DE102012009266B4 - Gasabzug für einen Vergasungsreaktor - Google Patents

Abstract

Gasabzug für einen Reaktor zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Feststoff mit Sauerstoff und/oder Dampf mit einer Gaseintrittsöffnung (2) und einer Gasaustrittsöffnung (3) und einem dazwischen vorgesehenen Gasabzugskanal (4), wobei der Gasabzugskanal (4) von einem Innenmantel (12) und einem Außenmantel (12) umgeben wird, zwischen denen ein Kühlspalt (13) mit wenigstens einem Zu- und Abfluss (105, 17) für Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Innenmantels (12) ein Einsatz (50) vorgesehen ist, der ein gekrümmtes Innenrohr (54) aufweist, wobei ein Einlass (53) des gekrümmten Innenrohres (54) mit der Gaseintrittsöffnung (2) verbunden ist und wobei ein Auslass (55) des gekrümmten Innenrohres (51) mit der Gasaustrittsöffnung (3) verbunden ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasabzug für einen Reaktor zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Feststoff mit Sauerstoff und/oder Dampf mit einer Gaseintrittsöffnung und einer Gasaustrittsöffnung und einem dazwischen vorgesehenen Gasabzugskanal, sowie einen Reaktor mit einem solchen Gasabzug und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Reaktors.
• Unter Vergasung versteht man die Umsetzung eines kohlenstoffhaltigen, festen oder flüssigen Stoffes (z. B. Kohle, Biomasse oder Erdöl) mit einem Vergasungsmittel (Sauerstoff/Luft, Dampf) in sogenanntes Synthesegas. Dieses Synthesegas enthält als Hauptkomponenten Wasserstoff (H₂), Wasser (H₂O), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Methan (CH₄). CO und H₂ sind die Ausgangsstoffe für eine Vielzahl chemischer Synthesen, auf denen aufbauend dann längerkettige Produkte erzeugt werden können.
• Das Synthesegas enthält zudem Schwefelwasserstoff (H₂S), Kohlenoxidsulfid (COS), Salzsäure (HCl), Ammoniak (NH₃), Blausäure (HCN), teilweise Fluorwasserstoff (HF) und ggf. auch höhere Kohlenwasserstoffe und Teeröle. Die Zusammensetzung des Gases ist abhängig von der Zusammensetzung des Einsatzstoffes, der Art und Menge der verwendeten Vergasungsmittel, den Reaktionsbedingungen sowie den durch das gewählte Vergasungsverfahren vorgegebenen kinetischen Randbedingungen der ablaufenden Reaktionen.
• Grundsätzlich sind drei verschiedene Verfahrenstypen zur Vergasung von Feststoffen bekannt: Die Vergasung in Wirbelschichten, die Vergasung in einem aus dem Feststoff gebildeten Festbett und schließlich die Vergasung in einem Flugstromreaktor. Die verschiedenen Vergasungstechnologien stellen unterschiedliche Anforderungen an den Brennstoff, die bei der Brennstoffwahl bzw. der Konzeption der Brennstoffaufbereitung entsprechend berücksichtigt werden müssen.
• Ist der eigentliche Reaktor als Festbettreaktor ausgestaltet, so weist er einen im Wesentlichen zylindrischen Vertikalreaktor mit äußerem Wassermantel auf, der unter Druck von bis zu 60 bar betrieben wird. Der kohlenstoffhaltige Brennstoff, in der Regel Kohle oder Biomasse, wird von oben durch eine Schleuse in den sich im Inneren des Reaktors befindlichen Feststoffverteiler eingebracht. Auf einem im unteren Bereich des Reaktors angeordneten Drehrost bildet sich ein Festbett. Aus diesem unteren Bereich wird Sauerstoff und Dampf in das Festbett eingeblasen.
• Diese heißen Gase durchströmen das Festbett von unten nach oben, während der Feststoff von oben durch das Schleusensystem nachgefüllt wird. Man spricht deshalb auch von einer Festbettvergasung im Gegenstrom. Da der nachgefüllte Feststoff eine Temperatur von etwa 40°C aufweist, hat das gesamte Festbett ein Temperaturprofil, bei dem der heißeste Teil in der Nähe des Drehrostes angesiedelt ist und die Temperatur nach oben zur Feststoffzufuhr abnimmt. Entsprechend diesem Temperaturprofil finden innerhalb des Festbettes unterschiedliche Reaktionen statt. Man spricht daher oft auch von Reaktionszonen, wobei keine klare Trennung in einzelne Bereiche vorliegt, sondern die einzelnen Zonen ineinander übergehen. Im oberen Teil des Vergasers in der Nähe des nachkommenden Feststoffes erfolgt eine Trocknung und Desorption von physisorbierten Gasen. Unterhalb der Trocknungszone befindet sich die sogenannte Reaktionszone, in deren oberen Teil eine Entgasung des Feststoffes abläuft. An die Entgasung schließt sich die. eigentliche Vergasung des Feststoffes gemäß der Boudouard-Reaktion sowie die Wassergas- und Wassergas-Shift-Reaktionen an. In der darauffolgenden Zone erfolgt die Verbrennung des Feststoffes.
• Die insbesondere bei der Verbrennung entstehende Asche fällt durch den Drehrost und wird von dort weiter ausgetragen. Die nicht umgesetzten Gasanteile der Reaktanden, hauptsächlich Dampf, Stickstoff und Argon werden zusammen mit dem gebildeten Synthesegas über einen oberhalb des Festbettes vorgesehenen Gasabzug abgezogen.
• Ein solcher Festbettkohlevergaser ist in der DE 11 2005 002 983 T5 beschrieben. Die Kohle wird aus dem Schleusensystem über eine zylindrische oder nach innen zulaufende Schürze in den Reaktor eingebracht. Die Schürze dient als Feststoffreservoir, das trotz der diskontinuierlichen Zufuhr über das Schleusensystem eine gleichbleibende Höhe des Festbetts gewährleistet. Das untere Ende der Schürze befindet sich typischerweise innerhalb des Festbettes. Zwischen Schürze und Wand bildet sich eine ringförmige Gassammelzone, aus welcher das Rohgas durch einen Gasauslass abgezogen wird. Dieser Gasauslass ist eine Öffnung im Reaktor, an die sich ein Rohr anschließt, das mit dem Reaktor über einen Flansch verbunden ist. Durch diesen Gasauslass wird das entstandene rohe Synthesegas der weiteren Aufbereitung zugeführt. In der Regel ist der erste sich anschließende Schritt eine Kühlung des Gases durch Quenchen mit Wasser.
• Eine direkte Kühlung von Gasauslässen ist aus der DE 33 16 562 A1 bekannt, die einen Kohlevergasungsreaktor mit einem Abzugsstutzen zeigt, an den sich ein Gasschacht anschließt. Die Gasschachtwand weist einen wassergekühlten Doppelmantel auf, um ein Dichtungsorgan vor übermäßigem Temperatureinfluss zu schützen und die fühlbare Wärme des Abgases zu nutzen. Die DE 10 23 549 B beschreibt ein Verfahren zur Ausnutzung der bei einer Vergasung von verstäubten Feststoffen freiwerdenden Wärme. Dazu werden ein Strahlungs- und ein Röhrenkessel beschrieben, welche durch einen rohrartigen Kanal miteinander verbunden sind. Beide Kessel sowie der Kanal sind mit wassergekühlten Doppelmänteln ausgestaltet, welche mit einen Kühlmittel zur Aufnahme der freiwerdenden Wärme gefüllt sind.
• Bisher wurden nur Kohlen in einem Festbettvergasungsverfahren in Synthesegas umgewandelt, bei denen die Reaktionstemperatur so niedrig lag, dass das gewonnene Synthesegas mit Temperaturen zwischen 200 und 300°C, oftmals zwischen 250 und 280°C aus dem Reaktor abgezogen wurde. Durch die zunehmende Verknappung von fossilen Rohstoffen sollen Feststoffvergaser zukünftig so ausgelegt werden, dass nicht nur etwa feuchte Braunkohle, sondern auch Anthrazit und andere Kohlen mit höheren Reaktionstemperaturen vergast werden können. Zudem gewinnt die Festbettvergasung von nachwachsenden Rohstoffen an Bedeutung. Die hierfür erforderliche Temperatur führt jedoch zu Gasauslasstemperaturen von bis zu 700°C, teilweise sogar bis zu 800°C. Unter diesen Temperaturen ist der Gasauslass einer deutlich größeren Materialbelastung ausgesetzt.
• Zudem werden zunehmend Kohlen vergast, die hohe Anteile an Schwefel oder Halogenen erhalten. Dies führt im entstehenden Rohsynthesegas zu Verbindungen wie H₂S, COS, HCl und HF. Zusammen mit Temperaturen, die über den typischen bisher verwendeten Temperaturen liegen (z. B. nasse Braunkohle ca. 250°C, Steinkohle ca. 450°C), führt dies zu starker Korrosion am Gasauslass. Zum Wechsel des Gasauslassrohres muss die Anlage stillgelegt werden, so dass es zu Produktionsausfällen kommt. Andererseits würde die Verwendung von hochtemperaturbeständigen Materialien zu einem erheblichen Anstieg der Investitionskosten führen, da der Gasauslass ein druckbelastetes Anlagenteil (bis zu 60 bar) ist und entsprechende Wandstärken vorgesehen sein müssen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Gasauslass bereitzustellen, der unabhängig von dem verwendeten kohlenstoffhaltigen Feststoff eine lange Standzeit aufweist und auch bei Reaktionstemperaturen von bis zu 800°C eingesetzt werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gasabzug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der rohrförmige Gasabzugskanal wird von einem Innenmantel und einem Außenmantel umgeben wird, zwischen denen ein Kühlspalt mit wenigstens einem Zu- und Abfluss für Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. An einem Rand des vorzugsweise rotationssymmetrischen Körpers sind Innen- und Außenmantel flüssigkeitsundurchlässig verbunden.
• Eine Öffnung des Gasabzugskanals ist so ausgestaltet, dass sie mit dem Reaktor gasdicht verbunden werden kann. Die andere Öffnung ist für den Anschluss an weiterfolgende Gasbehandlungssysteme ausgelegt. Vorzugsweise mündet der Gasauslass in eine Kühlvorrichtung für das heiße rohe Synthesegas. Oftmals wird es hierbei mit Wasser gequencht. Eine solche Quenchkühlung kann beispielsweise in einem Venturikühler erfolgen.
• Eine gerade Ausbildung des Gasabzugskanals verhindert Ablagerungen in Krümmungen. Durch eine abgewinkelte Ausbildung kann dagegen die Anlage kompakter gebaut werden.
• In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist der Gasabzug wenigstens je einen Zu- und einen Abfluss für das Kühlmittel auf. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Kühlmittel vom Zufluss zum Abfluss in dem Kühlspalt zwischen Innen- und Außenmantel strömt. Um einen optimalen Durchfluss mit Kühlmittel zu erreichen, sind Zu- und Abfluss möglichst weit voneinander beabstandet.
• Vorzugsweise ist der Gasabzug als T-Stück ausgebildet, wobei die Gasaustrittsöffnung im Wesentlichen senkrecht zu der an den Reaktor gekoppelten Gaseintrittsöffnung angeordnet ist. Im Wesentlichen senkrecht im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet einen Winkel von 85 bis 95°, bevorzugt von 90° zwischen den Achsen der Öffnungen.
• Die erfindungsgemäße Ausführungsform sieht weiterhin vor, dass im Inneren des Innenmantels ein Einsatz angeordnet ist, der ein gekrümmtes Innenrohr aufweist. Der Einsatz ist so gestaltet, dass eine Einlassöffnung des Einsatzes parallel zur Gaseinlassöffnung und eine Auslassöffnung parallel zur Gasaustrittsöffnung abschließt. Wird nun Gas in den Gasabzug eingeleitet, so fließt es durch den Einsatz und wird durch das gekrümmte Innenrohr so umgelenkt, dass es aus der um etwa 90° versetzt angeordneten Gasaustrittsöffnung ausströmt.
• In einer bevorzugten Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens entsteht zwischen Innenteil und dem Innenmantel des Gasabzugs ein Zwischenraum, der mit Isoliermaterial befüllt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Isoliermaterial um Glaswolle, da sie sich den austretenden Gasen gegenüber inert verhält. Grundsätzlich kommen jedoch auch andere inerte Isoliermaterialien in Betracht.
• Da das austretende Gas fast ausschließlich durch den mit Isoliermaterial umgebenen Einsatz strömt, gibt es keine direkte Kontaktfläche zwischen Gas und der Oberfläche des den Kühlspalt begrenzenden Mantels des Gasabzugskanals. Das aufgrund der Kühlung entstehende Temperaturprofil bildet sich über die Dicke des Isoliermaterials aus und verläuft zwischen der Gastemperatur und der Kühlmitteltemperatur. Wird Wasser als Kühlmittel verwendet, beträgt die Kühlmitteltemperatur bei einem Betriebsdruck von 60 bar maximal 265°C. Indem auf eine direkte Kontaktfläche verzichtet wird, kann nahezu ausgeschlossen werden, dass in dem Gasstrom enthaltene Teere auskondensieren und so auf Dauer den Gasabzug verstopfen. Andererseits wird durch die Kühlung des Gasabzugs die Materialbelastung deutlich gesenkt und eine Heißgaskorrosion vermieden. Bei der Verwendung von Wasser als Kühlmittel liegt ausgehend von der maximalen Kühlmitteltemperatur von 265°C (Siedepunkt bei 60 bar) die sich am Innenmantel einstellende Temperatur etwa bei 300°C und damit deutlich unterhalb der Gastemperaturen von 700°C oder sogar 800°C. Wird Kühlwasser bei einem Betriebsdruck von 30 bar verwendet, liegt der Siedepunkt bei 234°C.
• Weiterhin liegt die Druckbelastung durch den Reaktordruck von bis zu 60 bar auf dem Innen- und Außenmantel der Vorrichtung, nicht jedoch auf dem Einsatz. Dadurch kann die Wanddicke des Einsatzes deutlich geringer ausgelegt werden. Dies erlaubt es, den Einsatz aus gegen Heißgaskorrosion resistenten Materialien, wie Inconel, zu fertigen, ohne dass es dadurch zu erheblich höheren Investitionskosten kommt. Wird darauf verzichtet oder kommt es dennoch zu Heißgaskorrosion, so kann das der Einsatz einfach und schnell ausgetauscht werden, indem er an der dem Reaktor abgewandten Seite aus dem Gasabzugskanal herausgezogen und ersetzt oder ausgebessert wird.
• Erfindungsgemäß ist hierzu an einer der Gaseintrittsöffnung gegenüber liegenden Öffnung des Gasabzugskanals eine abnehmbare Abdeckung vorgesehen, mit welcher der Einsatz vorzugsweise verbunden, insbesondere verschraubt oder verschweißt ist.
• Im Reparaturfall lässt sich somit die Zeit, in der der Reaktor nicht genutzt werden kann, minimieren. Besonders einfach ist dies dann der Fall, wenn die Abdeckung auf der dem Reaktor abgewandten Seite angeschraubt wird. Da der Außenmantel des Gasabzugs den Reaktionsgasen nicht ausgesetzt ist, weist er eine sehr hohe Standzeit auf. Er kann daher mit dem Reaktor verschweißt werden, wodurch an dieser Stelle auf komplizierte und teure Flanschverbindungen, die auch unter dem herrschenden hohen Druck von bis zu 60 bar gasdicht sein müssen, verzichtet werden kann.
• In Weiterbildung der Erfindung befindet sich im Inneren des Gasabzugs ein Schaber, der sich von der Gaseintrittsöffnung zu der dieser gegenüberliegenden Öffnung des Gasabzugskanals erstreckt und Ablagerungen entfernt. Die Verwendung des Schabers ist insbesondere dann notwendig, wenn Feststoffe vergast werden, bei denen es durch Nebenreaktionen zur Bildung von Teeren kommt, die durch Kontakt mit dem gekühlten Innenmantel auskondensieren. Der Schaber kann bei Bedarf entnommen und gereinigt oder ausgetauscht werden. Er kann auch nur zu Reinigungszwecken anstelle des Einsatzes in den Gasabzugskanal eingesetzt werden.
• Der Gasabzug weist erfindungsgemäß außerdem einen Kompensator zum Ausgleich von temperaturbedingten Ausdehnungen auf. So kann die Belastung des Bauteils in Folge thermischer Spannungen reduziert werden.
• Gegenstand der Erfindung ist auch ein Reaktor zur Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffes mit Sauerstoff und/oder Dampf mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bei diesem Reaktor ist der Gasauslass gasdicht mit dem oben beschriebenen Gasabzug verbunden.
• Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Zu- und/oder der Ablauf des Kühlspaltes mit einem Kühlsystem des Reaktors verbunden ist. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Reaktor selbst eine Mantelkühlung mit einem Reaktorinnenmantel und einem Reaktoraußenmantel aufweist, und in den dazwischen entstehenden Reaktorkühlspalt ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser eingebracht wird. Ist der Gasabzug mit dem Kühlsystem des Reaktors verbunden, so kann auf einen eigenen Kühlmittelkreislauf verzichtet werden, und die apparative Ausgestaltung wird vereinfacht.
• Schließlich erstreckt sich der erfindungsgemäße Gedanke auch auf ein Verfahren zur Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffes mit Sauerstoff und/oder Dampf im Festbett gemäß Anspruch 9. Dabei wird das Kühlmedium flüssig in den Gasabzug eingebracht und wenigstens teilweise dampfförmig abgezogen wird.
• Ganz besonders vorteilhaft gestaltet sich die Verwendung des Dampfes, wenn als Kühlflüssigkeit Wasser verwendet wird und das dampfförmig abgezogene Kühlwasser selbst als Edukt eingesetzt werden kann, d. h., derjenige Dampfstrom, der zur Vergasung des Feststoffes im Festbett benötigt wird, wird teilweise mit dem in der Kühlung erzeugten Dampf gespeist. Dadurch kann der Dampfbedarf des Verfahrens abgesenkt werden, was die Betriebskosten senkt.
• Wenn auch der Reaktor selbst einen wassergekühlten Mantel aufweist und auch hier Dampf entsteht, können durch die gesammelte Rückführung des Dampfes etwa 20 Vol.-% der benötigten Dampfmenge eingespart werden.
• Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
• Es zeigen:
• 1 schematisch den Aufbau eines Reaktors zur Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffs im Festbett,
• 2 einen Schnitt des erfindungsgemäßen Gasabzugs ohne Einsatz,
• 3 einen Schnitt des erfindungsgemäßen Einsatzes,
• 4 einen Schnitt des erfindungsgemäßen Gasabzugs mit Einsatz.
• In 1 ist schematisch der Reaktor 100 dargestellt. Es handelt sich um einen im Gegenstrom betriebenen Festbettreaktor, der in Bodennähe einen Drehrost 101 aufweist. Auf diesem Drehrost 101 baut sich im Betrieb ein Feststoffbett 102 auf. Über eine Einspeisung 103 wird Dampf und/oder ein sauerstoffhaltiges Medium, wie etwa Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder auch reiner Sauerstoff, eingebracht und gleichmäßig verteilt von unten in das Bett eingedüst. Asche, die durch Reaktionen im Festbett entsteht, fällt durch den Drehrost 101 und wird über die Ascheabzug 104 ausgeschleust. Der Reaktor 100 ist wassergekühlt und weist einen Kühlspalt 105 (vgl. 2) zwischen einem Außenmantel 106 und einem Innenmantel 107 auf.
• Oberhalb des Reaktors 100 ist eine Schleuse 108 vorgesehen, über welche Kohle oder anderer kohlenstoffhaltiger Feststoff zugeführt wird. An die Schleuse 108 schließt sich eine darunter angeordnete Schürze 109 an, die als Feststoffreservoir dient, so dass das Festbett 102 im Reaktor 100 einen gleichmäßigen Füllstand aufweist, obwohl die Kohlebeschickung durch die Schleuse 108 diskontinuierlich erfolgt. Oberhalb des Festbettes 102 ist rund um die Schürze 109 ein freier Raum vorgesehen, in dem sich Reaktionsgase sowie unverbrauchter Dampf und Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltiges Gas ansammeln. Die in diesem Gassammelraum 110 gesammelten Gase werden über einen Gasauslass 111 abgezogen.
• 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gasabzug 1. Dieser ist als T-Stück ausgebildet und weist eine Gaseintrittsöffnung 2, eine im Wesentlichen senkrecht zu dieser angeordnete Gasaustrittsöffnung 3 und einen dazwischen vorgesehenen Gasabzugskanal 4 auf. Gegenüber der Gaseintrittsöffnung 2 ist am anderen Ende des Gasabzugskanals 4 eine Entnahmeöffnung 5 vorgesehen. An die Gasaustrittsöffnung 3 schließt sich ein Auslassstutzen 6 an.
• Der Gasabzug 1 ist doppelwandig und weist einen Außenmantel 11 und einen Innenmantel 12 auf, zwischen denen ein Kühlspalt 13 ausgebildet ist. Der Kühlspalt 13 ist vorzugsweise im Bereich der Entnahmeöffnung 5 durch eine flüssigkeitsdichte Verbindung 14 zwischen Innenmantel 12 und Außenmantel 11 verschlossen. Weiterhin reicht der Kühlspalt 13 auch in den Auslassstutzen 6 hinein, und ist dort ebenfalls über eine Verbindung 15 flüssigkeitsdicht verschlossen. Vorzugsweise ist der Kühlspalt 13 zudem mit dem Kühlspalt 105 des Reaktors 100 verbunden.
• Um eine natürliche Konvektion innerhalb des Kühlspalts 13 zu erreichen, hat es sich als günstig herausgestellt, wenn der Kühlspalt 13 einen weiteren Zu- bzw. Abfluss für Kühlmittel 17 aufweist, der an der dem Reaktor 100 abgewandten Seite des Gasabzugskanals 4 vorgesehen und bevorzugt mit dem Kühlsystem des Reaktors 100 verbunden ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, Zu- und Abfuhr des Kühlmittels an einer Seite des Gasabzugs oder auch durch eine gemeinsame Anschlussöffnung vorzunehmen. Das verdampfte Kühlmedium steigt aufgrund seiner geringeren Dichte automatisch nach oben und kann abgezogen werden.
• Der Gasabzug 1 weist außerdem an der dem Reaktor 100 abgewandten Seite einen Flansch 16 zur Befestigung einer Abdeckung 51 (4) auf, mit welcher die Entnahmeöffnung 5 gasdicht verschlossen werden kann. An der Gaseintrittsöffnung 2 sind hingegen Mittel 18 vorgesehen, um den Gasabzug 1 mit dem Reaktor 100 zu verschweißen.
• Der die Gasaustrittsöffnung 3 umgebende Auslassstutzen 6 ist mit einer nicht näher dargestellten Gaskühlung, vorzugsweise einem Venturi-Quench, verbunden. Diese Verbindung kann geflanscht oder geschweißt sein.
• 3 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Einsatz 50. Der Einsatz 50 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform mit der Abdeckung 51 verbunden und kann über diese an dem Flansch 18 des Gasabzugs 1 befestigt werden, wenn er in diesen eingeschoben wird. Der Einsatz 50 selbst weist zwei vorzugsweise rohrförmige Abschnitte auf, wobei der erste Abschnitt 52 einen Einlass 53 aufweist, der über ein gekrümmtes Innenrohr 54 mit einem um etwa 90° versetzten Auslass 55 verbunden ist. Der zweite Abschnitt 56 ist der verbleibende Teil der Einsatzes 50 und liegt zwischen dem gekrümmten Innenrohr 54 und der Abdeckung 51.
• 4 zeigt schließlich den erfindungsgemäßen Gasabzug mit eingeschobenem Einsatz 50. Der Einsatz 50 weist etwa die gleiche Länge wie der Gasabzug 1 auf, so dass der Einlass 53 des Einsatzes 50 im Wesentlichen bündig mit der Gaseintrittsöffnung 2 abschließt. Der Auslass 55 schließt dagegen im Wesentlichen bündig mit der Gasaustrittsöffnung 3 ab. Die Durchmesser von Einlass 53 und Gaseintrittsöffnung 2 bzw. von Auslass 55 und Gasaustrittsöffnung 3 sind jeweils aufeinander abgestimmt. Ggf. werden passende Dichtungen vorgesehen, um ein Austreten von Gas zu verhindern.
• Der Außendurchmesser des Einsatzes 50 ist etwas geringer als der des Gasabzugskanals 4, so dass zwischen dem Innenmantel 12 des Gasabzugs 1 und dem Einsatz 50 ein Zwischenraum 60 gebildet wird, der mit Isoliermaterial ausgefüllt ist. Dadurch kommt das ausströmende heiße Gas nicht direkt mit einer von Kühlmittel durchströmten Fläche in Kontakt, so dass eine Kondensation von im Gasstrom enthaltenen Teeren vermieden wird.
• Vorzugsweise wird der Einsatz 50 aus einer Nickelbasislegierung gefertigt, da solche Legierungen weitestgehend heißkorrosionsbeständig sind. Die Verwendung solcher teurer Legierungen wird dadurch ermöglicht, dass das Innenteil kein druckbelastetes Bauteil ist und somit nur eine geringe Wandstärke aufweisen muss.
• In der gleichen Dimension wie der Einsatz 50 kann ein nicht dargestellter Schaber ausgebildet werden, der anstelle des Einsatzes in den Gasabzugskanal 4 eingeschoben wird, um Ablagerungen, die sich an der Innenwand des Innenmantels 11 gebildet haben, zu entfernen. Dies erfolgt sinnvollerweise beim Auswechseln des Einsatzes 50.
• Im Betrieb ist der Einsatz 50 in der in 4 dargestellten Weise in den Gasabzug 1 eingeschoben. Aus dem Reaktor 100 tritt heißes Gas (bis 800°C) in die Gasaustrittsöffnung 3 des Gasabzug 1 ein. Um die drucktragenden Teile des Gasabzugs 1 zu schonen, werden diese gekühlt, indem Kühlwasser durch den Zufluss 17 in den Kühlspalt 13 zwischen Innenmantel 12 und Außenmantel 11 des Gasabzugs eingeleitet wird. Das Kühlwasser erwärmt sich beim Durchströmen des Kühlspaltes 13 in Richtung des Reaktors bis zu seiner Siedetemperatur (bei 60 bar Betriebsdruck etwa 265°C), verdampft und entzieht dem System dadurch Wärme. Der Dampf tritt dann in den Kühlspalt 105 des Reaktors 100 ein und kann als Edukt der Vergasung zugeführt werden. Das heiße Gas tritt nicht in direkten Kontakt mit drucktragenden Teilen des Gasabzugs 1, sondern durchströmt den Einsatz 50 und wird durch diesen zu der anschließenden Gaswäsche geleitet.
• Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit Gasauslasstemperaturen von bis zu 700°C, vorzugsweise sogar bis zu 800°C zu arbeiten, wodurch Brennstoffe mit geringerer Reaktivität verwendet werden können. Gleichzeitig kann die Standzeit des Reaktors verlängert werden. Da durch die erfindungsgemäße Kühlung eine Heißkorrosion am Gasabzug vollständig vermieden werden kann, beziehungsweise nur noch am Einsatz auftritt, ist es nicht mehr nötig, die Verbindung zwischen Gasaustritt und Reaktor als Flanschverbindung auszugestalten. Die Verwendung von Schweißverbindungen erhöht die Zuverlässigkeit des Reaktors. Zudem wird der Wärmeübergang zwischen Reaktor und Gasabzug verbessert.
• Bezugszeichenliste

1

Gasabzug

2

Gaseintrittsöffnung

3

Gasaustrittsöffnung

4

Gasabzugskanal

5

Entnahmeöffnung

6

Auslassstutzen

11

Außenmantel des Gasabzugs

12

Innenmantel des Gasabzugs

13

Kühlspalt

14

flüssigkeitsdichte Verbindung

15

flüssigkeitsdichte Verbindung

16

Flansch

17

Zu- oder Abfluss für Kühlmittel

18

Verschweißung mit Reaktor

50

Einsatz

51

Abdeckung

52

erster Abschnitt des Einsatzes

53

Einlass

54

gekrümmtes Innenrohr

55

Auslass

56

zweiter Abschnitt des Einsatzes

60

Zwischenraum

100

Reaktor

101

Drehrost

102

Festbett

103

Einspeisung von Dampf und/oder Sauerstoff

104

Ascheabzug

105

Kühlspalt

106

Außenmantel des Reaktors

107

Innenmantel des Reaktors

108

Schleuse

109

Schürze

110

Gassammelraum

111

Gasauslass

Claims (9)

1. Gasabzug für einen Reaktor zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Feststoff mit Sauerstoff und/oder Dampf mit einer Gaseintrittsöffnung (2) und einer Gasaustrittsöffnung (3) und einem dazwischen vorgesehenen Gasabzugskanal (4), wobei der Gasabzugskanal (4) von einem Innenmantel (12) und einem Außenmantel (12) umgeben wird, zwischen denen ein Kühlspalt (13) mit wenigstens einem Zu- und Abfluss (105, 17) für Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Innenmantels (12) ein Einsatz (50) vorgesehen ist, der ein gekrümmtes Innenrohr (54) aufweist, wobei ein Einlass (53) des gekrümmten Innenrohres (54) mit der Gaseintrittsöffnung (2) verbunden ist und wobei ein Auslass (55) des gekrümmten Innenrohres (51) mit der Gasaustrittsöffnung (3) verbunden ist.
2. Gasabzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als T-Stück ausgebildet ist und die Gasaustrittsöffnung (3) im Wesentlichen senkrecht zu der Gaseintrittsöffnung (2) angeordnet ist.
3. Gasabzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einsatz (50) und dem Innenmantel (12) ein mit Isoliermaterial gefüllter Zwischenraum (60) vorgesehen ist.
4. Gasabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Gaseintrittsöffnung (2) gegenüberliegenden Entnahmeöffnung (5) des Gasabzugskanals (4) eine abnehmbare Abdeckung (51) vorgesehen ist.
5. Gasabzug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (50) mit der Abdeckung (51) verbunden ist.
6. Gasabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schaber, der sich von der Gaseintrittsöffnung (2) zu der dieser gegenüberliegenden Entnahmeöffnung (5) des Gasabzugskanals (4) erstreckt.
7. Gasabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Kompensator zum Ausgleich von temperaturbedingten Ausdehnungen.
8. Reaktor zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Feststoff mit Sauerstoff und/oder Dampf mit einem Gasabzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gasauslass (111) des Reaktors (100) gasdicht mit dem Gasabzug (1) verbunden ist.
9. Verfahren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Feststoff mit Sauerstoff und/oder Dampf, wobei die Vergasung im Festbett durchgeführt wird und das Gas über einen Gasabzug nach einem der Ansprüche 1 bis 7 abgezogen wird, wobei in den Gasabzug ein Kühlmedium flüssig eingebracht und wenigstens teilweise dampfförmig abgezogen wird.

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