DD215326A1

DD215326A1 - Austrags- und kuehlvorrichtung fuer heisse reaktionsgase

Info

Publication number: DD215326A1
Application number: DD25027683A
Authority: DD
Inventors: Joachim Heynisch; Horst Burkhardt; Lutz Groeschel; Peter Krieg; Berthold Neumann; Gerhard Richter; Volker Schimmeier; Andrea Schmidt; Johannes Slabik
Original assignee: Schwarze Pumpe Gas Veb
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1983-04-28
Publication date: 1984-11-07
Also published as: DD215326B3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf Anlagen der Spaltung bzw. Vergasung aschehaltiger, fester bzw. fluessiger Kohlenwasserstoffe bei denen heisse, mit geschmolzenen Reaktionsrueckstaenden beladene Reaktionsgase aus unter hoeherem als atmosphaerischem Druck stehenden Reaktoren sicher ausgetragen und direkt gekuehlt werden muessen. Die Erfindung soll eine Loesung beinhalten, nach der die heissen, mit geschmolzenen Reaktionsrueckstaenden beladenen Reaktionsgase aus dem Reaktor selbst bei instationaeren Betriebszustaenden sicher ausgetragen oder gekuehlt werden koennen. Erfindungsgemaess wird dazu im Reaktorboden ein Stroemungskanal, bestehend aus einer heissgehenden, unerweiterten, mit Feuerfestmaterial ausgekleideten Duese und einem sich daran nach Querschnittserweiterung anschliessenden Kuehlrohr, angeordnet. Das Oberteil des Kuehlrohres weist ueber seinen Umfang verteilte Wasseraustrittsoeffnungen auf.

Description

Titel der Erfindung

Austrage- und Kühlvorrichtung für heiße Reaktionsgase

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austragen und zur direkten Kühlung heißer, mit geschmolzenen Reaktionsrückständen beladener Reaktionsgase aus unter höherem als atmosphärischem Druck stehenden Reaktoren· Insbesondere kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der autothermen, nichtkatalytischen Druckspaltung bzv». Druckvergasung von Asche enthaltenden Kohlenwasserstoffen zur Anwendung, deren Reaktionsgase auf annähernde Sättigungstemperatur gekühlt werden müssen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Verfahren.der Spaltung bzw· Vergasung aschehaltiger fester bzw· flüssiger Kohlenwasserstoffe unter höherem als atmosphärischem Druck, welche mit Reaktionstemperaturen arbeiten;, die über der Schmelztemperatur der enthaltenen anoi|gani6chen Bestandteile liegen, sind Schwierigkeiten· beim flüssigen Schlackeabzug bekannt·

Nach DE-OS 2 718 539, DD-WP 8 231, DE-PS 1 022 736 und

DE-PS 1 208 443 wird ein getrennter Abzug von Reaktionsgas und flüssiger Schlacke vorgeschlagen. Im Reaktor-Unterteil besteht durch Unterschreiten der Schlackeschmelztemperatur infolge ungenügenden Wärmeangebotes bei geringer Durchströmung die Gefahr des Verschlusses der SchlackeauslaufÖffnung· Ähnliche Verhältnisse liegen bei der nach DD-AP 119 266 vorgeschlagenen technischen Lösung vor· Eine auf die Schlackeauslauföffnung des Reaktors gerichtete Sauerstofflanze zum Aufschmelzen von Schlackeanbackungen ermöglicht.im nur ungenügend durchströmten Schlackeabzugsechacht die Bildung explosibler Gemische und ist aus sicherheitstechnischer Sicht fragwürdig.

Eine nach DE-OS 2 940 933 ausgeführte Löschring- und Tauchrohrbaugruppe für Reaktionsbehälter läßt auf Grund der Wasserfübrung eine unbefriedigende Durchmischung von schlackehaltigem Gas und Kühlwasser erwarten· Bei dieser Ausführung kann eine nicht zu beherrschende Vergrößerung der Reaktoröffnung durch Abschmelzen des feuerfesten Materials eintreten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die heißen, mit geschmolzenen Reaktionsrückständen geladenen Reaktionsgase aus dem Reaktor selbst bei instationären Betriebszuständen, wie An- und Abfahrvorgängen sicher auszutragen und zu kühlen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Austragen und Kühlen schlackebeladener Reaktionsgase aus Reaktoren zu entwickeln, welche die Nachteile dfer bekannten technischen Lösungen abwendet*

bzw« nur In geringerem Maße aufweist. Erfindungsgemäß wird dazu ein Strömungskanal angeordnet, der aus einer unmittelbar im Reaktorboden heißgehenden, nicht erweiterten Düse, der sich nach einer definierten Querschnittserweiterung ein Kühlrohr anschließt» besteht· Sie heißgehende, nicht erweiterte Düse wird durch einen gekühlten, metallischen Ring gebildet, der gasseitig mit feuerfestem Material verkleidet ist· Der freie Durchmesser der Düse ist entsprechend der geforderten Spaltgasgeschwindigkeit dimensioniert· Innerhalb der Kühleinrichtung dieser Düse sind die Kühlung verbessernde Schikanen angeordnet· Das Kühlrohr weist ebenfalls einen mit der Kühlung der Düse verbundenen Kühlmantel auf, der in seinem Unterteil einen tangentialen Wassereinlauf aufweist. Weiter sind im Oberteil dieses Kühlrohres über dessen Umfang verteilte, in den Spaltgasweg weisende Wasseraustrittsöffnungen mit definierter, eine bestimmte Wasseraustrittsgeschwindigkeit garantierender öffnungsweite angeordnet. > Die mit geschmolzener Schlacke beladenen Reaktionsgase verlassen den Reaktor über den im Reaktorboden angeordneten Strömungskanal, durchströmen dabei die Düse und gelangen dann in das Kühlrohr· Als Kühlmedium wird vorzugsweise Weichwasser eingesetzt· Die o. g. Ausführung der Düse garantiert auf Grund der ungünstig gestalteten Wärmedurchgangsverhältnisse vom heißen Reaktionsgas zur Wasserseite der Düse hin eine gasseitige Oberflächentemperatur des feuerfesten Materials im Bereich des Schmelzpunktes der' im Reaktionsgas mitgeführten, geschmolzenen Schlacke. Unter Voraussetzung quasi konstanter Wärmeübergangsverhältnisse auf der Gas- bzw· Wasserseite der heißgehenden Düse ist somit ein Zusetzen derselben mit erstarrender Schlacke auszuschließen, da eine!zusätzliche Schlakkesohicht auf dem feuerfesten Material die Wärmedurchgangsverhältnisse vom heißen'Reaktionsgas zur Wasser-

seite hin weiter verschlechtern würde, die gasseitige Oberfläehentemperetur der Düse über den Schmelzpunkt der Schlacke ansteigen und die Schlacke abschmelzen würde. Andererseits wird die heimgehende Düse durch die Wasserkühlung vor unzulässigem Abtrag des feuerfesten Material^ geschützt. Eine Verringerung der Schichtdicke d^s feuerfesten Materials würde die gasseitige Oberflächentemperatur infolge Verbesserung der Wärmedurchgangeverhältnisse unter den Schlackeschmelzpunkt absenken und das abgetragene feuerfeste Material durch erstarrende Schlacke ersetzen.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden soll die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Austragen und Kühlen eines bei der autothermen, nichtkatalytischen Druckspaltung von aschehaltigen Kohlenwasserstoffen entstehenden Spalt-

gases erläutert werden. .

Me Zeichnung stellt die Anordnung des Strömungskaiaales 1 im Unterteil des unter eiaem Druck von 2,5 MPa arbeitenden Reaktors 2 dar. Im Ausführungsbeispiel ist der druckfeste Reaktormantel 3 durch einen wassergefüllten Riiigspalt 4 vor Temperaturüberbeanspruchung geschützt· Auf dem Reaktorinnenmantel 5 aus dünnwandigem Kesselblech ist eine Schutzschicht 6 aus feuerfestem Material aufgebracht

Im Reaktorboden tritt das ca. 1.300 ⁰O heiße, geschmolzone Schlacke enthaltende Spaltgas 7 durch die heißgehende, nicht erweiterte Düse 8 in das Kühlrohr 9, wo es unmittelbar nach der plötzlichen Querschnittserweiterung durch Einspritzen von Kühlwasser auf ca. 180 ⁰O gekühlt wird. Die Kühlwassermenge ist mit 1...

1,5 kg/m-'dr) Spaltgas so bemessen, daß nach Verdampfen von ca. 0,6 kg Wasser pro 1 nr(IT) Spaltgas noch ausreichend Wasser zum Auswaschen der Schlacke vorbanden ist. Im nachfolgenden Trennbehälter 10 werden asche»

haltiges Kühlwasser Im Sumpf und auf. annähernde Sättigungstemperatur gekühltes, gereinigtes Spaltgas im Oberteil getrennt abgezogen und in bekannter Weise weiterverarbeitet·

Die Düse 8 wird durch einen gekühlten Ring aus dünnwandigem Ee e.selblech gebildet, der gasseitig verstiftet und mit feuerfestem Material verkleidet ist. Der freie Durchmesser der Düse ist so bemessen, daß das Spaltgas 7 auf eine Geschwindigkeit von 80··.120 m/s beschleunigt wird und als Freistrahl in das Kühlrohr eintritt· Die freien Durchmesser des Kühlrohres 9 zur Düse 8 müssen mindestens das Verhältnis 3 s 1 bilden· Die Schichtdicke des feuerfesten Materials im Strömungskanal der Düse 8 ist unter Berücksichtigung der Wärmedurchgangsverhältnisse vom heißen Spaltgas zur Wasserseite hin so gewählt, daß die gasseitige Oberflächentemperatür des feuerfesten Materials im Bereich des Schmelzpunktes der mitgeführten Schlacke liegt« Wasserseitig ist die heißgehende Düse 8 unmittelbar mit dem doppelwandigen Kühlrohr 9 verbunden· Eine Schikane 15 garantiert die Kühlung der Düse 8· Das zur direkten Kühlung und Reinigung des Spaltgases 7 notwendige Kühlwasser 11 wird über einen Wasserzulauf im Unterteil des Kühlrohres 9 tangential zugeführt· Das Kühlwasser 11 durchströmt den Wassermantel 13 des Strömungskanales 1 und gelangt unmittelbar unterhalb der Düse 8 durch 18 über den Umfang des Kühlrohreβ 9 verteilte Wasseraustrittsöffnungen 14 in den Gasstrom· Der Durchmesser der Wasseraustritteöffnungen ist so gewählt, daß das Kühlwasser 11 ν auf eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 30 m/s beschleunigt wird· Auf der gaseeitigen, gekühlten Oberfläche des Kühlrohres 9 bildet sich so ein Kühlwasserschleier aus, der ein Anbacken der zum !Teil noch flüssigen Schlacke verhindert·

Der Strömungskanal 1 wird durch einen in die Planschverbindung 16 von druckfeeten Beaktormantel 3 und Trennbehälter 10 einbezogenen Stützring 17 getragen·

Claims

Erfindungsanspruch

1· Austrage- und Kühlvorrichtung für.heiße Reaktionsgase, speziell für solche Grase, die heiß mit' geschmolzenen Reäktionsrückständen beladen aus Reaktoren austreten, die unter höherem als atmosphärischem Druck betrieben werden, insbesondere aus Reaktoren der autothermen, nichtkatalytischen Druckspaltung bzw· Druckvergasung, gekennzeichnet dadurch, daß im Reak- torboden ein Strömungskanal TI)» bestehend aus einer heißgehenden, unerweiterten DüseC8)und einem sich in Strömxmgsrichtung des Reaktionsgases nach einer definierten Querschnittserweiterung anschließenden Kühlrohre angeordnet ist, daß Düse(8)und Kühlrohr

(9) doppelwandig mit einem Wassermänteln3)ausgeführt sind, daß vielter der StrömungskanalCOin seinem Unterteil einen tangential angeordneten Wasserzulauf f12)'in den Wassermantel(13)aufweist, und daß dieser innerhalb seines Oberteils in Höhe der Düse i8)die Kühlung verbessernde SchikanenC15)aufweist, und daß ferner im Oberteil des KühlrohresC9i über den Umfang desselben verteilt, WässeraustrittsöffnungenC14)mit einer eine erforderliche Wasseraustrittegeschwindigkeit von mindestens 30 m/s garantierenden öffnungsweite in Richtung des Reaktionsgasstromes angeordnet sind. _.- '

2· Austrags- und Kühlvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Düse(8)einen gekühlten, metallischen Ring bildet und einen freien, der geforderten Reaktionsgasgeschwindigkeit von 80··.120 m/s entsprechenden Durchmesser aufweist, daß weiter in dieser DüsejC8)gastfeitig eine feuerfeste, an ihrer Oberfläche während des Betriebes eine Temperatur im Bereich des Schmelzpunktes der vom Reaktionsgas mitgeführten Schlacke aufweisende Auskleidung von

8 entsprechender Schichtdicke angeordnet ist.

3· Austrage- und Kühlvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Kühlrohrf9) mindestens den dreifachen freien Dur chines 8 er der Düse (8) aufweist.

(hierzu ein Blatt Zeichnung)

Hierzu 1 Saite Zeichnungen