DE102007006984A1 - Process and apparatus for the conversion of raw gases in the flow stream gasification - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konvertierung von Rohgasen bei der Flugstromvergasung. Erfindungsgemäß wird das Verfahren zur Konvertierung von Rohgasen der Flugstromvergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen unter Druck, bei dem die aus einem Flugstromvergaser abgezogenen heißen Rohgase in einer nach unten gerichteten Strömung in einen Quenchraum eingedüst werden, dessen Oberteil als Gasraum und dessen Unterteil als Wasserbad ausgebildet ist, wobei die untere Begrenzung des Gasraumes durch die Wasseroberfläche des Wasserbades gebildet wird, bei dem Quenchwasser in die nach unten gerichtete Strömung eingedüst wird und die Rohgase abgekühlt werden und wobei die Rohgase oberhalb des Wasserbades aus dem Gasraum abgezogen werden, so geführt, dass Wasser nur in den Gasraum eingedüst wird, der die nach unten gerichtete Strömung der aus dem Flugstromvergaser abgezogenen heißen Rohgase umschließt, so dass die oberhalb der Wasseroberfläche nach oben umgelenkten Rohgase befeuchtet und gekühlt werden, bevor sischen, dass die mit den Rohgasen mitgeführten Nebenbestandteile mittels dieser Rohgase während der Abkühlung in der zentralen Zone der Abwärtsströmung und während der Befeuchtung und Kühlung in der ringförmigen Zone der Aufwärtsströmung bei gleichzeitiger Anreicherung der im Gasraum in der Schwebe gehaltenen festen kondensierbaren Nebenbestandteile mit den Rohgasen katalytisch aktiviert ...The invention relates to a method and apparatus for the conversion of raw gases in the entrained flow gasification. According to the invention, the process for the conversion of raw gases of the entrained-flow gasification of carbonaceous feedstocks under pressure, in which the withdrawn from a Flugstromvergaser hot raw gases are injected in a downward flow in a Quenchraum, the upper part is designed as a gas space and the lower part of a water bath the lower boundary of the gas space is formed by the water surface of the water bath is injected in the quench water in the downward flow and the raw gases are cooled and the raw gases are withdrawn above the water bath from the gas space, so that water only in the Gas space is injected, which encloses the downward flow of the withdrawn from the entrained flow gasifier hot raw gases, so that the above the water surface upwardly deflected raw gases are humidified and cooled before sischen that entrained with the raw gases Nebe nbestandteile catalytically activated by means of these raw gases during cooling in the central zone of the downward flow and during humidification and cooling in the annular zone of the upward flow with simultaneous enrichment of the gas space suspended in the supernatant solid condensable minor constituents with the raw gases ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konvertierung von Rohgasen bei der Flugstromvergasung.The The invention relates to a method and a device for conversion of raw gases at the entrainment gasification.

Die bei der Flugstromvergasung erzeugten, heißen Rohgase müssen vor deren weiteren Verwendung gekühlt werden. Im Falle der Vergasung von aschehaltigen Brennstoffen erschweren die mit den ca. 1400 bis 1600°C heißen Rohgasen mitgeführten Nebenbestandteile den Kühlprozess. Als Nebenbestandteile werden die schmelzflüssigen und kondensierbaren Bestandteile und gegebenenfalls nicht umgesetzter Restkohlenstoff verstanden. Die Nebenbestandteile führen bei der indirekten Kühlung zu Verlegungen von Wärmetauschern und zur Korrosion. Die Kühlung erfolgt daher im einfachsten Fall durch unmittelbare Quenchung der heißen Rohgase mit Wasser. Bei Flugstromvergasern nach dem GSP-Verfahren ( Higman, Chris; Gasification, Elsevier Science, 2003 ) ist unmittelbar unter dem Vergaser der Quenchraum angeordnet, in dem in die heißen Rohgase Wasser eingedüst und schlagartig bis zum Wasserdampftaupunkt abgekühlt werden. Die Quenchkühlung hat den Nachteil, dass kein Mittel- oder Hochdruckdampf erzeugt wird, der in der Dampfturbine energetisch genutzt werden kann. Sie ist jedoch wesentlich kostengünstiger und störungsunanfälliger im Betrieb. Vorteile ergeben sich, wenn die weitere Nutzung des Rohgases eine Erhöhung des Wasserdampfanteils im Gas erforderlich macht, wie z. B. für die Konvertierung des Kohlenmonoxides CO mit Wasserdampf H2O zu Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 nach der Gleichung CO + H2O = CO2 + H2. Die Quenchkühlung bis zum Wasserdampftaupunkt sorgt dann für die Bereitstellung des zur Konvertierungsreaktion erforderlichen Wasserdampfes. Nachteilig ist hier, dass die gequenchten Rohgase wieder aufgeheizt werden müssen.The hot raw gases produced in the stream gasification must be cooled before their further use. In the case of the gasification of ash-containing fuels, the secondary components entrained with the raw gases containing about 1400 to 1600 ° C. make the cooling process more difficult. As minor constituents, the molten and condensable constituents and optionally unreacted residual carbon are understood. The secondary components in the indirect cooling lead to the laying of heat exchangers and to corrosion. The cooling is therefore carried out in the simplest case by direct quenching of the hot raw gases with water. In the case of entrainment gasifiers of the GSP type ( Higman, Chris; Gasification, Elsevier Science, 2003 ) is arranged directly below the carburetor of the quench, in which injected into the hot raw gases and water are cooled suddenly to Wasserdampftaupunkt. The quench cooling has the disadvantage that no medium or high pressure steam is generated, which can be energetically used in the steam turbine. However, it is much cheaper and störungsunanfälliger in operation. Benefits arise when the further use of the raw gas requires an increase in the water vapor content in the gas, such. B. for the conversion of carbon monoxide CO with water vapor H 2 O to carbon dioxide CO 2 and hydrogen H 2 according to the equation CO + H 2 O = CO 2 + H 2 . The quench cooling to Wasserdampftaupunkt then provides for the provision of the water vapor required for the conversion reaction. The disadvantage here is that the quenched raw gases must be reheated.

Für die Flugstromvergasung nach dem GSP-Verfahren ist darüber hinaus ein Vorschlag für einen so genannten Partialquench bekannt. In die in den Quenchraum eintretenden ca. 1400°C heißen Rohgase soll nur soviel Wasser eingedüst werden, dass die gequenchten Rohgase mit einer Gasaustrittstemperatur von ca. 800°C den Quenchraum verlassen. Dabei soll eine teilweise chemische Umsetzung von CO mit Wasserdampf nach der oben beschriebenen Konvertierungsreaktion erfolgen. Da die direkte Quenchung der heißen Rohgase überwiegend in deren Kernstrom mit schlagartiger Temperaturabsenkung erfolgen soll, wird die chemische Konvertierung innerhalb kürzester Zeit zum Erliegen kommen, so dass der chemische Umsatz gering bleiben wird. Dieser Lösungsvorschlag ist zudem sehr nachteilig, da sich im Quenchraum Zirkulationsströmungen hoher Temperaturen > 800°C einstellen, die zu einer unerwünschten Belegung der den Quenchraum umfassenden Wände mit kondensierenden Bestandteilen und erstarrenden Schlacketröpfchen führen. Die Belegungen können sich in die nachgeschalteten Einrichtungen zur Rohgaskühlung und -aufbereitung fortsetzen und zu starken Betriebsstörungen führen.For the flow gasification according to the GSP procedure is above that addition, a proposal for a so-called partial quench known. In the entering into the quenching room about 1400 ° C. hot raw gas is only injected as much water be that the quenched raw gases with a gas outlet temperature leave the quenching chamber at about 800 ° C. It should be a partial chemical reaction of CO with water vapor after the top described conversion reaction take place. Because the direct quenching the hot raw gases predominantly in the core stream is to take place with abrupt temperature reduction, the chemical Conversion come to a halt within a short time so that the chemical conversion will remain low. This solution proposal is also very disadvantageous because in the quench room circulation flows high temperatures> 800 ° C that lead to an undesirable occupancy of the Quench space comprising walls with condensing constituents and lead solidifying slag droplets. The assignments can get into the downstream facilities for raw gas cooling and reprocessing and cause serious breakdowns to lead.

Es gibt weitere Lösungsvorschläge zur Verbindung der Prozessstufen der Quenchung und der Konvertierung zur so genannten Quenchkonvertierung, bei der die Konvertierungsreaktion nichtkatalytisch während der Kühlung der Rohgase in einem Schritt durchgeführt wird. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (2003), Vol.15, S.387 beschreibt an einem Beispiel die Abkühlung eines Rohgases der Asphaltvergasung von 1570°C unter Zuführung von Wasser, bei dem sich das Konvertierungsgleichgewicht bei 1250°C einstellt. Gemäß Patentschrift DE 43 18 444 C2 soll durch Einsatz von Quenchwasser die Konvertierung im Temperaturbereich 700 bis 900°C stattfinden. Vorgesehen sind weiterhin indirekte Wärmetauscher. Der hohe apparative Aufwand und die dabei erreichbaren verhältnismäßig geringen Konvertierungsumsätze haben dazu geführt, dass die technische Anwendung des Verfahrens bei der Flugstromvergasung von aschehaltigen Brennstoffen bisher nicht zustande gekommen ist.There are further proposed solutions for connecting the process steps of the quenching and the conversion to the so-called quench conversion, in which the conversion reaction is carried out non-catalytically during the cooling of the raw gases in one step. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (2003), Vol.15, p.387 describes an example of the cooling of a raw gas of the asphalt gasification of 1570 ° C with the supply of water, in which sets the conversion equilibrium at 1250 ° C. According to patent DE 43 18 444 C2 The conversion in the temperature range 700 to 900 ° C should take place by using quench water. Provided are still indirect heat exchangers. The high expenditure on equipment and the thereby achievable relatively low conversion conversions have meant that the technical application of the method in the entrained flow gasification of ash-containing fuels has not been achieved so far.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der Quenchkonvertierung für die Flugstromvergasung so zu verbessern, dass in dem dem Flugstromvergaser nachgeschalteten Quenchraum die Konvertierung mit geringstem apparativen Aufwand erreicht werden kann.task The invention is the method of quenching for to improve the entrainment gasification so that in the the entrainment gasifier downstream Quenchraum the conversion with the least apparative Effort can be achieved.

Die Aufgabe der Erfindung wird für Flugstromvergaser, deren Rohgase in einer nach unten gerichteten Strömung in einen Quenchraum eingebracht werden, dessen Oberteil als Gasraum und dessen Unterteil als Wasserbad ausgebildet ist, wobei die untere Begrenzung des Gasraumes durch die Wasseroberfläche des Wasserbades gebildet wird, wobei Quenchwasser in die nach unten gerichtete Strömung eingedüst wird und die Rohgase abgekühlt werden und wobei die Rohgase oberhalb des Wasserbades aus dem Gasraum abgezogen werden, dadurch gelöst,

  • – dass Wasser nur in den Gasraum eingedüst wird, der die nach unten gerichtete Strömung der aus dem Flugstromvergaser abgezogenen heißen Rohgase umschließt, so dass die oberhalb der Wasseroberfläche nach oben umgelenkten Rohgase befeuchtet und gekühlt werden, bevor sie sich in die nach unten gerichtete Strömung einmischen,
  • – dass die mit den Rohgasen mitgeführten Nebenbestandteile mittels dieser Rohgase während der Abkühlung in der zentralen Zone der Abwärtsströmung und während der Befeuchtung und Kühlung in der ringförmigen Zone der Aufwärtsströmung bei gleichzeitiger Anreicherung der im Gasraum in der Schwebe gehaltenen festen und kondensierbaren Nebenbestandteile mit den Rohgasen katalytisch aktiviert werden,
  • – und dass die Umfassungswände des Quenchraumes, mindestens jedoch die Umfassungswände des Gasraumes so gekühlt werden, dass die Temperatur an der inneren Oberfläche 1 bis 50 K unterhalb der Taupunkttemperatur des Gasraumes liegt.
The object of the invention is for entrained flow gasifier, the raw gases are introduced in a downward flow in a quench, the upper part is formed as a gas space and the lower part of a water bath, wherein the lower boundary of the gas space is formed by the water surface of the water bath, wherein quench water is injected into the downward flow and the raw gases are cooled and the raw gases are withdrawn above the water bath from the gas space, thereby solved
  • - That water is only injected into the gas space, which surrounds the downward flow of the withdrawn from the entrained flow gasifier hot raw gases, so that the above the water surface upwardly deflected raw gases are humidified and cooled before they interfere in the downward flow .
  • - That the entrained with the raw gases minor components by means of these raw gases during cooling in the central zone of the downward flow and during humidification and cooling in the annular zone of the upward flow with simultaneous enrichment of the gas space in the suspended solids and condensable minor constituents are catalytically activated with the raw gases,
  • - And that the enclosure walls of the quench, but at least the surrounding walls of the gas space are cooled so that the temperature at the inner surface is 1 to 50 K below the dew point temperature of the gas space.

Erfindungsgemäß werden im Gasraum zwei Strömungszonen strömungstechnisch gestaltet, eine zentrale Zone der Abwärtsströmung der Rohgase und eine ringförmige Zone der Aufwärtsströmung der konvertierten Rohgase, die die zentrale Zone umgibt und bis zu den Umfassungswänden reicht und in die das Wasser eingedüst wird, mit dem die aufwärts strömenden Gase gekühlt und befeuchtet werden. In der zentralen Zone der Abwärtsströmung werden die Rohgase gleichgerichtet zum abkühlungsbedingten Dichtegradienten und in der Zone der Aufwärtsströmung entgegen dem abkühlungsbedingten Dichtegradienten geführt. Dadurch kommt es zu einer Stabilisierung der Abwärtsströmung unter Einmischung der befeuchteten und gekühlten Gase aus der Aufwärtsströmung. Die Abwärtsströmung wird nach der Erfindung im Vergleich zu der bisher bei der Voll- und Partialquenchung erfolgenden schockartigen Abkühlung durch Wassereindüsung in die heißen Rohgase mit einem deutlich geringeren Temperaturgradienten gekühlt (verzögerte Kühlung).According to the invention in the gas space two flow zones fluidically designed, a central zone of the downward flow the raw gases and an annular zone of upward flow the converted raw gases surrounding the central zone and up reaches to the surrounding walls and into which the water is injected is cooled with the upwardly flowing gases and moistened. In the central zone of the downward flow the raw gases are rectified to the cooling-related density gradient and in the zone of upward flow led the cooling-related density gradient. This leads to a stabilization of the downward flow under the influence of humidified and cooled gases the upward flow. The downward flow according to the invention in comparison to the previous and partial quenching shock-like cooling by injecting water into the hot raw gases cooled a significantly lower temperature gradient (delayed cooling).

Die Geschwindigkeit der Konvertierungsreaktion ist unter diesen Bedingungen in der zentralen Zone der Abwärtsströmung über deren gesamte vertikale Ausdehnung sehr hoch, da hohe und in Strömungsrichtung stetig abnehmende Temperaturen mit in Strömungsrichtung zunehmenden Wasserdampfgehalten kombiniert werden. Die in Strömungsrichtung zunehmenden Wasserdampfgehalte in der Abwärtsströmung werden dadurch eingestellt, dass die abgekühlten und befeuchteten Gase der Aufwärtsströmung in die Abwärtsströmung eingemischt werden. Somit wird die Konvertierungsreaktion in der zentralen Zone der Abwärtsströmung bis zur Umlenkung an der Oberfläche des Wasserbades weitgehend abgeschlossen. Die konvertierten Rohgase werden während der Umlenkung und danach in der ringförmigen Zone der Aufwärtsströmung unter gleichzeitiger starker Abkühlung mit Wasserdampf beladen. Die Erhöhung der Wasserdampfkonzentration erfolgt durch Wasserverdampfung an der Wasseroberfläche des Wasserbades und durch Eindüsung von Wasser in die Aufwärtsströmung.The Speed of the conversion reaction is under these conditions in the central zone of the downward flow over their total vertical extent very high, as high and in the flow direction steadily decreasing temperatures with in the direction of flow increasing water vapor levels are combined. The in the flow direction increasing water vapor levels in the downflow are adjusted by that the cooled and moistened Gases of upward flow in the downward flow be mixed. Thus, the conversion reaction in the central Zone of the downward flow to the deflection the surface of the water bath largely completed. The converted raw gases are during the redirection and thereafter in the annular zone of upward flow with simultaneous strong cooling loaded with water vapor. The increase in the water vapor concentration is carried out by Water evaporation at the water surface of the water bath and by injecting water into the upflow.

Weiterer zentraler Teil der Erfindung ist die katalytische Aktivierung der mit den Rohgasen mitgeführten Nebenbestandteile mittels dieser Rohgase während der Abkühlung in der zentralen Zone der Abwärtsströmung und während der Befeuchtung in der ringförmigen Zone der Aufwärtsströmung bei gleichzeitiger Anreicherung der im Gasraum in der Schwebe gehaltenen, aktivierten Nebenbestandteile. Die katalytische Aktivierung dieser Nebenbestandteile ist ein komplexer Prozess, der sich aus verschiedenen Einzelprozessen zusammensetzt, die sich gegenseitig ergänzen, wie die Oberflächenvergrößerung der katalytisch wirksamen Schlackebestandteile, die Reduktion der Metalloxide, die Bildung von porösen Kondensationspartikeln, die Erhaltung feinster Partikel aus nicht umgesetztem Restkohlenstoff sowie die Schaffung hoher Konzentrationen flüchtiger Salze in der Gasphase. Im Folgenden können diese Einzelprozesse nur andeutungsweise wiedergegeben werden.Another central part of the invention is the catalytic activation of with the raw gases entrained minor components by means this raw gases during cooling in the central Zone of downward flow and during moistening in the annular zone of upward flow with simultaneous enrichment of the suspended in the gas space, activated minor components. The catalytic activation of this Secondary ingredients is a complex process that can be different Individual processes that complement each other, like the surface enlargement of the catalytic effective slag components, the reduction of metal oxides, the Formation of porous condensation particles, conservation finest particles of unreacted residual carbon and the Creation of high concentrations of volatile salts in the Gas phase. In the following, these individual processes can only hinted at.

In der zentralen Zone der Abwärtsströmung erfolgt die katalytische Aktivierung durch die mehr oder weniger stetige Abkühlung in streng reduzierender Gasatmosphäre ohne nennenswerte Berührung mit Wasser. Im Unterschied zur Nasskühlung mit Quenchwasser wird die schmelzflüssige Schlacke stärker zerstäubt, bevor sie erstarrt, wodurch eine größere äußere Oberfläche geschaffen wird. Die Schlackeoberfläche wird zudem durch Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 der Rohgase stark reduziert. Sie weist einen niedrigen Oxidationsgrad auf, d. h. sie enthält im Vergleich zu nassgequenchten Partikeln, deren Oberfläche durch Kondensatwasser oxidiert ist (Oxidhaut), deutlich mehr katalytisch wirksame metallische, oxidische und sulfidische Verbindungen, wie z. B. Eisen/Eisenoxid (Wüstit)/Eisensulfid oder Schwermetalle/Schwermetallsulfide. Die Schlackepartikel kühlen langsamer ab als die sie umgebenden Rohgase. Hierdurch erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit der an der Partikeloberfläche katalysierten Konvertierungsreaktion zusätzlich.In the central zone of the downward flow, the catalytic activation takes place by the more or less continuous cooling in a strictly reducing gas atmosphere without appreciable contact with water. Unlike wet cooling with quench water, the molten slag is more strongly atomized before it solidifies, creating a larger outer surface. The slag surface is also greatly reduced by carbon monoxide CO and hydrogen H 2 of the raw gases. It has a low degree of oxidation, ie it contains in comparison to wet-quenched particles whose surface is oxidized by condensate water (oxide skin), significantly more catalytically active metallic, oxidic and sulfidic compounds such. As iron / iron oxide (Wustit) / iron sulfide or heavy metals / heavy metal sulfides. The slag particles cool more slowly than the surrounding raw gases. This additionally increases the reaction rate of the conversion reaction catalyzed on the particle surface.

In der ringförmigen Zone der Aufwärtsströmung erfolgt die katalytische Aktivierung durch Kondensation von Alkali- und Erdalkalisalzen unter Bildung feinstkörniger Kondensationskeime und poröser Kondensationspartikel. Diese katalytisch wirksamen Kondensationspartikel werden in die Abwärtsströmung eingemischt und dort besonders wirksam. Feinste Partikel aus nicht umgesetztem Restkohlenstoff, die zwischen den beiden Strömungszonen zirkulieren, katalysieren die Konvertierungsreaktion im gesamten Gasraum. Dies trifft in etwas abgewandelter Weise auch für die gasförmigen Alkaliverbindungen zu, die auf Grund der hohen Temperaturen in der Zone der Abwärtsströmung weitestgehend flüchtig sind und die Konvertierungsreaktion homogen katalysieren.In the annular zone of upward flow the catalytic activation takes place by condensation of alkali metal and alkaline earth salts with the formation of very fine-grained condensation nuclei and porous condensation particles. This catalytically active Condensation particles are in the downward flow mixed in and there particularly effective. Finest particles from not reacted residual carbon, between the two flow zones circulate, catalyze the conversion reaction throughout Gas space. This also applies in a somewhat modified way the gaseous alkali compounds, due to the high temperatures in the downflow zone are largely volatile and the conversion reaction catalyze homogeneously.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so viel Wasser eingedüst, dass die den Gasraum verlassenden Rohgase Temperaturen von 300 bis 600°C oder von 600 bis 900°C aufweisen.To an advantageous embodiment of the invention Procedure is injected so much water that the Crude gases leaving gas space temperatures of 300 to 600 ° C. or from 600 to 900 ° C have.

Es sind zwei Temperaturbereiche zu unterscheiden, in denen das Verfahren vorzugsweise durchgeführt wird. Im unteren Temperaturbereich 300–600°C werden maximale Umsatzgrade der Konvertierungsreaktion (über 30%) unabhängig von der eingedüsten Wassermenge realisiert. Mit der Menge des eingedüsten Wassers wird allein die gewünschte Gasaustrittstemperatur geregelt. Im oberen Temperaturbereich 600–900°C werden submaximale, dafür aber variable Umsatzgrade der Konvertierungsreaktion (10–30% und darüber) eingestellt. Die Menge des eingedüsten Wassers wird entsprechend des gewünschten Umsatzgrades gewählt. Als Maß für den Umsatzgrad dient üblicherweise die online gemessene Gaszusammensetzung der den Gasraum verlassenden konvertierten Rohgase oder der aus der Stoff- und Energiebilanz indirekt ermittelte Wert für den Umsatzgrad. Dieser wird im einfachsten Fall aus den gemessenen Eduktströmen und der Gasaustrittstemperatur berechnet. Durch erhöhte Zuführung von Wasser werden die Gasaustrittstemperatur gesenkt und der Umsatzgrad erhöht und umgekehrt. Die Durchführung des Verfahrens im oberen Temperaturbereich erweist sich als besonders vorteilhaft. Die mit hoher Temperatur austretenden konvertierten Rohgase können einem Abhitzekessel zur Dampferzeugung zugeführt werden. Außerdem ist es möglich, mit Hilfe der eingedüsten Wassermenge den Umsatzgrad so einzustellen, dass sich ein gewünschter Gesamtkonvertierungsumsatz im Konvertierungsreaktor nach der Wasserwäsche einstellt, ohne dass der Konvertierungsreaktor mit einem Gas-Bypass umfahren oder zusätzlicher Wasserdampf zur Verfügung gestellt werden muss.It Two different temperature ranges are to be distinguished in which the procedure is preferably carried out. In the lower temperature range 300-600 ° C are maximum conversions of the conversion reaction (over 30%) regardless of the amount of water injected realized. With the amount of injected water is only regulated the desired gas outlet temperature. In the upper temperature range 600-900 ° C submaximal, but variable conversion rates of the conversion reaction (10-30% and above). The amount of Drowned water will be according to the desired Turnover selected. As a measure of the degree of sales usually serves the gas composition measured online the converted raw gases leaving the gas space or the The substance and energy balance indirectly determined value for the Degree of conversion. This is in the simplest case from the measured educt currents and the gas outlet temperature calculated. By increased Supply of water will be the gas outlet temperature lowered and the degree of sales increased and vice versa. The implementation of the process in the upper temperature range proves to be particularly advantageous. The high temperature exit converted raw gases can be fed to a waste heat boiler for steam generation become. Besides, it is possible with the help of dosed amount of water to adjust the degree of conversion, that a desired total conversion conversion in the Conversion reactor after water washing without setting that bypass the conversion reactor with a gas bypass or additional water vapor provided must become.

Die Begrenzung der beiden Temperaturbereiche resultiert einerseits aus der katalytischen Wirkung der aktivierten Nebenbestandteile (untere Temperaturgrenze) und andererseits aus der Verschmutzungsneigung der Nebenbestandteile (obere Temperaturgrenze).The Limitation of the two temperature ranges results on the one hand the catalytic effect of activated minor components (lower Temperature limit) and on the other hand from the tendency to fouling minor components (upper temperature limit).

Im oberen Temperaturbereich erfolgt die katalytisch bedingte Annäherung der Gaszusammensetzung an das thermodynamische Gleichgewicht. Je nach den im Einzelfall vorliegenden stofflichen und betrieblichen Parameter sowie räumlichen Anordnungen sind unterschiedlich hohe Annäherungen an die Gleichgewichtszusammensetzung erreichbar. Die Annäherung wird üblicherweise in der Form der Temperaturapproache ΔTK in Kelvin nach der Gleichung ΔTK = TGl,aus – Taus quantifiziert. Dabei sind TGl,aus die thermodynamische Gleichgewichtstemperatur der Konvertierungsreaktion für die sich am Gasaustritt einstellende Gaszusammensetzung und Taus die reale Austrittstemperatur. Erfindungswesentlich ist, dass im Temperaturbereich 1400°C bis etwa 900°C die Temperaturapproache ΔTK nicht nennenswert von 0 K abweichen (ca. 0 bis + 50 K) und bei weiterer Abkühlung auf 600°C dann bis auf + 100 bis + 250 K ansteigen. Bei Gasaustrittstemperaturen unter 900°C wird die so genannte kinetische Reaktionsendtemperatur (700–850°C) erreicht, d. h. die Konvertierungsreaktion „friert ein". Die weitere Absenkung der Gasaustrittstemperaturen unter die kinetische Reaktionsendtemperatur durch Eindüsung von Wasser führt zu keiner weiteren Veränderung der Gaszusammensetzung infolge der Konvertierungsreaktion. Die Untergrenze der Abkühlung der Rohgase liegt bei ca. 300°C. Bei dieser unteren Temperaturgrenze ist die katalytische Aktivierung der Nebenbestandteile gerade noch gewährleistet. Die Obergrenze für die Abkühlung der Rohgase ist durch die kritische Temperatur der Verschmutzungsneigung der konvertierten Rohgase gegeben. Die Rohgase müssen mindestens so weit abgekühlt werden, dass es in den nachgeschalteten Anlagenkomponenten nicht zu Ablagerungen und Verschmutzungen kommt. Rohgase der Vergasung alkalihaltiger oder alkalireicher Braunkohle sollten auf Temperaturen von mindestens 800°C oder in besonders schwierigen Fällen auf mindestens 600°C, Rohgase der Vergasung von alkaliarmen und tonreichen Steinkohlen auf Temperaturen von mindestens 900°C abgekühlt werden.In the upper temperature range, the catalytic approximation of the gas composition to the thermodynamic equilibrium takes place. Depending on the physical and operational parameters and spatial arrangements available in the individual case, different approaches to the equilibrium composition can be achieved. The approximation is usually quantified in the form of the temperature approximation ΔT K in Kelvin according to the equation ΔT K = T Gl, out of -T. In this case, T Gl, from the thermodynamic equilibrium temperature of the conversion reaction for the gas composition at the gas outlet and T from the actual outlet temperature. Essential to the invention is that in the temperature range 1400 ° C to about 900 ° C, the temperature approximate ΔT K not significantly deviate from 0 K (about 0 to + 50 K) and further cooling to 600 ° C then up to + 100 to + 250 K. increase. At gas outlet temperatures below 900 ° C., the so-called kinetic reaction end temperature (700-850 ° C.) is reached, ie the conversion reaction "freezes." The further lowering of the gas outlet temperatures below the final kinetic reaction temperature by injection of water does not lead to any further change in the gas composition The lower limit of the cooling of the raw gases is about 300 ° C. At this lower temperature limit, the catalytic activation of the minor constituents is just ensured.The upper limit for the cooling of the raw gases is given by the critical temperature of the fouling tendency of the converted raw gases. The raw gases must be cooled down at least to the extent that deposits and soiling do not occur in the downstream plant components Raw gas from the gasification of alkaline or alkaline-rich lignite should be heated to temperatures of at least 800 ° C or in particular In difficult cases to at least 600 ° C, raw gas from the gasification of low-alkali and high-clay coal can be cooled to temperatures of at least 900 ° C.

Das zur Erhöhung der Wasserdampfkonzentration und zur Abkühlung benötigte Wasser wird in einer oder mehreren Düsenebenen in die Aufwärtsströmung in der Nähe der Umfassungswände des Gasraumes und möglichst gleichmäßig verteilt über den Umfang eingedüst. Die Eindüsung erfolgt vorzugsweise mittels einer Düsenebene oberhalb der Wasseroberfläche des Wasserbades in die Mitte des Gasraumes oder nach oben gerichtet. Bei Vergasern großer Leistung werden weitere Düsenebenen über die Höhe des Gasraumes verteilt angeordnet. Für weiter oben angeordnete Düsenebenen ist die Richtung der Wasserverdüsung frei wählbar, bevorzugt wird jedoch die Eindüsung nach oben, wodurch die nach oben gerichtete Gasströmung unterstützt wird. Durch die am oberen Ende des Gasraumes vorgesehene Düsenebene wird das Wasser vorzugsweise nach unten gerichtet eingedüst.The for increasing the water vapor concentration and for cooling needed water is in one or more nozzle levels in the upward flow near the Surrounding walls of the gas space and as evenly as possible injected over the circumference. The injection is preferably carried out by means of a nozzle plane above the water surface of the water bath in the middle of the gas space or upwards. At carburetors great performance become more nozzle levels over the height arranged distributed the gas space. For further up Nozzle levels is the direction of the water atomization freely selectable, but preferred is the injection upward, causing the upward gas flow is supported. By the at the upper end of the gas space provided nozzle level, the water is preferably after sprayed down.

Bei geringem Konvertierungsumsatz beträgt die mittlere Verweilzeit der Rohgase im Quenchraum etwa 2 s und bei hohem Konvertierungsumsatz etwa 10 s.at low conversion conversion is the mean residence time the raw gases in the quenching room about 2 s and at high conversion conversion about 10 s.

Wesentlich für die Erfindung ist schließlich, dass die Umfassungswände des Quenchraumes, mindestens jedoch die Umfassungswände des Gasraumes, gekühlt werden. Die Kühlung erfolgt derart, dass die Temperaturen an der inneren Oberfläche der Umfassungswände vorzugsweise auf Werte eingestellt werden, die 1 bis 50 K unterhalb der Taupunkttemperatur im Gasraum liegen, wodurch die Wände permanent feucht gehalten und dauerhafte Ablagerungen von Nebenbestandteilen vermieden werden. Aus energetischen Gründen bietet es sich an, hinter den Umfassungswänden Sattdampf mit einem Druck von 5 bis 10 bar (abs.) zu erzeugen. Die Effizienz des Verfahrens wird außerdem erhöht, wenn Heißwasser eingedüst wird, dessen Temperatur im Bereich von ± 50 K um den Siedepunkt bei Vergasungsdruck liegt. Durch Eindüsung derart vorgewärmten Wassers werden lokale Unterkühlungen vermieden, die zur Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit der Konvertierungsreaktion führen würden. Es ist auch denkbar, Wasser, das über die Siedetemperatur hinaus erhitzt wurde, einzudüsen. Überhitztes Wasser vermischt sich bei der Druckzerstäubung durch Spontanverdampfung noch schneller mit den Rohgasen im Gasraum, wodurch sich der Reaktionsumsatz weiter erhöht.Finally, it is essential for the invention that the surrounding walls of the quench space, but at least the surrounding walls of the gas space, be cooled. The cooling is carried out such that the temperatures on the inner surface of the surrounding walls are preferably set to values which are 1 to 50 K below the dew point temperature in the gas space, whereby the walls are permanently kept moist and permanent deposits of secondary constituents are avoided. For energetic reasons it offers itself to generate saturated steam at a pressure of 5 to 10 bar (abs.) behind the enclosure walls. The efficiency of the process is also increased when hot water is injected whose temperature is in the range of ± 50 K around the boiling point at gasification pressure. By injecting such preheated water local supercooling are avoided, which would lead to the reduction of the reaction rate of the conversion reaction. It is also conceivable to inject water which has been heated beyond the boiling point. Superheated water mixes with the atomization by spontaneous evaporation even faster with the raw gases in the gas space, which further increases the reaction conversion.

Eine besondere Ausgestaltung des Verfahrens betrifft die Verringerung des Abstandes zwischen der Oberfläche des Wasserbades und der Eintrittsmündung der Rohgase im Gasraum auf einen solchen Wert, dass es zur Spontanverdampfung an der Oberfläche des Wasserbades kommt und auf die Wassereindüsung zur Nachkühlung gänzlich verzichtet werden kann. Die Rohgasaustrittstemperatur kann dann mittels des Höhenstandes des Wasserbades geregelt werden.A special embodiment of the method relates to the reduction the distance between the surface of the water bath and the inlet mouth of the raw gases in the gas space to such Value that it is for spontaneous evaporation on the surface the water bath comes and the water injection for aftercooling can be completely dispensed with. The raw gas outlet temperature can then regulated by the height of the water bath become.

Die konvertierten Rohgase werden vorzugsweise am unteren Ende des Gasraumes abgezogen. Sie werden vorteilhaft einem indirekten Wärmetauscher zugeführt, in dem Mitteldruckdampf erzeugt wird. Alternativ ist auch die anschließende Quenchung mit Wasser bis zum Taupunkt möglich.The converted raw gases are preferably at the lower end of the gas space deducted. They will be advantageous to an indirect heat exchanger supplied, is generated in the medium-pressure steam. alternative is also the subsequent quenching with water until Dew point possible.

Gemäß der Erfindung ist es erstmals möglich, die gewünschten Konvertierungsumsätze mit geringstem apparativen Aufwand im Quenchraum von Flugstromvergasern zu erreichen. Besonders hervorzuheben ist die Erhöhung des Kaltgaswirkungsgrades. Die Effizienz des Vergasungsverfahrens und des gesamten Anlagenverbundes von Synthesegas- oder Kraftwerksanlagen wird erhöht.According to the Invention, it is possible for the first time, the desired Conversion sales with the least amount of equipment in the quench room of entrainment gasifiers. Of particular note is the increase in cold gas efficiency. The efficiency the gasification process and the entire plant network of synthesis gas or power plants will be increased.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Konvertierung von Rohgasen bei der Flugstromvergasung gelöst, die eine einem Flugstromvergaser nachgeschaltete Quencheinrichtung mit einem Rohgaseintritt zur abwärts gerichteten Einströmung heißer Rohgase des Flugstromvergasers und einen Gasabgang für konvertierte Rohgase umfasst, wobei Umfassungswände einen Quenchraum umgeben, der aus einem die abwärtsgerichtete Einströmung der heißen Rohgase umschließenden Gasraum und einem Wasserbad besteht, wobei mindestens in einer Ebene des Gasraumes Düsen zur Einleitung von Quenchwasser in den Gasraum hineinreichen und die Düsen so ausgestaltet und ausgerichtet sind,

  • – dass Quenchwasser nur in den Gasraum eingedüst wird, der die nach unten gerichtete Strömung der aus dem Flugstromvergaser abgezogenen heißen Rohgase umschließt, so dass die oberhalb der Wasseroberfläche nach oben umgelenkten Rohgase befeuchtet und gekühlt werden, bevor sie sich in die nach unten gerichtete Strömung einmischen,
  • – und dass die Umfassungswände des Quenchraumes, mindestens jedoch die Umfassungswände des Gasraumes so gekühlt werden, dass die Temperatur an der inneren Oberfläche 1 bis 50 K unterhalb der Taupunkttemperatur des Gasraumes liegt,
  • – und dass der Quenchraum so bemessen ist, dass die mittlere Verweilzeit des Rohgases im Quenchraum 2 bis 10 s beträgt.
According to the invention the object is achieved by a device for the conversion of raw gases in the entrained flow gasification, which comprises an entrained Guage Quencheinrichtung with a raw gas inlet for downward flow hot exhaust gases of the entrained flow gasifier and a gas outlet for converted raw gases, wherein surrounding walls surround a quench, consisting of a the downwardly directed inflow of the hot raw gas enclosing the gas space and a water bath, at least in one plane of the gas space extending nozzles for introducing quench water into the gas space and the nozzles are configured and aligned,
  • - That quench water is injected only in the gas space, which encloses the downward flow of the withdrawn from the Flugstromvergaser hot raw gases, so that the above the water surface upwardly deflected raw gases are humidified and cooled before they interfere in the downward flow .
  • - And that the enclosure walls of the quench space, but at least the surrounding walls of the gas space are cooled so that the temperature at the inner surface is 1 to 50 K below the dew point temperature of the gas space,
  • - And that the quench space is dimensioned so that the mean residence time of the raw gas in the quenching chamber is 2 to 10 s.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im unteren Bereich der abwärtsgerichteten Einströmung der Rohgase ein, das Wasserbad überragender Gasabgang für konvertierte Rohgase angeordnet, der eine Umlenkhaube aufweist.To An advantageous embodiment of the invention is in the lower region the downward flow of the raw gases a, the water bath superior gas outlet for converted raw gases disposed having a Umlenkhaube.

Anhand 1 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.Based 1 an embodiment of the invention will be explained in more detail.

1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine einem Flugstromvergaser nachgeschaltete Quencheinrichtung mit einem Rohgaseintritt (2) zur abwärts gerichteten Einströmung (9) heißer Rohgase (1) des Flugstromvergasers. Der Quenchraum (4) besteht aus dem Gasraum (5), dem Wasserbad (6) und wird durch Umfassungswände (7) eingegrenzt. Die Umfassungswände (7) des Quenchraumes (4) werden von dem Wassermantel (18) umgeben, in dem Sattdampf (19) bei einem Druck von 10 bar erzeugt wird. Die konvertierten Rohgase (10) werden über den Gasabgang (20) abgezogen. Der Gasabgang (20) ist mit der Umlenkhaube (21) zum Schutz vor Mitriss von Spritzwasser versehen. Das Unterteil des Quenchraumes ist als Wasserbad (6) ausgebildet. In den Gasraum (5) reichen in mehreren Ebenen Düsen (14, 15, 16) zur Einleitung von Quenchwasser ein. Die Düsen (14) und (15) sind dabei aufwärts gerichtet. Die Düsen (16) im Oberteil des Gasraumes sind in Richtung des Rohgaseintrittes (2) ausgerichtet. 1 shows a simplified schematic representation of an air flow gasifier downstream quench device with a raw gas inlet ( 2 ) to the downward inflow ( 9 ) hot raw gases ( 1 ) of the entrainment gasifier. The quenching room ( 4 ) consists of the gas space ( 5 ), the water bath ( 6 ) and is surrounded by perimeter walls ( 7 ) limited. The surrounding walls ( 7 ) of the quench space ( 4 ) are separated from the water jacket ( 18 ), in which saturated steam ( 19 ) is generated at a pressure of 10 bar. The converted crude gases ( 10 ) are via the gas outlet ( 20 ) deducted. The gas outlet ( 20 ) is with the deflection hood ( 21 ) to protect against entrainment of sprayed water. The lower part of the quenching chamber is a water bath ( 6 ) educated. In the gas space ( 5 ) range in several levels nozzles ( 14 . 15 . 16 ) for the introduction of quench water. The nozzles ( 14 ) and ( 15 ) are directed upwards. The nozzles ( 16 ) in the upper part of the gas space are in the direction of the raw gas inlet ( 2 ).

Die in 1 dargestellte Quencheinrichtung wird wie folgt befahren:
Die Rohgase (1) der Flugstromvergasung von Braunkohlenstaub werden von oben mittels des Rohgaseintrittes (2), die die Rohgaseintrittsmündung (3) aufweist, in den Quenchraum (4) eingedüst, der aus dem Gasraum (5), dem Wasserbad (6) und den Umfassungswänden (7) besteht. Die untere Begrenzung des Gasraumes (5) wird durch die Wasseroberfläche (8) des Wasserbades (6) gebildet. Die Rohgase (1) treten mit einer Temperatur von 1.450°C und einem Druck von 30 bar in den Quenchraum (4) ein. Der CO-Gehalt der Rohgase (1) beträgt 52,8 Vol.-% (feucht). Als Nebenbestandteile werden flüssige Schlacke, etwas Restkoks-Feinstaub und als flüchtige Alkaliverbindungen Chloride und Hydroxide von Natrium und Kalium mitgeführt. Die Rohgase (1) werden in der zentralen Zone der Abwärtsströmung (9) nach unten geleitet. Dabei findet die Konvertierungsreaktion statt und es bilden sich konvertierte Rohgase (10). Die konvertierten Rohgase (10) werden an der Wasseroberfläche (8) des Wasserbades (6) umgelenkt, wobei ein Teil der mit den konvertierten Rohgasen (10) mitgeführten Nebenbestandteile im Wasserbad (6) abgeschieden werden und wobei sie Wasserdampf aufnehmen. Die konvertierten Rohgase (10) werden anschließend in der ringförmigen Zone der Aufwärtsströmung (11) nach oben geleitet und mittels des eingedüsten Wassers (12) befeuchtet. Während der Aufwärtsströmung mischen sich die befeuchteten, konvertierten Rohgase (13) mit zunehmender Höhe zunehmend in die abwärts strömenden Rohgase (1) ein. Die Einmischung ist in der 1 mit Hilfe von Pfeilen angedeutet. Der Volumenstrom der aufwärts strömenden, befeuchteten konvertierten Rohgase (13) beträgt ein Mehrfaches des Volumenstromes der eintretenden Rohgase (1). Das Wasser (12) wird mittels drei Düsenebenen (14), (15) und (16), die aus jeweils sechs gleichmäßig über den Umfang angeordneten Zerstäuberdüsen (17) bestehen, eingedüst. Die erste Düsenebene (14) befindet sich kurz oberhalb der Wasseroberfläche (8), die zweite Düsenebene (15) in der Mitte des Gasraumes (5) und die dritte Düsenebene (16) am oberen Ende des Gasraumes (5). Die erste Düsenebene (14) und die zweite Düsenebene (15) sprühen nach oben und die dritte Düsenebene (16) nach innen. Pro Düsenebene (14), (15) und (16) werden, gleichmäßig verteilt über alle sechs Zerstäuberdüsen (17), 0,166 kg Wasser (12) pro kg feuchte Rohgase (1) mit einer Temperatur von 200°C eingedüst. Die insgesamt eingedüste Wassermenge beträgt 0,5 kg/kg (Rohgas, feucht). Die Rohgase (1) kühlen während der Abwärtsströmung bis zum Erreichen der Wasseroberfläche (8) auf 700°C ab, wobei sich eine Approachtemperatur für die Konvertierungsreaktion von 100 K einstellt. Dem entsprechend werden 44% des mit den Rohgasen (1) eingebrachten Kohlenmonoxid CO mittels Wasserdampf H2O zu Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 umgewandelt. Die den Gasraum (5) verlassenden konvertierten Rohgase (10) weisen eine CO-Gehalt von nur noch 18 Vol.-% (feucht) auf. Der hohe Reaktionsumsatz ist der Führung der Strömung und der Wirkung katalytisch aktivierter Nebenbestandteile zu verdanken, bei dem die mit den Rohgasen mitgeführten Nebenbestandteile mittels dieser Rohgase während der Abkühlung in der zentralen Zone der Abwärtsströmung und während der Befeuchtung in der ringförmigen Zone der Aufwärtsströmung bei gleichzeitiger Anreicherung der im Gasraum in der Schwebe gehaltenen festen und kondensierbaren Nebenbestandteile mit den Rohgasen katalytisch aktiviert werden.In the 1 shown quench device is used as follows:
The raw gases ( 1 ) of the entrained-flow gasification of lignite dust are from above by means of the raw gas inlet ( 2 ), the raw gas inlet ( 3 ) into the quench space ( 4 ) injected from the gas space ( 5 ), the water bath ( 6 ) and the surrounding walls ( 7 ) consists. The lower boundary of the gas space ( 5 ) is passed through the water surface ( 8th ) of the water bath ( 6 ) educated. The raw gases ( 1 ) enter the quenching chamber at a temperature of 1,450 ° C. and a pressure of 30 bar ( 4 ) one. The CO content of the raw gases ( 1 ) is 52.8% by volume (damp). As secondary components, liquid slag, some residual coke particulate matter and as volatile alkali compounds, chlorides and hydroxides of sodium and potassium are carried. The raw gases ( 1 ) are in the central zone of the downward flow ( 9 ) directed downwards. The conversion reaction takes place and converted raw gases ( 10 ). The converted crude gases ( 10 ) are at the water surface ( 8th ) of the water bath ( 6 ), whereby a part of the with the converted raw gases ( 10 ) entrained minor constituents in a water bath ( 6 ) and where they absorb water vapor. The converted crude gases ( 10 ) are then in the annular zone of the upward flow ( 11 ) led upwards and by means of the injected water ( 12 ) moistened. During the upward flow, the humidified, converted crude gases ( 13 ) increasingly with increasing altitude in the downflowing raw gases ( 1 ) one. The interference is in the 1 indicated by arrows. The volume flow of the upward flowing, humidified converted raw gases ( 13 ) is a multiple of the volume flow of the incoming raw gases ( 1 ). The water ( 12 ) is realized by means of three nozzle levels ( 14 ) 15 ) and ( 16 ), each consisting of six equally circumferentially arranged atomizing nozzles ( 17 ) exist, injected. The first nozzle level ( 14 ) is located just above the water surface ( 8th ), the second nozzle level ( 15 ) in the middle of the gas space ( 5 ) and the third nozzle level ( 16 ) at the upper end of the gas space ( 5 ). The first nozzle level ( 14 ) and the second nozzle level ( 15 ) spray upward and the third nozzle plane ( 16 ) inside. Per nozzle level ( 14 ) 15 ) and ( 16 ) are distributed evenly over all six atomizer nozzles ( 17 ), 0.166 kg of water ( 12 ) per kg of wet raw gases ( 1 ) is injected at a temperature of 200 ° C. The total amount of water injected is 0.5 kg / kg (raw gas, humid). The raw gases ( 1 ) during the downflow until reaching the water surface ( 8th ) to 700 ° C, which sets an approach temperature for the conversion reaction of 100 K. Accordingly, 44% of the crude gas ( 1 ) converted carbon monoxide CO by means of water vapor H 2 O to carbon dioxide CO 2 and hydrogen H 2 . The gas space ( 5 ) leaving converted raw gases ( 10 ) have a CO content of only 18% by volume (moist). The high reaction conversion is due to the guidance of the flow and the effect of catalytically activated minor components, in which the entrained with the raw gases minor components by means of these raw gases during cooling in the central zone of the downward flow and during humidification in the annular zone of the upward flow with simultaneous enrichment the held in the gas space in suspension fixed and condensable secondary components are catalytically activated with the raw gases.

11
Rohgaseraw gases
22
RohgaseintrittRaw gas inlet
33
Quenchraumquench
44
RohgaseintrittsmündungRohgaseintrittsmündung
55
Gasraumheadspace
66
Wasserbadwater bath
77
Umfassungswändecontainment
88th
Wasseroberflächewater surface
99
Zentrale Zone der Abwärtsströmungheadquarters Zone of downward flow
1010
Konvertierte Rohgaseconverted raw gases
1111
Ringförmige Zone der Aufwärtsströmungannular Zone of upward flow
1212
Wasserwater
1313
Befeuchtete, konvertierte Rohgasehumidified converted raw gases
1414
Düsenebenenozzle plane
1515
Düsenebenenozzle plane
1616
Düsenebenenozzle plane
1717
Zerstäuberdüseatomizer
1818
Wassermantelwater jacket
1919
Sattdampfsaturated steam
2020
Gasabganggas outlet
2121
Umlenkhaubedeflection hood

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4318444 C2 [0004] - DE 4318444 C2 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Higman, Chris; Gasification, Elsevier Science, 2003 [0002] - Higman, Chris; Gasification, Elsevier Science, 2003 [0002]
  • - Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (2003), Vol.15, S.387 [0004] - Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (2003), Vol.15, p.387 [0004]

Claims (11)

Verfahren zur Konvertierung von Rohgasen der Flugstromvergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen unter Druck, wobei die aus einem Flugstromvergaser abgezogenen heißen Rohgase in einer nach unten gerichteten Strömung in einen Quenchraum eingedüst werden, dessen Oberteil als Gasraum und dessen Unterteil als Wasserbad ausgebildet ist, wobei die untere Begrenzung des Gasraumes durch die Wasseroberfläche des Wasserbades gebildet wird, wobei Quenchwasser in die nach unten gerichtete Strömung eingedüst wird und die Rohgase abgekühlt werden und wobei die Rohgase oberhalb des Wasserbades aus dem Gasraum abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser nur in den Gasraum eingedüst wird, der die nach unten gerichtete Strömung der aus dem Flugstromvergaser abgezogenen heißen Rohgase umschließt, so dass die oberhalb der Wasseroberfläche nach oben umgelenkten Rohgase befeuchtet und gekühlt werden, bevor sie sich in die nach unten gerichtete Strömung einmischen, dass die mit den Rohgasen mitgeführten Nebenbestandteile mittels dieser Rohgase während der Abkühlung in der zentralen Zone der Abwärtsströmung und während der Befeuchtung und Kühlung in der ringförmigen Zone der Aufwärtsströmung bei gleichzeitiger Anreicherung der im Gasraum in der Schwebe gehaltenen festen und kondensierbaren Nebenbestandteile mit den Rohgasen katalytisch aktiviert werden, und dass die Umfassungswände des Quenchraumes, mindestens jedoch die Umfassungswände des Gasraumes so gekühlt werden, dass die Temperatur an der inneren Oberfläche 1 bis 50 K unterhalb der Taupunkttemperatur des Gasraumes liegt.Process for the conversion of raw gases of the entrained flow gasification of carbonaceous feedstocks under pressure, wherein the withdrawn from a Flugstromvergaser hot raw gases are injected in a downward flow in a Quenchraum whose upper part is formed as a gas space and the lower part of a water bath, the lower limit of Gas space is formed by the water surface of the water bath, wherein quench water is injected into the downward flow and the raw gases are cooled and wherein the raw gases above the water bath are withdrawn from the gas space, characterized in that water is injected only in the gas space, the enclosing the downward flow of the withdrawn from the Abgstromstrom hot raw gases, so that the above the water surface upwardly deflected raw gases are humidified and cooled before they interfere in the downward flow, that with the sub-components entrained with the raw gases are catalytically activated by means of these raw gases during the cooling in the central zone of the downflow and during the moistening and cooling in the annular zone of the upward flow with simultaneous enrichment of the solid and condensable secondary constituents held in the gas space with the raw gases, and the surrounding walls of the quench space, but at least the surrounding walls of the gas space, are cooled in such a way that the temperature on the inner surface is 1 to 50 K below the dew point temperature of the gas space. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser in mindestens einer Ebene oder in mehreren, über die Höhe des Gasraumes verteilten Ebenen eingedüst wird.Method according to claim 1, characterized in that that the water in at least one level or in several, above injected the levels of the gas space distributed levels becomes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser als Heißwasser eingedüst wird, dessen Temperatur mindestens 50 K unterhalb des Siedepunktes und höchstens bei der Siedetemperatur bei Vergasungsdruck liegt.Method according to claim 1 or 2, characterized that the water is injected as hot water, its temperature is at least 50 K below the boiling point and at most at the boiling point at gasification pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser als Heißwasser eingedüst wird, dessen Temperatur höchstens 50 K oberhalb der Siedetemperatur bei Vergasungsdruck liegt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the water as hot water is injected, the temperature of which is at most 50 K is above the boiling point at gasification pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfassungswände des Quenchraumes indirekt gekühlt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the surrounding walls of the Quenchraumes be cooled indirectly. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung Sattdampf mit einem Druck von 5 bis 10 bar (abs.) verwendet wird.Method according to claim 5, characterized in that that for cooling saturated steam at a pressure of 5 to 10 bar (abs.) is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gasraum so viel Wasser eingedüst wird, dass die den Gasraum verlassenden Rohgase Temperaturen im Bereich von 300 bis 600°C aufweisen.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that injected into the gas space as much water is that the raw gas leaving the gas space temperatures in the Range of 300 to 600 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gasraum so viel Wasser eingedüst wird, dass die den Gasraum verlassenden Rohgase Temperaturen im Bereich von 600 bis 900°C aufweisen und vorgegebene Werte für den Umsatz der Konvertierungsreaktion eingestellt werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that injected into the gas space as much water is that the raw gas leaving the gas space temperatures in the Range of 600 to 900 ° C and given values be set for the conversion conversion reaction. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Oberfläche des Wasserbades und der Eintrittsmündung der Rohgase im Gasraum so weit verringert wird, dass die im Wasserbad verdampfte Wassermenge mindestens teilweise die Funktion des eingedüsten Wassers übernimmt und die Menge des eingedüsten Wassers entsprechend verringert wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the distance between the surface the water bath and the inlet mouth of the raw gases in Gas space is reduced so much that evaporated in a water bath Amount of water at least partially the function of the injected Water takes over and the amount of the injected Water is reduced accordingly. Vorrichtung zur Konvertierung von Rohgasen bei der Flugstromvergasung, bestehend aus einer einem Flugstromvergaser nachgeschalteten Quencheinrichtung mit einem Rohgaseintritt zur abwärts gerichteten Einströmung heißer Rohgase des Flugstromvergasers und einen Gasabgang für konvertierte Rohgase, wobei Umfassungswände einen Quenchraum umgeben, der aus einem die abwärtsgerichtete Einströmung der heißen Rohgase umschließenden Gasraum und einem Wasserbad besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einer Ebene des Gasraumes Düsen zur Einleitung von Quenchwasser in den Gasraum hineinreichen und die Düsen so ausgestaltet und ausgerichtet sind, dass Quenchwasser nur in den Gasraum eingedüst wird, der die nach unten gerichtete Strömung der aus dem Flugstromvergaser abgezogenen heißen Rohgase umschließt, so dass die oberhalb der Wasseroberfläche nach oben umgelenkten Rohgase befeuchtet und gekühlt werden, bevor sie sich in die nach unten gerichtete Strömung einmischen, und dass die Umfassungswände des Quenchraumes, mindestens jedoch die Umfassungswände des Gasraumes so gekühlt werden, dass die Temperatur an der inneren Oberfläche 1 bis 50 K unterhalb der Taupunkttemperatur des Gasraumes liegt und dass der Quenchraum so bemessen ist, dass die mittlere Verweilzeit des Rohgases im Quenchraum 2 bis 10 s beträgt.Device for the conversion of raw gases in the Entrained-flow gasification, consisting of an entrained-flow gasifier downstream quench device with a raw gas inlet to Downstream inflow hotter Crude gases of Flugstromvergasers and a gas outlet for converted raw gases, wherein Umfassungswände a Quenchraum surrounded by a downward inflow the hot raw gases surrounding gas space and a water bath, characterized in that at least in a plane of the gas space nozzles for the introduction of quench water extend into the gas space and designed the nozzles so and aligned, that quench water is only injected into the gas space which is the downward flow of the out of the Entrainment gas drawn off hot crude gases, so that the above the water surface deflected upwards Raw gases are moistened and cooled before settling in to interfere with the downward flow, and that the enclosure walls of the quench space, but at least the Surrounding walls of the gas space are cooled so that the temperature on the inner surface is 1 to 50 K is below the dew point temperature of the gas space and that the quench space is such that the mean residence time of the Raw gas in the quenching chamber 2 to 10 s. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich der abwärtsgerichteten Einströmung der Rohgase ein, das Wasserbad überragender Gasabgang für konvertierte Rohgase angeordnet ist, der eine Umlenkhaube aufweist.Apparatus according to claim 10, characterized in that in the lower region of the downward inflow of the raw gases, the water bath superior gas outlet is arranged for converted raw gases, which has a Umlenkhaube has.
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