Verfahren zum gleichzeitigen Kühlen und Reinigen heisser Gase
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gleichzeitigen Kühlen und Reinigen heisser Gase, die eine untergeordnete Menge Russ enthalten und durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen gewonnen worden sind.
Bei der Herstellung gasförmiger, aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthaltender Gemische durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit ungenügenden Mengen Sauerstoff in Anwesenheit von Dampf sollte es theoretisch möglich sein, die Reaktion in der Weise durchzuführen, dass kein Russ gebildet wird. In der Praxis scheint jedoch die Bildung einer gewissen Menge Russ unvermeidlich zu sein, und es ist klar, dass die Gase vor ihrer Wei terverarbeitung zwecks vollständiger Beseitigung des Russes gereinigt werden müssen.
Zu diesem Zweck werden die aus dem Reaktionskessel austretende Gase, die normalerweise eine sehr hohe Temperatur (bis zu 1000" C)) haben, gleichzeitig gekühlt und gereinigt, indem man diese heissen Gase mit grossen Wassermengen besprüht.
Infolge der Anwendung der grossen Wassermengen bei den üblichen Kühl- und Reinigungsprozessen wird der Kohlenstoff aus den Gasen zwangläufig in Form einer unerwünscht stark verdünnten wässrigen Russsuspension erhalten. Der Russ wird gewöhnlich von dem Berieselungswasser getrennt, um ihn zur Herstellung von Russ für technische Zwecke geeignet zu machen und ein industriell verwertbares russfreies Wasser zu erhalten. Dies kann z. B. erzielt werden, indem man die wässrige Russsuspension lange Zeit in grossen Absetzbehältern stehen lässt.
Das Verfahren nach der Erfindung bezweckt, das vorerwähnte, gleichzeitige Kühlen und Reinigen mit einer wesentlich geringeren Wassermenge, als sie bei den bisher üblichen Prozessen verwendet worden ist, unter Gewinnung einer stärker konzentrierten wässrigen Russsuspension zu erreichen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gase unter einem Druck von mindestens 3 atü absolut in einer ersten Berieselungszone auf eine Temperatur abgekühlt werden, die um nicht mehr als 400 C niedriger liegt als der Taupunkt der Gase, dass fein dispergiertes Wasser durch in einer Reihe aufgestellte Sprühorgane. eingesprüht wird, wobei der Russ aus den Gasen entfernt wird, und dass die Gase, die wenigstens annähernd frei sind von Russ, durch Einsprühen von fein verteiltem Wasser in einer zweiten Berieselungszone auf die gewünschte Temperatur gekühlt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung anschliessend beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anlage, in welcher Ofengase, die nach dem Verfahren entsprechend der schweizerischen Patentschrift Nr. 349361 hergestellt sind, durch indirekten Wärmeaustausch vorgekühlt werden, bevor sie mit Wasser besprüht werden, wodurch weniger Wasser zum Berieseln der Gase zwecks Befreiung von Kohlenstoff benötigt ist.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer anderen Anlage, die von der Anlage nach Fig. 1 dadurch abweicht, dass die heissen Ofengase besprüht werden, ohne vorher gekühlt zu werden.
Nach Fig. 1 wird ein Kohlenwasserstoffmaterial durch eine Leitung 6 in die Verbrennungskammer 1 eines Gasgenerators 2 eingeführt. Der Kohlenwasserstoff wird in der Verbrennungskammer 1 innig mit einem gasförmigen Oxydationsmittel, wie Luft oder Sauerstoff, vermischt, das durch die Leitung 7 zugeführt wird. Gewünschtenfalls kann auch Dampf durch die letztgenannte Leitung 7 eingeführt werden.
Die gebildeten Verbrennungsgase bestehen hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, neben einer geringen Menge Russ. Sie haben eine Temperatur von etwa 13000 C. Die heissen Gase verlassen den Gasgenerator 2 bei einem solchen Druck, dass sie in einer nachfolgenden ersten B erieselungszone unter einem Druck von mindestens 3 at absolut abgekühlt werden, durch eine Leitung 8, welche in einen Wärmeaustauscher 3 mündet, der ein Dampfkessel in Verbindung mit einem Dampfüberhitzer sein kann.
Hier werden die heissen Gase auf eine Temperatur im Bereich von etwa 150-500"C, vorzugsweise 200-350" C, und im vorliegenden Fall von 250O C vorgekühlt. Sie bleiben unter dem für die nachfolgende Berieselung gewünschten Druck, d'a der Druckabfall im Wärmeaustauscher 3 nicht gross ist. Nachdem die vorgekühlten Gase den Wärmeaustauscher 3 verlassen haben, fliessen sie durch die erste Berieselungszone, die aus einer schräg nach unten in der Strömungsrichtung der Gase geneigten Leitung 9 besteht, die auf ihrer ganzen Länge mit einer Reihe von (im vorliegenden Fall sieben) längs der Leitung 9 angeordneten Sprühdüsen 10 ausgerüstet ist, welche feinverteiltes Wasser aufbringen können.
Die Gase werden besprüht bis auf eine Temperatur, die höchstens 40 C, im vorliegenden Fall 200 C unter ihrem Taupunkt liegt; sie haben normalerweise eine Temperatur im Bereich von 752500 C, vorzugsweise zwischen 120 und 200"C. Die zu wählende Temperatur hängt von den herrschenden Arbeitsbedingungen einschliesslich des Druckes ab; normalerweise ist es nicht erforderlich, die Temperatur der Gase um 40"C unter ihrem Taupunkt zu senken, da es im allgemeinen ausreicht, die Gase zu sättigen und in dieser Gasmenge etwas flüssiges Wasser in Tröpfchenform zu dispergieren, um eine praktisch vollständige Abtrennung des Russes in Form einer wässrigen Suspension aus den Gasen in der ersten Berieselungszone zu erzielen.
Die Besprühung geht bei einem Druck von mindestens 3 at absolut und vorzugsweise
10-30 at absolut, im vorliegenden Falle 25 at ab solut vor sich, weil bei der Besprühung von Gasen, die unter einem verhältnismässig hohen Druck stehen, eine geringere Wassermenge zur Abtrennung des Russes ausreicht. Die Leitung 9 mündet an ihrem tiefer liegenden Ende in einen Gas-Flüssigkeit-Separator 4 (Trennvorrichtung) von üblicher Bauart, wie z. B. einen Abscheider, der mit geeigneten Platten ausgestattet ist, um etwa vorhandene Flüssigkeit von den Gasen abzutrennen; jede Feuchtigkeit, die sich aus den besprühten Ofengasen abscheiden sollte, wird mit mitgeführtem Russ in den Wasser-Gas Abscheider 4 geführt. Russ und Wasser trennen sich leicht und schnell von dem gasförmigen Strom in
Form einer wässrigen Russsuspension, welche aus der Trennvorrichtung 4 durch eine Leitung 15 abgezogen wird.
Die in der ersten Berieselungszone zu be nutzende Wassermenge ist so gross, dass die aus dieser Zone anfallende wässrige Russdispersion gewöhnlich einen Kohlenstoffgehalt von 0,5-50/0 und in den meisten Fällen von 240/o hat. Dies stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber der normalen Russ-in-Wasser-Suspension dar, bei welcher der Russ in einer viel niedrigeren Konzentration vorliegt.
Die Ofengase, die wenigstens annähernd frei sind von Russ, verlassen den oberen Raum der Trennvorrichtung 4 durch eine Leitung 11, welche zum unteren Ende einer zweiten Berieselungszone führt.
Diese Zone wird durch einen Waschturm 5 gebildet, in welchem die Gase im Gegenstrom zu einem Wasserstrom strömen, der durch eine Leitung 13 zugeführt wird. Das Wasser kann eine Temperatur von etwa 15"C haben, um die Temperatur der Ofengase auf den gewünschten niedrigen Endwert von z. B.
200 C zu bringen. Etwaige Russspuren, welche bei der ersten Wasserbesprühung zurückgeblieben sein könnten, gehen aus den Gasen in das Wasser über.
Die gekühlten Ofengase werden aus dem Turm 5 durch eine Leitung 12 am oberen Ende abgeführt.
Das Wasser wird am unteren Ende des Turmes durch die Leitung 14 abgezogen. Gewünschtenfalls kann dieses Wasser im Kreislauf den Sprühdüsen 10 in der ersten Berieselungszone zugeführt werden, wodurch sich eine wesentliche Ersparnis an Wasser ergibt.
Die Anlage nach Fig. 2 arbeitet ähnlich wie die bei Fig. 1 beschriebene und weicht nur darin ab, dass kein Wärmeaustauscher oder Dampfentwickler 3 verwendet wird. Auch hier tritt der Kohlenwasserstoff in den Gaserzeuger 2 durch eine Leitung 6 ein, wo er mit Luft oder Sauerstoff und eventuell Wasserdampf, welche durch eine Leitung 7 zugeführt werden, vermischt wird. Die entstehenden Verbrennungsgase strömen vom Generator 2 in die erste Berieselungszone, welche mit einer Reihe von Düsen 10 längs ihrem geneigten Abschnitt ausgerüstet ist, und wo die Gase bei einem Druck von 26 at absolut auf eine ungefähr 10"C unter ihrem Taupunkt liegende Temperatur gekühlt werden.
Dann gelangen sie in die Wasser-Gas-Trennvorrichtung 4, in welcher eine wässrige Russsuspension gebildet und vom unteren Ende des Separators durch eine Leitung 15 abgezogen wird. Die praktisch russfreien Ofengase verlassen den Separator 4 durch eine Leitung 11, welche in das untere Ende eines Waschturms 5 mündet.
Die kohlenstofffreien Gase steigen durch den Waschturm 5 im Gegenstrom zu einem Sprühnebel aus Wasser auf, der durch eine Leitung 13 zugeführt wird und die Gase weiter bis auf etwa Raumtemperatur abkühlt. Das Wasser verlässt den Turm 5 am Boden durch eine Leitung 14, und die gekühlten Gase strömen am oberen Ende durch eine Leitung 12 ab. Auch hier kann das abfliessende Wasser aus der Leitung 14 zu den Sprühdüsen 10 in der ersten Berieselungszone zurückgeführt werden.