DE102010041091B4 - Fluid-direct cooling of the inner reaction space wall of an entrained flow gasifier with cold gas space - Google Patents

Fluid-direct cooling of the inner reaction space wall of an entrained flow gasifier with cold gas space Download PDF

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Abstract

Ein Reaktor zur Vergasung aschefreier oder aschearmer Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis zu 10 MPa weist einen Kühlschirm auf, der auf seiner dem Vergasungsraum zugewandten Seite eine poröse Schicht trägt. Der Kaltgasraum hinter dem Kühlschirm ist mit einem Kühlmedium beaufschlagt derart, dass das Kühlmedium durch den Kühlschirm und die poröse Schicht hindurch in den Vergasungsraum diffundiert. Hierdurch wird zwischen Kühlschirm und Heißgasstrom eine Fluidschicht mit Wärmedämmendem Charakter erzeugt. Durch die im Folgenden stattfindende Vermischung beider Gasphasen und deren gemeinsame Abfuhr aus dem Vergasungsraum bleibt die Wärmemenge dem Gasvolumen erhalten und kann später einer Nutzung zugeführt werden. Die über den Kühlschirm aus dem Prozess abzuführende Wärmemenge wird prinzipiell verringert.A reactor for gasifying ash-free or low-ash fuels with a gasifying agent containing free oxygen at temperatures of up to 1900 ° C. and pressures of up to 10 MPa has a cooling screen which has a porous layer on its side facing the gasification chamber. A cooling medium is applied to the cold gas space behind the cooling shield in such a way that the cooling medium diffuses through the cooling shield and the porous layer into the gasification space. This creates a fluid layer with a heat-insulating character between the cooling screen and the hot gas flow. As a result of the subsequent mixing of the two gas phases and their joint removal from the gasification chamber, the amount of heat is retained in the gas volume and can be used later. The amount of heat to be dissipated from the process via the cooling shield is reduced in principle.

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 described in detail in "The upgrading and conversion of coal" issued by the German Scientific Society of 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 HZ- 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 Wasser-durchströmten 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 solid or liquid state are introduced via a gasification combustor in the reaction chamber of Flugstromvergasers and reacted 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 HZ and CO-rich raw gas , 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 DD 254953 A1 ist ein Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub bekannt, dessen Reaktionsraum oben eine abgestufte Auskleidungsschicht und unten einen Rohrschirm als gekühlte Fläche aufweist. Kaltgas führende Leitungen enden im Reaktionsraum derart, dass das Kaltgas von dem nach unten strömenden Rohgas mitgerissen wird und auf der Fläche der Auskleidungsschicht und dem Rohrschirm einen Kaltgasfilm als Schutzschicht schafft, die das Auftreffen geschmolzener Schlacketeilchen aus der Flamme auf die Auskleidungsschicht verhindert.From the DD 254953 A1 is known an apparatus for the gasification of coal dust, the reaction space has a top layered lining layer and below a pipe screen as a cooled surface. Cold gas lines end in the reaction space such that the cold gas is entrained by the downflowing raw gas and creates a cold gas film as a protective layer on the surface of the lining layer and the pipe screen, which prevents the impact of molten slag particles from the flame on the lining layer.

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.

Aus der US 7,736,600 B2 ist ein Apparat zur thermischen Wandlung von Gemischen aus gasförmigen Verbindungen, wie sie in diversen Herstellungsprozessen in der Halbleiterproduktion anfallen, bekannt. In dem Apparat ist eine Reaktionskammer durch eine poröse Wand begrenzt, durch die ein Fluid von Außen nach Innen dem Druckgefälle folgend strömt, wobei der an der Innenseite der porösen Wand gebildete Fluidfilm das Niederschlagen von Reaktionsprodukten verhindern soll. Die poröse Wand ist von einem Lochmantel umgeben, zwischen Lochmantel und äußerer Apparatehülle ist ein Kaltgasraum gebildet.From the US 7,736,600 B2 is an apparatus for the thermal conversion of mixtures of gaseous compounds, as obtained in various manufacturing processes in semiconductor production known. In the apparatus, a reaction chamber is defined by a porous wall through which a fluid flows from outside to inside following the pressure gradient, and the fluid film formed on the inside of the porous wall is intended to prevent precipitation of reaction products. The porous wall is surrounded by a perforated shell, between the perforated shell and the outer shell of the apparatus a cold gas space is formed.

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 fuels characterized in this way, refinery and chemical residues such as (heavy) oils, bitumen, tars and (petroleum, pyrolysis) cokes are mentioned as examples.

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 Wärmedämmenden 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 gaseous and / or vaporous Coolant on 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 thermal 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 dissipated via the cooling screen from the process amount of heat is thus tends to be reduced.

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, zwischen deren Windungen Gase durchtreten 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.The cooling screen ( 3 ) is essentially formed with a tube which is formed into a helix, between whose turns gases can pass. 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.

Die Kühlmedienbereitstellung erfolgt über den Kaltgasraum (9) hinter dem Kühlschirm. Diesem wird das Kühlfluid über einen oder mehrere Stutzen (10) zugeführt. Das Kühlfluid dringt aus dem Kaltgasraum (9) zwischen den Windungen des Külschirms und durch die poröse Schicht (6) in die Strömungsgrenzschicht des Reaktionsraumes ein.The coolant is supplied via the cold gas space ( 9 ) behind the cooling screen. This is the cooling fluid through one or more nozzles ( 10 ). The cooling fluid escapes from the cold gas space ( 9 ) between the turns of the parachute and through the porous layer ( 6 ) in the flow boundary layer of the reaction space.

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

2 zeigt schematisch die ringsegmentweise Aufteilung der porösen Reaktionsraumwand (6.1 bis 6.7). Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit einer unterschiedlichen Gestaltung der Porigkeit, womit dem individuellen Kühlmittelstrom entsprechend der Wärmebelastung auf Höhe des jeweiligen Ringsegments (6.1 bis 6.7) Rechnung getragen werden kann. 2 shows schematically the ring 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, whereby the individual coolant flow corresponding to the heat load at the level of the respective ring segment ( 6.1 to 6.7 ) Can be accommodated.

3 zeigt einen Abschnitt einer Kühlwand, bei der die Zugabe des Kühlmittels durch eine löchrige Wellenrohr-Membranwand (12) realisiert ist. Zwischen den Windungen des Kühlschirms (3) und dem Reaktionsraum (8) ist eine Membranwand (12) angeordnet. Der Raum zwischen den Windungen des Kühlschirms (3) und der Membranwand (12) ist mit einem porösen Material (6) ausgefüllt. Der Raum zwischen dem Kühlschirm (3) und dem Reaktordruckmantel (5) ist mit einem Kühlmedium, insbesondere Kühlfluid, kontinuierlich hinterspült. Das Kühlmedium dringt zwischen den Windungen des Kühlschirms (3) durch das porösen Material (6) und die Löcher der Membranwand (12) in den Reaktionsraum (8). Die Membranwand kann ein sich in vertikaler Richtung erstreckendes Wellenprofil aufweisen. In verschiedenen Höhen des Kühlschirms können unterschiedliche Mengen von Kühlmittel injiziert werden. Dies kann durch unterschiedlichen Strömungswiderstand für das Kühlmedium, beispielsweise durch unterschiedlichen Querschnitt der Löcher in verschiedenen Höhen des Kühlschirms, realisiert werden. 3 shows a section of a cooling wall in which the addition of the coolant through a perforated corrugated tube membrane wall ( 12 ) is realized. Between the turns of the cooling screen ( 3 ) and the reaction space ( 8th ) is a membrane wall ( 12 ) arranged. The space between the turns of the cooling screen ( 3 ) and the membrane wall ( 12 ) is filled with a porous material ( 6 ) completed. The space between the cooling screen ( 3 ) and the reactor pressure jacket ( 5 ) is backwashed continuously with a cooling medium, in particular cooling fluid. The cooling medium penetrates between the turns of the cooling screen ( 3 ) through the porous material ( 6 ) and the holes of the membrane wall ( 12 ) in the reaction space ( 8th ). The membrane wall may have a vertically extending wave profile. Different levels of coolant can be injected at different heights of the cooling screen. This can be realized by different flow resistance for the cooling medium, for example by different cross-section of the holes in different heights of the cooling screen.

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 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 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 erfolgt die Kühlmedienzufuhr durch eine löchrige Membranwand.In a particular embodiment of the invention, the cooling medium is supplied through a holey membrane wall.

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 ist die poröse Schicht durch eine Feuerfestbestampfung ersetzt und die Injektion des Kühlmittels wird durch die Poren der Feuerfestbestampfung des Kühlschirms geleitet.In a particular embodiment of the invention, the porous layer is replaced by a Feuerfestbestampfung and 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
Kühlschirm 4 cooling screen 4
55
ReaktordruckmantelReactor pressure shell
66
poröse Wandporous wall
77
VergasungsstoffbrennerGasification fuel burners
88th
Reaktions-/HeißgasraumReaction / plenum
99
KaltgasraumCold gas space
1010
KaltgasstutzenCold gas nozzle
1111
1212
Membranwandmembrane wall
1313
Quenchungquenching

Claims (9)

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 Kühlschirm (3) angeordnet ist, der im Wesentlichen mit einem zu einer Wendel geformten, Flüssigkeits-durchströmten Rohr gebildet ist und der den Vergasungsraum (8) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen den Windungen der Wendel des Kühlschirms ein Durchtritt von Gasen gegeben ist, – der Kühlschirm zum Vergasungsraum eine poröse Schicht (6) trägt, – der Kaltgasraum (9) zwischen Druckmantel (5) und Kühlschirm mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist derart, dass das Kühlmedium zwischen den Windungen des Kühlschirms hindurch und durch die poröse Schicht (6) in den Vergasungsraum diffundiert.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 cooling screen ( 3 ), which is essentially formed with a helically shaped, liquid-flow-through tube and which surrounds the gasification chamber (FIG. 8th ), characterized in that - between the turns of the helix of the cooling screen, a passage of gases is given, - the cooling screen to the gasification chamber, a porous layer ( 6 ), - the cold gas space ( 9 ) between pressure jacket ( 5 ) and cooling screen can be acted upon with a cooling medium such that the cooling medium between the turns of the cooling screen and through the porous layer ( 6 ) diffuses into the gasification space. Reaktor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (6) in verschiedenen Höhen des Kühlschirms in Segmente unterschiedlicher Porosität (6.1 bis 6.7) zur Zuführung unterschiedlicher Mengen von Kühlmedium aufgeteilt ist.Reactor according to claim 1, characterized in that the porous layer ( 6 ) at different heights of the cooling screen into segments of different porosity ( 6.1 to 6.7 ) is divided to supply different amounts of cooling medium. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf die poröse Schicht (6) auf der zum Vergasungsraum zugewandten Seite eine Membranwand mit einer Vielzahl von Löchern aufgebracht ist.Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the porous layer ( 6 ) is applied to the side facing the gasification chamber a membrane wall with a plurality of holes. Reaktor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die löchrige Membranwand in verschiedenen Höhen des Kühlschirms unterschiedliche Querschnitte der Löcher zur Zuführung unterschiedlicher Mengen von Kühlmedium aufweist.Reactor according to claim 3, characterized in that the holey membrane wall at different heights of the cooling screen has different cross sections of the holes for supplying different amounts of cooling medium. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die löchrige Membranwand ein Wellenprofil aufweist.Reactor according to one of the preceding claims 3 to 4, characterized in that the holey membrane wall has a wave profile. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch ein Gas gegeben ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling medium is given by a gas. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch Dampf gegeben ist.Device according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the cooling medium is given by steam. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch ein Vergasungsmittel gegeben ist.Device according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the cooling medium is given by a gasification agent. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, gegeben ist.Device according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the cooling medium is given by a liquid, in particular water.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2817356A1 (en) * 1977-04-22 1978-10-26 Shell Int Research METHOD AND DEVICE FOR PARTIAL COMBUSTION OF FINE SOLID FUELS
DD254953A1 (en) * 1986-11-18 1988-03-16 Freiberg Brennstoffinst APPARATUS FOR GASIFICATION OF CARBON
DE102007045322A1 (en) * 2007-09-21 2009-04-02 Siemens Ag Air flow carburetor with cooling screen and sliding seal
US7736600B2 (en) * 2005-10-31 2010-06-15 Applied Materials, Inc. Apparatus for manufacturing a process abatement reactor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2817356A1 (en) * 1977-04-22 1978-10-26 Shell Int Research METHOD AND DEVICE FOR PARTIAL COMBUSTION OF FINE SOLID FUELS
DD254953A1 (en) * 1986-11-18 1988-03-16 Freiberg Brennstoffinst APPARATUS FOR GASIFICATION OF CARBON
US7736600B2 (en) * 2005-10-31 2010-06-15 Applied Materials, Inc. Apparatus for manufacturing a process abatement reactor
DE102007045322A1 (en) * 2007-09-21 2009-04-02 Siemens Ag Air flow carburetor with cooling screen and sliding seal

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