DE102007027601A1 - Production and cooling of gaseous coal gasification products - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung von festen feinkörnigen oder staubförmigen Brennstoffen unter Druck bei erhöhter Temperatur zur Herstellung eines Nutzgases mit Synthesegascharakter, wobei die festen und die gasförmigen Reaktionsprodukte durch jeweils separate Sammeleinrichtungen und Öffnungen aus dem Reaktor abgeführt werden und die flüssigen Reaktionsprodukte direkt aus dem Reaktor in eine Wasser enthaltende Vorrichtung überführt werden und dann durch eine Einrichtung zum Entspannen und Ausschleusen aus dem druckdichten System ausgetragen werden können und die Sammeleinrichtung und Öffnung für die gasförmigen Reaktionsprodukte auf der Reaktorinnenseite mit einer kragenförmigen Ausbuchtung versehen ist, hinter der die gasförmigen Reaktionsprodukte in im Wesentlichen vertikal abwärts gerichteter Strömung aus dem Reaktor geführt werden und unmittelbar hinter dem Reaktor in einem sogenannten Quenchrohr mit einem Fremdgas zur Abführung der inneren Energie gemischt werden, wobei die sich verfestigenden Schmelzen als Feststoffe durch Einwirkung der Schwerkraft in eine Wasser enthaltende Vorrichtung geführt werden und aus dem Reaktor ausgetragen werden.The invention relates to a method and a device for gasification of solid fine-grained or dust-like fuels under pressure at elevated temperature to produce a useful gas with synthesis gas character, wherein the solid and the gaseous reaction products are discharged through separate collection devices and openings from the reactor and the liquid reaction products transferred directly from the reactor into a water-containing device and then discharged through a means for relaxing and discharging from the pressure-tight system and the collecting means and opening for the gaseous reaction products on the inside of the reactor is provided with a collar-shaped bulge, behind which the gaseous Reaction products are conducted in a substantially vertically downwardly directed flow from the reactor and immediately behind the reactor in a so-called quench tube with a foreign gas for Abfüh tion of the internal energy are mixed, wherein the solidifying melts are conducted as solids by the action of gravity in a water-containing device and discharged from the reactor.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung und Kühlung von Gasen, wie sie bei der Vergasung von festen brennbaren Materialien durch Erhitzen mit einem sauerstoff- und wasserdampfhaltigen Vergasungsmittel unter Druck entstehen.The The invention relates to a method and an apparatus for the production and cooling of gases, such as those used in the gasification of solid combustible materials by heating with an oxygen and water vapor-containing Gasification agent under pressure arise.
Beim Erhitzen von festen staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen mit einem sauerstoff- oder wasserdampfhaltigen Vergasungsmittel oder Reaktionsgas erhält man ein gasförmiges Vergasungsprodukt, das je nach Ausgangsstoff im wesentlichen Synthesegascharakter besitzt und flüssige Bestandteile wie Asche und Schlacke enthält. Diese Feststoffvergasung wird im Wesentlichen als Flammenreaktion durchgeführt. Als Brennstoff wird häufig Kohle eingesetzt, mögliche Brennstoffe können aber auch Petrolkoks oder biologische Brennmaterialien sein. Der eingesetzte Brennstoff wird weitgehend umgesetzt und man erhält feste Begleitstoffe wie Schlacke oder Flugasche, die nur einen geringen Anteil an unvergastem Kohlenstoff enthalten. Das erhaltene Nutzgas kann gereinigt werden und für verschiedene Zwecke weiterverwendet werden. Das erhaltene Nutzgas findet insbesondere Anwendung in synthetischen Prozessen.At the Heating solid dusty or fine-grained Fuels with an oxygen or water vapor-containing gasification agent or reaction gas is obtained a gaseous gasification product, depending on the starting material has essentially synthesis gas character and contains liquid components such as ash and slag. This solidification gasification becomes essentially a flame reaction carried out. The fuel is often coal used, but also possible fuels Petroleum coke or biological fuels. The used Fuel is largely implemented and you get solid Accompanying substances such as slag or fly ash, which only a small Containment of un-gassed carbon. The resulting useful gas can be cleaned and used for different purposes become. The useful gas obtained finds particular application in synthetic Processes.
Die eigentliche Vergasungsreaktion findet bei Temperaturen statt, die oberhalb des Erstarrungspunktes der Asche liegen. Typische Reaktionsführungen der genannten Prozesse liegen bei Temperaturen von 1200 bis 2500°C und Drücken von 0,3 bis 7,0 MPa. An der Reaktorwand wird Schlacke abgeschieden, die entlang der Wand abwärts fließt. Ein Teil der feinkörnigen Asche verlässt den Reaktor mit dem Nutzgas.The actual gasification reaction takes place at temperatures that lie above the solidification point of the ash. Typical reactions The processes mentioned are at temperatures of 1200 to 2500 ° C. and pressing 0.3 to 7.0 MPa. On the reactor wall is Slag deposited, which flows down the wall. Part of the fine-grained ash leaves the reactor with the useful gas.
Der Reaktionsraum ist meist zylinderförmig gestaltet und besitzt sowohl Einrichtungen zum Zuführen des Brennstoffes als auch des Reaktionsgases. Der zylinderförmige Brennraum befindet sich häufig in einem druckdichten Mantelgefäß, in dem es durch Einrichtungen zur Aufhängung oder Lagerung installiert ist. Das Mantelgefäß nimmt auch die Konstruktion des sogenannten Misch- oder Quenchrohres auf, das sich an den Vergasungsreaktor anschließt und das mit Heiz- oder Kühleinrichtungen versehen sein kann.Of the Reaction space is usually cylindrical and has both means for supplying the fuel as also the reaction gas. The cylindrical combustion chamber is often located in a pressure-tight jacket vessel, in which it is installed by means of suspension or storage is. The jacket vessel also takes the construction the so-called mixing or quench tube, which is connected to the gasification reactor connects and provided with heating or cooling devices can be.
Fast alle Vergasungsprozesse der genannten Art haben gemeinsam, dass das gasförmige Vergasungsprodukt nach Durchführung der Vergasung in ein Misch- oder Quenchrohr geführt wird, in dem es mit einem Fremdgas oder einer Flüssigkeit vermischt wird und dadurch seine hohe innere Energie dissipativ abgeben kann. Dieser Prozess wird auch als Quenchen bezeichnet. Im Verlaufe dieses Prozesses wird das gasförmige Vergasungsprodukt auf niedrigere Temperaturen heruntergekühlt, wobei die als feinverteilte Schmelze mitgeführten Bestandteile teilweise ausfallen und vom Nutzgas abgetrennt werden können. Die Abführung des Vergasungsproduktes aus dem Reaktor durch das Quenchrohr kann aus diesem herausführend sowohl in aufwärts gerichteter als auch in abwärts gerichteter Strömung erfolgen.Nearly All gasification processes of the type mentioned have in common that the gaseous gasification product after implementation the gasification is conducted into a mixing or quench tube, in which it is mixed with a foreign gas or a liquid and thereby dissipatively dissipate its high internal energy. This Process is also called quenching. In the course of this process will the gaseous gasification product to lower temperatures cooled down, the entrained as a finely divided melt Partial precipitate and can be separated from the useful gas. The removal of the gasification product from the reactor by the quench tube can lead out of this both in upwards as well as downwards Flow take place.
Bei einer aufwärts gerichteten Strömung gestaltet sich die Trennung der mitgeführten flüssigen Bestandteile vom Reaktionsgas relativ einfach. Das ausströmende Gas, das nur feine Schlackepartikel enthält, wird nach Austritt aus dem Reaktor mit dem Quenchgas vermischt, so dass die Schlackepartikel erstarren und in den nachgeschalteten Apparaten vom Gas abgetrennt werden können.at designed an upward flow the separation of the entrained liquid components relatively easy from the reaction gas. The escaping gas, which contains only fine slag particles, will be on exit from the reactor mixed with the quench gas, so that the slag particles solidify and be separated from the gas in the downstream apparatus can.
Alle Reaktoren mit einem aufwärts gerichteten Gasstrom zur Abführung des Nutzgases besitzen den Nachteil, dass Konstruktionen mit einer großen Höhe errichtet werden müssen, weil die Weglänge für die Vermischung mit Quenchmittel und die Erstarrung der Schlacke relativ groß ist. Die Umlenkung findet stets nach dem Quenchprozess statt, damit keine Ablagerungen durch klebrige Aschepartikel entstehen. Das so erhaltene Rohgas wird durch geeignete Wärmetauscheinrichtungen, Filter oder Wäscher weiterbehandelt.All reactors with an upward gas flow for the discharge of the Nutzgases have the disadvantage that constructions with a large Height must be established because the path length for mixing with quenching agent and the solidification of slag is relatively large. The deflection always takes place after the quenching process, so that no deposits are formed by sticky ash particles. The crude gas thus obtained is further treated by means of suitable heat exchangers, filters or scrubbers.
Bei einer abwärts gerichteten Strömung zur Abführung des Nutzgases aus dem Reaktor wird das gasförmige Vergasungsprodukt durch ein unten am Reaktor konstruiertes Quenchrohr vertikal aus dem Vergaser abgeführt. Bei dieser Vorgehensweise fällt die beim Quenchen anfallende Schlacke durch Einwirkung der Schwerkraft abwärts in ein Schlackebad. Das abgekühlte Gas kann durch geeignete Führungs- oder Umlenkeinrichtungen vor dem Schlackebad umgelenkt werden, wo das so erhaltene Rohgas durch geeignete Wärmetauscheinrichtungen oder Wäscher weiterbehandelt werden kann.at a downward flow for discharge the useful gas from the reactor becomes the gaseous gasification product vertically out through a quench tube constructed at the bottom of the reactor removed from the carburetor. In this approach, the falls during quenching accumulating slag by the action of gravity down into a slag bath. The cooled gas can by suitable guidance or deflection be deflected before the slag bath, where the raw gas thus obtained by suitable heat exchangers or scrubbers can be treated further.
Alle Reaktoren mit einem abwärts gerichteten Gasstrom zur Abführung des Nutzgases besitzen den Nachteil, dass die Schlacke bei dieser Reaktionsführung den Rohrleitungsweg vom Reaktor zu nachgeschalteten Apparaten leicht zusetzen oder verstopfen kann, da das Gas auch gröbere Schlackepartikel enthält, die nur langsam erstarren und mit klebriger Oberfläche durch Turbulenzen und Umlenkungen an die Wände gelangen. Häufig werden breite Mischräume und Rohrleitungen oder hohe Konstruktionen erforderlich, um betriebsfremde Ablagerungen zu vermeiden. Die bekannten Vergasungsanlagen mit Gasaustritt abwärts sind ähnlich hoch wie Vergasungsanlagen mit Austritt aufwärts, da die Zonen Vergasung, Quenchbereich und Schlackeausschleusung in beiden Varianten ähnlich hoch sind und nur die Reihenfolge, in der sie übereinander zusammengebaut werden, anders ist.All Reactors with a downward gas flow for removal of the Nutzgases have the disadvantage that the slag in this Reaction leading the pipeline from the reactor to downstream Apparatus can easily clog or clog, as the gas too contains coarser slag particles that are slow solidify and with sticky surface due to turbulence and deflections get to the walls. Often become wide mixing rooms and pipelines or high constructions necessary to avoid deposits that are foreign to the plant. The well-known Gasification plants with gas discharge downwards are similar high as gasification plants with outlet upwards, as the Zone gasification, quench area and slag discharge in both Variants are similar in height and only the order in which they are assembled one above the other is different.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung zu finden, in der das gasförmige Produkt eines Vergasungsprozesses mit einem Quenchgas auf niedrigere Temperaturen gebracht wird. Die festen abgeschiedenen Reaktionsprodukte sollen leicht aus dem Prozess ausschleusbar sein und nicht zur Reaktionsführung wichtige Leitwege durch Ablagerung oder Verkrustung zusetzen. Die Konstruktion soll relativ einfach sein und trotzdem eine optimierte Reinigung und Kühlung des Nutzgases gewährleisten. Die Vorrichtung soll weiterhin zur Vereinfachung des Aufbaus eine im Vergleich zu herkömmlichen Apparaten niedrige Aufbauhöhe besitzen.The The object of the present invention is to provide a simple device to find in the gaseous product of a gasification process is brought to lower temperatures with a quench gas. The solid precipitated reaction products should be easily removed from the process be ausschleusbar and not for the reaction important routes by deposition or encrustation enforce. The construction should be relatively easy and still have an optimized cleaning and Ensure cooling of the user gas. The device should continue to simplify the construction compared to conventional apparatuses have low construction height.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Kohlevergasung, in der die Vermischung des gas- und staubförmigen Vergasungsproduktes mit Quenchgas in einer vertikal aus dem Reaktor nach unten führenden Rohrleitung in einer im wesentlichen abwärts gerichteten Strömung ausgeführt wird. Ein wesentlicher Teil der Schlacke wird durch eine spezielle Gestaltung des Reaktors bereits an den Seitenwänden des Reaktors abgeschieden. Der Reaktor wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit separaten Seitenöffnungen zur Abführung der Schlacke versehen, über die die bereits im Reaktor abgeschiedenen Feststoffe diesen verlassen, um in einer mit Wasser gefüllten Vorrichtung abgekühlt und danach ausgeschleust werden zu können. Um den Druckbehälter vor den hohen Temperaturen der Schlacke zu schützen, ist der Gasraum unter dieser Öffnung von einer Abschirmung umgeben, die mehrschichtig sein kann und als gekühlte Membranwand ausgeführt werden kann. Das Nutzgas wird über eine zweite Austrittsöffnung separat in ein Abführungsrohr zur Vermischung mit Quenchgas geleitet.The The present invention solves the problem by a device for coal gasification, in which the mixing of the gas and dust Gasification product with quench gas in a vertical from the reactor down leading pipeline in a substantially downflow carried out becomes. An essential part of the slag is through a special Design of the reactor already on the side walls of the Reactor deposited. The reactor is in the inventive Device with separate side openings for removal the slag over which already in the reactor Deposited solids leave this to one in with water cooled device and then discharged to be able to. To the pressure vessel before the To protect high temperatures of the slag, the gas space is below This opening is surrounded by a shield, which is multi-layered can be and designed as a cooled membrane wall can be. The useful gas is via a second outlet opening fed separately into an exhaust pipe for mixing with quench gas.
Die Austrittsöffnung für das Nutzgas ist in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Reaktorinnenseite vorteilhaft mit einer kragenförmigen oder trichterförmigen Ausbuchtung ausgestattet, um ein Abfließen der flüssigen Schlacke in das Gasaustrittsrohr zu verhindern. Um die Bildung einer festen Schlackeschicht in der Ausbuchtung zu verhindern, kann die genannte Ausbuchtung an ihrem unteren Teil keramisch ausgekleidet oder bestiftet und mit einer keramischen Stampfmasse bedeckt sein. Hinter dem Eintritt des Nutzgases in das Mischrohr befindet sich eine Einrichtung zur Zuführung des Quenchmediums. Durch die separate Abführung von flüssigen Vergasungsprodukten und Nutzgas ist die Menge der Schlackepartikel im aus dem Reaktor ausströmenden Gas erheblich geringer. Die Kühlung und Entstaubung des Gases ist einfacher und die Verschmutzungsneigung des Mischrohres wird stark verringert.The outlet opening for the useful gas is advantageously equipped in a device according to the invention on the inside of the reactor with a collar-shaped or funnel-shaped bulge in order to prevent the liquid slag from flowing off into the gas outlet pipe. In order to prevent the formation of a solid layer of slag in the bulge, said bulge may be ceramic lined or studded at its lower part and covered with a ceramic ramming mass. Behind the entrance of the Nutzgas in the mixing tube is a means for supplying the quench medium. Due to the separate discharge of liquid Gasification products and useful gas, the amount of slag particles in the gas flowing out of the reactor gas is significantly lower. The cooling and dedusting of the gas is easier and the tendency to foul the mixing tube is greatly reduced.
In einer Ausführung der Erfindung mündet die Austrittsöffnung zur Abführung der flüssigen Schlacke in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in eine Vorrichtung, die mit Wasser gefüllt ist und in der die Schlacke abkühlen kann. Über eine geeignete Schleusenvorrichtung kann die Schlacke entspannt und aus der mit Wasser gefüllten Vorrichtung und damit aus dem Prozess ausgeschleust werden. Optional befindet sich über der Abführungseinrichtung für Schlacke ein zusätzlicher Gasbrenner zum Verflüssigen sich verfestigender Schlacke.In an embodiment of the invention, the outlet opening for the removal of the liquid slag in the inventive Device in a device filled with water is and in which the slag can cool down. about a suitable lock device can relax the slag and from the water-filled device and thus be removed from the process. Optionally located above the discharge device for slag an additional Gas burner for liquefying solidifying slag.
Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Vergasung von festen staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen unter Druck, das sich dadurch auszeichnet, dass
- • die für die Vergasung eingesetzten Brennstoffe bei einer Temperatur von 1200°C bis 2500°C und einem Druck von 0,3 bis 7,0 MPa mit einem sauerstoff- oder wasserdampfhaltigen Material in einem gekühlten Vergasungsreaktor vergast werden, und
- • die erhaltenen gasförmigen Vergasungsprodukte durch eine separate Sammeleinrichtung und Öffnung und die erhaltenen flüssigen und festen Vergasungsprodukte durch eine separate Sammeleinrichtung und Öffnung aus dem Vergaser abgeführt werden, und
- • die erhaltenen flüssigen Vergasungsprodukte in eine Wasser enthaltende Vorrichtung überführt werden und dann durch eine druckentlastende Vorrichtung ausgetragen werden können, und
- • die erhaltenen gasförmigen Vergasungsprodukte aus dem Reaktor in im Wesentlichen in vertikal abwärts gerichteter Strömung geführt werden, und
- • die gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem Reaktor in ein Misch- oder Quenchrohr gelangen, wo sie zur Abgabe ihrer hohen inneren Energie mit einem Fremdmedium gemischt und dadurch heruntergekühlt werden.
- The fuels used for the gasification are gasified at a temperature of 1200 ° C to 2500 ° C and a pressure of 0.3 to 7.0 MPa with an oxygen or water vapor-containing material in a cooled gasification reactor, and
- The gaseous gasification products obtained are discharged from the gasifier through a separate collector and orifice and the resulting liquid and solid gasification products through a separate collector and orifice, and
- The resulting liquid gasification products are transferred to a water-containing device and then discharged through a pressure-relieving device, and
- The resulting gaseous gasification products are passed out of the reactor in a substantially vertically downwardly directed flow, and
- • The gaseous reaction products from the reactor in a mixing or quench tube, where they are mixed to release their high internal energy with a foreign medium and thereby cooled down.
In einer Ausführung der Erfindung wird als Brennstoff Kohle in feinkörniger oder staubförmiger Konsistenz eingesetzt. Die Brennstoffpartikel haben vorzugsweise einen Durchmesser unter 0,5 mm.In An embodiment of the invention uses coal as the fuel in fine-grained or dust-like consistency used. The fuel particles preferably have a diameter less than 0.5 mm.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden als Brennstoffe biologische Materialien in feinkörniger oder staubförmiger Konsistenz eingesetzt. Die Brennstoffpartikel haben vorzugsweise einen Durchmesser unter 0,5 mm.In Another embodiment of the invention are as fuels biological materials in fine-grained or dust-like Consistency used. The fuel particles are preferably a diameter less than 0.5 mm.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden als Brennstoffe organische Materialien wie z. B. Kunststoffe oder Petrolkoks in feinkörniger oder kleinteiliger Form eingesetzt. Die Brennstoffpartikel haben vorzugsweise einen Durchmesser unter 0,5 mm.In Another embodiment of the invention are as fuels organic materials such. As plastics or petroleum coke in fine-grained or small-scale form used. The fuel particles have preferably a diameter less than 0.5 mm.
Beansprucht wird außerdem eine Vorrichtung, die sich zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet und dadurch gekennzeichnet ist, dass
- • die Vorrichtung ein zylinderförmiges oder ellipsoides Reaktorgefäß umfasst, und
- • das Reaktorgefäß zur Abführung der flüssigen und festen Vergasungsprodukte eine separate Sammeleinrichtung und Öffnung besitzt, und
- • sich an diese Öffnung ein Raum zur Abführung anschließt, durch das die flüssigen und festen Vergasungsprodukte abgeführt werden können,
- • sich unter dem Raum zur Abführung der flüssigen und festen Vergasungsprodukte eine Vorrichtung befindet, in die Wasser eingefüllt werden kann oder die sich zur Aufnahme einer weiteren Vorrichtung eignet, in die Wasser eingefüllt werden kann, so dass die flüssigen und festen Vergasungsprodukte in diese Wasser enthaltende Vorrichtung gelangen können, und
- • sich unter der Wasser enthaltenden Vorrichtung für die flüssigen und verfestigten Vergasungsprodukte eine Vorrichtung zum Ausschleusen dieser Produkte befindet, und
- • der Vergasungsbrennstoff und das Reaktionsgas entweder durch mindestens zwei seitlich am Reaktor befindliche Brenner oder durch einen Brenner an der Decke zugeführt werden, und
- • die Brenneröffnungen der seitlichen Brenner waagrecht in den Brennraum oder aufwärts mit einem Winkel von 0° bis 45° oder sekantial mit einem Winkel von 0° bis 10° in den Brennraum gerichtet sind, und
- • das Reaktorgefäß zur Abführung der gasförmigen Vergasungsprodukte eine separate Öffnung und Sammeleinrichtung besitzt, an die sich ein in vertikaler Richtung im Wesentlichen abwärts führender Quenchraum anschließt, und
- • an dem Quenchraum Zuführungseinrichtungen für Fremdmedien montiert sind und der Quenchraum durch besondere Einrichtungen von außen gekühlt werden kann, und
- • das Reaktorgefäß von einem druckdichten Mantelgefäß umschlossen ist, durch das die gesamte Konstruktion begrenzt wird.
- The device comprises a cylindrical or ellipsoidal reactor vessel, and
- The reactor vessel has a separate collector and orifice for discharging the liquid and solid gasification products, and
- • adjoining this opening is a space for removal, through which the liquid and solid gasification products can be removed,
- There is under the space for discharging the liquid and solid gasification products, a device in which water can be filled or which is suitable for receiving a further device in which water can be filled, so that the liquid and solid gasification products in this water-containing Device can get, and
- A device for discharging these products is located below the water-containing device for the liquid and solidified gasification products, and
- The gasification fuel and the reaction gas are supplied either by at least two burners located laterally on the reactor or by a burner on the ceiling, and
- • the burner ports of the lateral burners are directed horizontally into the combustion chamber or upwards at an angle of 0 ° to 45 ° or secantially at an angle of 0 ° to 10 ° in the combustion chamber, and
- • The reactor vessel for discharging the gaseous gasification products has a separate opening and collecting device, which is followed by a vertically downwardly leading substantially quenching space, and
- • on the quench chamber supply devices for foreign media are mounted and the quenching chamber can be cooled by special facilities from the outside, and
- • The reactor vessel is surrounded by a pressure-tight jacket vessel, which limits the entire construction.
Das eigentliche Reaktionsgefäß ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt zylinderförmig gestaltet, kann aber zur besseren Konstruktionsausführung eine ellipsoide Form besitzen. Ein Reaktor für das erfindungsgemäße Verfahren besitzt in der Regel mindestens zwei Brenner, obwohl auch eine Fahrweise mit einem Brenner möglich ist. Die Brenner beheizen den Reaktor durch Zuführung von Reaktionsgas und gemahlenem Brennstoff und können seitlich installiert sein oder auch an der Decke des Reaktors. Bei einer seitlichen Installation ist es vorteilhaft, den Brenner über eigens hierfür vorgesehene Aufhängungen am druckdichten Mantelgefäß zu stützen. Bei einer seitlichen Installation kann der Brenner sowohl waagrecht in den Brennraum gerichtet sein als auch aufwärts mit einem Winkel von 0° bis 45° oder sekantial mit einem Winkel von 0° bis 10°.The actual reaction vessel is preferably cylindrical in the device according to the invention, but may have an ellipsoidal shape for better construction design. A reactor for the process according to the invention generally has at least two burners, although a procedure with a burner is also possible. The burners heat the reactor by feeding Re reaction gas and ground fuel and may be installed laterally or at the top of the reactor. In a side installation, it is advantageous to support the burner on specially designed suspensions on the pressure-tight jacket vessel. In a lateral installation, the burner may be directed horizontally into the combustion chamber as well as upwards at an angle of 0 ° to 45 ° or secantially at an angle of 0 ° to 10 °.
Zur Verbesserung der Vergasungsreaktion und der Befeuerungsführung können die Reaktionspartner und insbesondere das Brenngas mit einem Drall versehen werden. Hierzu eignen sich bei an der Decke befindlichen Brennern kleine Leitbleche am Brennerausgang oder spezielle Brennerformen.to Improvement of gasification reaction and firing can the reactants and in particular the fuel gas be provided with a twist. These are suitable for on the ceiling located burners small baffles at the burner output or special Brenner forms.
Je nach Ausführungsart kann der Brennstoff auf verschiedene Art in den Reaktor eingeführt werden. So kann der feste Brennstoff in Staubform über ein separates Zuführungsrohr über den Brenner in den Reaktor geführt werden. Es ist jedoch auch möglich, den Brennstoff über eine am Deckel angebrachte separate Öffnung in den Reaktor einzutragen. Besonders vorteilhaft befindet sich dazu vor der Öffnung eine geeignete Fördereinrichtung, die den Brennstoff über die Öffnung in den Reaktor drückt. Zu einer solchen Förderung kann man beispielsweise eine Förderschnecke benutzen. Diese Zuführungsart eignet sich besonders für Stoffe, die sich schlecht in Staubform in den Reaktor bringen lassen. Als Beispiel seien hier Kunststoffe oder organische Schadstoffe genannt.ever According to embodiment, the fuel can be different Art be introduced into the reactor. So can the solid Fuel in dust form via a separate feed pipe over the burner are led into the reactor. However, it is also possible, the fuel over one on the lid Entered separate opening in the reactor. Particularly advantageous is located in front of the opening one suitable conveyor that the fuel over push the opening into the reactor. To such Promotion can be, for example, a screw conveyor to use. This type of feed is particularly suitable for Substances that can be poorly brought in the form of dust in the reactor. Examples include plastics or organic pollutants called.
In einer Ausführung der Erfindung wird der Reaktor an der Innenwand gekühlt. Die Innenwände des Reaktorgefäßes sind in der Regel mit Metallstiften und keramischer Masse bedeckt. Die Innenwände des Reaktors können auch mit Siedewasser berieselt werden. Die Zuführung des Brennmaterials erfolgt bevorzugt in feinteiliger oder staubförmiger Konsistenz. Das sauerstoff- oder wasserdampfhaltige Reaktionsgas wird über Brenner zugeführt, die an den Seiten oder am Deckel des Reaktionsgefäßes montiert werden. Als Reaktionsgas kann auch reiner Sauerstoff verwendet werden. Die Vergasungsreaktion wird gewöhnlich in einer Staubwolke durchgeführt.In In one embodiment of the invention, the reactor at the Interior wall cooled. The inner walls of the reactor vessel are usually covered with metal pins and ceramic mass. The inner walls of the reactor can also be used with boiling water be exposed to a constant stream. The feeding of the fuel takes place preferably in finely divided or powdery consistency. The oxygen or water vapor-containing reaction gas is over Burner fed to the sides or the lid of the Reaction vessel to be mounted. As a reaction gas also pure oxygen can be used. The gasification reaction is usually done in a cloud of dust.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die im Nutzgas enthaltene Schlacke nach dem Austritt aus dem Vergaser durch den Quenchprozess abgekühlt und dadurch verfestigt. Als Quenchgase können verschiedene Gase eingesetzt werden, bevorzugt als Quenchgas werden insbesondere gekühltes Nutzgas, Wasserdampf, Stickstoff oder ein Edelgas oder ein Gemisch dieser Gase. Auch ein flüssiges Quenchmittel, z. B. aus dem Prozess zurückgeführtes Wasser, kann eingesetzt werden. Die Länge des Quenchrohres richtet sich in der Regel nach der Größe des Reaktors. Als Richtlinie gilt, dass die Entfernung der obersten Stelle der Einspeisung des Quenchmediums im Rohr vom Reaktorboden kleiner als 10 Reaktordurchmesser sein soll.In Another embodiment of the invention is in the Nutzgas contained slag after exiting the carburetor by the Quench cooled and thereby solidified. As quenching gases can different gases are used, preferably as quenching gas in particular cooled useful gas, water vapor, nitrogen or a noble gas or a mixture of these gases. Also a liquid Quenching agent, e.g. B. returned from the process Water, can be used. The length of the quench tube usually depends on the size of the reactor. As a guideline, the removal of the highest point of the Feed of the quench medium in the tube from the reactor bottom is smaller than 10 reactor diameter should be.
Trifft das heiße Nutzgas auf das Quenchmedium, so erfährt dieses durch den Prozess der dissipativen Energieabgabe einen starken Wärmeverlust. Dies ist mit einem Verfestigen mitgeführter flüssiger Vergasungsprodukte verbunden. Zur besseren Intensivierung der Vermischung kann das Quenchrohr in seinem Verlauf mit einem oder mehreren trichterförmigen Einschnürungen versehen sein, durch die sich der Durchmesser des Mischrohres verringert. Es ist auch möglich, das Quenchrohr zu diesem Zweck von innen mit Vorrichtungen zu versehen, durch die der Gasstrom trichterförmig gebündelt wird. Dies können beispielsweise eine ringförmige Metallschürze oder eine ringförmige Keramikblende sein. Dadurch wird die Vermischung mit dem Quenchmedium und das Verfestigen mitgeführter flüssiger Vergasungsprodukte erleichtert. Um die Wände des Quenchraums vor flüssigen Partikeln zu schützen, kann die Eindüsung des Quenchmediums entlang des Quenchraumes in mehreren Ebenen erfolgen.Meets the hot working gas on the quench medium, so learns this one through the process of dissipative energy delivery a strong Heat loss. This is accompanied by a solidification connected liquid gasification products. For better intensification The quench tube can be mixed in its course with a or more funnel-shaped constrictions be provided, through which reduces the diameter of the mixing tube. It is also possible to use the quench tube for this purpose from the inside equipped with devices through which the gas stream is funnel-shaped is bundled. This can, for example, a annular metal apron or an annular Be ceramic shutter. This mixes with the quench medium and solidifying entrained liquid gasification products facilitated. Around the walls of the quenching room before liquid To protect particles, the injection of the Quench medium along the quench in several levels.
Zur weiteren Kühlung des Nutzgases kann in den Gasstrom ein flüssiges Kühlungsmedium eingesprüht werden. Oberhalb der trichterförmigen Einschnürung wird das Kühlungsmedium vorteilhaft als Flachstrahl parallel zu der Trichteroberfläche eingedüst. Unterhalb der trichterförmigen Einschnürung ist es vorteilhaft, das flüssige Kühlungsmedium als Spray parallel zum Nutzgasstrom einzusprühen. Die Eindüsung des Kühlungsmediums kann entlang des Quenchraumes ebenfalls in mehreren Ebenen erfolgen.to Further cooling of the Nutzgas can be in the gas stream sprayed liquid cooling medium become. Above the funnel-shaped constriction the cooling medium is advantageous as a flat jet parallel injected to the funnel surface. Below the funnel-shaped constriction is advantageous the liquid cooling medium in parallel as a spray spray to the Nutzgasstrom. The injection of the Cooling medium can also along the Quenchraumes done in several levels.
In einer Ausführung der Erfindung befindet sich unter dem Mischrohr eine Vorrichtung, die Wasser enthält oder zur Aufnahme einer Vorrichtung geeignet ist, die Wasser enthält, in das ein Teil der bei dem Quenchprozess verfestigten festen Be standteile des Nutzgases durch Einwirkung der Schwerkraft und Trägheit überführt werden kann. Die in der mit Wasser gefüllten Vorrichtung anfallenden festen Bestandteile oder das feststoffbeladene Wasser können gegebenenfalls mit Pumpen aus dem Prozess ausgeschleust werden.In an embodiment of the invention is located under the Mixing tube a device that contains water or to Receiving a device containing water, in which a part of solidified in the quenching process solid constituents of the Nutzgases transferred by the action of gravity and inertia can be. The in the water-filled device resulting solids or solid laden water may be discharged from the process with pumps if necessary become.
In einer weiteren Ausführung befindet sich zur Abführung des gereinigten Nutzgases über der mit Wasser gefüllten Vorrichtung ein Austrittsrohr, das das Nutzgas umlenkt und weiterführt. Dieses Gas enthält dann nur noch Feststoffpartikel von geringer Korngröße. Die Umlenkung des Gasstroms zur Weiterführung erfolgt vom Quenchraum ausgehend mit einem oder mit mehreren Rohren bevorzugt in einem Winkel von über 90°. Es ist auch möglich, den Winkel zur Umlenkung des Rohrs für das Nutzgas kleiner zu gestalten. In diesem Fall ist jedoch der Feststoffanteil an dem weitergeführten Gas leicht erhöht. Der Quenchraum kann zur Entfernung von gröberen Feststoffanteilen insbesondere vor Einmündung in der mit Wasser gefüllten Vorrichtung mit einer Sichtereinrichtung versehen sein. Durch die Installation von solchen Einrichtungen, wobei hier beispielhaft ein Strahlumlenksichter genannt ist, lässt sich gröberes Schlacke- oder Aschematerial aus dem Quenchraum ausführen.In a further embodiment, there is an outlet pipe for discharging the purified Nutzgas over the device filled with water, which deflects the Nutzgas and continues. This gas then contains only solid particles of small grain size. The diversion of the gas stream for continuation takes place starting from the quench space with one or more pipes, preferably at an angle of more than 90 °. It is also possible, the angle for the deflection of the pipe for the Nutzgas to make smaller. In this case, however, the solids content of the continued gas is slightly increased. The quenching chamber can be provided with a sifter to remove coarser solids, especially before it flows into the device filled with water. By installing such devices, a beam deflecting classifier being mentioned here by way of example, it is possible to carry out coarser slag or ash material from the quenching space.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung mündet das Austrittsrohr nach der Umlenkung in ein System zur weiteren Abkühlung und Reinigung des Nutzgases. Zur Befreiung des Nutzgases von Verunreinigungen kann das Umlenkungsrohr in oder in unmittelbarer Umgebung der Umlenkungsstelle mit einer Vorrichtung zur Entfernung von Flüssigkeitstropfen versehen sein. Beispiele hierfür sind Tropfenabscheider oder Gitterböden.In another embodiment of the invention opens the outlet pipe after the deflection in a system to further Cooling and cleaning of the user gas. For the liberation of the Nutzgases of impurities, the deflection pipe in or in immediate surroundings of the deflection point with a device be provided for the removal of liquid droplets. Examples for this purpose are demister or grid floors.
Die weitere Abkühlung und Reinigung des Nutzgases nach der Ausführung aus dem System erfolgt vorzugsweise durch Vermischung mit Wasser. Die direkte Kühlung des Gases mit Wasser bewirkt gleichzeitig eine Teilverdampfung von Wasser, wodurch der Wasserdampfgehalt im gekühlten Vergasungsprodukt erhöht wird. Die Vorgehensweise umfasst häufig den Einsatz von Wäschern, bei denen das zu kühlende Gas insbesondere im Gegenstrom mit Wasser bedüst oder berieselt werden kann. Dadurch wird die Temperatur des Gases zurückgeführt und das Gas gleichzeitig von festen Verunreinigungen und flüssigen oder gasförmigen wasserlöslichen Substanzen befreit.The further cooling and cleaning of the useful gas after the Execution from the system is preferably carried out by mixing with water. The direct cooling of the gas with water causes at the same time a partial evaporation of water, whereby the water vapor content in the cooled gasification product is increased. The method often includes the use of scrubbers, where the to be cooled gas in particular in countercurrent with water or can be sprinkled. This will change the temperature of the gas returned and the gas from solid at the same time Impurities and liquid or gaseous water-soluble substances freed.
Der aus dem System ausgeleitete Gasstrom kann nach der Reinigung und Kühlung einer katalytischen Konvertierung von oxidierbaren toxischen Gasen (COS, CO, HCN) und/oder einer Sorption von sauren oder basischen korrosiven Gasen (HCl, NH3, H2S) unterzogen werden. Zur Verbesserung der Energieausbeute des Prozesses kann vom Vergasungsgasstrom nach dem Austritt aus dem Vergaser wenigstens ein Teilstrom einem Wärmetauscher zugeführt werden. Die Durchführung durch den Wärmetauscher kann an einer beliebigen Stelle nach dem Austritt aus dem Vergaser durchgeführt werden. Bevorzugt wird dieser Prozess nach der Durchführung des Quenchprozesses ausgeführt, um den Vorgang des Wärmetausches nicht durch mitgeführte Schlacke zu behindern.The gas stream discharged from the system, after purification and cooling, may be subjected to catalytic conversion of oxidizable toxic gases (COS, CO, HCN) and / or sorption of acidic or basic corrosive gases (HCl, NH 3 , H 2 S). To improve the energy yield of the process can be supplied from the gasification gas stream after exiting the carburetor at least a partial flow to a heat exchanger. The passage through the heat exchanger can be carried out at any point after exiting the gasifier. This process is preferably carried out after the quenching process has been carried out so as not to obstruct the heat exchange process by entrained slag.
Optional kann dem Prozess beim Anfahren ein Gas, wie Wasserdampf oder CO2 zugeführt werden. Dadurch ist es je nach Prozessführung möglich, die Ausbeute an erwünschten Nutzgas zur erhöhen oder die Reaktionsführung der Vergasungsreaktion zu erleichtern.Optionally, a gas, such as steam or CO 2 can be supplied to the process during startup. This makes it possible, depending on the process control, to increase the yield of desired useful gas or to facilitate the reaction of the gasification reaction.
Zur Ermöglichung einer regelmäßigen Inspektion und zur Erleichterung der Instandhaltung des Reaktorsystems ist insbesondere der Ringraum zwischen dem Reaktorgefäß und der druckdichten Mantelkonstruktion begehbar. Hierzu befinden sich in den oberen Böden des Druckbehälters und in der Seitenwand des Druckbehälters unterhalb des Vergaserbodens Mannlöcher. Auch das Reaktionsgefäß kann zur Ermöglichung einer Begehung Mannlöcher enthalten.to Enabling a regular inspection and to facilitate maintenance of the reactor system in particular the annulus between the reactor vessel and the pressure-tight shell construction walkable. There are in the upper floors of the pressure vessel and in the side wall of the pressure vessel below the Vergaserbodens Manholes. Also, the reaction vessel can To allow a visit manholes included.
Die beschriebene erfindungsgemäße Konstruktion weist den Vorzug einer einfachen Abtrennung von festen und gasförmigen Reaktionsprodukten eines Vergasungsprozesses auf. Dadurch ist die Konstruktion, insbesondere im Vergleich mit Konstruktionen im Stand der Technik, preiswerter herzustellen und effizienter in der Reinigung des herzustellenden Nutzgases. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist insbesondere deutlich niedrigere Aufbauhöhen im Vergleich zu herkömmlichen Apparaten auf, die dem Stand der Technik entsprechen.The has described construction according to the invention the merit of a simple separation of solid and gaseous Reaction products of a gasification process. This is the construction, especially in comparison with constructions in the prior art, cheaper to produce and more efficient in the cleaning of the produced Useful gas. The device according to the invention has in particular significantly lower body heights in comparison to conventional apparatuses known in the art correspond.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Vergasung fester Brennstoffe wird anhand von drei Zeichnungen genauer erläutert, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist.The inventive embodiment of a device for the gasification of solid fuels is based on three drawings explained in more detail, wherein the inventive Method is not limited to this embodiment is.
- 11
- Reaktionsraum mit Vergasungsreaktionreaction chamber with gasification reaction
- 22
- Reaktorgefäßreactor vessel
- 33
- Druckdichtes Mantelgefäßpressure tight jacketed vessel
- 44
- Brennerburner
- 55
- Austrittsöffnung für die flüssigen Vergasungsprodukteoutlet opening for the liquid gasification products
- 66
- Austrittsöffnung für die gasförmigen Vergasungsprodukteoutlet opening for the gaseous gasification products
- 6a6a
- Kragenförmige Ausbuchtung des Mischrohres auf der Innenseite des Reaktorscollar shaped Bulge of the mixing tube on the inside of the reactor
- 77
- Zugabe des Quenchgasesencore of the quenching gas
- 7a7a
- Zugabe des Wasserspraysencore the water spray
- 88th
- Misch- oder Quenchrohrmixing or quench pipe
- 99
- Wasser enthaltende Vorrichtung für feste Produkte der Vergasungsreaktion (Schlacke)water containing device for solid products of the gasification reaction (Slag)
- 1010
- Ausschleusvorrichtung für feste Vergasungsprodukte (Schlacke)reject device for solid gasification products (slag)
- 1111
- Zuführungsvorrichtung für Brennstofffeeder for fuel
- 1212
- Umlenkrohrdeflecting
- 1313
- Ausführungsrohr für gasförmige Vergasungsprodukte (Nutzgas)design tube for gaseous gasification products (useful gas)
- 1414
- Wasser enthaltende Vorrichtungwater containing device
- 1515
- TropfenabscheiderDroplet
- 1616
- Leitblechbaffle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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