DE1083235B

DE1083235B - Device for the partial combustion of hydrocarbons to form gas mixtures containing hydrogen and carbon oxide

Info

Publication number: DE1083235B
Application number: DEN13896A
Authority: DE
Inventors: Johannes Augustinus Te Nuyl; Marinus Johannes Hofstede; Cornelis Gerhardus Van Wateren; Christiaan Dijkstra
Original assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Current assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Priority date: 1956-07-20
Filing date: 1957-07-18
Publication date: 1960-06-15
Also published as: CH364493A

Description

Vorrichtung für die partielle Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Wasserstoff und Kohlenoxyd enthaltenden Gasgemischen Es ist an sich bekannt, daß man Kohlenwasserstoffe durch partielleVerbrennung mit Sauerstoff, gegebenenfalls unter Zufuhr von Wasserdampf, in ein Wasserstoff und Kohlenoxyd enthaltendes Gasgemisch überführen kann. Die Umsetzung wird in druckfesten Reaktionskammern unter Anwendung von Überdrücken zwischen etwa 5 und 35 at durchgeführt.Device for the partial combustion of hydrocarbons to gas mixtures containing hydrogen and carbon oxide It is known per se that one hydrocarbons by partial combustion with oxygen, optionally with the addition of steam, into a gas mixture containing hydrogen and carbon oxide can convict. The reaction is carried out in pressure-tight reaction chambers using performed by overpressures between about 5 and 35 at.

Die Ausnutzung der Wärmeenergie der entstehenden heißen Reaktionsgase, deren Temperatur etwa 1000 bis 1500° C beträgt, ist jedoch bisher auf große praktische Schwierigkeiten gestoßen, vor allem wegen der in ihnen enthaltenen Kohlenstoffteilchen, welche die üblichen Wärmeaustauscher von Flammröhrtyp verstopfen und infolge der sich bildenden Bußablagerungen auch den Wärmeübergang weitgehend herabsetzen. Außerdem werden die betreffenden Wärmeaustauscher auch mechanisch so stärk beansprucht, daß bei den üblichen Konstruktionen ein hoher Verschleiß auftritt.The utilization of the thermal energy of the hot reaction gases produced, the temperature of which is about 1000 to 1500 ° C, however, has so far been largely practical Encountered difficulties, mainly because of the carbon particles they contain, which clog the usual heat exchangers of flame tube type and as a result of the Forming fine deposits also largely reduce the heat transfer. aside from that the heat exchangers in question are also mechanically so heavily stressed that with the usual constructions a high level of wear occurs.

Es wurde nun gefunden, daß diese Mängel behoben werden können, wenn der mit der Reaktionskammer verbundene und zur Kühlung der heißen Gasgemische dienende Wärmeaustauscher ein oder mehrere spiralförmige Kühlrohre zur Durchleitung der heißen Gase enthält. Die Kühlrohre werden dabei durch ein geeignetes Kühlmittel umspült. Überraschenderweise lassen sich bei dieser Konstruktion Rußabscheidungen praktisch ganz vermeiden, vermutlich infolge des Auftretens hoher Gasgeschwindigkeiten und der starken Zentrifugalkräfte, die sich durch die Biegung der Rohre ausbilden und auch von Wirbelbildungen begleitet sein können.It has now been found that these deficiencies can be remedied if the one connected to the reaction chamber and used to cool the hot gas mixtures Heat exchanger one or more spiral cooling tubes for the passage of the hot Contains gases. A suitable coolant flows around the cooling pipes. Surprisingly, soot deposits are practical with this design avoid completely, probably as a result of the occurrence of high gas velocities and the strong centrifugal forces that develop when the tubes bend and can also be accompanied by vortex formation.

Es ist an sich bekannt, in Wärmeaustauschern für beispielsweise Säuredämpfe, aber auch für Gase spiralförmig gebogene Kühlrohre zu verwenden, doch hat bisher ein Vorurteil bestanden, solche Konstruktionen für die Abkühlung der sehr heißen und noch Kohlenstoffteilchen mit sich führenden Gase zu verwenden, welche bei der partiellen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in Sauerstoff entstehen. Es stand zu erwarten, daß die nachteilige Bildung von kohlenstoffhaltigen Niederschlägen auf der Innenseite spiralförmiger Rohre noch größer sein würde als bei Anwendung gerader Rohre und daß sich außerdem zusätzliche Schwierigkeiten bei der Reinigung solcher Rohre ergeben würden.It is known per se, in heat exchangers for, for example, acid vapors, but also to use spirally curved cooling tubes for gases, but has so far a prejudice existed, such constructions for cooling the very hot and still to use carbon particles with entrained gases, which in the partial combustion of hydrocarbons in oxygen. It stood expected the adverse formation of carbonaceous precipitates on the inside of spiral tubes would be even larger than when applied straight pipes and that there are also additional difficulties in cleaning such pipes would result.

Es ist beispielsweise schon beschrieben worden, spiralförmige Rohrschlangen aus einem gewalzten Band von sattelförmigem Querschnitt herzustellen, welches in Schraubenform auf einen zylindrischen Kern aufgewickelt ist, wobei die aneinanderstoßenden Ränder des spiralförmigen Bandes miteinander verlötet sind.For example, it has already been described, helical coils from a rolled strip of saddle-shaped cross-section, which in Helical shape is wound on a cylindrical core, the abutting Edges of the spiral band are soldered together.

Weiterhin ist es bekannt, die Kühlrohre für Gase und Dämpfe spiralförmig außen um einen Hohlzylinder aufzubringen und in dem Zylinder selbst eine weitere Kühlschlange vorzusehen, durch welche das eigentliche Kühlmittel strömt und sich dabei etwas vorwärmt, ehe es in den vom Hohlzylinder umschlossenen Raum einströmt und von dort aus in den außerhalb des Hohlzylinders befindlichen Raum mit den Kühlrohren für die Gase oder Dämpfe gelangt. Hierdurch soll die Temperaturdifferenz zwischen den zu kühlenden Gasen und Dämpfen und dem direkt mit den Kühlrohren in Berührung kommenden Kühlmittel verringert werden.It is also known that the cooling tubes for gases and vapors are spiral-shaped on the outside to apply a hollow cylinder and another in the cylinder itself Provide cooling coil through which the actual coolant flows and itself it preheats something before it flows into the space enclosed by the hollow cylinder and from there into the space with the cooling tubes located outside the hollow cylinder for the gases or vapors to reach. This should reduce the temperature difference between the gases and vapors to be cooled and directly in contact with the cooling tubes coming coolant can be reduced.

Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Konstruktion kann die Gefahr einer Abscheidung von Bußteilchen noch weiter herabgesetzt werden durch eine besondere Anordnung der spiralförmigen Kühlrohre im Wärmeaustauscher, so daß sie dauernd im schwachen Vibrieren gehalten werden, was durch eine rasche Aufwärtsbewegung der sich in der Kühlflüssigkeit ausbildenden Dampfblasen noch gefördert wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Zuleitung für das Kühlmittel zum Wärmeaustauscher in einen ringförmigen Kanal oder ringförmige Kanäle münden. Dieser Kanal wird von einer Zuleitung für die zu kühlenden heißen Gase, welche ihrerseits mit einem Kühlrohr in Verbindung steht, sowie von einem konzentrisch um die Zuleitung angeordneten Rohr gebildet, das mit der Wandung des Wärmeaustauschers verbunden ist.With the construction provided according to the invention, the risk a separation of fine particles can be further reduced by a special one Arrangement of the spiral cooling tubes in the heat exchanger so that they are permanently in the weak vibration, which is caused by a rapid upward movement of the vapor bubbles forming in the coolant are still promoted. According to One embodiment of the invention can be the supply line for the coolant to the heat exchanger open into an annular channel or channels. This channel is from a supply line for the hot gases to be cooled, which in turn is connected to a cooling pipe is in connection, as well as one arranged concentrically around the supply line Formed tube which is connected to the wall of the heat exchanger.

Auf diese Weise ist es möglich, das Kühlmittel sehr innig mit den heißen Gasen gerade an den Punkten in Berührung zu bringen, wo diese die höchste und es selbst die niedrigste Temperatur hat, ohne daß aber das Material übermäßigen Hitzebeanspruchungen unterworfen wird.In this way it is possible to get the coolant very intimately with the to bring hot gases into contact precisely at the points where this is the highest and it has the lowest temperature itself, but without excessive material Is subjected to heat stresses.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht der Wärmeaustauscher aus einem zylindrischen Kessel mit einem Innenrohr und einer Bodenplatte, mit welcher das Kühlrohr bzw. die Kühlrohre verbunden sind. Die Kühlrohre sind dabei in dem von der äußeren Kesselwand und dem Innenrohr gebildeten Ringraum angeordnet.According to another embodiment of the invention, there is the heat exchanger from a cylindrical boiler with an inner tube and a base plate with which the cooling pipe or the cooling pipes are connected. The cooling pipes are in the arranged by the outer boiler wall and the inner tube formed annular space.

Da die direkt mit den heißen Gasen in Berührung stehenden Teile des Wärmeaustauschers infolge der hohen Temperatur und der mechanischen Beanspruchung ziemlich starken Belastungen ausgesetzt sind, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die direkt mit der Bodenplatte des Wärmeaustauschers verbundenen Enden des oder der Kühlrohre über die Länge etwa einer halben Rohrwindung zu verstärken. Die übrigen Rohrteile müssen jedoch zwecks Aufrechterhaltung einer ausreichenden Biegsamkeit dünnwandig ausgeführt werden.Since the parts of the Heat exchanger due to the high temperature and mechanical stress are exposed to fairly heavy loads, it has proven to be useful the ends of the or directly connected to the bottom plate of the heat exchanger to reinforce the cooling pipes over the length of about half a pipe turn. The remaining However, pipe parts must be sufficiently flexible in order to maintain them be made thin-walled.

Zwecks guter Kühlung der heißesten Stellen des Wärmeaustauschers wird ferner das untere Ende des beschriebenen Innenrohres vorzugsweise als Sprühdüse ausgebildet, so daß das zugeführte Kühlmittel mit großer Geschwindigkeit auf die heiße Bodenplatte auftrifft und dann erst in den erwähnten Ringraum gelangt.For good cooling of the hottest parts of the heat exchanger furthermore, the lower end of the inner tube described, preferably as a spray nozzle formed so that the supplied coolant at high speed on the hits the hot bottom plate and only then enters the annulus mentioned.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Wärmeaustauscher aus einem geschlossenen zylindrischen Kessel mit mindestens einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung für das Kühlmittel sowie ferner mit mindestens einem Kühlrohr für die heißen Gase, welches sich in einem Ringraum befindet, der durch die äußere Wandung des Kessels und ein konzentrisch angeordnetes inneres Rohr gebildet wird. Dieses Innenrohr ist an seinem einen Ende in der Nähe des Kesselbodens geschlossen und an dem anderen Ende offen. An dem geschlossenen Ende ist ein Auslaß für flüssiges Kühlmittel vorgesehen.According to a further embodiment of the invention, there is the heat exchanger from a closed cylindrical boiler with at least one inlet and an outlet opening for the coolant and furthermore with at least one cooling pipe for the hot gases, which is located in an annulus that passes through the outer Wall of the boiler and a concentrically arranged inner tube is formed. This inner tube is closed at one end near the boiler bottom and open at the other end. At the closed end is an outlet for liquid Coolant provided.

In diesem Fall kann das noch flüssige Kühlmittel durch das obere offene Ende in das Innenrohr gelangen, während der verdampfte Anteil am Kopf des Wärmeaustauscherkessels abgezogen wird, so daß bereits innerhalb des Austauschers eine Trennung in die flüssige und dampfförmige Phase stattfindet. Außerdem besteht der zusätzliche Vorteil, daß im Innenrohr praktisch eine ruhende Flüssigkeitssäule vorhanden ist, deren Stand auf einer vorher bestimmten Höhe gehalten werden kann, so daß sich die Menge der im Kreislauf umzuführenden Kühlflüssigkeit je nach der Temperatur der heißen Gase und dem Grad der Dampfbildung regulieren läßt, während gleichzeitig auch der Wärmeübergang verbessert wird.In this case, the still liquid coolant can through the upper open End get into the inner tube, while the evaporated portion at the top of the heat exchanger boiler is withdrawn, so that a separation into the liquid already within the exchanger and vapor phase takes place. There is also the additional advantage that there is practically a static column of liquid in the inner tube, the level of which can be kept at a predetermined level, so that the amount of cooling liquid to be circulated depending on the temperature of the hot gases and regulate the degree of steam generation, while at the same time the heat transfer is improved.

Vorzugsweise bestehen dabei das Kühlrohr bzw. die Kühlrohre für die heißen Gase aus zwei Teilen, welche konzentrisch um das Innenrohr angeordnet und durch ein Verbindungsrohr an ihren oberen Teilen miteinander verbunden sind. Infolge dieser Anordnung ergibt sich eine wesentliche Platzersparnis.Preferably, there are the cooling pipe or the cooling pipes for the hot gases from two parts, which are arranged concentrically around the inner tube and are connected to each other by a connecting pipe at their upper parts. As a result this arrangement results in a substantial saving of space.

Im oberen Teil des kesselförmigen Wärmeäüstauschers ist zweckmäßig ein Zyklon angeordnet, in welchem eventuell mit den abziehenden Kühlmitteldämpfen mitgerissene Flüssigkeit abgetrennt wird und über eine Abflußleitung in das oben offene Innenrohr zurückfließt.In the upper part of the boiler-shaped heat exchanger is useful arranged a cyclone, in which possibly with the withdrawing coolant vapors entrained liquid is separated and via a drain pipe into the above open inner tube flows back.

Der untere Teil des Kessels und der vom Innenrohr umschlossene Raum stehen vorzugsweise über enge Öffnungen miteinander in Verbindung, so daß die Kühlflüssigkeit vollständig aus dem Wärmeaustauscher entfernt werden kann, wenn dieser außer Betrieb ist.The lower part of the boiler and the space enclosed by the inner tube are preferably in communication with one another via narrow openings, so that the cooling liquid can be completely removed from the heat exchanger when it is out of order is.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jedes der Kühlrohre von einem spiralförmigen Rohr größeren Durchmessers auf seiner ganzen Länge umgeben, wobei die so gebildeten spiralförmigen Ringräume mit einer Zuflußleitung und einer Abflußleitung für das Kühlmittel versehen sind.According to a further embodiment of the invention, each of the cooling tubes is surrounded by a spiral tube of larger diameter along its entire length, wherein the so formed spiral annular spaces with an inflow line and a Drain line for the coolant are provided.

Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß im Falle einer Beschädigung der Rohre die Gefahr eines Unfalls verhältnismäßig gering ist, selbst bei den hohen Drücken, die auftreten können.The particular advantage of this embodiment is that in the If the pipes are damaged, the risk of an accident is relatively low is even at the high pressures that can occur.

Außerdem sind die Verluste an Wasser oder Wasserdampf im Falle von Rohrschäden verhältnismäßig klein. Ferner ist es leicht möglich, eine beschädigte Serie von Spiralrohren während des Betriebes zu ersetzen.In addition, the losses of water or water vapor in the case of Pipe damage relatively small. It is also easy to find a damaged Series of spiral tubes to be replaced during operation.

Schließlich ermöglicht die Anwendung eines Wärmeaustauschers mit mehr als einer Serie von Spiralrohren die Regelung seiner Kapazität.Finally, the use of a heat exchanger allows for more as a series of spiral tubes regulating its capacity.

Jede Rohrserie aus spiralförmig angeordneten Kühlrohren und diese umgebenden Kühlwasserleitungen ist vorzugsweise mit je einer Verteilerleitung für die zu kühlenden Gase und das Kühlwasser sowie mit je einer Sammelleitung für die abziehenden gekühlten Reaktionsgase und das verbrauchte Kühlwasser verbunden. Die Zweckmäßigkeit dieser Konstruktion tritt in Erscheinung, wenn es erwünscht ist, mehr als eine Serie von Kühlrohren zu verwenden, da es dann möglich ist, jede Serie von Spiralrohren in einfacher Weise auszuschalten, ohne daß der kontinuierliche Strom der Gase und des Kühlwassers von der Verteilerleitung bis zur Sammelleitung gestört wird.Each tube series of spiral-shaped cooling tubes and these surrounding cooling water lines is preferably each with a distribution line for the gases to be cooled and the cooling water and each with a collecting line for the withdrawn cooled reaction gases and the used cooling water connected. the The usefulness of this construction appears when it is desired to use more than one series of cooling tubes as it is then possible to use any series of spiral pipes in a simple manner without losing the continuous Flow of gases and cooling water from the distribution line to the collecting line is disturbed.

Es ist auch zweckmäßig, jede Verbindung zwischen der Verteilerleitung für die zu kühlenden Gase und dem Beginn des Spiralrohres zu kühlen, da sonst die sehr hohen Gastemperaturen eine übermäßige Beanspruchung des Materials herbeiführen würden. Beispielsweise kann man jedes Verbindungsstück einschließlich des betreffenden Flansches mit einem besonderen Kühlkanal versehen. Jede Serie von Spiralrohren kann schließlich in einem geschlossenen zylindrischen Raum untergebracht werden, um so die Gefahr im Falle eines Rohrbruches noch weiter zu verringern.It is also useful to have any connection between the distribution line for the gases to be cooled and the beginning of the spiral pipe to cool, otherwise the very high gas temperatures cause excessive stress on the material would. For example, you can use any connector including the relevant The flange with a special cooling channel. Any series of spiral tubes can finally to be housed in a closed cylindrical space so as to to further reduce the risk in the event of a pipe burst.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung, in welcher verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Beispiele dargestellt sind, noch näher erläutert.The invention is illustrated with reference to the schematic drawing, in which different embodiments of the device according to the invention as Examples are shown, explained in more detail.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der gesamten Apparatur.Fig. 1 is a schematic representation of the entire apparatus.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen eine besondere Ausführungsform des zur Apparatur gehörenden Wärmeaustauschers. Dabei ist Fig. 2 ein Längsschnitt durch den Wärmeaustauscher D (Fig. 1) ; Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch den oberen Teil des Wärmeaustauschers nach der Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2; Fig. 5 zeigt die Sprühdüse.FIGS. 2 to 5 show a particular embodiment of the apparatus belonging heat exchanger. 2 is a longitudinal section through the heat exchanger D (Fig. 1); Fig. 3 is a longitudinal section through the upper one Part of the heat exchanger along the line III-III in Fig. 2; Fig. 4 is a cross section along the line IV-IV in Fig. 2; Fig. 5 shows the spray nozzle.

Die Fig. 6 und 7 sind Längs- bzw. Querschnitte einer anderen Ausführungsform des Wärmeaustauschers.Figures 6 and 7 are longitudinal and cross sections, respectively, of another embodiment of the heat exchanger.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Apparatur. Fig. 8 ist eine schematische Ansicht: Fig. 9 ist ein Längsschnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 8, und Fig. 10 zeigt eine Einzelheit zu Fig. 9.8 to 10 show further embodiments of the invention Apparatus. Fig. 8 is a schematic view: Fig. 9 is a longitudinal section according to the line IX-IX in FIG. 8, and FIG. 10 shows a detail of FIG. 9.

In Fig. 1 stellt A das eigentliche Reaktionsgefäß dar, welches mit einer Zuführungsleitung a für das Heizöl zu einem Brennerteil A' des Reaktionsgefäßes sowie mit einer Zuführungsleitung b für den Sauerstoff und etwa verwendeten Wasserdampf ausgerüstet ist. Das Reaktionsgefäß ist über B mit einem Verbindungsstutzen C verbunden. Die heißen Gase gelangen über B und C in den Wärmeaustauscher D. Dieser Austauscher ist mit einem spiralförmigen Kühlrohr ausgerüstet und besitzt eine Austrittsöffnung c für die gekühlten Gase sowie eine Zuleitung d für das Kühlmittel, z. B. Wasser, sowie ferner einen Auslaß e für das Gemisch aus Wasser und Dampf. Die bei c austretenden Gase können gewünschtenfalls anschließend einer Reinigungsbehandlung in an sich bekannter Weise unterworfen werden. Die Spiralform des bzw. der Kühlrohre ermöglicht es auch, die erforderliche Kühlfläche in einem senkrechten Wärmeaustauscher von mäßiger Höhe unterzubringen.In Fig. 1, A represents the actual reaction vessel, which is equipped with a supply line a for the heating oil to a burner part A 'of the reaction vessel and with a supply line b for the oxygen and any water vapor used. The reaction vessel is connected to a connector C via B. The hot gases enter the heat exchanger D via B and C. This exchanger is equipped with a spiral cooling tube and has an outlet opening c for the cooled gases and a supply line d for the coolant, e.g. B. water, and also an outlet e for the mixture of water and steam. The gases emerging at c can, if desired, then be subjected to a cleaning treatment in a manner known per se. The spiral shape of the cooling tube or tubes also makes it possible to accommodate the required cooling surface in a vertical heat exchanger of moderate height.

Der in Fig. 2 dargestellte Wärmeaustauscher hat eine Bodenplatte 1, die mit einem Flansch 2 versehen ist. Das untere Ende eines zentrisch angeordneten, frei aufgehängten Innenrohres 7, das auch mit Führungsleisten 5 für die Kühlrohre 4 versehen ist, bildet eine Sprühdüse 3. Die äußere Wandung des Wärmeaustauschers ist mit der Bodenplatte 1 z. B. verschweißt. Das Innenrohr 7 geht an seinem oberen Ende über einen konischen Teil 8 und einen zylinrischen Endteil 10 in das Gasabführungsrohr 13 über (entsprechend Austrittsöffnung c in Fig. 1), welches durch eine Innenwand 12 abgeschlossen und mit der Kesselwand 6 fest verbunden ist. Die Austrittsöffnungen der Kühlrohre 4 münden über ein verstärktes Rohrstück 9 oberhalb dieser Innenwand in dem Gasabführungsrohr 13. Die Zufuhrleitungen 15 für das Kühlwasser münden in der Nähe der Innenwand 12 in das Innenrohr 7 ein.The heat exchanger shown in Fig. 2 has a base plate 1, which is provided with a flange 2. The lower end of a centrally arranged, freely suspended inner tube 7, which also with guide strips 5 for the cooling tubes 4 is provided, forms a spray nozzle 3. The outer wall of the heat exchanger is with the bottom plate 1 z. B. welded. The inner tube 7 goes to its upper one End via a conical part 8 and a cylindrical end part 10 into the gas discharge pipe 13 over (corresponding to the outlet opening c in Fig. 1), which through an inner wall 12 is completed and firmly connected to the boiler wall 6. The outlet openings the cooling pipes 4 open out via a reinforced pipe section 9 above this inner wall in the gas discharge pipe 13. The supply lines 15 for the cooling water open into near the inner wall 12 into the inner tube 7.

Der Vorteil einer solchen Konstruktion besteht darin, daß das Innenrohr 7 keinen Wärmespannungen unterworfen ist und daß das Rohr sich z. B. bei Temperatursteigerung frei ausdehnen kann.The advantage of such a construction is that the inner tube 7 is not subjected to thermal stresses and that the tube z. B. when the temperature rises can expand freely.

Im oberen Teil 11 des Wärmeaustauschers ist eine Abführungsleitung 14 (entsprechend Auslaß e in Fig. 1) für das Kühlmittel vorgesehen. Die Zufuhr von heißem Gas erfolgt über einen verdickten Einlaßteil 16 der Kühlrohre 4.In the upper part 11 of the heat exchanger, a discharge line 14 (corresponding to outlet e in Fig. 1) is provided for the coolant. The supply of hot gas takes place via a thickened inlet part 16 of the cooling tubes 4.

Um ein vollständiges oder teilweises freies Vibrieren des Rohres bzw. der Rohre 4 zu ermöglichen, ist der Wärmeaustauscher an verschiedenen Stellen mit Stützelementen 17 versehen, welche eine gleitende und bzw. oder feste Unterstützung des Kühlrohres bzw. der Kühlrohre zwischen den Enden ermöglichen.To ensure that the pipe or pipe vibrates completely or partially. To enable the tubes 4, the heat exchanger is at various points with Support elements 17 provided, which a sliding and / or fixed support allow the cooling pipe or the cooling pipes between the ends.

Fig. 3 zeigt, wie die Kühlrohre 4 an das Gasabführungsrohr 13 angeschlossen sind. Fig. 4 zeigt die Anordnung der Sprühdüse 3 für das Kühlmittel gegenüber dem Einlaßteil 16 der Kühlrohre für die heißen Gase, welches über eine Strecke von etwa einer halben Rohrwindung verdickt ist.3 shows how the cooling pipes 4 are connected to the gas discharge pipe 13 are. Fig. 4 shows the arrangement of the spray nozzle 3 for the coolant compared to the Inlet part 16 of the cooling tubes for the hot gases, which over a distance of about half a turn of the pipe is thickened.

Das Kühlmittel muß genügend rasch und an der richtigen Stelle durch frisches Kühlmittel ersetzt werden. Daher ist sowohl die Form der Sprühdüse 3 als auch die Stelle, an welcher diese mündet, besonders wichtig. Die Sprühdüse 3 hat vorzugsweise die Form eines Schlitzes oder engen Spaltes und mündet in der Nähe der Verbindung zwischen Kühlrohr bzw. Kühlrohren 4 und Bodenplatte 1.The coolant must flow through quickly enough and in the right place fresh coolant must be replaced. Therefore, both the shape of the spray nozzle 3 as the point at which it flows is also particularly important. The spray nozzle 3 has preferably in the form of a slit or narrow gap and opens in the vicinity the connection between cooling tube or cooling tubes 4 and base plate 1.

Die Form der Sprühdüse in der Nähe des unteren Endes des Innenrohres ist in einer besonderen Einzelzeichnung (Fig. 5) dargestellt (vgl. Richtung des Pfeiles P in Fig. 4). Der enge Schlitz gibt die Gewähr, daß ein gerichteter Kühlmittelstrom mit großer Geschwindigkeit und Wucht gegen die Bodenplatte des Wärmeaustauschers gesprüht wird.The shape of the spray nozzle near the bottom of the inner tube is shown in a special individual drawing (Fig. 5) (see direction of the Arrow P in Fig. 4). The narrow slot ensures that there is a directed flow of coolant with great speed and force against the base plate of the heat exchanger is sprayed.

In einem Wärmeaustauscher gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wurde im Kreislauf geführtes Wasser in einer Menge, die dem Zehnfachen des verdampften Anteils entspricht, als Kühlmittel verwendet. Die Temperatur des umlaufenden Wassers betrug etwa 215° C. Die Temperatur, mit der die heißen Gase eingeführt wurden, betrug etwa 1300° C, und die Temperatur, bei welcher die gekühlten Gase abgeführt wurden, betrug etwa 250° C.In a heat exchanger according to this embodiment of the invention was circulated water in an amount ten times that evaporated Proportion, used as a coolant. The temperature of the circulating water was about 215 ° C. The temperature at which the hot gases were introduced was about 1300 ° C, and the temperature at which the cooled gases were discharged, was about 250 ° C.

Bei der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ist im Wärmeaustauscher die Zufuhrleitung 102 für das Kühlwasser konzentrisch um das Zuführungsrohr 101 für die zu kühlenden heißen Gase in der Weise angeordnet, daß die beiden Rohre einen ringförmigen Raum 112 bilden, durch den Kühlmittel, gewöhnlich Wasser, hindurchgeführt wird (vgl. Einführungsleitung d in Fig. 1). Der entstehende Dampf verläßt den Wärmeaustauscher bei 103, während das Wasser bei 104 abgelassen wird. Die gekühlten Gase ziehen über Leitung 105 ab.In the embodiment shown in FIGS. 6 and 7 is in the heat exchanger the supply line 102 for the cooling water concentrically around the supply pipe 101 for the hot gases to be cooled arranged in such a way that the two tubes have a form annular space 112 through which coolant, usually water, passed (see. Introductory line d in Fig. 1). The resulting steam leaves the heat exchanger at 103 while the water is drained at 104. The cooled gases pull over Line 105 off.

Der Wärmeaustauscher selbst besteht aus einem aufrecht stehenden zylindrischen Kessel 106 mit einem am oberen Ende offenen und am unteren Ende geschlossenen Innenrohr 107, welches im Kesselboden verankert ist. Der durch Kesselwand und Innenrohr gebildete Ringraum 108 enthält die spiralförmigen Kühlrohre 109 und 110, deren obere Enden durch ein Verbindungsstück 111 miteinander verbunden sind. Diese beiden Rohre sind konzentrisch, aber mit einem verschiedenen Krümmungsradius um das Innenrohr 107 angeordnet. Man kann in dem Ringraum auch mehr als eine Serie solcher Spiralrohre unterbringen.The heat exchanger itself consists of an upright cylindrical boiler 106 with an inner tube 107 which is open at the upper end and closed at the lower end and which is anchored in the boiler bottom. The annular space 108 formed by the boiler wall and inner tube contains the spiral-shaped cooling tubes 109 and 110, the upper ends of which are connected to one another by a connecting piece 111. These two tubes are arranged concentrically, but with a different radius of curvature around the inner tube 107. It is also possible to accommodate more than one series of such spiral tubes in the annulus.

Im oberen Teil des Kessels können eine oder mehrere Platten 113 vorgesehen sein, um ein zu starkes Mitreißen von Flüssigkeit durch den gebildeten Dampf zu verhindern, wenn das Kühlmittel übermäßig aufkocht. One or more plates 113 can be provided in the upper part of the boiler in order to prevent excessive entrainment of liquid by the vapor formed if the coolant boils excessively.

Der Zyklon 114 im oberen Teil des Kessels 106 dient zur Abtrennung der Flüssigkeit aus dem Dampf, die dann über das Rohr 115 in den Flüssigkeitskreislauf zurückgeführt wird. Ein Wasserstandsanzeiger 116 ist außerhalb des Kessels 106 angeordnet, da das Kühlmittel während des Betriebes im Innenrohr auf einer gewissen Höhe gehalten werden soll. Am Boden des Innenrohres 107 ist eine Abzugsleitung 117 für das Kühlwasser vorgesehen; eine Reihe kleiner Öffnungen 118 ermöglicht es außerdem, den Ringraum gewünschtenfalls zu entleeren, falls die Anlage stillgesetzt werden soll.The cyclone 114 in the upper part of the boiler 106 serves to separate the liquid from the steam, which is then returned to the liquid circuit via the pipe 115. A water level indicator 116 is arranged outside the boiler 106 , since the coolant is to be kept at a certain level in the inner tube during operation. At the bottom of the inner tube 107, a discharge line 117 is provided for the cooling water; a series of small openings 118 also allow the annulus to be emptied if desired if the plant is to be shut down.

Damit das flüssige Kühlmittel im Innenrohr an der Austrittsstelle 104 nicht länger einer besonderen Erhitzung unterworfen wird, erstreckt sich das geschlossene Ende desselben über den Boden des Kessels' 106 hinaus.So that the liquid coolant in the inner tube at the outlet point 104 is no longer subjected to special heating, that extends closed End of the same beyond the bottom of the '106 kettle.

Der Wärmeaustauscher gemäß der Ausführung nach Fig. 6 und 7 arbeitet wie folgt: Die heißen Gase werden durch ein oder mehrere Zuleitungsrohre 101 eingeführt, und die Kühlung beginnt bereits, bevor sie in den eigentlichen Wärmeaustauscher eintreten, da das Kühlwasser über den Ringraum 112 zugeführt wird. Im Innern des Wärmeaustauschers geht das Rohr 101 in das Spiralrohr 109 über, in welchem die heißen Gase einen nach oben gerichteten spiralförmigen Weg durchlaufen. Am oberen Ende des Spiralrohres wechseln die Gase die Richtung und bewegen sich wieder abwärts durch das andere spiralförmige Rohr bzw. Rohre 110 und verlassen schließlich den Wärmeaustauscher in gekühltem Zustand durch das Abführungsrohr bzw. die Rohre 105.The heat exchanger according to the embodiment according to FIGS. 6 and 7 works as follows: The hot gases are introduced through one or more supply pipes 101, and cooling begins before they enter the actual heat exchanger, since the cooling water is supplied via the annular space 112 . Inside the heat exchanger, the tube 101 merges into the spiral tube 109 , in which the hot gases pass through an upwardly directed spiral path. At the upper end of the spiral tube, the gases change direction and move downwards again through the other spiral tube or tubes 110 and finally leave the heat exchanger in a cooled state through the discharge tube or tubes 105.

Das durch einen oder mehrere Ringräume 112 eintretende Kühlmittel wird in dem Ringraum 108 sehr rasch erhitzt und erreicht seinen Siedepunkt. Ein Teil der siedenden Flüssigkeit wird durch das Innenrohr 107 aufgenommen, in welchem ein bestimmter Flüssigkeitsstand aufrechterhalten wird. Ein Teil der siedenden Flüssigkeit verdampft, und aus diesem Dampfstrom wird in dem Zyklon 114 die restliche Flüssigkeit abgestreift. Die Platten 113 gewährleisten, daß nicht zuviel Flüssigkeit von diesem Wasserdampfstrom mitgeführt wird. Die Rückflußleitung 115 des Zyklons reicht bis unterhalb des Flüssigkeitsstandes, der, in dem Innenrohr in gleicher Höhe gehalten wird und durch das Wasserstandsglas 116 geprüft werden kann, so daß automatisch eine Flüssigkeitsdichtung gebildet wird.The coolant entering through one or more annular spaces 112 is heated very quickly in the annular space 108 and reaches its boiling point. A part of the boiling liquid is taken up by the inner tube 107 , in which a certain liquid level is maintained. A portion of the boiling liquid evaporates and the remaining liquid is stripped from this vapor stream in the cyclone 114. The plates 113 ensure that not too much liquid is carried along by this stream of water vapor. The return line 115 of the cyclone extends below the liquid level, which is kept at the same height in the inner tube and can be checked through the water level glass 116 , so that a liquid seal is automatically formed.

Bei der weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 8 weist der Reaktor 201 eine Zufuhr 202 für das Heizöl zu einen Brennerteil 203 und eine Zuführung 204 für den Sauerstoff und etwa verwendeten Wasserdampf auf, wobei ferner ein Teil 205 die Verbindung zwischen dem Reaktor 201 und einer Verteilerleitung 206 herstellt. Über diese Verteilerleitung und Verbindungsleitungen 207 werden die heißen Gase zu Kesseln 208 des Wärmeaustauschers geführt, in welchen jeweils eine Serie von Spiralrohren 216 untergebracht ist. Jeder Kessel ist mit einem Auslaß 209 für die gekühlten Gase sowie mit einem Einlaß 210 (vgl. Fig. 9) für das Kühlmittel, z. B. Wasser, und mit einem Auslaß 211 für das Gemisch aus Wasser und Wasserdampf versehen. Die Zuführungsleitungen 210 sind mit einer Verteilerleitung 212 für das Kühlmittel verbunden, während die Gasauslässe 209 mit einer Sammelleitung 213 und die Dampfauslässe 211 mit einer Sammelleitung 214 verbunden sind. jede Verteilerleitung und jede Sammelleitung ist mit einem Verschlußflansch, z. B. dem Flansch 215 für die Verteilerleitung 206, ausgerüstet. Dies erleichtert die Überwachung der Leitungen, während auch andererseits neue Elemente in einfacher Weise angeschlossen werden können, -Fig. 10 zeigt den Anfangsteil der Rohrserie 216 sowie die Verbindung mit der Verteilerleitung 206 in vergrößertem Maßstabe. Das innere Kühlrohr 217, durch welches die heißen Gase geführt werden, bildet zusammen mit dem äußeren Rohr 218 einen spiralförmigen Ringraum 220, durch -den das Kühlmittel hindurchgeleitet- wird. Dieses Kühlmittel wird über die Zufuhrleitungen 221 im Flansch 219, welche mit dem rund um den Flansch angeordneten ringförmigen Kanal 222 verbunden sind, zugeführt. Die Verteilerleitung 212 für das Kühlmittel kann mit diesem Ringkanal verbunden sein. Das Verbindungsstück 207 ist mit der Einlaßöffnung 210 für das Kühlwasser versehen. Das Kühlwasser fließt durch den Ringraum 226, der zwischen dem Innenrohr 227 und dem äußeren Rohr 228 gebildet wird, und auch durch die Kanäle 224 und einen Flansch 225 in den Ringkanal 223, der rund um diesen Flansch verläuft. Gewünschtenfalls kann der Auslaß 229 direkt mit der (nicht dargestellten) Zuführung für den Ringkanal 222 verbunden sein, so daß die beiden Kühlsysteme in Reihe geschaltet sind.In the further embodiment of the invention according to FIG. 8, the reactor 201 has a feed 202 for the heating oil to a burner part 203 and a feed 204 for the oxygen and any water vapor used, with a part 205 also providing the connection between the reactor 201 and a Manifold 206 manufactures. Via this distribution line and connecting lines 207, the hot gases are conducted to boilers 208 of the heat exchanger, in each of which a series of spiral tubes 216 is accommodated. Each vessel is provided with an outlet 209 for the cooled gases and an inlet 210 (see FIG. 9) for the coolant, e.g. B. water, and provided with an outlet 211 for the mixture of water and water vapor. The supply lines 210 are connected to a distribution line 212 for the coolant, while the gas outlets 209 are connected to a collecting line 213 and the steam outlets 211 are connected to a collecting line 214. each manifold and each manifold is provided with a closure flange, e.g. B. the flange 215 for the manifold 206 equipped. This facilitates the monitoring of the lines, while on the other hand new elements can be connected in a simple manner, -Fig. 10 shows the initial part of the pipe series 216 and the connection to the distribution line 206 on an enlarged scale. The inner cooling pipe 217, through which the hot gases are passed, forms, together with the outer pipe 218, a spiral-shaped annular space 220 through which the coolant is passed. This coolant is supplied via the supply lines 221 in the flange 219, which are connected to the annular channel 222 arranged around the flange. The distribution line 212 for the coolant can be connected to this ring channel. The connector 207 is provided with the inlet port 210 for the cooling water. The cooling water flows through the annular space 226, which is formed between the inner pipe 227 and the outer pipe 228, and also through the channels 224 and a flange 225 into the annular channel 223, which runs around this flange. If desired, the outlet 229 can be connected directly to the feed (not shown) for the annular channel 222, so that the two cooling systems are connected in series.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for the partial combustion of hydrocarbons to form hydrogen and carbon monoxide-containing gas mixtures, consisting of a pressure-resistant reaction chamber and a heat exchanger connected to it, which serves to cool the hot gas mixture, characterized in that the heat exchanger (D) has one or more spiral-shaped Contains cooling tubes for the passage of the hot gases.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (D) is an upright cylindrical vessel with a centrally arranged, freely suspended inner tube (7), around which the two cooling tubes (4) rising from the base plate (1) for the hot gases are arranged in a spiral shape so that the upper part of the inner tube (7) merges into a gas discharge tube (13) closed by an inner wall (12), which is firmly connected to the boiler wall (6) and into which the outlet openings of the cooling tubes ( 4) open above the inner wall (12), and that the supply line (15) for the cooling water opens into the inner tube (7) in the vicinity of this inner wall (12).

3. Device according to claim 2, characterized in that the directly connected to the base plate (1) connected ends of the cooling tube or tubes (4) over the length of about half a tube turn are reinforced.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the inner tube (7) at the lower end into one with a narrow, gap-shaped opening provided spray nozzle (3) runs out, which opens near the base plate (1),

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (D) is an upright cylindrical vessel with at least one feed line (101) or discharge line (105) for the gases to be cooled, which opens at its lower end, the feed line (101) is surrounded concentrically by the supply line (102) for the cooling water firmly connected to the boiler wall (106), and that the supply line (101) in the boiler room merges into the actual cooling tube, which consists of two concentrically around an inner tube anchored in the boiler bottom (107) arranged parts (109, 110) , which are connected to one another at the upper end of the inner tube by a connecting piece (111), and that the centrally arranged inner tube (107) closed at the bottom is smaller than the total boiler length and at its lower end has an outlet (104) for the liquid coolant.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that in the upper part of the boiler a Cyclone (114) is arranged, the gas discharge line (103) is passed through the top wall of the boiler, while the discharge line (115) for the liquid coolant inserted a piece into the inner tube (107), which is open at the top is.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (D) a cooling tube (217), which is arranged in a spiral and of a spiral-shaped Tube (218) of larger diameter is surrounded over its entire length, includes and that the spiral-shaped annular spaces (220) formed in this way each have a supply line at their ends (221) and a drain line (211) for the cooling water. B. Device according to claim 7, characterized by several heat exchangers having a spiral shape arranged cooling pipes (217) and cooling water lines (218) surrounding them, wherein the cooling pipe inlets with a common distribution line (206) for the to be cooled Gases and the cooling pipe outlets with a manifold (213) for the cooled Gases and the cooling water coils (218) with a distribution line (212) for the fresh cooling water and a collecting line (214) for the draining cooling water are connected. Considered publications: German Patent Specifications No. 209 073, 274 280, 514 487 German Auslegeschrift B 33502 I a / 17 f (published on July 19, 1956).