DE2104051A1 - Method and device for preparing and cooling a gas mixture - Google Patents
Method and device for preparing and cooling a gas mixtureInfo
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Description
Shell Internationale Research Maatschappij N.V.Shell Internationale Research Maatschappij N.V.
Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten und Kühlen eines GasgemischesMethod and device for processing and cooling a gas mixture
Priorität: 30. Januar 1970 Anraelder-Nr.7001416Priority: January 30, 1970 Anraelder # 7001416
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten und Kühlen eines Gasgemisches mit Wasserstoff und Kohlenmonoxyd als wesentlichen Bestandteilen mit einem Reaktor für die teilweise Verbrennung der Kohlenwasserstoffe mit Luft, Sauerstoff oder mit durch Sauerstoff angereicherter Luft bei überatmosphärisehern Druck bei wahlweiser Zufuhr von Dampf sowie mit einem an den Gasauslaß des Reaktors angeschlossenen Wärmetauscher.The invention relates to a method and a device for processing and cooling a gas mixture with hydrogen and carbon monoxide as essential components with a reactor for the partial combustion of the hydrocarbons with air, oxygen or with air enriched by oxygen at superatmospheric pressure with optional supply of Steam and with a heat exchanger connected to the gas outlet of the reactor.
Es ist bekannt, daß Synthesegas aus einer teilweisen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen unter wahlweiser Zufuhr von Dampf hergestellt wird. Bei diesem Verfahren fällt Ruß in J?orm von festen Teilchen an. Der Reaktor, in dem die teilweise Verbrennung stattfindet, steht normalerweise mit einem Abgaskessel in Verbindung, in dem die heißen Gase, die den Reaktor mit Temperaturen von 1300 bis 1500°0 verlassen, auf Temperaturen von weniger als .4000C abgekühlt werden. Ein für diesen Zweck geeigneter Abgaskessel umfaßt eine oder mehrere Rohrschlangen, durch welche das Gasgemisch durchgeführt wird, und um die ein Kühlmittel, z.B. Wasser fließt. Der Wärmeaustausch dient gleichzeitig zur Rückgewinnung von verdampftem Kühlmittel bei hohem Druck, z.B. Hochdruckdampf. Wegen ihrer großen Kühlfläche sind Abgaskessel dieser Bauart nicht geeignet in Fällen, in denen das abgekühlteIt is known that synthesis gas is produced from partial combustion of hydrocarbons with the optional supply of steam. In this process, soot is produced in a junction of solid particles. The reactor in which the partial combustion takes place, normally communicates with an exhaust gas boiler in connection, in which the hot gases leaving the reactor at temperatures of 1300 to 1500 ° 0, are cooled to temperatures of less than .400 0 C. An exhaust gas boiler suitable for this purpose comprises one or more pipe coils through which the gas mixture is passed and around which a coolant, for example water, flows. The heat exchange also serves to recover evaporated coolant at high pressure, e.g. high-pressure steam. Because of their large cooling surface, exhaust gas boilers of this type are not suitable in cases in which the cooled
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Gas verhältnismäßig hohe Temperaturen, z.B. Temper.sturen zwischen 900 und 1100 0C haben soll. Eine solche Temperatur. wird beispielsweise angestrebt, wenn das gekühlte Gas für die Erholung von Metallen in Erzaufbereitungsverfahren verwendet wird, die bei höheren Temperaturen stattfindet, i'iir solche Fälle muß das Gas auf diese verhältnismäßig hohen Temperaturen verläßlich und genau abgekühlt werden.Gas should have relatively high temperatures, for example Temper.sturen between 900 and 1100 0 C. Such a temperature. For example, if the cooled gas is to be used for the recovery of metals in ore dressing processes which take place at higher temperatures, in such cases the gas must be reliably and accurately cooled to these relatively high temperatures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daii mit ihr eine Abkühlung des Gases auf die genannten höheren Temperaturen zuverlässig und genau möglich ist.The invention is based on the object of designing a device of the type mentioned at the outset in such a way that it can be used for cooling of the gas to the above-mentioned higher temperatures is possible reliably and precisely.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Wärmetauscher einen Raum enthält, durch v/elohen das Gas hindurchgeführt wird und in dem mindestens eA;i PZühlrohr angeordnet ist, welches gegenüber dem Raum geschlossen ist und ein koaxial in ihm angeordnetes Innenrohr für die Zufuhr von Kühlmittel aufweist, wobei die Auslaßöffnung des Innenrohres derart angeordnet ist, daß das Kühlmittel das gegenüber dem Raum geschlossene Ende des kühlrohre erreicht.To solve this problem, the invention provides that the heat exchanger contains a space through which the gas is passed and in which at least e A ; i PZühlrohr is arranged, which is closed to the space and an inner pipe arranged coaxially in it for the supply of coolant, the outlet opening of the inner tube being arranged in such a way that the coolant reaches the end of the cooling tube which is closed with respect to the space.
Das Kühlmittel, das vorzugsweise unter Druck in das Innenrohr eingeführt/wird, strömt zum geschlossenen Ende des Kühlrohrs und daran anschließend im Gegenstrora zum Kühlmittel im Innenrohr durch den Zwischenraum zwischen der Außenwand des Innenrohrs und der Innenwand des Kühlrohrs.The coolant, which is preferably introduced into the inner tube under pressure, flows to the closed end of the Cooling tube and then in countercurrent to the coolant in the inner tube through the space between the outer wall of the inner pipe and the inner wall of the cooling pipe.
Vorzugsweise ist das Kühlrohr mit dem in ihm angeordneten Innenrohr so angeordnet, daß die Längsachse des Kühlrohrs parallel zur Ströraungsrichtung des Gasstromes ausgerichtet ist, so daß das Synthesegas* Parallelstromjgekühlt wird. Das Kühlrohr durchsetzt bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die Wandung de3 Wärmetauschers über eine Stopfbuchse, in welcher das Kühlrohr längs^verschieblich ist. Der Wärmetaiiseher hat beispielsweise die Gestalt eines vertikal angeordneten zylindrischen Kessels mit einer Innen-The cooling tube with the inner tube arranged in it is preferably arranged in such a way that the longitudinal axis of the cooling tube aligned parallel to the direction of flow of the gas flow so that the synthesis gas * is cooled in parallel flow. That In a preferred embodiment of the invention, the cooling pipe penetrates the wall of the heat exchanger via a stuffing box, in which the cooling tube is longitudinally displaceable. The heat metal is, for example, in the shape of a vertical arranged cylindrical boiler with an inner
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ausmauerung aus fexierfeatem Material. Per zylindrische Innenraum des Kessels, durch den das Synthesegas hindurohgeführt wird, ist am Boaen mit dem Gasaiislaß des Reaktors verbunden und hat an seinem Kopf einen G^sausli-.ß, normal zur Längsachse des Innenraums des Wjlrraetauschers .--..usgerichtet, so daß das Gas seitlich ausgeführt wird. Vorzugsweise ist ein Kühlrohr vorgesehen, das beweglich und gasdicht durch das geschlossene obere Ende des zylindrischen Kessels hindurchragt, dessen Kühlmitteleinlaß und -auslaß außerhalb des Kessels vorgesehen sind. Durch Einstellen der Einschubtiefe des Kühlrohrs kann die Kühlfläche variiert werden. Eine auf der Außenwand des Kühlrohrs sich ablagernde Rußschicht kann z.B. durch Abschaben an der gasdichten Stopfbuchse des Kühlrohrs oder mittels einer eigens dazu vorgesehenen Vorrichtung entfernt werden, z.B. einer konzentrisch um das Rohr angeordneten Stahlbürste oder mit Hilfe von durch eine oder mehrere um das Kühlrohr angeordnete Öffnungen zugeführtem Dampf.lining made of fusible breathable material. Per cylindrical interior of the boiler through which the synthesis gas is fed is connected at the boaen to the gas outlet of the reactor and on its head it has a G ^ sausli-ß, normal to the longitudinal axis of the interior of the heat exchanger .-- .. aligned, so that the gas is carried out laterally. Preferably, a cooling tube is provided, which is movable and gas-tight through the closed the upper end of the cylindrical vessel protrudes, the coolant inlet and outlet of which is provided outside the vessel are. By adjusting the insertion depth of the cooling tube the cooling surface can be varied. A layer of soot that is deposited on the outer wall of the cooling pipe can, for example, be scraped off can be removed from the gas-tight gland of the cooling pipe or using a device specially provided for this purpose, e.g. a steel brush arranged concentrically around the pipe or with the help of one or more around the cooling pipe arranged openings supplied steam.
Bei einem Verfahren zum Aufbereiten und Kühlen eines Gasgemisches mit Wasserstoff und Kohlenmonoxyd als wesentlichen Bestandteilen, das von einer Vorrichtung der beschriebenen Art Gebrauch macht, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Gasgemisch in den Wärmetauscher mit einer kinetischenIn a method for processing and cooling a gas mixture with hydrogen and carbon monoxide as essential Components that makes use of a device of the type described is provided according to the invention that the gas mixture in the heat exchanger with a kinetic
2 2 3 Energie von 600 bis 3000 kp/m see m Gas und mit einem Druck von 1 bis 3 at eingeführt wird.2 2 3 energy from 600 to 3000 kp / m see m gas and with a pressure from 1 to 3 at is introduced.
Das Verfahren ist zweckraäßigerweise dadurch weitergebildet, daß TFasgemisch enthaltend 12 - 18 Gewichts-^ H2 und 12 - 18 Gewichts-^ CO durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Luft in einem Verhältnis von 5 - 7 kp Luft auf 1 kp Kohlenwasserstoff hergestellt wird, daß das heiße Gasgemisch durch Einführen in den Wärmetauscher bei einem Druck von 2 at und einer kinetischen Energie von 1500 kp/m a pro nr Gas und durch entsprechend tiefes Einschieben des Kühlrohres in den Wärmetauscher von 13oo - I1IoO0C auf eine Temperatur von 9oo bis looo°C abgekühlt wird.The method is expediently further developed in that the mixture containing 12-18 weight- ^ H 2 and 12-18 weight- ^ CO is produced by partial combustion of hydrocarbons with air in a ratio of 5-7 kp air to 1 kp hydrocarbon that the hot gas mixture by introducing it into the heat exchanger at a pressure of 2 at and a kinetic energy of 1500 kp / ma per nr gas and by pushing the cooling tube deeply into the heat exchanger from 1300 - I 1 IoO 0 C to a temperature of 900 to looo ° C is cooled.
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Vorzugsweise wird dabei Wasser als Kühlmittel verwendet.Preferably, water is used as the coolant.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden anhand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. The invention and advantageous details of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing of an exemplary embodiment.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Reaktor für die teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Luft, Sauerstoff oaer mit Sauerstoff angereicherter Luft bezeichnet. Der Reaktor umfaßt einen Brennerteil 2. Durch eine Leitung 3 werden Kohlenwasserstoffe zum Brennerteil geleitet. Luft, Sauerstoff oder sauerstoff angereicher te Luft wird über eine Leitung 4 zugeführt, während Dampf gegebenenfalls durch die Leitung 3 oder die Leitung 4 zugeführt wird. Der Reaktor ist mit einer feuerfesten Ausmauerung 5 versehen. Sein Gasauslaß 6 ist an einen Gasauslaß 16 eines Wärmetauschers 7 angeschlossen. Das Gasgemisch fließt bei überatmosphSrischem Druck durch den Raum 9 des Wärmetauschers, der mit einer feuerfesten Auskleidung 8 versehen ist. Das Gas strömt um ein am unteren Ende geschlossenes Kühlrohr 10, in dem ein Innenrohr 11 angeordnet ist. Das Kühlrohr ist gasdicht|durch eine. Stopfbuchse 14 im Wärmetauscher gesteckt. Über eine Einlaßleitung 12 wird Kühlmittel, z.B. Wasser in großer Menge, vorzugsweise unter Druck zugeführt und verläßt das Kühlrohr durch einen Kühlmittelauslaß 13. Das gekühlte Gas wird über eine Auslaßleitung 15 abgeführt. Das Kühlrohr ist mit seinem Innenrohr in der Stopfbuchse 14 beweglich angeordnet und in der Zeichnung in der maximal in den Raum 9 eingesenkten Lage gezeigt, bei der größte Kühlung des Gases erzielt wird.Numeral 1 denotes a reactor for partial incineration of hydrocarbons with air, oxygen or air enriched with oxygen. The reactor includes a burner part 2. Hydrocarbons are passed through a line 3 to the burner part. Air, oxygen or oxygen enriched te air is supplied via a line 4, while steam optionally through the line 3 or the line 4 is fed. The reactor is provided with a refractory lining 5. Its gas outlet 6 is connected to a gas outlet 16 of a heat exchanger 7 connected. The gas mixture flows through space 9 at above atmospheric pressure of the heat exchanger, which is provided with a refractory lining 8. The gas flows around a closed at the lower end Cooling tube 10 in which an inner tube 11 is arranged. The cooling tube is gas-tight | through a. Stuffing box 14 in the heat exchanger plugged. Coolant, e.g., water in large quantities, preferably under pressure, is supplied via an inlet pipe 12 and leaves the cooling pipe through a coolant outlet 13. The cooled gas is discharged via an outlet line 15 discharged. The cooling pipe is movably arranged with its inner pipe in the stuffing box 14 and in the drawing in the position sunk to the maximum in the space 9 is shown, in which the greatest cooling of the gas is achieved.
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