DE102010045482A1

DE102010045482A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes

Info

Publication number: DE102010045482A1
Application number: DE102010045482A
Authority: DE
Inventors: Olaf Schulze; Dietmar Rüger; Anton Althapp; Michael Gätke; Burkhard Möller; Reinhold Grunwald
Original assignee: Choren Industries GmbH
Current assignee: CCG ENERGY TECHNOLOGY COMPANY LTD., CN
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-03-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung und Schlackeabtrennung eines schlackehaltigen Heißgasstromes mit einem oben angeordneten Einlass für den Heißgasstrom, einem konzentrisch im Gehäuse vertikal angeordneten Tauchrohr, in welches der Einlass mündet, einer Kühlmittelringkammer am oberen Ende des Tauchrohres zur Erzeugung eines Kühlmittelfilms auf der Innenwandung des Tauchrohres, einem Kühlmittelbad, in welches das Tauchrohr mit einem unteren Abschnitt eintaucht und zumindest einer Rohgasauslassöffnung für abgekühltes und von Schlacke befreites Rohgas. Der Vorrichtung und dem Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes zu schaffen, die eine verbesserte Abtrennung der Schlacke und Gasabkühlung auch bei Volumenstromschwankungen des Heißgasstromes und hohe Standzeiten bewirken und einen geringeren Reinigungsaufwand erfordern. Die Aufgabe wird gelöst mit einem Tauchrohr, welches über seine gesamte Länge doppelwandig ausgeführt ist und von einem Kühlmittel durchströmt wird, wobei das Tauchrohr vorteilhaft in Kombination mit einer Gasverteilerglocke einsetzbar ist, die durch eine im Wesentlichen kegelförmige Mantelfläche gebildet ist, welche den Strömungsquerschnitt des Tauchrohres für das Heißgas nach unten erweitert, wobei die Mantelfläche eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Flugstromvergaseranlage, die die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Zur Abkühlung von heißen, mit Schlacke beladenen Reaktionsgasen und zur Abtrennung der Schlacke werden industriell hergestellte Reaktionsgase in an sich bekannter Weise in Kontakt mit einem Kühlmittel gebracht, wobei dafür das Einsprühen einer Kühlflüssigkeit in den Heißgasstrom (Freiraumquenchung) und/oder das Hindurchleiten des Reaktionsgases durch ein Kühlmittelbad (Tauchquenchung) genutzt werden. Beide Quenchvarianten besitzen Vor- und Nachteile. Während die Freiraumquenchung eine hohe Qualität des Kühlwassers voraussetzt, kann mit einer Tauchquenchung eine Mehrfachnutzung des Kühlmittels in Abhängigkeit vom Feststoffanteil und dessen Eigenschaften erreicht werden. Die Anwendung der einen oder anderen Quenchvariante ist von den äußeren Bedingungen des vorgelagerten Prozesses und den Eigenschaften der Einsatzprodukte abhängig. Vielfach zeigt sich erst während des praktischen Einsatzes der Quenchvorrichtung, ob die Auswahl der Quencheinrichtungen optimal getroffen wurde. Auch können sich die Verfahrensbedingungen, die der Planung der Verfahrensführung zugrunde liegen, im Laufe der Zeit ändern. Hierunter fällt etwa die veränderliche Qualität der Einsatzprodukte. Es sind deshalb Kombinationen von Freiraumquenchung und Tauchquenchung bekannt, deren Vorteil in der Anpassbarkeit an veränderte Einsatzbedingungen besteht.
Im Folgenden wird der Begriff Kühlmittel stellvertretend für alle zur Gasquenchung geeigneten fluiden Kühlmittel oder Kühlmittelmischungen, insbesondere Wasser, verwendet.
Aus der DD 145 860 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Reaktionsgasen aus einer Druckvergasung bekannt, die insbesondere auf die gleichzeitige direkte Kühlung und Teilentstaubung zusammen mit einer Wasserdampfsättigung der Gase gerichtet ist. Dazu wird das zu behandelnde Rohgas durch ein Gaszuführungsrohr in eine in einem Kühlmittelbad hängende Glocke eingeleitet und von dieser mittels Austrittsöffnungen auf der Oberseite der Glocke gleichmäßig im Kühlmittelbad verteilt. Um eine Führung der aufsteigenden Gase zu erreichen, sind oberhalb der Austrittsöffnungen frei angeordnete Führungsrohre vorgesehen, oberhalb derer frei angeordnete Hauben ein Wallen der Kühlmitteloberfläche verhindern. Mit dieser Vorrichtung soll unter geringem apparativen und Energieaufwand die Ablagerung von Feststoffen an den Reaktorwandungen vermieden werden.
Die DD 280 975 B3 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung und Reinigung von mit Schlacke beziehungsweise Staub beladenen Heißgasen. Dazu strömt das zu kühlende und zu reinigende Gas als Freistrahl in eine Quenchvorrichtung, in der sich ein Kühlmittelbad befindet, in dem die Schlacketeilchen abgeschieden werden. In Höhe der Gaseintrittsöffnung sind im Schatten des nach unten gerichteten Heißgas-Freistrahls bis zu drei Düsenringe angeordnet, deren Sprühdüsen den heißen Gasstrahl im Wesentlichen orthogonal zur Strahlrichtung bedüsen, wobei der dritte Düsenkranz nach unten in die Rezirkulationsströmung des Gases gerichtet ist, so dass Düsenverschmutzungen vermieden werden.
In der DE 10 2005 042 640 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegasen aus aschehaltigen Brennstoffen mit Teilchenquenchung und Abhitzegewinnung beschrieben. Der Quenchraum ist senkrecht unterhalb des Vergasungsreaktors angeordnet; dort findet durch Einspritzen von Kühlmittel oder durch Zuführung eines kühlen Gases eine Freiraumquenchung statt, so dass die mitgeführte flüssige Schlacke soweit abkühlt, dass sie nicht mehr an den metallischen Oberflächen der Reaktorwand haften kann.
In der EP 0 127 878 ist ein Verfahren zur Kühlung und Schlackeentfernung aus einem heißen Synthesegas beschrieben, wobei das Heißgas in einer ersten Zone in Kontakt mit einem Kühlmittelfilm auf der Innenwand eines Tauchrohres und in einer zweiten Zone in Kontakt mit einem in den Tauchrohrquerschnitt hinein zerstäubten Kühlmittel gebracht wird, in einer dritten Zone ein Kühlmittelbad durchströmt und in einer vierten Zone erneut in Kontakt mit einem zerstäubten Kühlmittel gebracht wird. Das Tauchrohr weist einen konstanten Querschnitt und einen gezahnten unteren Rand zur gleichmäßigen Verteilung der Gasblasen im Tauchbad auf. Eine für das Verfahren geeignete Vorrichtung weist unterhalb des Heißgaseinlasses ein mittels Kühlmittelfilm gekühltes Tauchrohr, im unteren Drittel des Tauchrohres einen in das Tauchrohrinnere gerichteten Düsenkranz am Tauchrohr, ein Tauchbad und eine außen am Tauchrohr angeordnete, nach unten gerichtete Sprüheinrichtung unterhalb des Rohgasauslasses auf.
Die US 4,466,808 offenbart ein Verfahren zur Gaskühlung und Ascheabtrennung mit zwei Kühlzonen, wobei am Gaseintritt des Tauchrohres in einer Düsenringeinheit mit zwei Austrittsrichtungen ein Kühlwasserfilm an der Tauchrohrinnenwand erzeugt wird und gleichzeitig Kühlwasser in einem Winkel von etwa 45° nach unten in den Gasstrom im Tauchrohr eingedüst wird. Das vorgekühlte Gas wird über ein unten gezahnt ausgebildetes Tauchrohr in ein Tauchbad eingeleitet und nach erneuter Umlenkung auf die Tauchbadoberfläche aus dem Quenchraum abgeführt
Aus den EP 0 284 762 A2 , DE 10 2005 041 930 A1 , DE 10 2006 031 816 A1 und DE 10 2008 035 295 A1 sind Vergasungsverfahren und Vorrichtungen mit Quenchkühlung des Gases bekannt, bei welchem das in den Quenchraum einströmende Gas durch seitliches Einsprühen von Kühlflüssigkeit in den Gasstrom über in unterschiedlichen Höhen angeordnete Düsen gekühlt wird und die dabei abgetrennte Schlacke im Tauchbad gesammelt wird.
Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass die Kontaktflächen unzureichend gegen Schlackeanhaftungen geschützt sind, so dass Prozessstörungen und häufige Reinigungszyklen unvermeidbar sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen besteht in einer unzureichenden Flexibilität der Quenchvorrichtungen, so dass die Quenchwirkung (Gaskühlung und Schlackeabtrennung) der Vorrichtungen in unerwünschter Weise vom Gasdurchsatz abhängen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes zu schaffen, mit denen während der Abkühlung eines Schlacke mitführenden Heißgasstromes eine verbesserte Abtrennung der Schlacke erfolgt, so dass von Schlacke befreites Rohgas mit einer von der erzeugten Gasmenge unabhängigen Qualität bereitgestellt wird. Zugleich sollen Vorrichtung und Verfahren hohe Standzeiten bewirken, einen geringen Reinigungsaufwand erfordern und eine Mehrfachnutzung des Kühlmittels ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise durch die Flugstromvergaseranlage mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Die Aufgabe der Schaffung eines entsprechenden Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst. Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes umfasst in einem Gehäuse einen oben angeordneten Einlass für den Heißgasstrom, der beispielsweise aus einem Flugstromvergaser austritt. Der Einlass mündet in ein konzentrisch im Gehäuse vertikal angeordnetes Tauchrohr. Dieses weist an einem oberen Ende eine Kühlmittelringkammer auf, mittels derer ein Kühlmittelfilm auf der Innenwandung des Tauchrohres erzeugt wird. Das Tauchrohr taucht mit seinem unteren Abschnitt in ein Kühlmittelbad ein. Ferner weist die Vorrichtung in ihrem Gehäuse eine oder mehrere Rohgasauslassöffnungen für abgekühltes und von Schlacke befreites Rohgas auf. Erfindungsgemäß ist das Tauchrohr über seine gesamte Länge doppelwandig ausgeführt, wobei zwischen einem Innenrohr und einem Außenrohr ein Ringspalt vorhanden ist, der mit der Kühlmittelringkammer verbunden ist. Dabei ist eine mit dem Ringspalt verbundene Kühlmittelzuleitung an einem unteren Abschnitt des Tauchrohrs angeordnet.
Durch die doppelwandige Ausführung des Tauchrohres über seine gesamte Länge, wobei der Ringspalt mit der Kühlmittelringkammer zur Erzeugung des Kühlmittelfilms auf der Innenwandung des Innenrohres verbunden ist, während die mit dem Ringspalt verbundene Kühlmittelzuleitung an dem unteren Abschnitt des Tauchrohrs angeordnet ist, wird eine Zwangskühlung des Tauchrohres und eine bessere thermische Entkopplung zwischen dem Heißgasstrom im Tauchrohr und dem gekühlten Rohgas nach der Tauchquenchung erzielt. In vorteilhafter Weise wird das thermisch hoch belastete Tauchrohr durch die vorgeschlagene Lösung intensiver gekühlt als allein mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Kühlmittelfilm, wodurch der am Gaseintritt erzeugte Kühlmittelfilm auf der Tauchrohrinnenfläche weniger schnell verdampft und sich daher im Wesentlichen über die volle Tauchrohrlänge erstreckt, so dass Schlackeanhaftungen am Tauchrohr wesentlich reduziert werden.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezieht sich auf eine Ausführungsform, in der das Tauchrohr an seinem unteren Ende in eine Gasverteilerglocke mündet. Diese ist durch eine im Wesentlichen kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Mantelfläche gebildet, deren Querschnitt sich ausgehend vom Tauchrohr nach unten erweitert. Über die Mantelfläche ist eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen verteilt, wobei die Abmessungen der Gasdurchtrittsöffnungen mit der Eintauchtiefe im Kühlmittelbad zunehmen.
Durch die kegelförmige Mantelfläche der Gasverteilerglocke, welche den Strömungsquerschnitt des Tauchrohres für das Heißgas im Gasaustrittsbereich aus dem Tauchrohr erweitert, und durch die Vielzahl der Gasdurchtrittsöffnungen in der Mantelfläche, die annähernd gleichmäßig über den Umfang der Gasverteilerglocke verteilt sind und deren Durchmesser reihenweise gestaffelt von oben nach unten zunehmen, werden konstante Durchströmungsbedingungen unabhängig vom Strömungsweg des Heißgases geschaffen. Vorteilhaft kann so durch die Gasdurchtrittsöffnungen eine gleichmäßige Gasverteilung im Kühlmittelbad und wegen der hohen Oberfläche der erzeugten Gasblasen ein guter Wascheffekt gefördert werden. Dieser bleibt durch die kegelförmige Ausbildung der Gasverteilerglocke und die mit der Eintauchtiefe zunehmende Größe der Gasdurchtrittsöffnungen in der Gasverteilerglocke auch bei unterschiedlichen Heißgasvolumenströmen annähernd konstant, denn infolge der sich nach unten erweiternden Mantelfläche der Gasverteilerglocke steht bei höherem Gasdurchsatz und dadurch absinkendem Kühlmittelniveau in der Gasverteilerglocke ein größerer Gesamtöffnungsquerschnitt der Gasdurchtrittsöffnungen auf dem Umfang zur Verfügung.
Ferner wird durch die mit der Tiefe zunehmende Öffnungsweite der Gasdurchtrittsöffnungen und dadurch abnehmende Drosselwirkung in vorteilhafter Weise erreicht, dass damit der mit zunehmender Eintauchtiefe anwachsende Druckverlust beim Durchströmen des Kühlmittelbades kompensiert wird, so dass nahezu unabhängig vom Gasdurchsatz ein konstanter Strömungswiderstand des Tauchbades erzielbar ist. Der in Bezug auf die Gasverteilerglocke relativ reduzierte Durchmesser des Tauchrohres, wobei die Relativreduzierung des Tauchrohrdurchmessers erst durch die sich erweiternde Gasverteilerglocke sinnvoll ermöglicht wird, besitzt einen wesentlichen Vorteil gegenüber bekannten Varianten mit konstantem Tauchrohrdurchmesser. Aufgrund der größeren Oberfläche des Kühlmittelbades zwischen Gehäuse und Tauchrohr sind die Oberflächenturbulenzen geringer, so dass Schwankungen im Kühlmittelniveau weitaus geringer auftreten und auch der Anteil des mit dem gekühlten Rohgas mitgerissenen Kühlmittels und somit der Kühlmittelverbrauch für das Tauchquenchen reduzierbar ist.
So kann eine annähernd konstante Abtrennung der Schlacke und konstante Gasabkühlung auch bei Volumenstromschwankungen des Heißgasstromes erfolgen und ein Rohgas mit einer von der durchgesetzten Gasmenge weitgehend unabhängigen Qualität bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Variante sind die Gasdurchtrittsöffnungen gleichförmig, insbesondere kreisförmig ausgebildet und annähernd gleichmäßig über den Umfang der Gasverteilerglocke verteilt.
Ein Verhältnis des größten Durchmessers der Gasverteilerglocke bezogen auf den Durchmesser des Tauchrohres kann in einem Bereich von 1,5 bis 3 liegen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Sammeltrichter aufweist, der sich von einem Schlackeabzug am Boden des Gehäuses kegelförmig bis zu der Innenwand des Gehäuses erstreckt. Die Gasverteilerglocke und der Sammeltrichter sind dabei so zueinander angeordnet, dass ein unterer Rand der Gasverteilerglocke in den Sammeltrichter hineinragt.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezieht sich auf eine Kombination der Vorquenchung mittels des Kühlmittelfilms, der Tauchquenchung im Kühlmittelbad mit einer Freiraumquenchung sowohl im Tauchrohr als auch in einem Zwischenraum zwischen dem Tauchrohr und dem Gehäuse. Diese Freiraumquenchung wird mittels zweier oder mehrerer Sprüheinheiten ausgeführt, die jeweils mit einer Kühlmittelzuleitung von außerhalb des Gehäuses fluidisch verbunden und konzentrisch um das Tauchrohr angeordnet sind. Die Sprüheinheiten sind in die Gasströmung gerichtet, wobei eine erste Sprüheinheit in das Tauchrohrinnere und eine zweite Sprüheinheit in den Zwischenraum gerichtet ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Sprüheinheiten beziehen sich darauf, dass die erste Sprüheinheit zumindest einen Düsenring, vorzugsweise zwei Düsenringe in einem oberen Drittel des Tauchrohrs umfasst. Die Düsenringe sind um den Außenumfang des Tauchrohres angeordnet und weist Düsen auf, die sich durch die Doppelwandung in das Tauchrohr hinein erstrecken. Die Düsen der Düsenringe sind radial nach innen gerichtet und können um einen Winkel, vorzugsweise in einem Bereich von 0° bis 30°, nach unten in Bezug auf die Horizontale geneigt sein.
Die zweite Sprüheinheit kann ebenfalls als Düsenring ausgebildet sein, der in einem oberen Bereich des Zwischenraumes angeordnet ist und dessen Hauptsprührichtung nach unten weist, so dass die Innenwand des Gehäuses und das Außenrohr durch den Düsenring nahezu vollständig mit Kühlmittel benetzt werden können.
Ferner kann zumindest das Kühlmittel für die erste Sprüheinheit und das Kühlmittel für die zweite Sprüheinheit von verschiedenen Kühlmittelversorgungseinrichtungen bereitgestellt werden, wobei das Kühlmittel für die zweite Sprüheinheit kleinere Partikel enthält als das Kühlmittel für die erste Sprüheinheit.
Im Falle von Wasser als Kühlmittel, kann so für die erste Sprüheinheit Prozesswasser ohne vorherige Behandlung und für die zweite Sprüheinheit Gaskondensate und/oder Grauwasser verwendet werden.
Durch die Kombination der Vorquenchung durch den Kühlmittelfilm, der Freiraumquenchung im Tauchrohr, der Tauchquenchung im Kühlmittelbad und der nochmaligen Freiraumquenchung im Gassammelraum beziehungsweise Zwischenraum nach der Tauchquenchung kann vorteilhaft die Gasquenchung auf die Gaseigenschaften flexibel abgestimmt werden. Daneben wird durch die Kühlmittelringkammer zur Erzeugung des Kühlmittelfilms und die Sprüheinheiten sichergestellt, dass die gesamte Kontaktfläche des Quenchraumes mit Kühlflüssigkeit benetzt ist und damit Schlackeanlagerungen nahezu vollständig oder sogar völlig vermeidbar sind.
Eine weitere Ausführungsform bezieht sich darauf, dass die Rohgasauslassöffnung in einem oberen Drittel des Gehäuses angeordnet ist. Für den Fall, dass mehrere Auslässe vorgesehen sind, können diese auf verschiedenen Höhen im oberen Drittel des Gehäuses angeordnet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung kann ein Durchmesser des Tauchrohrs dem Zwei- bis Fünffachen des Durchmessers des Heißgas-Einlasses entsprechen.
So ist die erfindungsgemäße Vorrichtung generell zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes somit dazu geeignet, einer Einrichtung nachgeschaltet zu werden, die den schlackehaltigen Heißgasstrom erzeugt. Dies kann insbesondere ein Flugstromvergaser sein, so dass eine Flugstromvergaseranlage neben dem Flugstromvergaser stromabwärts dazu die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Dabei wird der Einlass für den Heißgasstrom der Vorrichtung mit einem Heißgasaustritt des Flugstromvergasers fluidisch verbunden.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstroms, wobei hohe Standzeiten bewirkt werden und ein geringer Reinigungsaufwand der Vorrichtung erforderlich ist, bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem ein Heißgasstrom über einen Einlass in ein Tauchrohr in einem Gehäuse einströmt, wobei am oberen Ende des Tauchrohres ein Kühlmittelfilm auf der Innenwandung des Tauchrohres erzeugt wird, und der entlang des Tauchrohrs strömende Heißgasstrom im Kontakt mit dem Kühlmittelfilm auf der Innenwandung des Tauchrohres gekühlt wird. Vorteilhaft wird durch die doppelwandige Ausführung des Tauchrohrs die Wandung des Tauchrohrs von Innen gekühlt, wodurch nicht nur das Tauchrohr selbst, sondern auch der darauf gebildete Kühlmittelfilm gekühlt wird, so dass weniger oder keine Schlacke an der Tauchrohrinnenwand abgeschieden wird. Ferner erfolgt die Zufuhr des Kühlmittels an einem unteren Abschnitt des Tauchrohrs, so dass das Kühlmittel zunächst durch das aufwärts Strömen durch den zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr des Tauchrohres gebildeten Ringspalt die Innenkühlung über die gesamte Länge des Tauchrohrs bereitstellt und dann nach dem Passieren des Ringspalts in die Kühlmittelringkammer am oberen Ende des Tauchrohrs eintritt und zur Speisung des Kühlmittelfilms verwendet wird.
Weiterbildungen des Verfahrens beziehen sich darauf, dass der Heißgasstrom neben der Vorquenchung durch den Kühlmittelfilm zusätzlich durch eine Flashquenchung durch Einsprühen von Kühlmittel während des Durchströmens des Tauchrohres gekühlt wird. Als weiterer Verfahrensschritt schließt sich eine Tauchquenchung an, bei der der vorgekühlte Heißgasstrom durch das Tauchrohr, welches mit einem unteren Abschnitt in ein Kühlmittelbad eintaucht, in das Kühlmittelbad eingeleitet wird. Dabei wird der Gasstrom mittels Gasdurchtrittsöffnungen, deren Abmessungen von der Eintauchtiefe abhängig sind, in einer kegelförmigen Gasverteilerglocke, die sich an das Tauchrohr anschließt, im Kühlmittelbad dispergiert. Schließlich wird der aus dem Kühlmittelbad austretende Rohgasstrom in einem weiteren Freiraumquenchschritt durch Einsprühen von Kühlmittel gekühlt.
Im Folgenden soll die vorgeschlagene Lösung beispielhaft erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt in
1 eine Seitenschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gasbehandlung mit Tauchrohrinnenkühlung in Kombination mit weiteren Quencheinrichtungen.
Sie ist lediglich als eine schematische und beispielhafte Darstellung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zu verstehen.
Die Vorrichtung zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes weist ein Gehäuse 13 mit einem oben angeordneten Einlass 2 für einen Heißgasstrom 1 auf, der in ein konzentrisch zum Gehäuse 13 vertikal angeordnetes Tauchrohr 3 mündet. Der Einlass 2 für das schlackehaltige Heißgas endet mit einer Schlackeabtropfkante einer vorzugsweise über der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordneten Brennkammer eines Vergasers innerhalb des oberen Abschnittes des Tauchrohres 3. Der Durchmesser des Tauchrohres 3 beträgt das Zwei- bis Fünffache des Durchmessers des Einlasses 2. Das Tauchrohr 3 bildet einen zylindrisch gestalteten Vor- und Flashquenchraum innerhalb der Vorrichtung.
Am oberen Ende des Tauchrohres 3, d. h. an der Gaseintrittsöffnung des Tauchrohres 3, ist eine an sich bekannte Kühlmittelringkammer 6 angeordnet, die auf ihrer Unterseite eine oder mehrere umfängliche Auslassöffnungen 6' aufweist, die sich entlang der Innenwand des Tauchrohres 3 erstrecken und der Aufrechterhaltung eines an der Innenwand des Tauchrohrs 3 nach unten abfließenden, vorzugsweise geschlossenen Kühlmittelfilms 7 dienen.
Erfindungsgemäß ist das Tauchrohr 3 über seine gesamte Länge doppelwandig ausgeführt, wobei die Doppelwandung durch ein Innenrohr 3' und ein Außenrohr 3'' gebildet ist, die konzentrisch angeordnet sind und einen Ringspalt 4 einschließen, der am oberen Ende mit der Kühlmittelringkammer 6 derart in Verbindung steht, dass aus dem Ringspalt 4 austretendes Kühlmittel in die Kühlmittelringkammer 6 gelangt. Der Ringspalt 4 ist wiederum mit einer Kühlmittelzuleitung 5 verbunden, die an einem unteren Abschnitt des Tauchrohres 3 angeordnet ist. Die Kühlmittelringkammer 6 wird durch stirnseitige kragenförmige Erweiterungen des Innenrohres 3' und Außenrohres 3'' nach innen gebildet, die zusammen mit einem abgewinkelten inneren Zylinderabschnitt die Kühlmittelringkammer 6 mit der Auslassöffnung 6' begrenzen. Die Auslassöffnung 6' kann nahezu durchgehend umlaufend sein oder kann aus einer Mehrzahl von über den Umfang des Tauchrohres 3 verteilten Öffnungen gebildet sein.
Oberhalb eines Niveaus N eines im Gehäuse 13 vorhandenen Kühlmittelbades 14 ist im vorliegenden Beispiel eine erste Sprüheinheit im oberen Drittel des Tauchrohres 3 angeordnet, wobei diese Sprüheinheit einen oberen Düsenring 8 am Außenumfang des Tauchrohres 3 und vorzugsweise zusätzlich mindestens einen unteren Düsenring 9 umfasst und wobei über den Umfang der Düsenringe 8, 9 verteilte Düsen das doppelwandige Tauchrohr 3 durchdringen und radial ins Tauchrohrinnere gerichtet sind. Die Düsenringe 8, 9 werden über Kühlmittelzuleitungen 10, 11 von außen mit Kühlmittel gespeist.
Die Bezeichnung „Düse” bezieht sich dabei im einfachsten Fall auf eine röhrenförmige Vorrichtung mit definierter Innenkontur, mit der Kühlmittel bzw. üblicherweise verwendetes Quenchwasser in das Innere des Tauchrohres 3 in einer definierten Richtung mit einem vorbestimmbaren Druck eingesprüht wird. Die Düsenringe 8, 9 erzeugen vertikal übereinander liegende radial nach innen zur Achse A gerichtete Sprühvorhänge über den Innenquerschnitt des Tauchrohrs 3. Die Düsen können zur Erzeugung eines horizontalen Sprühvorhangs annähernd waagerecht ausgerichtet sein, sie können aber auch, wie in der Figur durch die Strich- Punkt- Punkt-Linien angedeutet, in ihrer Strahlrichtung bezüglich der Horizontalen nach unten im Winkel von 10° bis 30° geneigt sein. Anstelle der Düsenringe 8, 9 können auch anders ausgebildete Zerstäuber als Sprüheinheiten eingesetzt werden, sofern sie den Querschnitt des Heißgasstromes 1 annähernd vollständig mit Kühlmittelnebel durchsetzen.
Durch das Zusammentreffen des schlackehaltigen Heißgasstromes 1 mit dem fein verteilten Kühlmittel erfolgt eine sehr schnelle Abkühlung (Flashquenchung) und Sättigung des Gases mit dem als Kühlmittel eingesetzten Wasser beim Passieren der Sprühvorhänge. Die in dem doppelwandigen Tauchrohr 3 mittels der Sprüheinheiten durchgeführte Flashquenchung entspricht einer Freiraumquenchung und lässt die Schlacketropfen im Heißgasstrom 1 nicht nur abkühlen und erstarren, sondern bewirkt auch gleichzeitig eine Agglomeration der Schlacketeilchen, unterstützt durch den an der Innenwandung des Innenrohrs 3' anhaftenden Kühlmittelfilm 7, so dass eine bessere Abscheidung der Schlacketeilchen im Kühlmittelbad 14 erzielt werden kann.
Das Tauchrohr 3 taucht mit seinem unteren Abschnitt in das Kühlmittelbad 14 ein. Am unteren Ende des Tauchrohres 3 ist eine Gasverteilerglocke 12 mit sich im Wesentlichen stetig nach unten kegelförmig erweiterndem Querschnitt angeordnet. Der Mantel muss nicht auf seiner gesamten Höhe kegelförmig gestaltet sein, zur besseren Anpassung der Strömungsverhältnisse an den Quenchprozess kann es beispielsweise auch vorteilhaft sein, die Gasverteilerglocke 12 mit einem zylindrischen Mantelabschnitt an der offenen Unterseite auszustatten, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Weiterhin kann anstelle einer geraden unteren Mantelkontur auch eine wellenförmige oder eine an sich bekannte zahnförmige Kontur vorteilhaft sein.
Der größte Durchmesser der Gasverteilerglocke 12 bezogen auf den Durchmesser des Tauchrohres 3 liegt im Bereich 1, 5 bis 3, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2.
Die Gasverteilerglocke 12 weist in ihrem kegelstumpfförmigen Mantel eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen 12' auf, die in mehreren übereinander angeordneten horizontalen Reihen vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.
Die Gasdurchtrittsöffnungen 12' sind gleichförmig gestaltet, vorzugsweise kreisförmig. Ebenso sind von der Kreisform abweichende Öffnungen möglich, beispielsweise elliptische oder rechteckige Öffnungen mit abgerundeten Ecken oder Öffnungen mit unstetigen Konturen, die die Blasengröße und den Blasenabriss beeinflussen. Weiterhin können auch geformte und gestanzte Bleche für die Mantelfläche verwendet werden, wobei die Gasdurchtrittsöffnungen beispielsweise trichterförmig oder düsenartig ausgebildet sind.
Mit der Eintauchtiefe variieren die Abmessungen der Gasdurchtrittsöffnungen 12'. Der Durchmesser der Gasdurchtrittsöffnungen 12' ist oben am Übergang zum Tauchrohr 3 kleiner als der Durchmesser der Gasdurchtrittsöffnungen 12' an dem vom Tauchrohr 3 abgewandt liegenden, nach unten weisenden Rand der Gasverteilerglocke 12, wobei die reihenweise Größenzunahme der Gasdurchtrittsöffnungen 12' in die Tiefe des Kühlmittelbades 14 derart gewählt ist, dass die Summe der Gasdruckverluste beim Durchströmen der Gasdurchtrittsöffnungen 12' und des Kühlmittelbades 14 annähernd konstant bleibt.
Die Vorrichtung ist im Bodenbereich derart gestaltet, dass der untere Rand der Gasverteilerglocke 12 in einen Sammeltrichter 15 für die aus dem Heißgas abgetrennte Schlackepartikel hineinragt, der sich im Kühlmittelbad 14 von einem am Gehäuseboden angeordneten Schlackeabzug 16 kegelförmig bis zur Innenwand des Gehäuses 13 erstreckt.
Das Gehäuse 13 weist ferner einen Kühlmittel-Überlauf 19 auf, der in Höhe eines maximalen, für die Tauchquenchung erforderlichen Kühlmittelniveaus N_max angeordnet ist. Das im Quencher nicht verdampfte Überschusswasser verlässt das Gehäuse 13 am Überlauf 19 und wird aufbereitet. Mit der Entfernung der Feststoffanteile ist das Wasser wieder einsetzbar und wird als Grauwasser bezeichnet und mehrfach für das Quenchen genutzt. Prozesswasser kann ohne vorherige Behandlung für den Kühlmittelfilm 7 und das Kühlmittelbad 14 verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiterhin einen zwischen Gehäuse 13 und Tauchrohr 3 gebildeten Zwischenraum 21 als Gassammelraum oberhalb des Kühlmitteltauchbades 14 und einen Rohgasauslass 20 für das abgekühlte und von Schlacke weitgehend befreite Rohgas auf, der im oberen Drittel des Gehäuses 13 angeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mehr als einen Rohgasauslass 20 aufweist. Sind zwei oder mehr Rohgasauslässe vorgesehen, so können diese zwecks Anpassung an die Heißgaseigenschaften auf verschiedenen Höhen im oberen Drittel des Gehäuses 13 angeordnet sein.
Zur Vermeidung von Ablagerungen von Bestandteilen der Asche, die hauptsächlich CaCO₃-Bestandteile sowie Alkalisublimate sind, die erfahrungsgemäß vor allem an trockenen heißen Flächen anhaften, wird über eine vorzugsweise wieder als Düsenring 17 ausgebildete weitere Sprüheinheit im oberen Abschnitt des das Tauchrohr 3 umgebenden Zwischenraumes 21 über dem Kühlmittelbad 14 zusätzlich Kühlmittel eingesprüht. Die ringförmig um das Tauchrohr 3 angeordneten Düsen weisen einen breiten Sprühkegel auf, wobei die Hauptsprührichtung nach unten weist. Neben dem Effekt des Feuchthaltens der den Zwischenraum 21 begrenzenden Kontaktflächen von Gehäuse 13, Tauchrohr 3 und weiteren Einbauten, wie beispielsweise der Kühlmittelzuleitungen 5, 10, 11, wird eine zusätzliche Zerstäubung von Kühlmittel im Rohgasstrom erreicht, wodurch der Wasch- und Kühleffekt nochmals verbessert wird. Dem Düsenring 17 ist ebenfalls eine Kühlmittelzuleitung 18 zugeordnet.
Anstelle des einzelnen Düsenringes 17, welcher das obere Ende des Tauchrohrs 3 umgibt, ist es auch möglich, mehrere oberhalb des Kühlmittelbades 14 angeordnete Düsenringe oder von der Ringanordnung abweichende Düsengruppen mit Einzeldüsen zu installieren, um den Zwischenraum 21 vollständig zu besprühen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Abkühlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes 1 und zur Abtrennung der Schlacke aus dem Heißgasstrom 1 von Vergaseranlagen für kohlenstoffhaltige Brennstoffe vorgesehen, beispielsweise Flugstromvergaseranlagen von Kohle- oder Biomassevergasern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu stromabwärts des Flugstromvergasers angeordnet und mit diesem fluidisch verbunden, wobei die Anordnung der Vorrichtung vorzugsweise direkt an einem Heißgasaustritt unterhalb einer Brennkammer des Flugstromvergasers erfolgt.
Aus einem der Vorrichtung vorgeschalteten Reaktionsraum des Flugstromvergasers wird dabei Heißgas in den darunter befindlichen Quenchraum geleitet. Dort erfolgen eine mehrstufige Kühlung des Heißgases und eine Abtrennung der Schlacke aus dem Gas, wobei eine Kombination von Vor- und Flashquenchung im Tauchrohr, Tauchquenchung im Kühlmittel-Tauchbad und erneute Freiraumquenchung im Rohgassammelraum Anwendung findet.
Das Verfahren zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstroms, wobei ein Heißgasstrom 1 in ein Gehäuse 13 mit einem oben angeordneten Einlass 2 und einem konzentrisch im Gehäuse vertikal angeordneten Tauchrohr 3, in welches der Einlass 2 mündet, einströmt, am oberen Ende des Tauchrohres 3 ein Kühlmittelfilm 7 auf der Innenwandung des Tauchrohres 3 erzeugt wird, das Tauchrohr 3 mit einem unteren Abschnitt in ein Kühlmittelbad 14 eintaucht und das Rohgas durch zumindest eine Rohgasauslassöffnung 20 für abgekühltes und von Schlacke befreites Rohgas das Gehäuse 13 verlässt, ist gekennzeichnet durch das Einströmen des schlackehaltigen Heißgasstroms 1 in ein doppelwandiges Tauchrohr 3 mit einer Innenkühlung und das Kühlen des entlang des Tauchrohrs 3 strömenden Heißgasstroms 1 im Kontakt mit einem Kühlmittelfilm 7 auf der Innenseite des Tauchrohres 3, wobei der Kühlmittelfilm 7 durch die Innenkühlung des Tauchrohres 3 gekühlt und aus dem zur Innenkühlung verwendeten Kühlmittel gespeist wird.
Der schlackehaltige Heißgasstrom 1 wird zunächst durch den Einlass 2 vertikal nach unten in das filmgekühlte Tauchrohr 3 geführt. Dort erfolgt ein Vorquenchen des zugeführten Heißgasstromes 1 im Kontakt mit dem Kühlmittelfilm 7, der an der Innenwandfläche des Tauchrohrs 3 erzeugt wird. Der Kühlmittelfilm 7 bewirkt neben der Vorquenchung des zugeführten Heißgasstromes 1 einen verbesserten Abtransport der Schlackepartikel in das Kühlmittelbad 14, wobei die Ablagerung von Schlacke an der Tauchrohrinnenwand reduziert bzw. vermieden wird.
Da bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Tauchrohres 3 die Kühlmittelzufuhr für den Kühlmittelfilm 7 durch den Ringspalt 4 erfolgt, wird die Tauchrohrwandung über die gesamte Höhe zwangsgekühlt. Dadurch ist der im Heißgasstrom 1 verdampfende Kühlmittelanteil wesentlich geringer, als aus dem Stand der Technik bekannt ist, und der Kühlmittelfilm 7 bleibt nahezu über der gesamten Tauchrohrlänge erhalten. Weiterhin kann durch die intensive Tauchrohrkühlung der Aufwand für den thermischen Schutz des umgebenden Gehäuses 13 zumindest verringert werden. Der im Inneren des Tauchrohrs erzeugte stabile Kühlmittelfilm 7 bewirkt neben einer Vorquenchung des zugeführten Heißgasstromes 1 einen verbesserten Abtransport der Schlackepartikel, indem wegen des lückenlosen Kühlmittelfilms 7 eine Ablagerung von erstarrender und erstarrter Schlacke an der Tauchrohrinnenwand reduziert bzw. vermieden wird. Mit dem Einsprühen von Kühlmittel während des Durchströmens des Tauchrohres 3 wird einer Flashquenchung des Heißgasstroms 1 erzielt.
Der Gasstrom wird nach Vor- und Flashquenchung zusammen mit den im Gasstrom befindlichen erstarrenden oder bereits erstarrten Schlacketeilchen in das Kühlmittelbad 14 eingeleitet und dort tauchgequencht, wobei der vorgekühlte Heißgasstrom 1 mit Hilfe der Gasdurchtrittsöffnungen 12' mit von der Eintauchtiefe abhängigen Abmessungen in der kegelförmigen Gasverteilerglocke 12 am unteren Ende des Tauchrohres 3 im Kühlmittelbad 14 dispergiert wird und dabei den Wascheffekt verstärkende Turbulenzen im Kühlmittelbad 14 entstehen. Während die Strömungsrichtung des eingeleiteten Gases an der Gasverteilerglocke 12 umgelenkt wird und durch das Kühlmittelbad 14 nach oben in einen zwischen Tauchrohr 3 und Gehäuse 13 gebildeten Zwischenraum 21 und zu mindestens einem Rohgasauslass 20 strömt, sinkt die durch den Wascheffekt und die Strömungsrichtungsumkehr aus dem Gas abgetrennte Schlacke nach dem Prinzip der Dichtetrennung im Schwerkraftfeld ab. Der Sammeltrichter 15 leitet die erstarrten Schlackeagglomerate einem Schlackeabzug 16 am tiefsten Punkt im Boden des Gehäuses 13 zu, so dass sie dort chargenweise oder kontinuierlich abgezogen bzw. ausgeschleust werden kann.
Die in die Gasverteilerglocke 12 eingebrachten Gasdurchtrittsöffnungen 12' fördern eine gute Gasverteilung im Kühlmittelbad 14, und tragen damit zu einem guten Wascheffekt bei. Dieser bleibt durch die Anordnung der in der Größe variierenden, nach oben kleiner werdenden Gasdurchtrittsöffnungen 12', die nicht zwingend kreisförmig sein müssen, sondern auch andere Konturen aufweisen können, in der Gasverteilerglocke 12 auch bei unterschiedlichen Heißgasvolumenströmen annähernd konstant aufgrund der Kompensation des in der Tiefe des Kühlmittelbades 14 zunehmenden Druckverlustes durch den geringeren Druckverlust beim Durchströmen der größeren Gasdurchtrittsöffnungen 12'. Bei geringeren Heißgasdurchsätzen werden die oberflächennahen kleineren Gasdurchtrittsöffnungen 12' mit höherem Druckverlust durchströmt und kleine Gasblasen im Kühlmitteltauchbad 14 erzeugt, bei höheren Gasdurchsätzen werden auch die tiefer angeordneten größeren Gasdurchtrittsöffnungen 12' vom Gas durchströmt, die geringere Druckverluste bewirken.
Der von Schlacke befreite Rohgasstrom sammelt sich im Zwischenraum 21 und verlässt dann durch den Rohgasauslass 20 die Vorrichtung. Zwei oder mehrere Rohgasauslässe 20 auf verschiedenen Höhen im oberen Drittel des Gehäuses 13 ermöglichen auch eine variable Nutzung des Gehäuses 13 für verschiedene Quenchvarianten. Im Zwischenraum 21 wird das aus dem Tauchbad austretende Rohgas durch Einsprühen von Kühlmittel nochmals gekühlt und dabei werden auch restliche Schlackepartikel ausgewaschen.
Die abgetrennte Schlacke wird durch den Schlackeabzug 16 entfernt. Der Sammeltrichter 15 schützt das Gehäuse vor Schlackeablagerungen und Verschleiß. Der Kühlmittel-Überlauf 19 hält einen für die Gasreinigung und Restkühlung des Gases erforderlichen Kühlmittelstand N im Gehäuse 13 aufrecht.
Aufgrund der lückenlosen Benetzung der Kontaktflächen, der intensiven Kontaktflächenkühlung und der Mehrstufigkeit des Quenchens kann die Vorrichtung mit hohen Standzeiten und geringem Reinigungsaufwand betrieben werden, während gleichzeitig durch die durch das Tauchbad getrennte Vor-/Flashquenchung im Tauchrohr und die Bedüsung im Zwischenraum 21 eine Mehrfachnutzung des mit Feststoffanteilen beladenen Kühlmittels bzw. Wassers in der Vor-/Flashquenchung möglich ist, wobei der Kühlmittel-/Wasserverbrauch in Abhängigkeit einer erzeugten Gasmenge gesteuert werden kann.
Zur vollständigen Benetzung des Gehäuses 13 erfolgt der Betrieb des Düsenringes 17 oder der anderen Sprüheinheiten vorzugsweise mit einer Kühlmittelmenge zwischen 10 und 100 m³/h, einer Düsenaustrittsgeschwindigkeit von 2 bis 10 m/s und einem Tropfenspektrum von 100 bis 3000 μm.
Dieses Ausführungsbeispiel basiert auf dem Einsatz der Erfindung in Verbindung mit einem Kohlenstaubdruckvergaser bei einer Vergaserleistung von 80 000 Nm³/h (trocken). In diesem Beispiel können die am Tauchrohr 3 angeordneten Düsenringe 8, 9 und die durch das doppelwandige Tauchrohr 3 geführten Düsen mit einem Kühlmittelstrom von 30 bis 50 m³/h gespeist.
Mit einer Auswahl bzw. Anpassung des Kühlmitteldurchsatzes einzelner oder mehrerer der beschriebenen Einbauten in der Vorrichtung ist eine weitreichende Anpassung an eine Freiraum- oder Tauchquenchung bzw. eine Kombination davon möglich.
Ferner kann für die verschiedenen Düsengruppen in Abhängigkeit von der erforderlichen Tropfengröße und der Austrittsgeschwindigkeit Kühlmittel bzw. Wasser mit unterschiedlicher Qualität verwendet werden. Für die Innenkühlung des Tauchrohres 3 und die Beschickung des Düsenringes 17, wo das Wasser besonders fein verdüst wird, muss Wasser eingesetzt werden mit einem niedrigen Feststoffanteil und geringer Feststoffpartikelgröße. Die Wasserqualität für die Flashquenchung im Tauchrohrinneren kann geringer sein. Während zur Bedüsung des Zwischenraums 21 Gaskondensate und Grauwasser eingesetzt werden können, ist zur Ausbildung des kondensate und Grauwasser eingesetzt werden können, ist zur Ausbildung des Wasserfilms der Einsatz von Prozesswasser ohne vorherige Behandlung ausreichend. Es ist daher vorteilhaft, wenn zumindest das Kühlmittel für die erste Sprüheinheit/Tauchrohr und das Kühlmittel für die zweite Sprüheinheit von verschiedenen Kühlmittelversorgungseinrichtungen bereitgestellt werden. Da der Wasserverbrauch an den einzelnen Quencheinrichtungen abhängig ist vom durchgesetzten Gasstrom und dessen Feststoffbeladung, ist eine Regelung des Wasserverbrauches an den einzelnen Verbrauchern sinnvoll. Die verdampfte Wassermenge innerhalb des Quenchers ist thermodynamisch bestimmbar. Die eingesetzte Wassermenge sollte etwa 20% größer sein als die verdampfte Wassermenge. Eine entsprechende Steuerung der Wasserzufuhr zu den Quencheinrichtungen erfolgt durch ein Prozessleitsystem.
Bezugszeichenliste

1: Heißgasstrom
2: Einlass für Heißgasstrom
3, 3', 3'': doppelwandiges Tauchrohr, Innenrohr, Außenrohr
4: Ringspalt
5: Kühlmittelzuleitung
6, 6': Kühlmittelringkammer, Auslassöffnung
7: Kühlmittelfilm
8: Düsenring
9: Düsenring
10: Kühlmittelzuleitung
11: Kühlmittelzuleitung
12, 12': Gasverteilerglocke, Gasdurchtrittsöffnungen
13: Gehäuse
14: Kühlmittelbad
15: Sammeltrichter
16: Schlackeabzug
17: Düsenring
18: Kühlmittelzuleitung
19: Überlauf
20: Rohgasauslass
21: Zwischenraum
A: Achse von Tauchrohr und Gehäuse
N: Niveau des Kühlmittelbades 14

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DD 145860 [0004]
DD 280975 B3 [0005]
DE 102005042640 A1 [0006]
EP 0127878 [0007]
US 4466808 [0008]
EP 0284762 A2 [0009]
DE 102005041930 A1 [0009]
DE 102006031816 A1 [0009]
DE 102008035295 A1 [0009]

Claims

Vorrichtung zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstromes (1) in einem Gehäuse (13) mit – einem oben angeordneten Einlass (2) für den Heißgasstrom (1), – einem konzentrisch im Gehäuse (13) vertikal angeordneten Tauchrohr (3), in welches der Einlass (2) mündet, – einer Kühlmittelringkammer (6) an einem oberen Ende des Tauchrohres (3) zur Erzeugung eines Kühlmittelfilms (7) auf der Innenwandung des Tauchrohres (3), – einem Kühlmittelbad (14), in welches das Tauchrohr (3) mit einem unteren Abschnitt eintaucht, und – zumindest einer Rohgasauslassöffnung (20) für abgekühltes und von Schlacke befreites Rohgas, dadurch gekennzeichnet, dass – das Tauchrohr (3) über seine gesamte Länge doppelwandig ausgeführt ist, wobei zwischen einem Innenrohr (3') und einem Außenrohr (3'') des Tauchrohres (3) ein Ringspalt (4) vorhanden ist, – der Ringspalt (4) mit der Kühlmittelringkammer (6) verbunden ist und – eine mit dem Ringspalt (4) verbundene Kühlmittelzuleitung (5) an einem unteren Abschnitt des Tauchrohrs (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Tauchrohr (3) an seinem unteren Ende in eine Gasverteilerglocke (12) mündet, wobei die Gasverteilerglocke (12) durch eine im Wesentlichen kegelförmige Mantelfläche mit sich nach unten erweiterndem Querschnitt gebildet ist und – die Mantelfläche eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen (12') aufweist, wobei die Gasdurchtrittsöffnungen (12') über den Umfang der Gasverteilerglocke (12) verteilt sind und die Abmessungen der Gasdurchtrittsöffnungen (12') mit der Eintauchtiefe im Kühlmittelbad (14) zunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Gasdurchtrittsöffnungen (12') derart nach unten zunehmen, dass die Summe der Gasdruckverluste beim Durchströmen der Gasdurchtrittsöffnungen (12') und des Kühlmittelbades (14) unabhängig vom Strömungsweg des Gases im Kühlmittelbad (14) annähernd konstant bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchtrittsöffnungen (12') gleichförmig, insbesondere kreisförmig ausgebildet und annähernd gleichmäßig über den Umfang der Gasverteilerglocke (12) verteilt sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Durchmesser der Gasverteilerglocke (14) bezogen auf den Durchmesser des Tauchrohres (3) einen Quotienten von 1,5 bis 3 ergibt.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Sammeltrichter (15) von einem an einem Boden des Gehäuses (13) angeordneten Schlackeabzug (16) kegelförmig bis zu der Innenwand des Gehäuses (13) erstreckt, wobei die Gasverteilerglocke (12) und der Sammeltrichter (15) so zueinander angeordnet sind, dass ein unterer Rand der Gasverteilerglocke (12) in den Sammeltrichter (15) hineinragt.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei jeweils mit einer Kühlmittelzuleitung (10, 18) von außerhalb des Gehäuses (13) fluidisch verbundene und in die Gasströmung gerichtete Sprüheinheiten konzentrisch um das Tauchrohr (3) angeordnet sind, wobei zumindest die erste Sprüheinheit in das Tauchrohrinnere und die zweite Sprüheinheit in einen zwischen dem Tauchrohr (3) und dem Gehäuse (13) ausgebildeten Zwischenraum (21) gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sprüheinheit zumindest einen Düsenring (8), vorzugsweise zwei Düsenringe (8, 9) in einem oberen Drittel des Tauchrohrs (3) umfasst, wobei jeder Düsenring (8, 9) um den Außenumfang des Tauchrohres (3) angeordnet ist und Düsen aufweist, die sich durch die Doppelwandung in das Tauchrohr (3) hinein erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen der Düsenringe (8, 9) radial nach innen gerichtet sind und um einen Winkel, vorzugsweise in einem Bereich von 0° bis 30°, nach unten in Bezug auf die Horizontale geneigt sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sprüheinheit insbesondere als Düsenring (17) mit einer Hauptsprührichtung nach unten ausgebildet ist und in einem oberen Bereich des Zwischenraumes (21) angeordnet ist, wobei die Innenwand des Gehäuses (13) und das Außenrohr (3'') durch den Düsenring (17) mit Kühlmittel nahezu vollständig benetzbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Kühlmittel für die erste Sprüheinheit und das Kühlmittel für die zweite Sprüheinheit von verschiedenen Kühlmittelversorgungseinrichtungen bereitgestellt werden, wobei das Kühlmittel für die zweite Sprüheinheit kleinere Partikel enthält als das Kühlmittel für die erste Sprüheinheit.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel Wasser ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Sprüheinheit Prozesswasser ohne vorherige Behandlung und für die zweite Sprüheinheit Gaskondensate und/oder Grauwasser verwendbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Rohgasauslassöffnung (20) in einem oberen Drittel des Gehäuses (13) angeordnet ist, wobei mehrere Auslässe (20) auf verschiedenen Höhen im oberen Drittel des Gehäuses (13) anordenbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Tauchrohrs (3) dem Zwei- bis Fünffachen eines Durchmessers des Einlasses (2) entspricht.
Flugstromvergaseranlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugstromvergaseranlage einen Flugstromvergaser und eine Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst, wobei die Vorrichtung stromabwärts des Flugstromvergasers angeordnet ist und der Einlass (2) für den Heißgasstrom (1) mit einem Heißgasaustritt des Flugstromvergasers fluidisch verbunden ist.
Verfahren zur Behandlung eines schlackehaltigen Heißgasstroms (1), wobei – ein Heißgasstrom (1) über einen Einlass (2) in ein Tauchrohr (3) in einem Gehäuse (13) einströmt und – am oberen Ende des Tauchrohres (3) ein Kühlmittelfilm (7) auf der Innenwandung des Tauchrohres (3) erzeugt wird, – der entlang des Tauchrohrs (3) strömende Heißgasstrom (1) im Kontakt mit dem Kühlmittelfilm (7) an der Innenwandung des Tauchrohres (3) gekühlt wird, gekennzeichnet durch die Schritte – Zuführen eines Kühlmittels zu einem Ringspalt (4) zwischen einem Innenrohr (3') und einem Außenrohr (3'') des Tauchrohres (3), – Innenkühlen des Tauchrohrs (3) mit dem Kühlmittel, wobei das Kühlmittel im Ringspalt (4) aufwärts strömt, – Kühlen des Kühlmittelfilms (7) durch die Innenkühlung des Tauchrohres (3), und – Erzeugen des Kühlmittelfilms (7) mit dem am oberen Ende des Tauchrohres (3) aus dem Ringspalt austretenden, zur Innenkühlung verwendeten Kühlmittel.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom (1) zusätzlich durch Einsprühen von Kühlmittel während des Durchströmens des Tauchrohres (3) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgekühlte Heißgasstrom (1) durch das Tauchrohr (3), welches mit einem unteren Abschnitt in ein Kühlmittelbad (14) eintaucht, in das Kühlmittelbad (14) eingeleitet wird, wobei der Gasstrom mittels Gasdurchtrittsöffnungen (12') mit von der Eintauchtiefe abhängigen Abmessungen in einer kegelförmigen Gasverteilerglocke (12), die sich an das Tauchrohr (3) anschließt, im Kühlmittelbad (14) dispergiert wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem Kühlmittelbad (14) austretende Rohgasstrom durch Einsprühen von Kühlmittel gekühlt wird.