,6
H₂S	0,9

Es enthält 5,1 Gewichtsprozent Schlacke in Form von Tröpfchen. In dieses Gas werden über eine Leitung 7 73 t/h eines kalten, sauberen Gases mit der folgenden Zusammensetzung eingespeist.


Volumen-%
H₂
27,6
CO	61,1
CO₂	2,0
CH₄	0,01
N₂	5,6
Ar	1,0
H₂O	0,6
H₂S	0,9

Aufgrund dieser Einspeisung entstehen 159 t/h eines Gasgemisches mit einer Temperatur von 900°C und einem Schlackegehalt von 2,8 Gewichtsprozent.

Die Zusammensetzung des Gases ist folgende:


Volumen-%
H₂
27,3
CO	61,4
CO₂	2,0
CH₄	0,01
N₂	5,5
Ar	1,0
H₂O	1,7
H₂S	0,9

Auf seinem Weg durch die Zufuhrleitung 6 wird dieses Gasgemisch mit Dampf, welcher überhitzt wird, weiter auf 800°C abgekühlt, woraufhin es in den Umkehrkessel 8 strömt, in dem seine Geschwindigkeit von 10 m/s auf 3 m/s herabgesetzt wird. Es tritt aus dem Umkehrkessel 8 über die Verbindungsleitung 9 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 8 m/s aus, während 10 Gewichtsprozent der in ihm enthaltenen Schlacketeilchen, die in dem Umkehrkessel 8 abgetrennt wurden, der Wandung der Verbindungsleitung 9 entlang schräg nach unten rutschen.

Auf seinem Weg durch die Verbindungsleitung 9, in der das Gasgemsich eine Strömungsgeschwindigkeit von 8 m/s aufweist, wird es weiter mit Hilfe von Dampf, der sich überhitzt, auf 690°C abgekühlt. Mit dieser Temperatur gelangt es dann in die Umkehrkammer 10.

In dieser Umkehrkammer wird seine Strömungsgeschwindigkeit auf 3 m/s herabgesetzt, und es wird seine Strömungsrichtung umgekehrt, so daß es nunmehr im wesentlichen senkrecht nach oben in den Wärmeaustauscher 11 strömt, während es abgekühlt wird. Es wird dann aus dem System bei einer Temperatur von 360°C und mit einem Feststoffgehalt von 2,2 Gewichtsprozent über eine Leitung 18 abgezogen. Es werden 950 kg/h fein verteilte feste Schlacke über die Leitung 12 in den Kessel 13 abgezogen.

Claims

1. Verfahren zur Kühlung und Reinigung eines im wesentlichen vertikal aufwärts strömenden und klebrige Schlacketröpfchen und/oder -teilchen enthaltenden heißen Gases, bei dem

a) ein kaltes, sauberes Gas zum Erhalt eines Gasgemisches mit einer niedrigeren Temperatur in das heiße Gas eingespritzt wird,

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Verfahrensschritte:

b) die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches wird herabgesetzt;
c) die Strömungsrichtung des Gasgemisches wird umgekehrt, so daß das Gasgemisch nunmehr nach unten strömt, und zwar in einem spitzen Winkel zu der ursprünglich im wesentlichen vertikalen Strömungsrichtung;
d) die Strömungsgeschwindigkeit des schräg nach unten strömenden Gasgemisches wird heraufgesetzt;
e) das mit erhöhter Geschwindigkeit schräg nach unten strömende Gasgemisch wird durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt;
f) die Strömungsgeschwindigkeit des abgekühlten Gasgemisches wird herabgesetzt;
g) die Strömungsrichtung des mit verringerter Geschwindigkeit strömenden Gasgemisches wird umgekehrt, so daß das Gasgemisch nunmehr im wesentlichen vertikal nach oben strömt und Schlacketeilchen nach unten fallen;
h) das mit verringerter Geschwindigkeit im wesentlichen vertikal nach oben strömende Gasgemisch wird durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt, während weitere Anteile an Schlacketeilchen nach unten fallen;
i) die Schlacketeilchen werden abgezogen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 2000°C aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas mit einer durchschnittlichen linearen Geschwindigkeit von 5 bis 20 m/s im wesentlichen senkrecht nach oben strömt.

4. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas einen Gehalt an klebrigen Schlacketröpfchen und/oder -teilchen von 1 bis 15 Gewichtsprozent aufweist.

5. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß je kg heißen Gases 0,5 bis 2 kg eines kalten, sauberen Gases eingespritzt werden.

6. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das kalte, saubere Gas eine Temperatur von 50 bis 300°C aufweist.

7. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Temperatur des durch die Einspritzung von kaltem, sauberem Gas in das heiße Gas erhaltenen Gasgemisches 700 bis 1000°C beträgt.

8. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, des gekühlten Gasgemisches auf einen Wert von 0,5 bis 3 m/s herabgesetzt wird.

13. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt g) das im wesentlichen vertikal nach oben strömende Gasgemisch einen Gehalt an Schlacketeilchen von 0,5 bis 7,5 Gewichtsprozent aufweist.

14. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt h) das im wesentlichen vertikal nach oben strömende Gasgemisch durch indirekten Wärmeaustausch auf eine Temperatur von 150 bis 400°C gekühlt wird, während der Schlackegehalt auf einen Wert von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent herabgesetzt wird.

15. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt i) je Tonne heißen Gases 2 bis 50 kg feste Schlacketeilchen abgezogen werden.

16. Vorrichtung zur Kühlung und Reinigung eines heißen, klebrige Schlacketröpfchen und/oder -teilchen entahltenden Gases gemäß den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung die folgenden Vorrichtungsteile aufweist:

a) eine im wesentlichen vertikal angeordnete Gas-Zufuhrleitung (6), in welcher das Gas nach oben strömen kann und deren Wandungen mit Öffnungen für das Einspritzen kalten, sauberen Gases versehen sind;
b) einen Gasstrom-Umkehrkessel (8), in den das obere Ende der Gas-Zufuhrleitung (6) mündet und dessen Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Zufuhrleitung (6), wobei in dem Kessel (8) die Entfernung zwischen der Mündung der Zufuhrleitung (6) und der inneren oberen Kesselbegrenzung größer ist als der Innendurchmesser der Zufuhrleitung (6), während der Boden des Gasstrom-Umkehrkessels (8) in einem in bezug auf die im wesentlichen vertikal angeordnete Zufuhrleitung (6) spitzen Winkel schräg nach unten verläuft;
c) eine Verbindungsleitung (9), deren oberes Ende mit dem Boden des Gasstrom-Umkehrkessel (8) verbunden ist und deren Mittellinie in einem spitzen Winkel zur Vertikalen verläuft;
d) einen im wesentlichen vertikal angeordneten Wärmeaustauscher (11), welcher an seinem unteren Ende eine Gasstrom-Umkehrkammer (10) aufweist, deren Seitenwand mit der Verbindungsleitung (9) verbunden ist und deren Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Verbindungsleitung (9);
e) eine Leitung (12) für den Abzug von Schlacketeilchen, die mit dem Boden der Gasstrom-Umkehrkammer (10) des Wärmeaustauschers (11) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (6) Einrichtungen aufweist, durch die das Gasgemisch indirekt gekühlt werden kann.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur indirekten Kühlung aus einer Membranwand besteht, durch die Kühlmittel strömen können.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16, 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie der Verbindungsleitung (9) in einem Winkel von 20 bis 45° zur Vertikalen verläuft.

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom-Umkehrkessel (8) Einrichtungen enthält, durch die das Gasgemisch indirekt gekühlt werden kann.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur indirekten Kühlung aus einer Membranwand besteht, durch die ein Kühlmittel strömen kann.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Gasstrom-Umkehrkessels (8) 2- bis 4mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung (6).

23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung von der Mündung der Zufuhrleitung (6) bis zur inneren oberen Begrenzung des Gasstrom-Umkehrkessels (8) 2- bis 10mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung (6).

24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Gasstrom-Umkehrkessels (8) zur Verbindungsleitung (9) hin schräg nach unten in einem Winkel von 20 bis 45° in bezug auf die Vertikale verläuft.

25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zwischen dem oberen Ende der Mündung der Zufuhrleitung (6) und der Stelle, an der diese Mündung mit dem Boden des Gasstrom-Umkehrkessels (8) verbunden ist, 0,5- bis 5mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung (6).

26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Verbindungsleitung (9) etwa so groß ist wie der Innendurchmesser der Zufuhrleitung (6).

27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (9) Einrichtungen aufweist, durch die das Gasgemisch indirekt gekühlt werden kann.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur indirekten Kühlung aus einer Membranwand besteht, durch die ein Kühlmittel strömen kann.

29. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen vertikal angeordnete Wärmeaustauscher (11) Kühlröhren enthält, durch die das Kühlmittel strömt und um die das zu kühlende Gasgemisch herumgeführt wird.

30. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (9) mit der Seitenwand der Gasstrom-Umkehrkammer (10) des Wärmeaustauschers (11) an einer Stelle verbunden ist, die sich in einer Entfernung vom Boden der Umkehrkammer (10) befindet, die 2- bis 10mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Verbindungsleitung (9).

31. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Gasstrom-Umkehrkammer (10) des Wärmeaustauschers (11) 2- bis 4mal so groß ist wie der Innendurchmesser der Verbindungsleitung (9).

32. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (12) für den Abzug von Schlacketeilchen in eine Vorrichtung (13) zur Entfernung von Schlacketeilchen mündet.

33. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zufuhrleitung (6), die Gasstrom-Umkehrkessel (8/10), die Verbindungsleitung (9) und/oder den Wärmeaustauscher (11) Einrichtungen angeschlossen sind, um Schlackeablagerungen von deren Innenwänden zu entfernen.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Rütteleinrichtungen vorgesehen sind.

35. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhrleitung (6), den Gasstrom-Umkehrkesseln (8/10) und/oder der Verbindungsleitung (9) ein Spiel zwischen deren Membranwänden und den an den Innenseiten von deren Außenwandungen angebrachten Isolierschichten besteht.