DE2423951C3

DE2423951C3 - Device for generating gas

Info

Publication number: DE2423951C3
Application number: DE19742423951
Authority: DE
Original assignee: Manne Smannroehren Werke Ag 4000 Duesseldorf Bergwerksverband 4300 Essen GmbH
Current assignee: Manne Smannroehren Werke Ag 4000 Duesseldorf Bergwerksverband 4300 Essen GmbH
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1976-12-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gaserzeugung aus Kohle und Wasserdampf unter erhöhtem Druck und Wärmezufuhr. Die Gaserzeugung erfolgte bislang in stationären, zylindrischen Retorten oder Schachtöfen. Zur wirksamen Prozeßführung muß die Wärmezufuhr eine Erhitzung der Kohle auf annähernd 1000⁰C bewirken und industriell für große Kohledurchsätze praktikabel sein. Dies ist bei den bekannten Vorschlägen, nach denen beispielsweise der Kohle feste Körper als Wärmeträger zugefügt werden oder die Retorte von außen geheizt wird, nicht gegeben.The invention relates to a device for generating gas from coal and water vapor under increased pressure and with the supply of heat. Up to now, gas has been generated in stationary, cylindrical retorts or shaft furnaces. For effective process control the heat input must cause a heating of the coal to approximately 1000 ⁰ C and be industrially practical for large coal flow rates. This is not the case with the known proposals according to which, for example, solid bodies of coal are added as a heat carrier or the retort is heated from the outside.

Die gegenwärtige Erfindung geht daher aus von einem Verfahrensvorschlag, zur Gaserzeugung Kernenergie zu nutzen, wobei die Wärme von einem Gas als Wärmeträger aus dem Kernreaktor abgeführt und durch ein in das Wirbelbett in der Retorte eintauchendes Rohrsystem der Kohle zugeführt wird (Zeitschrift »Erdöl und Kohle-Erdgas-Petrochemie vereinigt mit Brennstoff-Chemie«, 1973, S. 701 bis 703).The present invention is therefore based on a proposed method for generating gas from nuclear energy to use, the heat being removed from the nuclear reactor by a gas as a heat carrier and is fed to the coal through a pipe system immersed in the fluidized bed in the retort (Zeitschrift "Petroleum and coal-natural gas-petrochemistry united with fuel chemistry", 1973, pp. 701 to 703).

Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Gestallung der Vorrichtung zur Gaserzeugung unter Berücksichtigung der hohen Anforderungen an die Druck-, Temperaturfestigkeit, den Kohlendurchsatz, die Wärmeübertragung an das Wirbelbett und die Herstellbarkeit der Bauteile.The object of the invention is the advantageous design of the device for gas generation taking into account the high demands on the pressure and temperature resistance, the coal throughput, the heat transfer the fluidized bed and the manufacturability of the components.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der liegend angeordneten Retorte von einer perforierten Wanne in einen flachen, unteren Raum, in den die Zuführungen für den Wasserdampf münden, wobei in der Retorte sich längserstreckende, den Wannenrand umfassende Profilschienen gegebenenfalls mit Innenkühlung vorgesehen sind, und einen hohen oberen Raum unterteilt ist. In den oberen Raum münden die Zufuhr der Kohle, Rückstandaustrag und der Gasabzug. Außerdem sind in dem oberen Raum mäander- oder haarnadelförmige Heizrohre vorhanden, die vonThe device is characterized in that the interior of the horizontally arranged retort of one perforated tub in a flat, lower room, into which the feeds for the steam flow, wherein longitudinally extending profile rails encompassing the tub rim are optionally included in the retort Internal cooling is provided, and a high upper room is divided. Open into the upper room the supply of coal, residue discharge and gas extraction. In addition, in the upper room there are meandering or hairpin-shaped heating pipes available, which are from

ίο oben in das in der Wanne befindliche Wirbelbett eintauchen und an eine Wärmequelle angeschlossen sind.ίο Immerse yourself in the fluidized bed in the tub and connected to a heat source.

Zweckmäßigerweise wird die Wanne in der Retorte oder die Retorte selbst so gelagert, daß sie auf der Kohlezufuhrseite höher stehen als auf der Seite des Rückstandaustrages. Der Höhenunterschied, d. h. die Neigung der Längsachse der Wanne oder Retorte zur Horizontalen, ist einstellbar.Appropriately, the tub in the retort or the retort itself is stored so that it is on the Stand the coal supply side higher than on the side of the residue discharge. The difference in altitude, i.e. H. the The inclination of the longitudinal axis of the tub or retort to the horizontal is adjustable.

Durch die liegende Anordnung der Retorte, die aus einzelnen in üblicher Weise herstellbaren Rohrschüssen aus entsprechender warmfester Legierung hergestellt ist, ergeben sich vorteilhafte Bedingungen für die Gestaltung, die Belastung und die Funktion der Bauteile. Dies gilt insbesondere für die Heizrohre, die in der Art der Querstrom-Wärmetauscher funktionieren. Die Wanne ist in den Profilschienen gleitend gelagert. Die Heizrohre, die Wanne und gegebenenfalls weitere notwendige Bauteile sind in der Retorte überwiegend freihängend oder gegeneinander frei verschieblich befestigt, so daß mechanische Belastungen durch unterschiedliche Wärmedehnungen vermieden werden. Die Anordnung der Heizrohre mit Rohrachsen quer zur Längsachse der Retorte und der Durchflußrichlung der Kohle ermöglicht eine optimale Abstimmung der Rohroberfläche, des Durchflußquerschnitts jedes Heizrohres und des Heizrohrsystems insgesamt auf das Wirbelbettvolumen. Damit gelingt es, die Kohlevergasung in einem endothermen Prozeß, bei dem ein hoher Anteil Methan entsteht, industriell nutzbar zu machen.
Von großem Vorteil ist es auch, daß der Kohledurchsatz durch Änderung der Retortenneigung in gewissen Grenzen leicht und unabhängig von den Bedingungen der Aufrechterhaltung des Wirbelbettes dem Wärmeangebot angepaßt werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Ausbildung des Rohrsystems, das aus Heizrohren besteht, die in Ebenen senkrecht zur Längserstreckung der Retorte gebogen sind. Hintereinanderliegende Heizrohre sind an gemeinsame, sich im oberen Teil des oberen Retortenraums befindlichen Sammelrohre angeschlossen.The horizontal arrangement of the retort, which is made from individual pipe sections that can be produced in the usual way and made of a corresponding heat-resistant alloy, results in advantageous conditions for the design, loading and function of the components. This applies in particular to the heating pipes, which function in the manner of cross-flow heat exchangers. The tub is slidably mounted in the profile rails. The heating pipes, the tub and any other necessary components are predominantly freely suspended in the retort or fastened so that they can be freely displaced relative to one another, so that mechanical loads due to different thermal expansions are avoided. The arrangement of the heating pipes with pipe axes transverse to the longitudinal axis of the retort and the flow direction of the coal enables the pipe surface, the flow cross section of each heating pipe and the heating pipe system as a whole to be optimally matched to the fluidized bed volume. This makes it possible to make the coal gasification industrially usable in an endothermic process in which a high proportion of methane is produced.
It is also of great advantage that the coal throughput can be easily adapted to the heat supply by changing the retort inclination within certain limits and independently of the conditions for maintaining the fluidized bed.
The invention also relates to the design of the pipe system, which consists of heating pipes that are bent in planes perpendicular to the longitudinal extension of the retort. Heating pipes lying one behind the other are connected to common collecting pipes located in the upper part of the upper retort chamber.

In jeder Ebene senkrecht zur Längserstreckung der Retorte können mehrere Rohre angeordnet sein. In diesem Fall können teilweise zwei Heizrohre einer Ebene an ein Sammelrohr angeschlossen sein, so daß die Anzahl der Sammlerrohre kleiner ist als das Doppelte der Anzahl der Heizrohre.Several tubes can be arranged in each plane perpendicular to the longitudinal extension of the retort. In In this case, two heating pipes of one level can be connected to a collecting pipe, so that the number of header pipes is less than twice the number of heating pipes.

Die Maßnahme gestattet die Bestückung mit Rohren der üblichen Abmessungen für Wärmetauscher. Insbesondere können kleinkalibrige Rohre verwendet werden und das Rohrsystem trotzdem durch die Länge des einzelnen Rohrs und die Anzahl der parallel geschalteten Rohre in weiten Grenzen der vorgegebenen Durchflußgeschwindigkeit des Trägergases, dem zulässigen Druckabfall und der erforderlichen Oberfläche des Rohrsystems angepaßt werden, ohne daß der obere Raum der Retorte mit Rohren zugebaut und die Wanderbewegung des Wirbelbettes unzulässig behindert wird. Die Verwendung von kleinkalibrigen Rohren hat darüber hinaus den Vorteil, daß die RohrwanddickeThe measure allows the fitting with tubes of the usual dimensions for heat exchangers. In particular Small-caliber pipes can be used and the pipe system can still be affected by the length of the individual pipe and the number of pipes connected in parallel within wide limits of the specified Flow rate of the carrier gas, the allowable pressure drop and the required surface area of the pipe system can be adapted without the upper space of the retort being blocked by pipes and the wandering movement of the fluidized bed is inadmissibly hindered. The use of small bore pipes has in addition, the advantage that the pipe wall thickness

trotz hoher Drue»- und Temperaturbelastung relativ klein bleibt. Wegen der mäßigen Wärmeleitfähigkeit der in Frage kommenden Legierungen ist die Verwendung dünnwandiger Rohre günstiger. Der Wärmedurchgang ist bei der kleineren Heizrohrwanddicke größer oder die Temperaturdiffeirnz zwischen dem Wärmeträger und der Solltemperatur des Wärmegutes kann kleiner gehalten werden. Außerdem sind kleinkalibrige Rohre auch aus hochwarmfesten Legierungen leichter herzustellen und zu verarbeiten als solche mit großem Durchmesser.despite high pressure and temperature load relatively remains small. Because of the moderate thermal conductivity of the alloys in question, the use thin-walled pipes cheaper. The heat transfer is with the smaller heating pipe wall thickness greater or the temperature difference between the heat transfer medium and the target temperature of the heating material can be kept smaller. In addition, small-caliber tubes are also made from high-temperature alloys easier to manufacture and process than large diameter ones.

Die Erfindung wird an einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is illustrated schematically on a Embodiment explained in more detail. It shows

F i g. 1 den Querschnitt undF i g. 1 the cross-section and

F i g. 2 den Längsschnitt durch einen mittleren Rohrschuß einer Gasretorte.F i g. 2 shows the longitudinal section through a central pipe section of a gas retort.

Der Rohrschuß besteht aus dem warmfesten Innenrohr 1 mit einer Wärmeisolation 2 und einem äußeren Tragrohr 3. In dem Innenrohr 1 sind in dessen Längserstreckung Profilschienen 4, 5 angeordnet, in deren Profil die Ränder einer perforierten Wanne 6 verschieblich gelagert sind. Die Profilschienen 4, 5 sind in das Innenrohr 1 eingeschweißt und können zur Aufnahme eines Kühlmittels hohl sein. Die Wanne 6 besteht aus warmfestem Stahl und ist auf der gesamten Fläche außerhalb der aufliegenden Randbereiche perforiert. Sie teilt den Hohlraum des Innenrohrs 1 in einen niedrigeren unte-1 en Raum 7 und einen höheren oberen Raum 8. In den unteren Raum 7 mündet ein Flanschanschluß 9.The pipe section consists of the heat-resistant inner pipe 1 with thermal insulation 2 and an outer one Support tube 3. In the inner tube 1 profile rails 4, 5 are arranged in its longitudinal extent, in their profile the edges of a perforated trough 6 are slidably mounted. The profile rails 4, 5 are in the inner tube 1 welded in and can be hollow to accommodate a coolant. The tub 6 consists of heat-resistant Steel and is perforated on the entire surface outside of the resting edge areas. She shares that Cavity of the inner tube 1 into a lower lower space 7 and a higher upper space 8. In the A flange connection 9 opens out in the lower space 7.

In dem oberen Raum 8 ist ein Heizrohrsystem 10 hängend und in die Wanne 6 reichend angeordnet. Das Heizrohrsystem 10 besteht aus einzelnen Rohren, beispielsweise 11, die sich mäanderförmig in einer Querschnittsebene, beispielsweise der Zeichnungsebene in F i g. 1 des Rohrschusses erstrecken und an Sammlerrohre, beispielsweise 12, 13, angeschlossen sind. Alle weiteren Einzelrohre 14,15 derselben Querschnittsebene sind an andere Sammlerrohre 16, 17, 18, 19 angeschlossen, !n Richtung der Achse des Rohrschusses hintereinander angeordnete einzelne Heizrohre sind denselben Sammlerrohron zugeordnet. Die Sammlerrohre jedes Rohrschusses sind in dem Innenrohr 1 aufgehängt, z. B. Sammler 13 in dem Winkeleisen 20. Weitere Aufhängungen sind die Teile 21 und 22. Außerdem haben die Sammlerrohre 12. 13, 16, 17, 18, 19 je einen Zu- oder Ablaufsanschluß 23, 24, 25, 26, 27, 28.In the upper space 8, a heating pipe system 10 is arranged hanging and reaching into the tub 6. The Heating pipe system 10 consists of individual pipes, for example 11, which meander in a cross-sectional plane, for example the plane of the drawing in FIG. 1 of the pipe section and on collector pipes, for example 12, 13, are connected. All other individual tubes 14,15 of the same cross-sectional plane are connected to other collector pipes 16, 17, 18, 19, one behind the other in the direction of the axis of the pipe section arranged individual heating pipes are assigned to the same collector pipe. The collector pipes each pipe section are suspended in the inner pipe 1, e.g. B. Collector 13 in the angle iron 20. More Parts 21 and 22 are suspensions. In addition, the collector pipes 12. 13, 16, 17, 18, 19 each have a or drain connection 23, 24, 25, 26, 27, 28.

Jeder Rohrschuß hat außerdem einen in den oberen Raum 8 mündenden Fianschanschluß 29.Each section of pipe also has a flange connection 29 opening into the upper space 8.

Eine Retorte besteht aus mehreren derartigen Rohrschüssen, die durch die Flansche 30, 31 untereinander und endseitig mit Deckeln (nicht gezeichnet) verbunden sind. Die Deckel bestehen aus Böden entsprechend dem Innenrohr 1 und Tragrohr 3 und einer dazwischenliegenden Wärmeisolation. Außerdem ist in jedem Dekkel eine Beschickungs- oder Austragsöftnung vorhanden. Die Wannen 6 der Rohrschüsse stehen einseitig über die Rohrschüsse vor, so daß sich die Wannen beim Zusammenfügen der Rohrschüsse überlappen.A retort consists of several such pipe sections that are connected to one another by the flanges 30, 31 and are connected at the end with covers (not shown). The lids consist of bottoms accordingly the inner tube 1 and support tube 3 and an intermediate thermal insulation. There is also in every cover a feed or discharge opening is available. The tubs 6 of the pipe sections are on one side over the pipe sections so that the tubs overlap when the pipe sections are joined.

Die Betriebsweise der Retorte ist folgendermaßen: Beim Anfahren ist die Wanne 6 mit Kohle gefüllt, die von dem durch die Öffnung 9 zugeführten Wasserdampf in einem Wirbelbett gehalten wird. Die Erhitzung der Kohle erfolgt überwiegend durch ein Heizmedium, das von einem Kernreaktor auf über 1000⁰C erwärmt ist, das durch das Heizrohrsystem 10 geleitet und nach Abgabe der Nutzwärme in der Retorte und möglicherweise in weiteren Wärmeverbrauchern dem Kernreaktor als Vorlauf zugeführt wird. Aus der Retorte wird durch die öffnung 29 ein Gasgemisch mit nutzbaren Anteilen an Kohlenmonoxyd und Methan abgezogen. The operating mode of the retort is as follows: When starting up, the tub 6 is filled with coal, which is kept in a fluidized bed by the water vapor supplied through the opening 9. The coal is mainly heated by a heating medium, which ^{is heated to over 1000 °} C. by a nuclear reactor, which is passed through the heating pipe system 10 and, after the useful heat has been released in the retort and possibly in other heat consumers, is supplied to the nuclear reactor as a flow. A gas mixture with useful proportions of carbon monoxide and methane is withdrawn from the retort through the opening 29.

Zum kontinuierlichen Betrieb ist die Retorte mit der Längsachse geneigt zur Horizontalen aufgestellt, so daß die Kohle durch die Retorte fließt. Es wird laufend oder schubweise Kohle durch die stirnseitige Beschikkungsöffnung im Deckel aufgegeben und der Kohlerückstand an derem Ende der Retorte durch die Austragöffnung abgezogen.For continuous operation, the retort is set up with its longitudinal axis inclined to the horizontal, see above that the coal flows through the retort. Coal is fed continuously or in batches through the front loading opening abandoned in the lid and the coal residue at the end of the retort through the discharge opening deducted.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Fluidized bed gas generator for generating gas from coal and water vapor under increased pressure with heat supply through heating tubes in a stationary, cylindrical retort, characterized in that that the interior of the horizontally arranged retort of a perforated tub (6) into a flat, lower space (7) into which the feed lines for the water vapor (9) open, and a high, upper space (8) is divided into which the coal feed channel, the residue discharge and the gas vent (29) open out, with profile rails (4, 5) encompassing the tub rim, with or without internal cooling, carry the tub (6), and meander or in the upper space (8) from above into the fluidized bed hairpin-shaped heating pipes. (10, ii) immerse.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the retort (1) and / or tub (6) are higher on the coal supply side than on the discharge side and the inclination is adjustable.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the heating tubes (10, 11, 14, 15) in Planes are bent perpendicular to the lengthways extension of the retort and heating pipes are positioned one behind the other common collector pipes (12, 13, 16, 17, 18,19) are connected.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that in each plane perpendicular to the longitudinal extension of the retort (1) several heating tubes (10, 11,14,15) are arranged.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that a plurality of heating tubes (11, 14, 15) one Level to a collector pipe (12, 13, 16. 17, 18, 19) are connected.