DE102012012549B4 - Continuously operating sluice-free solids entry system for pressure-charged gasification reactors, in particular for fluidized-bed gasification reactors - Google Patents

Continuously operating sluice-free solids entry system for pressure-charged gasification reactors, in particular for fluidized-bed gasification reactors Download PDF

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Abstract

Kontinuierlich arbeitendes schleusenloses Feststoffeintragssystem für druckaufgeladene Vergasungsreaktoren nach Patent DE 10 2011 116 031 B4, bestehend aus einer Strangpresse mit einem Presswerkzeug, das an den Gasdruck führenden Verbindungsstrang zum Reaktor angeschlossen ist, wobei keine Leckagen über die Bauteile des Presswerkzeuges auftreten, bei dem a) das Presswerkzeug mit einem starren Formkanal mit kreisrundem Querschnitt versehen ist, der in einen Pressbereich, einen Bereich der Verengung und in einen Bereich der Erweiterung untergliedert ist, b) das Presswerkzeug Kühlkanäle um den gesamten Pressraum herum aufweist, c) der Formkanal (3) aus Verschleißhülsen, die eine dem Formkanal entsprechende kreisrunde Geometrie aufweisen, besteht, gekennzeichnet dadurch, dass der Formkanal im Bereich der Erweiterung aus einem mikrowellendurchlässigen Material (4) besteht und in diesem Bereich mindestens ein Mikrowellenapparat (3) integriert ist, so dass die Mikrowellenstrahlung in den Brikettstrang eingekoppelt werden kann.Continuously operating sluice-free Feststoffeintragssystem for pressure-loaded gasification reactors according to patent DE 10 2011 116 031 B4, consisting of an extruder with a pressing tool, which is connected to the gas pressure leading connection line to the reactor, with no leaks occur over the components of the pressing tool, in which a) the Pressing tool is provided with a rigid mold channel having a circular cross-section, which is divided into a pressing region, a region of the constriction and in a region of the extension, b) the pressing tool has cooling channels around the entire pressing space, c) the forming channel (3) of wear sleeves , which have a circular geometry corresponding to the molding channel, characterized in that the molding channel in the region of the extension of a microwave transparent material (4) and in this area at least one microwave apparatus (3) is integrated, so that the microwave radiation in the briquette strand can be coupled.

Description

Die Erfindung betrifft ein schleusenloses Feststoffeintragssystem für druckaufgeladene Vergasungsreaktoren, dass den kontinuierlichen Eintrag des festen Brennstoffes, insbesondere von Braunkohle und anderen brikettierbaren festen Brennstoffen und Brennstoffgemischen, in einen mit bis 65 bar druckbespannten Vergasungsreaktor gestattet. Das Feststoffeintragssystem gemäß dem Hauptpatent DE 10 2011 116 031 wird so ausgestaltet, dass es für Wirbelschichtvergasungsreaktoren einsetzbar ist.The invention relates to a sluice-free Feststoffeintragssystem for pressure-loaded gasification reactors that allows the continuous entry of the solid fuel, especially lignite and other briquettable solid fuels and fuel mixtures, in a pressurized to 65 bar gasification reactor. The solids input system according to the main patent DE 10 2011 116 031 is designed so that it can be used for fluidized bed gasification reactors.

Im Hauptpatent wird vorgeschlagen, als Feststoffeintragssystem eine Formkanalstempelpresse umzufunktionieren. Der im Formkanal gebildete Brikettstrang ist fest in das Formzeug eingespannt, wenn optimale Brikettierbedingungen eingehalten werden. Mit dem sich rhythmisch nach vorn bewegenden, eingespannten Brikettstrang lässt sich eine gasdruckdichte Feststoffeinspeisung in den Druckreaktor realisieren. Die Dichtwirkung des Brikettstranges ist umso höher, je dichter und fester und damit elastischer die im Formkanal entstehenden Briketts sind. Diese Bedingung stellt allerdings einen Nachteil dar, wenn die Einspeisung in einen druckaufgeladenen Wirbelschichtreaktor erfolgen soll und der Vergasungsfeststoff daher eine Wirbelschicht ausbilden muss. Die relativ großformatigen Briketts sind hierfür ungeeignet. Sie müssen deshalb im Nachgang auf eine verwirbelungsfähige Korngröße zerkleinert oder so in ihrer Struktur geschwächt werden, dass sie beim Eintrag in den Reaktor in geeigneter Weise zerfallen. Die Integration von Zerkleinerungsapparaten in das unter hohem Druck stehende Einspeisesystem ist technisch schwierig bzw. zu kostenaufwändig. In the main patent it is proposed to re-function as a solids entry system a Formkanalstempelpresse. The briquette strand formed in the molding channel is firmly clamped in the mold, if optimal briquetting conditions are met. With the rhythmically moving forward, clamped briquette strand, a gas-tight solid feed into the pressure reactor can be realized. The sealing effect of the briquette is the higher, the denser and stronger and thus more elastic are the briquettes formed in the mold channel. However, this condition is a disadvantage if the feed is to take place in a pressure-charged fluidized bed reactor and the gasification solid therefore has to form a fluidized bed. The relatively large briquettes are unsuitable for this purpose. They must therefore be comminuted subsequently to a fluidizable particle size or so weakened in their structure that they disintegrate when introduced into the reactor in a suitable manner. The integration of shredders in the high-pressure feed system is technically difficult or too costly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das kontinuierlich arbeitende schleusenlose Feststoffeintragssystem für druckaufgeladene Vergasungsreaktoren gemäß Hauptpatent so zu modifizieren, dass eine Schwächung der das Feststoffeintragssystem verlassenden Briketts erreicht wird, so dass die Briketts leicht beim Fall in den Reaktor zerspringen. Dabei muss gewährleistet bleiben, dass beim Feststoffeintragssystem kein Dichtigkeitsverlust eintritt. Desweiteren soll der Energieverbrauch für die Schwächung des Brikettverbandes nicht zu hoch sein. The invention has for its object to modify the continuously operating sluice-free Feststoffeintragssystem for pressure-loaded gasification reactors according to the main patent so that a weakening of the Feststoffeintragssystem leaving briquettes is achieved, so that the briquettes easily shatter in the case in the reactor. It must be ensured that there is no loss of tightness in the solids feed system. Furthermore, the energy consumption for the weakening of the briquette should not be too high.

Die technische Aufgabe wird durch ein kontinuierlich arbeitendes schleusenloses Feststoffeintragssystem für druckaufgeladene Vergasungsreaktoren nach Patent DE 10 2011 116 031 B4 gelöst, bestehend aus einer Strangpresse mit einem Presswerkzeug, das an den Gasdruck führenden Verbindungsstrang zum Reaktor angeschlossen ist, wobei keine Leckagen über die Bauteile des Presswerkzeuges auftreten, besteht, bei dem

  • a) das Presswerkzeug mit einem starren Formkanal mit kreisrundem Querschnitt versehen ist, der in einen Pressbereich, einen Bereich der Verengung und in einen Bereich der Erweiterung untergliedert ist,
  • b) das Presswerkzeug Kühlkanäle um den gesamten Pressraum herum aufweist,
  • c) der Formkanal aus Verschleißhülsen, die eine dem Formkanal entsprechende kreisrunde Geometrie aufweisen, besteht,
und das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Formkanal im Bereich der Erweiterung aus einem mikrowellendurchlässigen Material (4) besteht und in diesem Bereich mindestens ein Mikrowellenapparat (3) integriert ist, so dass die Mikrowellenstrahlung in den Brikettstrang eingekoppelt werden kann.The technical problem is solved by a continuously operating sluice-free Feststoffeintragssystem for pressure-loaded gasification reactors according to patent DE 10 2011 116 031 B4 solved, consisting of an extruder with a pressing tool, which is connected to the gas pressure-carrying connecting strand to the reactor, with no leaks occur over the components of the pressing tool, consists in which
  • a) the pressing tool is provided with a rigid molding channel having a circular cross-section, which is subdivided into a pressing region, a region of the narrowing and into a region of the extension,
  • b) the pressing tool has cooling channels around the entire pressing space,
  • c) the mold channel made of wear sleeves, which have a shape corresponding to the channel circular geometry consists,
and characterized in that the molding channel in the region of the extension of a microwave transparent material ( 4 ) and in this area at least one microwave oven ( 3 ) is integrated so that the microwave radiation can be coupled into the briquette.

Das erfindungsgemäße Feststoffeintragsystem ist insbesondere für Wirbelschichtvergasungsreaktoren geeignet.The solids introduction system according to the invention is particularly suitable for fluidized-bed gasification reactors.

Erfindungsgemäß ist in das Feststoffeintragssystem ein Mikrowellenapparat integriert. Der Formkanal besteht dabei im Bereich der Erweiterung aus einem mikrowellendurchlässigen Material, so dass die Mikrowellenstrahlung von außen in den Brikettstrang eingekoppelt werden kann. Als Material für diesen Teil des Formkanales kommen Glaswerkstoffe, Kunststoffe oder Keramiken in Frage. Das erfindungsgemäße Feststoffeintragssystem soll insbesondere bei der Vergasung von Braunkohlen und nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt werden. Briketts aus Braunkohlen und nachwachsenden Rohstoffen haben üblicherweise Restwassergehalte von 10 bis 20 %, wobei auch andere Wassergehalte möglich sind. Das Wasser begünstigt die Absorption von Mikrowellenenergie. Außerdem sind die Träger der Verbundstabilität dieser Briketts vor allem Wasserstoffbrückenbindungen, die von sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen ausgehen, welche ebenfalls über Mikrowellen in energieabsorbierende Schwingungen versetzt werden können. Bei ausreichender Leistung der Mikrowellenstrahlung kommt es zu einer Schockaufheizung der Briketts im Formkanal, in deren Folge sich starker Gas- und Wasserdampfdruck im Brikettinneren aufbaut, der das Brikettgefüge schwächt. Die Druckentwicklung ist besonders groß bei Mikrowellenaufheizung, weil wegen der Eindringtiefe der Mikrowellen in den organischen Feststoff die Aufheizung nicht von außen nach innen, sondern gleichmäßig über den gesamten Brikettquerschnitt erfolgt. Erreicht die Temperatur der Brikettsubstanz einen Wert von 200 °C, beginnt die Zerstörung der festigkeitstragenden funktionellen Gruppen, was eine weitere drastische Schwächung der Brikettfestigkeit bewirkt. Zur Einsparung von Energie wird frequenzoptimierte Mikrowellenstrahlung eingesetzt, damit neben dem Temperatureffekt durch nichtthermische Anregung festigkeitsrelevante funktionelle Gruppen geschwächt bzw. zerstört werden. Falls erforderlich erfolgt eine sequenzielle Mikrowellenbehandlung unterschiedlicher Frequenz, um thermische und nichtthermische Bindungsschwächung aufeinander abzustimmen und damit bezüglich des Energiebedarfs zu optimieren. According to the invention, a microwave apparatus is integrated into the solids introduction system. The molding channel consists in the region of the extension of a microwave transparent material, so that the microwave radiation can be coupled from the outside into the briquette. As a material for this part of the mold channel glass materials, plastics or ceramics come into question. The solids introduction system according to the invention is intended in particular to be used in the gasification of lignite and renewable raw materials. Briquettes from lignite and renewable raw materials usually have residual water contents of 10 to 20%, although other water contents are possible. The water promotes the absorption of microwave energy. In addition, the carriers of the composite stability of these briquettes are mainly hydrogen bonds, emanating from oxygen-containing functional groups, which can also be converted into energy-absorbing vibrations via microwaves. With sufficient power of the microwave radiation, the briquettes in the forming channel are shock-heated, as a result of which strong gas and water vapor pressure builds up in the briquette interior, which weakens the briquette structure. The pressure development is particularly great in microwave heating, because due to the penetration depth of the microwaves into the organic solid, the heating does not take place from outside to inside, but evenly over the entire briquette cross-section. If the temperature of the briquette substance reaches a value of 200 ° C., the destruction of the strength-bearing functional groups begins, which causes a further drastic weakening of the briquette strength. Frequency-optimized microwave radiation is used to save energy, so that in addition to the temperature effect by non-thermal stimulation strength-relevant functional groups are weakened or destroyed. If necessary, a sequential microwave treatment of different frequency is performed to match thermal and nonthermal bond weakening and thus to optimize energy requirements.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Integration des Mikrowellenapparates in das Einspeisesystem für den Wirbelschichtdruckvergaser ist schematisch in den und und dargestellt. zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau bestehend aus einer Formkanalstempelpresse 1 gemäß Hauptpatent, einem Mikrowellengenerator 3 und einem Wirbelschichtvergasungsreaktor 5. Die und zeigen den Querschnitt des erfindungsgemäßen mikrowellendurchlässigen Verbindungsstücks mit einem Mikrowellengenerator 3 bzw. mit drei Mikrowellengeneratoren 3. Das mikrowellendurchlässige Verbindungsstück besteht wahlweise aus einem druckfesten Glas-, Keramik- oder Kunststoffwerkstoff. Das Verbindungsstück, in dem die Brikettrinne läuft, ist gasdruckdicht sowohl an den Vergasungsreaktor als auch an die Formkanalstempelpresse gemäß Hauptpatent angeschlossen. Die Mikrowelleneinstrahlung erfolgt vorzugsweise sternförmig von 3 Seiten wie in dargestellt, damit eine gleichmäßige Aufheizung bzw. nichtthermische bindungsschwächende Anregung der Einzelbriketts erfolgt. Die eingesetzte Mikrowellenstrahlung ist energie- und frequenzoptimiert, so dass der Energiebedarf für die Festigkeitsabsenkung der Briketts minimal ist. Durch die Mikrowellenbehandlung sind die Briketts aus Braunkohle und nachwachsenden Rohstoffen so strukturgeschwächt, dass sie beim Fall in den Wirbelschichtvergasungsreaktor zu verwirbelungsfähigen Körnern zerfallen.The integration of the microwave apparatus in the feed system for the fluidized bed pressure carburetor is schematically in the and and shown. shows the structure according to the invention consisting of a Formkanalstempelpresse 1 according to main patent, a microwave generator 3 and a fluidized bed gasification reactor 5 , The and show the cross section of the microwave transparent connector according to the invention with a microwave generator 3 or with three microwave generators 3 , The microwave-permeable connecting piece optionally consists of a pressure-resistant glass, ceramic or plastic material. The connector in which the Brikettrinne runs is gas-tightly connected both to the gasification reactor and to the Formkanalstempelpresse according to the main patent. The microwave irradiation is preferably carried out in a star shape 3 Pages like in shown, so that a uniform heating or non-thermal binding weakening excitation of the individual briquettes takes place. The microwave radiation used is energy- and frequency-optimized, so that the energy required for lowering the strength of the briquettes is minimal. Due to the microwave treatment, the briquettes of lignite and renewable resources are so structurally weakened that they disintegrate into turbulent grains when they fall into the fluidized-bed gasification reactor.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

aa
Kohle (gemahlen) Coal (ground)
bb
Brikettstrang aus festen Briketts Briquette strand of solid briquettes
cc
Briketts aus vorgeschädigten Briketts Briquettes made from previously damaged briquettes
11
Formkanalstempelpresse gemäß Hauptpatent Formkanalstempelpresse according to the main patent
22
Pressstempel press die
33
Mikrowellengenerator microwave generator
44
mikrowellendurchlässiges Verbindungsstück microwave transparent connector
55
Wirbelschichtvergasungsreaktor Fluidized bed gasification reactor

Claims (3)

Kontinuierlich arbeitendes schleusenloses Feststoffeintragssystem für druckaufgeladene Vergasungsreaktoren nach Patent DE 10 2011 116 031 B4, bestehend aus einer Strangpresse mit einem Presswerkzeug, das an den Gasdruck führenden Verbindungsstrang zum Reaktor angeschlossen ist, wobei keine Leckagen über die Bauteile des Presswerkzeuges auftreten, bei dem a) das Presswerkzeug mit einem starren Formkanal mit kreisrundem Querschnitt versehen ist, der in einen Pressbereich, einen Bereich der Verengung und in einen Bereich der Erweiterung untergliedert ist, b) das Presswerkzeug Kühlkanäle um den gesamten Pressraum herum aufweist, c) der Formkanal (3) aus Verschleißhülsen, die eine dem Formkanal entsprechende kreisrunde Geometrie aufweisen, besteht, gekennzeichnet dadurch, dass der Formkanal im Bereich der Erweiterung aus einem mikrowellendurchlässigen Material (4) besteht und in diesem Bereich mindestens ein Mikrowellenapparat (3) integriert ist, so dass die Mikrowellenstrahlung in den Brikettstrang eingekoppelt werden kann.Continuously operating sluice-free Feststoffeintragssystem for pressure-loaded gasification reactors according to patent DE 10 2011 116 031 B4, consisting of an extruder with a pressing tool, which is connected to the gas pressure leading connection line to the reactor, with no leaks occur over the components of the pressing tool, in which a) the Pressing tool is provided with a rigid molding channel with a circular cross-section, which is divided into a pressing area, a region of the constriction and in a region of the extension, b) the pressing tool has cooling channels around the entire pressing space around, c) the molding channel ( 3 ) consists of wear sleeves, which have a circular channel corresponding to the geometry of the mold channel, characterized in that the molding channel in the region of the extension of a microwave transparent material ( 4 ) and in this area at least one microwave oven ( 3 ) is integrated so that the microwave radiation can be coupled into the briquette. Kontinuierlich arbeitendes schleusenloses Feststoffeintragssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das mikrowellendurchlässige Material (4) ein druckfester Glas-, Keramik- oder Kunststoffwerkstoff ist.Continuously operating sluice-free solids introduction system according to claim 1, characterized in that the microwave-transparent material ( 4 ) is a pressure-resistant glass, ceramic or plastic material. Kontinuierlich arbeitendes schleusenloses Feststoffeintragssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Mikrowelleneinstrahlung von drei Seiten sternförmig realisiert ist. Continuously operating sluice-free Feststoffeintragssystem according to claim 1, characterized in that the microwave radiation is realized in a star shape from three sides.
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