DE102010041089B4 - Fluid direct cooling of the inner reaction space wall of an entrained flow gasifier by injection into a porous wall - Google Patents

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Abstract

Reaktor zur Vergasung aschefreier oder aschearmer Brennstoffe, insbesondere wie kohlenwasserstoffhaltiger Gase, die als Fraktionen der Erdölaufbereitung oder der thermischen Behandlung organischer Materialien anfallen sowie aschearme Kohlen, Kokse, Biomassen und Fraktionen von Abfall und Reststoffen, mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis zu 10 MPa, bei dem innerhalb des Druckmantels (5) ein Flüssigkeits-gekühlter Kühlschirm (3), der den Vergasungsraum (8) begrenzt, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kühlschirm ein Kühlsystem aufweist, welches nach dem Prinzip der Transpirationskühlung wirkt, – der Kühlschirm eine poröse Schicht (6) trägt, in die zur Realisierung der Transpirationskühlung ein Medium mittels einer Vielzahl von auf den Vergasungsraum gerichteten Leitungen (4) injizierbar ist, das in Richtung Vergasungsraum diffundiert, – die Leitungen von der dem Vergasungsraum abgewandten Seite zwischen den Windungen des Kühlschirms geführt sind und in der porösen Schicht (6) enden.Reactor for the gasification of ash-free or low-ash fuels, in particular hydrocarbon-containing gases obtained as fractions of petroleum treatment or the thermal treatment of organic materials and low ash coals, cokes, biomasses and fractions of waste and residues, with a free oxygen-containing gasification agent at temperatures up to 1900 ° C and pressing up to 10 MPa, in which within the pressure jacket (5) a liquid-cooled cooling screen (3) delimiting the gasification space (8) is arranged, characterized in that; the cooling screen has a cooling system which operates according to the principle of transpiration cooling; the cooling screen carries a porous layer (6) into which, for the realization of the transpiration cooling, a medium can be injected by means of a plurality of ducts (4) directed towards the gasification space, which diffuses in the direction of the gasification space; the lines are led from the side facing away from the gasification space between the turns of the cooling screen and end in the porous layer (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Vergasung aschefreier oder aschearmer Brennstoffe, insbesondere wie kohlenwasserstoffhaltiger Gase, die als Fraktionen der Erdölaufbereitung oder der thermischen Behandlung organischer Materialien anfallen sowie aschearme Kohlen, Kokse, Biomassen und Fraktionen von Abfall und Reststoffen, im Flugstrom mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis zu 10 MPa.The invention relates to a reactor for the gasification of ash-free or low-ash fuels, in particular hydrocarbon-containing gases obtained as fractions of oil treatment or the thermal treatment of organic materials and low ash coals, cokes, biomasses and fractions of waste and residues, in the air stream containing a free oxygen Gasification agent at temperatures up to 1900 ° C and pressures up to 10 MPa.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluid-Direkt-Kühlung (auch Transpirationskühlung) der inneren Reaktionsraumwand von Hochleistungs-Flugstromvergasern nach dem Prinzip der Kühlmedien-Direkt-Injektion, insbesondere auf eine neue Technologie zur Kühlung der inneren Oberfläche der Reaktionsraumwand von Flugstromvergasern durch Direktinjektion eines Kühlmediums in die dort ausgebildete Strömungsgrenzschicht des Rohgasstroms.The invention relates to a fluid-direct cooling (also transpiration cooling) of the inner reaction space wall of high-performance entrained flow gasifiers according to the principle of direct coolant injection, in particular to a new technology for cooling the inner surface of the reaction space wall of entrained flow gasifiers by direct injection of a cooling medium in the formed there flow boundary layer of the crude gas stream.

Der Vergaser stellt bei der Flugstromvergasung eine Kernkomponente des Verfahrens dar. Die Technologie ist ausführlich in „Die Veredelung und Umwandlung von Kohle” herausgegeben von der Deutschen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e. V., Dez. 2008, Kapitel GSP-Vergasung beschrieben.The gasifier is a core component of the process of entrained flow gasification. The technology is detailed in "The upgrading and conversion of coal" issued by the German Scientific Society for Petroleum, Natural Gas and Coal. V., Dec. 2008, chapter GSP gasification.

Die Vergasungsstoffe festen oder flüssigen Aggregatzustandes werden über einen Vergasungsstoffbrenner in den Reaktionsraum des Flugstromvergasers eingebracht und unter Zusatz von einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unter Drücken von bis zu 10 MPa und Temperaturen bis 1.900°C in einer Flammenreaktion zu H2- und CO- reichem Rohgas umgesetzt. Der Reaktionsraum wird durch die Kontur des Kühlschirms räumlich begrenzt und dient der Abfuhr von Reaktionswärme. Im Vergasungsstoff enthaltene Asche wird in der Flammreaktion aufgeschmolzen und schlägt sich an der inneren Wand des Kühlschirms nieder. Die so aufgebaute und kontinuierlich erneuerte Schlackeschicht bildet wegen ihrer schlechten Wärmeleiteigenschaften einen Dämmmantel und begrenzt auf diese Weise den Wärmestrom zum Kühlschirm. Der Kühlschirm selbst ist mit wasserdurchströmten Rohrschlangen gebildet. Die Rückkühlung des Kühlwassers findet außerhalb des Reaktors statt. Entscheidender Vorteil der beschriebenen Technologie gegenüber der ausgemauerten Alternative ist die minimale thermische und werkstofftechnische Trägheit des Systems. Daraus folgen der äußerst geringe Zeitbedarf zum An- und Abfahren des Vergasers sowie der enorm hohe verfügbare Gradient für Lastwechsel. Ein derartiger Flugstromvergaser ist prinzipiell aus der DE 10 2007 045 322 A1 bekannt, bei dem zur Vermeidung einer Hinterströmung des Kühlschirmspaltes bei Druckschwankungen im System Gasdichtheit zwischen dem Kühlschirmspalt und dem Vergasungsraum angestrebt wird, wozu ein Kühlschirm mit gasdicht verschweißten Kühlrohren zum Einsatz kommt.The gasification solids or liquid state are introduced via a gasification fuel burner in the reaction space of Flugstromvergasers and with the addition of a free oxygen-containing gasification agent under pressures of up to 10 MPa and temperatures up to 1,900 ° C in a flame reaction to H 2 - and CO-rich raw gas implemented. The reaction space is spatially limited by the contour of the cooling screen and serves to dissipate the heat of reaction. Ashes contained in the gasification material are melted in the flame reaction and settle on the inner wall of the cooling screen. The thus constructed and continuously renewed slag layer forms a Dämmmantel because of their poor heat conduction properties and limits in this way the heat flow to the cooling screen. The cooling screen itself is formed with water-flowing coils. The recooling of the cooling water takes place outside the reactor. The decisive advantage of the described technology over the bricked-up alternative is the minimal thermal and material inertia of the system. This results in the extremely short time required to start up and shut down the carburetor as well as the enormously high gradient available for load changes. Such an air flow gasifier is in principle from the DE 10 2007 045 322 A1 gas density between the cooling screen gap and the gasification space is sought, to avoid a backflow of the cooling screen gap at pressure fluctuations in the system, including a cooling screen with gas-tight welded cooling tubes is used.

Aus der DE 196 16 838 A1 ist bekannt, für einen Gaserzeuger eine Brennkammer mit Schwitzkühlung einzusetzen. Dabei weist die heiße Gase enthaltende Kammer eine poröse Wand auf, auf deren Außenfläche ein Kühlströmungsmittel aufgebracht wird, um einen Schwitz-Kühlströmungsmittel-Durchsatz durch die poröse Wand hindurchtreten zu lassen.From the DE 196 16 838 A1 It is known to use a combustion chamber with sweat cooling for a gas generator. In this case, the chamber containing hot gases has a porous wall, on the outer surface of which a cooling fluid is applied in order to allow a sweat-cooling-fluid throughput to pass through the porous wall.

Aus der DE 2817356 ist ein Reaktor zur Vergasung von feinen kohlenstoffhaltigen festen Brennstoffen, enthaltend zumindest 1 Gew.-% Asche, bekannt, bei dem ein Teil der Ableitung für das Produktgas als poröser Zylinder ausgestaltet ist. Dampf enthaltendes Kühlgas, das von außen durch die durchlässige Wand des porösen Zylinders zugeführt wird, bildet in der Ableitung einen Schutzgasschleier aus, um das Anhaften von (teilweise) aufgeschmolzenen Schlackepartikeln mit entsprechend klebriger Oberfläche an der inneren Wandung der Ableitung zu verhindern.From the DE 2817356 For example, there is known a reactor for gasifying fine carbonaceous solid fuels containing at least 1% by weight of ash, in which part of the product gas discharge is designed as a porous cylinder. Steam-containing refrigerant gas, which is supplied from the outside through the permeable wall of the porous cylinder, forms in the discharge of a protective gas curtain to prevent the adhesion of (partially) melted slag particles with a corresponding sticky surface on the inner wall of the discharge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlschirmtechnologie auch für Brennstoffe mit sehr geringem oder keinem Ascheanteil nutzbar zu machen respektive eine Alternativtechnologie mit ähnlich geringer thermischer Trägheit für solche Brennstoffe bereitzustellen. Als Vertreter derartig charakterisierter Brennstoffe sind Raffinerie- und Chemierückstände wie (Schwer-)Öle, Bitumen, Teere und (Petrol-, Pyrolyse-)Kokse als Beispiel genannt.The invention has for its object to make the cooling screen technology also available for fuels with very little or no ash content, respectively, to provide an alternative technology with similar low thermal inertia for such fuels. As representatives of such characterized fuels, refinery and chemical residues such as (heavy) oils, bitumen, tars and (petroleum, pyrolysis) cokes are exemplified.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Reaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2 oder 4 gelost.The object is achieved by a reactor having the features of claim 1, 2 or 4.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Kühlschirm mit nach innen gerichteten und radial angeordneten Transpirationsöffnungen auf beliebig vielen horizontalen Ebenen auszurüsten. Diese gewährleisten die Zufuhr eines gas- und/oder dampfförmigen Kühlmittels auf die innere Wandung des Kühlschirms. Mithin wird erreicht, dass zwischen Kühlschirm (t ≈ 200°C) und Heißgasstrom (t ≈ 1200–1900°C) eine Fluidschicht regelbarer Temperatur und Schichtdicke ausgebildet wird. Eintrittstemperatur und Wärmekapazität des Kühlmittels bestimmen zusammen mit der ausgebildeten Schichtdicke den Wärme-dämmenden Charakter des Fluidfilms. Durch die im Folgenden stattfindende Vermischung beider Gasphasen und deren gemeinsame Abfuhr aus dem Reaktionsraum bleibt die Wärmemenge dem Gasvolumen erhalten und kann später einer Nutzung zugeführt werden. Die über den Kühlschirm aus dem Prozess abzuführende Wärmemenge wird so tendenziell verringert.According to the invention, it is proposed to equip the cooling screen with inwardly directed and radially arranged transpiration openings on any number of horizontal planes. These ensure the supply of a gas and / or vapor refrigerant to the inner wall of the cooling screen. Thus, it is achieved that between the cooling screen (t ≈ 200 ° C) and hot gas flow (t ≈ 1200-1900 ° C), a fluid layer of controllable temperature and layer thickness is formed. Inlet temperature and heat capacity of the coolant together with the formed layer thickness determine the heat-insulating character of the fluid film. By taking place in the following mixing both gas phases and their common removal from the reaction chamber, the amount of heat remains the gas volume and can later be used. The over the cooling screen from the process dissipated amount of heat is thus tends to be reduced.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, alle oder einen Bruchteil der Injektionsstellen für das Kühlmedium zur Zugabe von Vergasungsmitteln zu nutzen.In a particular embodiment of the invention it is proposed to use all or a fraction of the injection sites for the cooling medium for the addition of gasification agents.

Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren erläutert.The invention is explained below as an exemplary embodiment in a scope necessary for understanding with reference to figures.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.In the figures, like names denote like elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Flugstromvergasers mit Kühlschirm (3) und Fluid-Direkt-Kühlwand (6). Das mehrheitlich in der Flammreaktion beginnend am Mund des Brenners (7) gebildete Rohgas (1) strömt im Reaktionsraum abwärts. Abhängig von Brennstoff-/Asche- und gewünschter Produktgaszusammensetzung herrschen gemäß den anzuwendenden Gleichgewichtsbedingungen Temperaturen von 1200°C bis 1900°C vor. 1 shows a schematic representation of an entrained flow gasifier with cooling screen ( 3 ) and fluid direct cooling wall ( 6 ). The majority in the flame reaction starting at the mouth of the burner ( 7 ) formed crude gas ( 1 ) flows downwards in the reaction space. Depending on the fuel / ash and desired product gas composition, temperatures of 1200 ° C to 1900 ° C prevail according to the equilibrium conditions to be used.

Der Kühlschirm (3) ist im Wesentlichen mit einem Rohr gebildet, das zu einer Wendel geformt ist, deren Windungen gasdicht verschweißt sein können. Die aus Gründen der Bauteilkühlung notwendige Durchflutung der Rohrwendel des Kühlschirms mit Wasser führt zu einer kontinuierlichen Wärmeabfuhr aus dem System. Eine poröse Schicht (6) zwischen Rohgasstrom (1) und Kühlschirm (3) soll die Wärmeabfuhr aus dem System minimieren. Die poröse Schicht (6) wird mit einem Kühlmedium, wie zum Beispiel Kühlgas oder Wasserdampf, derart beaufschlagt, dass bei Kühlmediendurchtritt eine Kühlmitteldirektinjektion (2) in die Strömungsgrenzschicht des Rohgases (1) an der Kühlwand erfolgt. In der Folge führt die nach innen gerichtete Kühlmittelströmung (2) zu einer Behinderung des Wärmeübergangs von der heißen Rohgasphase (1) auf die Reaktionsraum-Innenwand (6). Dies reduziert den Wärmestrom zum Kühlschirm im Wesentlichen auf seinen Strahlungsanteil. Die Bereitstellung des Kühlmittels erfolgt per Kühlmedienverteilersystem (4).The cooling screen ( 3 ) is essentially formed with a tube which is formed into a helix whose turns can be welded gas-tight. The flooding of the coiled tubing of the cooling screen with water which is necessary for reasons of component cooling leads to a continuous heat removal from the system. A porous layer ( 6 ) between raw gas flow ( 1 ) and cooling screen ( 3 ) should minimize the heat dissipation from the system. The porous layer ( 6 ) is acted upon with a cooling medium, such as cooling gas or water vapor, such that when Kühlmediendurchtritt a Kühlmitteleldirektinjektion ( 2 ) in the flow boundary layer of the raw gas ( 1 ) takes place on the cooling wall. As a result, the inward coolant flow ( 2 ) to a hindrance of the heat transfer from the hot raw gas phase ( 1 ) on the reaction space inner wall ( 6 ). This reduces the heat flow to the cooling screen substantially on its radiation component. The provision of the coolant takes place by means of a cooling medium distribution system ( 4 ).

Nach Verlassen des Reaktionsraumes (8) erfährt das Rohgas eine plötzliche Abkühlung durch direkte Einspritzung von Wasser in den Rohgasstrom (Quenchung) (13).After leaving the reaction space ( 8th ), the crude gas undergoes a sudden cooling by direct injection of water into the crude gas stream (quenching) ( 13 ).

2 zeigt schematisch eine segmentweise Aufteilung der porösen Reaktionsraumwand (6.1 bis 6.7). Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit einer unterschiedlichen Gestaltung der Porigkeit. Einersets trägt dies dem individuellen Kühlmittelstrom entsprechend der Wärmebelastung auf Höhe des jeweiligen Segments (6.1 bis 6.7) Rechnung. Zum anderen können die Segmente in unterschiedlichen Mengen mit unterschiedlichen Kühlmedien und/oder Vergasungsmitteln in jeweils optimierter Weise beaufschlagt werden. 2 schematically shows a segmental division of the porous reaction space wall ( 6.1 to 6.7 ). This results in the possibility of a different design of the porosity. One set carries this to the individual coolant flow according to the heat load at the level of the respective segment ( 6.1 to 6.7 ) Bill. On the other hand, the segments can be acted upon in different amounts with different cooling media and / or gasification in each optimized manner.

In 3 ist ein Segment der Kühlwand (6) detaillierter dargestellt. Die Windungen des Kühlschirms (3) sind zum Reaktionsraum (8) hin bündig mit einer Feuerfest-Stampfmasse (11) zu einer glatten Oberfläche verfugt, auf die ein Segment der porösen Wand (6) aufgebracht ist. Zwischen den Windungen sind von der dem Reaktionsraum (8) abgewandten Seite Leitungen (4) geführt, die in der porösen Wand enden. Das Kühlmittel wird durch die Leitungen (4) in die poröse Wand injiziert. Entsprechend der Porosität des Kühlwandmaterials (6) verteilt sich das Kühlmedium innerhalb der Wand (6) und strömt über dessen nach innen gerichtete Oberfläche vergleichmäßigt in den Reaktionsraum (8). Die Leitungen (4) werden durch ein Kühlmedienverteilsystem gespeist, das durch Ringrohre (4.1, 4.2) gespeist werden möge. In verschiedenen Höhen des Kühlschirms können unterschiedliche Mengen von Kühlmittel injiziert werden. Dies kann durch Beaufschlagung der Ringrohre (4.1, 4.2) mit unterschiedlichem Druck aber auch unterschiedlichem Strömungswiderstand für das Kühlmedium realisiert werden.In 3 is a segment of the cooling wall ( 6 ) shown in more detail. The windings of the cooling screen ( 3 ) are to the reaction space ( 8th ) flush with a refractory ramming mass ( 11 ) has a smooth surface on which a segment of the porous wall ( 6 ) is applied. Between the turns are from the reaction space ( 8th ) side facing lines ( 4 ), which terminate in the porous wall. The coolant is passed through the pipes ( 4 ) injected into the porous wall. According to the porosity of the cooling wall material ( 6 ) distributes the cooling medium within the wall ( 6 ) and flows uniformly into the reaction space via its inwardly directed surface ( 8th ). The pipes ( 4 ) are fed by a cooling medium distribution system through ring tubes ( 4.1 . 4.2 ) may be fed. Different levels of coolant can be injected at different heights of the cooling screen. This can be done by applying the ring tubes ( 4.1 . 4.2 ) can be realized with different pressure but also different flow resistance for the cooling medium.

4 zeigt eine Anordnung zur Kühlmittel-Direktinjektion in die Feuerfest-Stampfmasse (11) des Kühlschirms. Eine zusätzliche poröse Wand ist nicht erforderlich. 4 shows an arrangement for coolant direct injection into the refractory ramming mass ( 11 ) of the cooling screen. An additional porous wall is not required.

Auf die Windungen des Kühlschirms (3) sind zum Reaktionsraum (8) hin eine Feuerfest-Stampfmasse (11) mit einer vorgegebenen Dicke aufgebracht. Zwischen den Windungen sind von der dem Reaktionsraum (8) abgewandten Seite Leitungen (4) geführt, die in der Feuerfest-Stampfmasse (11), bevorzugt in der zum Reaktionsraum bündigen Fläche der Windungen enden. Das Kühlmittel wird durch die Leitungen (4) in die Feuerfest-Stampfmasse (11) injiziert. Entsprechend der Porosität verteilt sich das Kühlmedium innerhalb der Feuerfest-Stampfmasse (11) und strömt über dessen nach innen gerichtete Oberfläche vergleichmäßigt in den Reaktionsraum (8). Die Leitungen (4) können durch ein Kühlmedienverteilsystem gespeist sein, das durch Ringrohre gespeist werden möge. In verschiedenen Höhen des Kühlschirms können unterschiedliche Mengen von Kühlmittel injiziert werden. Dies kann durch Beaufschlagung der Ringrohre (4.1, 4.2) mit unterschiedlichem Druck aber auch unterschiedlichem Strömungswiderstand für das Kühlmedium realisiert werden.On the windings of the cooling screen ( 3 ) are to the reaction space ( 8th ) a refractory ramming mass ( 11 ) applied with a predetermined thickness. Between the turns are from the reaction space ( 8th ) side facing lines ( 4 ), in the refractory ramming mass ( 11 ), preferably end in the flush surface to the reaction space of the turns. The coolant is passed through the pipes ( 4 ) in the refractory ramming mass ( 11 ). According to the porosity, the cooling medium is distributed within the refractory ramming mass ( 11 ) and flows uniformly into the reaction space via its inwardly directed surface ( 8th ). The pipes ( 4 ) may be powered by a cooling media distribution system that may be powered by annulus tubes. Different levels of coolant can be injected at different heights of the cooling screen. This can be done by applying the ring tubes ( 4.1 . 4.2 ) can be realized with different pressure but also different flow resistance for the cooling medium.

Die Erfindung umfasst auch einen Reaktor zur Vergasung aschefreier oder aschearmer Brennstoffe, wie kohlenwasserstoffhaltiger Gase, die als Fraktionen der Erdölaufbereitung oder der thermischen Behandlung organischer Materialien anfallen sowie aschearme Kohlen, Kokse, Biomassen und Fraktionen von Abfall und Reststoffen, mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis zu 10 MPa, bei dem die Begrenzung des Vergasungsraumes durch eine gekühlte Reaktionsraumkontur realisiert ist, welche innerhalb eines Druckmantels angeordnet ist und die Reaktionsraumbegrenzung auch mit einem Kühlsystem ausgerüstet ist, welches nach dem Prinzip der Transpirationskühlung wirkt.The invention also includes a reactor for gasification of ashless or low ash fuels, such as hydrocarbonaceous gases produced as fractions of petroleum upgrading or thermal treatment of organic materials, and low ash cokes, cokes, biomasses and fractions of waste and residuals, with a free oxygen-containing gasification agent Temperatures up to 1900 ° C and pressures up to 10 MPa, in which the limitation of the gasification chamber is realized by a cooled reaction space contour, which is disposed within a pressure jacket and the reaction space boundary is also equipped with a cooling system which acts on the principle of transpiration cooling.

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behinderung des Gas-Fest-Wärmeübergangs aus dem Reaktionsrauminneren in die innere Wand der Reaktionsraumbegrenzung eines Flugstromvergasers mittels multipler Dirket-Injektion eines gas- oder dampfförmigen Kühlmittels in die Strömungsgrenzschicht des heißen Rohgases an eben dieser Wand.The invention also encompasses a method and a device for preventing the gas-solid heat transfer from the interior of the reaction chamber to the inner wall of the reaction space boundary of an entrainment gasifier by means of multiple direct injection of a gaseous or vaporous coolant into the flow boundary layer of the hot raw gas at this very wall.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine flächige oder ringsegmentweise Zufuhr von Vergasungsmitteln (zum Beispiel CO2, Wasserdampf und Weitere) durch die Reaktionsraumwand hindurch in den Vergasungsraum.In a particular embodiment of the invention, a surface or ring segment-wise supply of gasification agents (for example CO 2 , water vapor and others) takes place through the reaction space wall into the gasification space.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Kühlmedienzufuhr transpirativ durch eine poröse Wand beliebigen Materials.In a particular embodiment of the invention, the cooling medium supply is transpiratively through a porous wall of any material.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Reaktionsraumwand segmentweise aus Materialien unterschiedlicher Porosität aufgebaut.In a particular embodiment of the invention, the reaction space wall is constructed in segments of materials of different porosity.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Injektion des Kühlmittels durch die Poren der Feuerfestbestampfung des Kühlschirms geleitet.In a particular embodiment of the invention, the injection of the coolant is passed through the pores of Feuerfestbestampfung the cooling screen.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Rohgasstromraw gas stream
22
KühlmedienfilmCoolants film
33
Kühlschirmcooling screen
44
Kühlgas/-Dampfzufuhr; VergasungsmittelzufuhrCooling gas / -Dampfzufuhr; Gasifying agent supply
4.1, 4.24.1, 4.2
KühlmedienverteilsystemCooling media distribution system
55
ReaktordruckmantelReactor pressure shell
66
poröse Wandporous wall
77
VergasungsstoffbrennerGasification fuel burners
88th
Reaktions-/HeißgasraumReaction / plenum
99
1010
1111
KühlschirmstampfmasseCooling screen ramming mix
1212
Membranwandmembrane wall
1313
Quenchungquenching

Claims (13)

Reaktor zur Vergasung aschefreier oder aschearmer Brennstoffe, insbesondere wie kohlenwasserstoffhaltiger Gase, die als Fraktionen der Erdölaufbereitung oder der thermischen Behandlung organischer Materialien anfallen sowie aschearme Kohlen, Kokse, Biomassen und Fraktionen von Abfall und Reststoffen, mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis zu 10 MPa, bei dem innerhalb des Druckmantels (5) ein Flüssigkeits-gekühlter Kühlschirm (3), der den Vergasungsraum (8) begrenzt, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kühlschirm ein Kühlsystem aufweist, welches nach dem Prinzip der Transpirationskühlung wirkt, – der Kühlschirm eine poröse Schicht (6) trägt, in die zur Realisierung der Transpirationskühlung ein Medium mittels einer Vielzahl von auf den Vergasungsraum gerichteten Leitungen (4) injizierbar ist, das in Richtung Vergasungsraum diffundiert, – die Leitungen von der dem Vergasungsraum abgewandten Seite zwischen den Windungen des Kühlschirms geführt sind und in der porösen Schicht (6) enden.Reactor for the gasification of ash-free or low-ash fuels, in particular hydrocarbon-containing gases obtained as fractions of petroleum treatment or the thermal treatment of organic materials and low ash coals, cokes, biomasses and fractions of waste and residues, with a free oxygen-containing gasification agent at temperatures up to 1900 ° C and pressures up to 10 MPa, in which within the pressure jacket ( 5 ) a liquid-cooled cooling screen ( 3 ), the gasification room ( 8th ), characterized in that - the cooling screen has a cooling system which acts on the principle of transpiration cooling, - the cooling screen a porous layer ( 6 ), into which a medium is conveyed by means of a plurality of lines directed towards the gasification chamber in order to realize the transpiration cooling ( 4 ), which diffuses in the direction of the gasification space, - the lines are guided from the side facing away from the gasification space between the turns of the cooling screen and in the porous layer ( 6 ) end up. Reaktor zur Vergasung aschefreier oder aschearmer Brennstoffe, insbesondere wie kohlenwasserstoffhaltiger Gase, die als Fraktionen der Erdölaufbereitung oder der thermischen Behandlung organischer Materialien anfallen sowie aschearme Kohlen, Kokse, Biomassen und Fraktionen von Abfall und Reststoffen, mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis zu 10 MPa, bei dem innerhalb des Druckmantels (5) ein Flüssigkeits-gekühlter Kühlschirm (3), der den Vergasungsraum (8) begrenzt, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kühlschirm ein Kühlsystem aufweist, welches nach dem Prinzip der Transpirationskühlung wirkt, – der Kühlschirm eine Feuerfest-Stampfmasse (11) trägt, in die zur Realisierung der Transpirationskühlung ein Medium mittels einer Vielzahl von auf den Vergasungsraum gerichteten Leitungen (4) injizierbar ist, das in Richtung Vergasungsraum diffundiert, – die Leitungen von der dem Vergasungsraum abgewandten Seite zwischen den Windungen des Kühlschirms geführt sind und in der Feuerfest-Stampfmasse (11) enden.Reactor for the gasification of ash-free or low-ash fuels, in particular hydrocarbon-containing gases obtained as fractions of petroleum treatment or the thermal treatment of organic materials and low ash coals, cokes, biomasses and fractions of waste and residues, with a free oxygen-containing gasification agent at temperatures up to 1900 ° C and pressures up to 10 MPa, in which within the pressure jacket ( 5 ) a liquid-cooled cooling screen ( 3 ), the gasification room ( 8th ), characterized in that - the cooling screen has a cooling system which acts on the principle of transpiration cooling, - the cooling screen a refractory ramming mass ( 11 ), into which a medium is conveyed by means of a plurality of lines directed towards the gasification chamber in order to realize the transpiration cooling ( 4 ), which diffuses in the direction of the gasification space, - the lines are guided from the side facing away from the gasification space between the turns of the cooling screen and in the refractory ramming mass ( 11 ) end up. Reaktor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerfest-Stampfmasse (11) in verschiedenen Höhen des Kühlschirms in Segmente unterschiedlicher Porosität (6.1 bis 6.7) aufgeteilt ist.Reactor according to claim 2, characterized in that the refractory ramming mass ( 11 ) at different heights of the cooling screen into segments of different porosity ( 6.1 to 6.7 ) is divided. Reaktor zur Vergasung aschefreier oder aschearmer Brennstoffe, insbesondere wie kohlenwasserstoffhaltiger Gase, die als Fraktionen der Erdölaufbereitung oder der thermischen Behandlung organischer Materialien anfallen sowie aschearme Kohlen, Kokse, Biomassen und Fraktionen von Abfall und Reststoffen, mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis zu 10 MPa, bei dem innerhalb des Druckmantels (5) ein Flüssigkeits-gekühlter Kühlschirm (3), der den Vergasungsraum (8) begrenzt, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kühlschirm ein Kühlsystem aufweist, welches nach dem Prinzip der Transpirationskühlung wirkt, – der Kühlschirm eine Feuerfest-Stampfmasse (11) trägt, auf die eine poröse Schicht (6) aufgebracht ist, wobei zur Realisierung der Transpirationskühlung ein Medium mittels einer Vielzahl von auf den Vergasungsraum gerichteten Leitungen (4) injizierbar ist, das in Richtung Vergasungsraum diffundiert, – die Leitungen von der dem Vergasungsraum abgewandten Seite zwischen den Windungen des Kühlschirms geführt sind und die Feuerfest-Stampfmasse (11) durchdringen und in der porösen Schicht (6) enden.Reactor for the gasification of ash-free or low-ash fuels, in particular hydrocarbon-containing gases, which are used as fractions of the Oil treatment or the thermal treatment of organic materials and low ash coals, cokes, biomasses and fractions of waste and residues, with a free oxygen-containing gasification agent at temperatures up to 1900 ° C and pressures up to 10 MPa, in which within the pressure shell ( 5 ) a liquid-cooled cooling screen ( 3 ), the gasification room ( 8th ), characterized in that - the cooling screen has a cooling system which acts on the principle of transpiration cooling, - the cooling screen a refractory ramming mass ( 11 ), onto which a porous layer ( 6 ), wherein for the realization of the transpiration cooling a medium by means of a plurality of directed to the gasification space lines ( 4 ) can be injected, which diffuses in the direction of the gasification space, - the lines are guided from the side facing away from the gasification space between the turns of the cooling screen and the refractory ramming mass ( 11 ) and in the porous layer ( 6 ) end up. Reaktor nach Anspruch 1 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht in verschiedenen Höhen des Kühlschirms in Segmente unterschiedlicher Porosität (6.1 bis 6.7) aufgeteilt ist.Reactor according to claim 1 or 4, characterized in that the porous layer at different heights of the cooling screen into segments of different porosity ( 6.1 to 6.7 ) is divided. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen durch ein Verteilsystem zur Zufuhr des Mediums gespeist sind.Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the lines are fed by a distribution system for supplying the medium. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Medium durch ein Gas gegeben ist.Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the medium is given by a gas. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Medium durch Dampf gegeben ist.Reactor according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the medium is given by steam. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Medium durch ein Vergasungsmittel gegeben ist.Reactor according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the medium is given by a gasification agent. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Medium durch eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, gegeben ist.Reactor according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the medium is given by a liquid, in particular water. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein Verteilsystem, das derart ausgestaltet ist, dass in verschiedenen Höhen des Kühlschirms (6.1 bis 6.7) unterschiedliche Mengen des Mediums zuführbar sind.Reactor according to one of the preceding claims, characterized by a distribution system which is designed such that at different heights of the cooling screen ( 6.1 to 6.7 ) Different amounts of the medium can be supplied. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein Verteilsystem, das derart ausgestaltet ist, dass in verschiedenen Höhen des Kühlschirms (6.1 bis 6.7) unterschiedliche Medien zuführbar sind.Reactor according to one of the preceding claims, characterized by a distribution system which is designed such that at different heights of the cooling screen ( 6.1 to 6.7 ) Different media can be fed. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Bruchteil der Injektionsstellen für das Kühlmedium zur Zugabe von Vergasungsmittel nutzbar ist.Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that a fraction of the injection sites for the cooling medium for the addition of gasification agent is available.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2817356A1 (en) * 1977-04-22 1978-10-26 Shell Int Research METHOD AND DEVICE FOR PARTIAL COMBUSTION OF FINE SOLID FUELS
DE19616838A1 (en) * 1995-04-27 1996-10-31 Europ Propulsion Flammable chamber with evaporation cooling
DE102007045322A1 (en) * 2007-09-21 2009-04-02 Siemens Ag Air flow carburetor with cooling screen and sliding seal

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