DE1767453A1 - Verfahren und Vorrichtung zur pneumatischen Injektion fester Teilchen in eine Hochdruckzone - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur pneumatischen Injektion fester Teilchen in eine Hochdruckzone

  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine

  Vorrichtung zur pneumatischen Injektion fester Teilchen in eine

  Hochdruckzone und insbesondere darauf, Kohleteilchen in einen

  Kohlengaserzeuger einzuführen.

  Kohlengaserzeuger arbeiten normalerweise mit Atmosphären-

  druck oder etwas darüber. Es besteht jedoch die Tendenz, den

  Kohlenvergasungsprozeb bei höheren Drücken durchzuführen, etwa

  oberhalb 70 kg/cm2. In der Praxis ergeben sich für solche Ver-

  fahren Grenzen, weil es schwierig ist, Kohle wirtschaftlich

  dem Gaserzeuger zuzuführen. Gegenwärtig gibt es zwei Systeme,

  mit denen Kohle einem Gaserzeuger, der bei Drücken oberhalb

  des Atmosphärendruckes arbeitet, zugeführt wird. Das eine

  System ist in dem amerikanischen Patent 3 230 016 beschrieben,

  und das andere System verwendet einen Kohlebrei, der in den'

  Gaserzeuger hineingepumpt wird. Obwohl beide Systeme brauchbar

  sind, hat doch jedes seine Nachteile. Das System nach der

  amerikanischen Patentschrift erfordert eine hohe Energie u- nd

  ist daher kostspielig, weil das Gas zur Füllung eines Zu-

  rührbehälters verdichtet werden muß. Das andere System, bei

  dem die Kohle in Breiform gepumpt wird, findet seine Grenzen

  durch die Dampftemperatur, die in dem Gaserzeuger verwandt wird

  und besitzt auch andere Nachteile.

  Es ist ferner vorgeschlagen worden, Kohleteile zu ver-

  flüssigen und dann die verflüssigte Kohle in einen Kohlengas-

  erzeuger vermittels eines Kolbens einzuspritzen. Obgleich ein

  solches Verfahren theoretisch durchführbar ist, ist doch kaum

  anzunehmen, daß es wirtschaftlich verwertbar ist, insbesondere

  wegen des Abriebs und des damit verbundenen Verschleißes an den

  Zylinderwänden und am Kolben. Außerdem dürfte der Kolben kaum

  in der Lage sein, die Kohleteilchen aus dem Zylinder herauszu-

  düi.ckel, wenn die Teilchen nicht vollständig oder wenigstens zu

  einem hoben Grad verflbsigt sind und in dem flüssigen Zustand

  verbleiben, bis der Zylinder völlig entleert ist. Bei einem in

  der Praxis zu verwendenden Zylinder, der eine wirtschaftliche

  Größe besitzt, werden die Teilchen nicht flüssig bleiben, ohne

  daß ein fluidisierendes Gas verwandt wird. Außerdem wirkt

  die Bewegung durch den Kolben einer Verflüssigung entgegen.

  Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung

  eines Verfahrens, bei dem feste Teilchen in eine Hochdruck-

  zone eingebracht werden, ohne daß das verdichtete Gas, welches

  erforderlich ist, wieder verdichtet werden muß und wobei die

  fe;@tn Teilchen in dem Ilie@?zu.^tand während des :berfi:slirutiLs-

  p-,ozesses gehaltert werdet.

  Gelöst wi:°d die Aufgabe dadu:#ch, das:. die festen Teilchen

  einem Lehälter unter Gasdruck zugeführt werden, die Zuführung

  dtittn unterbroche , wird und der Druck it, dem ehälter solange

  erhöht bis er gröter ist als it@ der i:oclidru@@kzone, worauf

  die ic i-lchea zber eine Leitung in die iioclidrul:kzotle iiberführt

  werden, wobei das sich in dem Behälter durch die Entleerung der

  leilcben bildende Volumen durch ein nicht kcmh#_eibles Medium

  ,@t,;;efi;llt wird, ohne dabei der Lrucj tjuf die Teilehct-

  weseatlich erhUlit: wird.

  D-ts Irinzip des erfindungsgetlti-. gen Verf;arens besteht

  itt der z; t@lisc<<e:@ Bewegung fe":ter Teil-hen, beispielsweise

  pulverisierter trocke:ier Kohle, von einem Bereich oder einem

  orat, der sieh auf.- einem niedrigen Druck befizi:iet, it@ eine

  liot:ttdrucküone, ohne da:? dabei wesentliche :'enge des iioch-

  druckgaes verlorengebt.

  %eitere Merkmale der Erfindung sind in den sich an-

  sc i;lie.-etiden Ansprächen gekennzeichnet.

  Die Erfindung wird nun anlinnd der Zei.,1-nung, die ein

  Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert.

  Fig. 1 zeigt ein Flie.'bild des Verfahrens und

  einen Schnitt durch eine pneumatische

  Einspritzvorrichtung und

  Fig. 2 zeigt ein Fließbild unter Verwen-ung der

  in fig. 1 gezeigter Vorrichtung einer

  kompletten Anlage, in der feste Teilchen

  in eine Hochdruckzone, beispielsweise in

  einen Kohlengaserzeuger, eingeführt werden.

  In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen aufrecht-

  stehenden Druckbehälter mit Einlaßöffnungen 12 und 12a für feste

  Teilchen bzw. Gas. Innerhalb des Druckbehälters 10 ist ein

  Körper 13 an einer Stange 17 eines Hydraulikkolbens 17a befe-

  stigt, der in einem Zylinder 18 arbetet. Der Innendurchmesser

  des Körpers 13 ist kleiner als der Innendurchmesser des Druck-

  behälters 10 und ist an seinem oberen Ende mit einer elasto-

  meren Manschette 14 verbunden. Die Manschette 14, die vor- .

  zugsweise aus Gummi hergestellt ist, der durch Nylonfäden ver-

  stärkt ist, ist mit ihrem anderen Ende am oberen Teil des

  Druckbehälters 10 befestigt, so daß die Manschette 14 eine

  flexible abrollbare Membran bildet, die ausgedehnt und zusammen-

  gezogen werden kann. Die Ausdehnung der Membran erfolgt ver-

  mittels einer Flüssigkeit, die in den Druckbehälter 10 einge-

  speist wird und über die Öffnung 15 in den Innenraum der Man-

  schette gelangt. Der Druckbehälter besitzt ein ltmisah geformtes

  unteres Ende 11 und mündet in eine Auslaßleitung 16 ein. Die

  Auslaßleitung 16 des Druckbehälters ist mit einer Zeitung 17b

  verbunden, die durch ein Auslaßventil 24 gesteuert wird, wobei

  die Leitung 17b ihrerseits mit der Hochdruckzone oder einem

  Hochdruckbehälter 23 verbunden ist:

  In der sich nun anschließenden Beschreibung der Erfindung

  in Verbindung mit einer Anlage zur Zuführung von Kohle zu

  einem Kohlengaserzeuger unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2

  wird der Wiegebebälter 34 mit Kohlenteilchen gefüllt, die

  einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 % aufweisen und eine solche

  Körnung besitzen, daß 85 % durch ein 200-Masohensieb geben

  und 45 % durch ein 325-Mascbensieb. Dieser Wiegebehälter

  ist mit einer volumetrischen Zuteilvorrichtung 35 verbunden.

  Die Zuteilvorrichtung 35 kann z. B. so geeicht sein, daß sie

  eine Kohlenmenge von etwa 10 Pfund dem Vorratsbehälter 36

  zuführt. Die Zuteilvorriebtung 35 ist so konstruiert, daß sie

  nach Rückkehr in ihre Ausgangsstellung, nachdem sie die Kohle

  in den Vorratsbehälter 36 überführt bat, die Öffnung des Vor-

  ratsbehälters 36 vollständig abdicbtet.Naobdem das Entlüftungs-

  ventil 38 geschlossen worden ist, das auch geschlossen werden

  kann, bevor die Zuteilvorrichtung 35 betätigt wird, wird der

  Vorratsbehälter 36 unter Druck gesetzt, beispielsweise unter

  Stickstoffgas, bis sich ein Druck von etwa 6,65 kg/cm 2 einstellt,

  und zwar dadurch, daß das Ventil 37 der Druckgasleitung, in

  der ein Druckregler 37a angeordnet ist, geöffnet wird. Danach

  wird das Ventil 19 in einer Leitung zwischen dem Druckbehälter

  10 und dem Vorratsbehälter 36 geöffnet,wodurch die festen Kohle-

  teileben aus dem Vorratabebälter 36 dem Druckbehälter 10 über

  die Öffnung 12 zugeführt werden. Die Größe des Druekbebälters 10,

  die Lage der Öffnung 12 und die Zuteilvorriebtung 35 sind vor-

  zugsweise so geeicht, daß die Kohle oder die sonstigen festen

  Teilchen den Druckbehälter 10 bis auf ein bestimmtes Niveau

  füllen, das unterhalb der Einlaßöffnung 12 liegt. Während des

  Füllens des Druckbehälters 12 ist das Ventil 24 geschlossen,

  und die Manschette 14 mit ihrem Körper 13 ist völlig nach

  oben in die Stellung zurückgezogen, die in Fig. 1 durch volle

  Linien ausgezeichnet ist. Nachdem der Druckbehälter 10 wie

  oben beschrieben gefüllt worden ist, wird das Ventil 19

  geschlossen und das Ventil 22 einer Hochdruckgasleitung ge-

  öffnet, wodurch der Druckbehälter 10 über die Öffnung 12a

  oder über weitere Öffnungen unter Druck gesetzt wird. Dieses

  Druckgas, welches Kohlengas ist oder ein entsprechendes Gas,

  erhält man durch Erhöhung des Druckes des Gases, das aus dem

  Druckbehälter 10 durch den Körper 13 und die flexible Manschette

  14 in einer zyklischen Arbeitsweise verdrängt worden ist, ent-

  weder direkt von dem Hochdruckgaserzeugungsprozeß oder nach einer

  Umwälzung. Vom Standpunkt der Wirtsfaftlichkeit aus gesehen

  wird das Gas, welches zum Unterdrucksetzen des Druckbehälters

  10 verwandt wird, im wesentlichen mit der gleichen Energie

  oder mit dem gleichen Druck verwandt, der in dem Hochdruck-

  behälter 23 herrscht. Der Nettoverlust an Gas beläuft sich auf

  die sehr kleine Menge, die über das Ventil 29 am Ende des

  Prozesses abströmt, was später beschrieben werden wird.

  Nachdem das Ventil 24 geöffnet worden ist, fließen

  die festen Teilchen zusammen mit dem Druckmittel aus dem

  Druckbehälter 10 in den Druckbehälter 23, und der Körper 13

  wird durch ein hydraulisches Druckmittel, welches in die M9n-

  sohette 14, eintritt, abgesenkt, wobei das hydraulische Druck-

  mittel einen Druck aufweist, der etwas höher ist als der Gas-

  druck auf der gegenüberKegenden Seite der Manschette, indem man

  die Pumpe 30 in Tätigkeit setzt und das Ventil 21 öffnet, was

  man an den Manometern 25 und 26 ablesen kann. Das hydraulische

  Druckmittel, welches in die Manschette 14 eintritt, wird so

  geregelt, da ß der Körper 13 keine Kraft oder wenigstens keine

  merkliche Kraft auf die Feststoffteilchen ausübt, wenn diese

  aus dem Druckbehälter 10 ausströmen. Falls gewünscht, kann eine

  kleine Menge eines unter Druck stehenden Gases in den konischen

  Teil des Druckbehälters 10 über die Öffnungen 28 durch das

  Ventil 27 eingeleitet werden. Der Körper 13 und die mit diesem

  verbundene Manschette werden in dem Druckbehälter 10 in dem Maße

  abgesenkt wie die Festatoffteilchen aus diesem herausströmen

  oder auch anschließend abgesenkt, so das der Raum innerhalb

  des Druckbehälters 10, wie durch die gestrichelte Linie in Fig.

  1 angedeutet, ausgefüllt wird. Nachdem der Druckbehälter 10

  entleert ist, werden das Auslaßventil 24 und das Ventil 21

  geschlossen. Der kleine Anteil eines unter Dnnk stehenden Gases,

  der in dem Druckbehälter 10 verbleibt,lg nn durch schnelles

  Öffnen und Schließen des Ventils 29 abgeleitet werden, worauf der

  Körper 13 in seine obere Stellung für einen neuen Arbeitsablauf

  zurückgezogen wird. Dieses Zurückziehen erfolgt durch Öffnen

  des Ventils 31, so-daß das hydraulische Druckmittel innerhalb

  der Manschette 14 in den Vorratsbehälter 20 zurückfließen kann,

  wenn der Zylinder 18 über die Pumpe 30 und durch Öffnen des

  Ventils 32 und Schließen des Ventils 33 mit einem Druckmittel

  versorgt wird. Nachdem der Körper 13 in seine obere Stellung

  zurückgezogen worden ist, werden die Ventile 31 und 32 für

  den nächsten Aebeitskreislauf geschlossen.

  Der Druck innerhalb des Druckbehälters 10 in Relation

  zum Druck in dem Hochdruckbehälter 23 ist kritisch, insbesondere

  dann, wenn die Feststoffteilchen in dem Behälter 10 nicht voll-

  ständig in den Fließzustand versetzt sind. Wenn die Teilchen in

  dem Behälter 10 im wesentlichen vollständig in den Fließzustand

  versetzt sind, dann ist der Druck in dem Behälter 10 hinsichtlich

  des Druckes in dem Behälter 23 dann nicht kritisch, wenn ein

  Fluidum in den Behälter 10 einströmt, um den Fließzustand

  der Feststoffteilchen aus dem Behälter 10 in den Hochdruck-

  behälter 23 zu unterstützen, und wenn der hydraulische Druck

  in der Manschette 14 ausreicht, durch den Körper und die Man-

  schette die Teilchen aus dem Behälter 10 in den Hochdruckbe-

  hälter 23 zu überführen. Wenn jedoch die Feststoffteilchen in

  dem Behälter 10 nicht vollständig in den Fliei?zustand über-

  führt sind, muß der Druck in dem Behälter 10 anfänglich größer

  sein als der in dem Behälter 23, damit das FlieUen der Teilchen

  ausgelöst werden kann. Druck drch den Körper 13 und die Manschet-

  te 14 läßt sich dafür nicht verwenden, um die nicht in den

  Fließzustand überführten Teilchen aus dem Behälter 10

  weil diese dann eine Brücke bilden. Wenn die Teilchen

  in dem Behälter 10 nicht im Fließzustand sind und der Versuch

  unternommen wird, die Teilehen aus dem Behälter 10 vermittels

  des Körpers 13 und der Manschette herauszuschieben, werden die

  Feststoffteilchen gegen die Seitenwände des Behälters gedrückt

  und eine Brücke bilden und dabei vollständig innerhalb des

  Behälters verdichtet werden, so daß eine Entfernung der Teil-

  chen aus dem Behälter selbst unter Anwendung außerordentlich

  hoher Drücke auf den Körper 13 nicht möglich ist.

  Es wurde gefunden, daß bei Verwendung von Behältern

  wirtschaftlicher Abmessungen mehrere Gasdüsen verwandt werden `

  müssen, wenn nicht besondere Vorkehrungen getroffen sind, die

  Feststoffteilchen im Fließzustand zu halten, um kontinuierlich

  Gas einzuführen, um so zu verhindern, daß die 1eststoffteilchen,

  zur Brückenbildung neigen und zu fließen aufhören, wenn der

  Körper eine mechanische Kraft auf die Masse der Feststoffteil-

  chen ausübt, um diese durch die Zeitung hindurchzuschieben.

  Wenn ein Gas zugeführt wird, um die Feststoffteilchen

  im Fließzustand zu halten, dann kann der Körper 13, angenommen

  die Drücke in den beiden Behältern sind gleich, einen geringen

  Druck auf die Feststoffteilchen ausüben und diese Teilchen aus

  dem Druckbehälter 10 herausdräcken, ohne daß Brückenbildung

  eintritt. Normalerweise ist der Druck in dem Druckbehälter 10

  zu Anfang auf einem größeren Wert als in dem Behälter 23,

  aber es braucht nichts unternommen zu werden, um die Teilchen

  in einem Fließzustand zu halten. Wenn das Ventil 24 geöffnet

  wird, tritt Gas in den Druckbehälter 10 ein, um im Gegenstrom

  zu den Teilchen zu fließen, wenn diese den Behälter verlassen,

  um den sich ergebenden leeren Raum im Behälter 10 auszufüllen.

  Dann besteht die Hauptfunktion des Körpers 13 und der Manschette

  14 darin, jenen Raum auszufüllen in dem Behälter 10, der in dem

  Maße entsteht, wie die Feststoffteilchen den Behälter verlassen

  oder auch, wie bereits erwähnt, den Behälter auszufüllen, nach-

  dem die Feststoffteilchen den Behälter verlassen haben und ehe

  der nächste ArbE.tskreislauf beginnt. Wenn also beispielsweise

  der Druck in der Druckzone oder in dem Behälter 23, der mit

  Kohleninjektor in !'ig. 2 bezeichnet ist, 105 kg/cm 2 beträgt,

  wird, ehe das Ventil 24 geöffnet wird und nachdem-das Ventil 19

  geschlossen worden ist und die Feststoffteilchen in den rruck-

  behälter 10 eingeführt worden sind bis zu einem bestimmten

  Niveau, im allgemeinen bis unterhalb der Öffnung 12, das Ventil

  22 der Hochdruckleitung, das nach diesem Beispiel einen Druck

  von etwa 107,1 kg/cm 2 zuführt, geöffnet, so das,' dieser Druck

  in dem Druckbehälter 10 herrscht und an dem Manometer 26

  ablesbar ist. Wenn das Ventil 24 geöffnet wird, wird die an-

  fängliche Druckdifferenz zwischen den beiden Behältern. 10 und

  23 zusätzlich des kontinuierlichen Stromes durch das Ventil 24

  ausreichen, die Feststoffteilchen aus dem Behälter 10 in den

  Behälter 23 zu befördern, unabhängig davon, ob sich die Teil-

  chen im Fließzustand befinden oder nicht, wonach dann die

  Ventile 23 und 24 geschlossen werden. Wenn der Körper und die

  Manschette 14, die nicht zusammendrückbar sind, weil der Raum

  inac-halb der Manschette mit einer nicht kompressiblen Flüssig-

  keit gefä_'.lt ist, sich nach unten bewegen und den Raum in dem

  Behälter 10 ausfüllen, dann wird das gesamte Druckmittel dazu

  benutzt worden sein, um die Feststoffteilchen in die Hochdruck-

  zone oder in den Behälter 23 zu überführen. Ohne die Funktion

  des Körpers 13 und der Manschette, welche den Raum in dem Be-

  hälter -1O ausfüllen, wie das bei einem bekannten System mit

  einfacher Trichterzuführung der Fall ist, müßte der Behälter 10,

  ehe der nächste Arbeitskreislauf beginnt, entlüftet werden,

  und das Volumen des Behälters 10 an unter hohem Druck stehendem

  Gas würde verlorengehen. .

  Bei der vorliegenden Erfindung wird das unter Druck stehen-

  de Fluidum des Behälters 10 im wesentlichen vollständig zu Trans-

  portzwecken verwendet oder wenigstens ohne erneute Verdichtung

  wiedergewonnen und der Raum durch ein nicht kompressibles Medi-

  um ausgefüllt. Alles, was notwendig ist, ist, den Körper 13 und

  die Manschette 14 zurückzuziehen, damit der Kreislauf sich

  wiederholen kann. Wenn alle Ventile, die den Auslaß un-d den

  Einlaß zum Druckbebälter 10 steuern, zur Zeit des Rückhubes

  des Körpers 13 und der flexiblen Manschette 14 geschlossen

  sind, die kleine Menge Hoobdruckgases durch schnelles öffnen

  und SchlieGen des Ventils 29 abgeleitet worden ist, wird ein

  Vakuum in dem Behälter 10 erzeugt, was das Füllen des Behälters

  beim nächsten Arbeitshub unterstützt.

  Die Verwendung einer flexiblen Manschette zum Ausfüllen

  des Raumes oder des Volumens innerhalb des Druckbehälters 10

  beim Entleeren, entweder simultan oder anschließend, ist des-

  halb von Bedeutung, weil die Ausdehnung der Manschette im we-

  sentlichen reibungsfrei vor sich geht unter Verwendung eines

  hydraulischen Druckmittels und diese dabei gegen die Innenwand

  des Behälters 10 gepreßt wird und die Öffnung 12 abdeckt, so da.ß

  ein Verstopfen der Öffnung vermieden wird. Wie aus den gestrichel-

  ten Linien in Fig. 1 zu entnehmen ist, überdeckt die Manschette

  vollständig während des Entleerungshubes die Öffnung und dichtet

  sie ab.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur pneumatisohen Injektion fester Teilchen in eine llochdruckzone, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Teilchen einem Behälter unter Gasdruck zugeführt werden, die Zuführung dann unterbrochen wird und der Druck in dem Behälter solange erhöht wird, bis er größer ist als in der Hochdruckzone, worauf die Teilchen über eine Zeitung in die Hochdruckzone überführt werden, wobei das sich in dem Behälter durch die Entleerung der Teilchen bildende Volumen durch ein nicht kompressibles Medium ausgefüllt wird, ohne daß dabei der Druck auf die Teilchen wesentlich erhöht wird. 2. Verfahren«nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Behälter ausfüllend e, nicht kompressible Medium in dem Behälter zurückgezogen wird, so daß sich ein Unterdruck bildet, der zur Einführung einer neuen Charge fester Teilchen ausgenutzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Behälter zusätzlich Gas eingeleitet wird, um die Teilchen in den Fließzustand zu versetzen. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekenn- zeichnet, daß in einem Behälter (10) ein durch hydraulische Einrichtungen längsverschieblicher Körper (13) angeordnet ist, der mit dem einen Ende einer Manschette44)die mit ihrem anderen Ende am oberen Ende des Behälters befestigt ist, verbunden ist und deren Innenraum ein hydraulisches Druckmittel aufnimmt, wobei der Körper und die Manschette so ausgebildet sind, daß sie im ausgefahrenen Zustand im wesentlichen den gesamten Innen- raum des Behälters (10)ausfüllen. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Rückführung des Körpers (13) und der Manschette (14@) und die Entleerung des in der Manschette enthaltenen hydraulischen Druckmittels durch einen Hydraulikzylinder erfolgt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (13), der mit dem einen Ende der Manschette (14) verbunden ist, in seiner Form der Form des konisch ausgestateten unteren Endes (1') des Behälters (10) entspricht. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (14) aus einem gummielastischen Werkstoff besteht und die Einlaßleitungen für die Zuführung der Feststoffteilchen (12) und des Gases (12a) so in der Behälterwand angeordnet sind, daß sie beim Niedergehen des Körpers (13) durch die sich auf der Innenwand des Behälters (10) abrollende Janschette (14) abgedeckt und abgedichtet sind. B. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Körper (13) zurückziehende Hydraulikzylinderkolben und der Innenraum der Manschette (14) in einen geschlossenen, von einer Pumpe (30) aus einem Reservoir (20) versorgten Hydraulikkreislauf geschaltet sind. 9. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Feststoffteilchen in den Druckbehälter (10) aus einem Wiegebehälter (34) über einen Vorratsbehälter (36) erfolgt, der über eine volumetrische Zuteilvorricbtung (35) mit den Feststoffteilchen versorgt wird und der Vorrats- behälter (36) an eine Druckgasleitung angeschlossen ist und seinerseits über ein Ventil (19) und eine Zeitung mit dem Druckbehälter (10) in Verbindung steht.