DE2526922C2 - Verfahren zur Quenchung eines heißen Produktgases, das bei der partiellen Vergasung von Kohle entsteht, und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Quenchung eines heißen Produktgases, das bei der partiellen Vergasung von Kohle entsteht, und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

tür des Kühlgases und des heißen Produktgases ab. Man erhält eine gute Schutzwirkung, wenn das Volumenverhältnis zwischen den Zuspeisungen an Schutzgas und heißem Produktgas mindestens 0,1 beträgt Im allgemeinen wird dieses Verhältnis nicht größer als 1,0 gewählt, s wobei darauf geachtet wird, daß das Produktgas und das Schutzgas ungefähr gleiche Axialgeschwindigkeiten aufweisen. Dadurch wird eine Instabilität der Schutzgasschicht verhindert.
Als Schutzgas und Kühlgas können beliebige Gase verwendet werden, die sich mit dem Produktgas vermischen lassen. Als Schutzgas und Kühlgas muß nicht unbedingt das gleiche Gas verwendet werden. Es kann vorteilhaft sein, daß das Schutzgas und/oder das Kühlgas mindestens teilweise aus Dampf bestehen. Dampf is läßt sich leicht durch Kondensation entfernen. Das Zusetzen von Dampf kann auch wünschenswert sein, um die chemische Umwandlung bestimmter Bestandteile des Produktgases, wie die Umwandlung von Ruß oder Methan in Kohlenmonoxid und Wasserstoff, zu bewirken. Eine zusätzliche vorteilhafte Wirkung dieser letztgenannten Umwandlungen besteht darin, daß es sich bei ihnen um endotherme Vorgänge handelt, die zu einer zusätzlichen Kühlung des Produktgases führen. Dies kann auch durch Zusetzen von öl, Ruß oder Kohle zum Kühlgas erreicht werden. Im ersten Fall wird das Öl gecrackt, während Ruß und Kohle mit dem Dampf oder dem Kohlendioxid reagieren.
Das Schutzgas und das Kühlgas bestehen vorteilhafterweise aus dem teilchenfreien Produktgas. Das aus der rohrförmigen Quenchzone abziehende Produktgas ist so weit abgekühlt, daß die klebrigen Teilchen sich verfestigt haben. Diese Teilchen können dann, wie vorstehend erläutert, auf einfache Weise entfernt werden. Ein Nebenstrom dieses abgekühlten Gases kann besonders geeigneterweise als Schutzgas und Kühlgas verwendet werden.
Oft ist es wünschenswert, daß das Schutzgas zumindest in der Nähe der Einlasse für die in die rohrförmige Quenchzone einzuspeisenden Gase eine so hohe Temperatur aufweist, daß die hohe Fließfähigkeit die Ablagerung von klebrigen Teilchen unmöglich macht. Für Schlacke enthaltende Gase kann diese Temperatur mehr als 15000C betragen. Eine geeignete Möglichkeit besteht darin, Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas in der Nähe des Einlasses der rohrförmigen Quenchzone einzuspeisen.
Verbrennbare Bestandteile des Schutzgases und/oder des Produktgases, die abgekühlt werden müssen, werden verbrannt und dadurch wird die Temperatur des Gases innerhalb eines kleinen Gebiets an der erwünschten Stelle erhöht. Das Schutzgas selbst weist, weil es allmählich mit dem Produktgas vermischt wird, vorzugsweise eine erheblich niedrigere Temperatur auf. Das Schutzgas trägt dann wesentlich zur erforderlichen Abkühlung des Produktgases bei.
Das Schutzgas und/oder das Kühlgas können in einer gesonderten Einheit hergestellt werden, in der eine kohlcnwasserstoffhaltige Zuspeisung partiell verbrannt wird. Der als Kühlgas zu verwendende Teil wird dann abgekühlt, während der als Schutzgas zu verwendende Teil die erwünschte hohe Temperatur aufweist.
Das Schutzgas kann auf verschiedene Weise eingespeist werden. Eine stabile Gasschutzhülle wird erhalten, wenn das Schutzgas mit einer tangential gerichteten Geschwindigkeitskomponente eingespeist wird. Auf diese Weise wird ein inniger Kontakt zwischen dem Schutzgas und der Wand hergestellt. Erforderlichenfalls kann das Schutzgas an mehr als einer Stelle in bestimmten Abständen entlang der rohrförmigen Quenchzone eingespeist werden.
Das Kühlgas wird vorzugsweise durch radial gerichtete Einlasse eingespeist, die ungefähr am gleichen Querschnitt und in gleichen Abständen um den Umfang der rohrförmigen Quenchzone herum angeordnet sind. Auf diese Weise wird das Kühlgas in Form eines Gas-Druckstrahls durch das Schutzgas in das heiße Produktgas eingedüst Dadurch wird nur eine geringe Störung des Schutzgases verursacht Außerdem befinden sich die Einlasse für das Kühlgas nicht Ln dem Strom des heißen, die klebrigen Teilchen enthaltenden Produktgases, so daß Ablagerungen dieser Teilchen auf den Einlassen vermieden werden. Durch Einleiten des Schutzgases miy hoher Temperatur oder von Sauerstoff oder eines Sauerstoff enthaltenden Gases in der Nähe dieser Einlasse wird in der unmittelbaren Umgebung dieser Einlasse eine so hohe Temperatur erreicht, daß zu keiner Zeit auch für den Fall, daß ein gewisser Teil des Produktgases örtlich bis zur Wand der rohrförmigen Quenchzone durchdringt, klebrige Teilchen auf der Wand abgelagert werden können.
Der Durchmesser der in radialer Richtung angeordneten Kühlgaseinlässe wird vorzugsweise so gewählt, daß unter Berücksichtigung der einzuleitenden Menge an Kühlgas so starke Druckströme erzielt werden, daß sie das Zentrum der rohrförmigen Quenchzone erreichen. Stabile Gas-Druckströme erhält man bei einer linearen Gasgeschwindigkeit von 5 bis 30 m/sec. Vorteilhafterweise werden zwei Arten von Einlassen mit gesonderten Durchmessern angewendet. Auch diese Einlasse sind vorzugsweise in gleichen Abständen um den Umfang der rohrförmigen Quenchzone herum angeordnet Auf diese Weise werden Gas-Druckströme mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten erhalten, von denen die durch die großen Einlasse einströmenden Druckströme die größere Durchdringungskraft aufweisen. Auf diese Weise wird ein besserer Kontakt des Kühlgases mit der Masse des in einem Querschnitt der rohrförmigen Quenchzone vorhandenen Produktgases hergestellt.
Das Verhältnis der Durehmesser beträgt vorzugsweise von 1,2 :1 bis 1,5 :1. Das Kühlgas wird vorzugsweise in der Nähe und nach dem Einlaß für das Schutzgas eingespeist. Natürlicherweise ist die abschirmende Gasschicht dort am wirkungsvollsten, wo diese Schicht gebildet wird. Das Produktgas steht in Kontakt mit dem Schutzgas, was zu einer Vermischung der Gase führt, wodurch die abschirmende Gasschicht allmählich dünner wird und schließlich verschwindet. Aus diesem Grund ist es wichtig, daß innerhalb des Gebietes, in dem die abschirmende Gasschicht wirksam ist, das Produktgas so weit abgekühlt worden ist, daß die Teilchen keine Klebrigkeit mehr aufweisen.
Weiter betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die ein Rohr enthält, das mit einer Quelle für das heiße Produktgas verbunden werden kann, das mit einem ringförmigen Einlaß für das Schutzgas in der Nähe der Verbindung mit der Quelle für das heiße Produktgas und mit einer Einrichtung ausgestattet ist, mittels der das Schutzgas im ringförmigen Einlaß in Drehbewegung versetzt werden kann, das außerdem kurz nach dem ringförmigen Einlaß für das Schutzgas zwei oder mehrere Einlasse zur Einleitung von Kühlgas in radialer Richtung aufweist, die in gleichen Abständen um den Umfang des Rohres herum verteilt sind.
In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur näher erläutert. Die Figur stellt einen schematischen axialen Schnitt durch eine Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
Der Hals 1 bildet einen Teil der Verbindung zwischen einem unterhalb der rohrförmigen Quenchzone 2 angeordneten, jedoch nicht in der Figur gezeigten Reaktor mit dieser Zone. Es handelt sich dabei um einen Kohlevergasungs-Reaktor und insbesondere einen Reaktor to zur Vergasung von Lignit. Das erhaltene Produktgas weist eine Temperatur von 16000C auf und besteht hauptsichlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff und enthält außerdem Kohlendioxid, Wasser, gegebenenfalls Stickstoff und fein dispergierte geschmolzene Schlacketeilchen. Diese Teilchen sind bei 16000C dünnflüssig. Sofern diese Teilchen auf der Wand des Halses 1 abgelagert werden, bildet sich ein flüssiger nach unten fließender Film.
In der Wand 4 der rohrförmigen Quenchzone 2 ist nahe dem oberen Ende des Halses 1 ein ringförmiger Kanal 3 angeordnet. Über Einlasse 5 wird in den ringförmigen Kanal 3 Schutzgas tangential eingeleitet, das keine klebrigen Teilchen enthält. Demgemäß tritt das Schutzgas in die Quenchzone 2 mit einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente ein. Außerdem bildet das Schutzgas eine abschirmende Gasschicht gegen die Wand 4. Der Boden 6 des Kanals 3 weist vorzugsweise einen Winkel von mindestens 10° gegenüber der Horizontalen auf, um ein Einströmen in die Gaseinlaßöffnungen 5 zu verhindern.
Wichtig ist es, daß der Rand 7 des Halses 1 ausreichend heiß gehalten wird, um gegebenenfalls niedergeschlagene Schlacke dünnflüssig zu halten. Für diesen Zweck sind dort Hilfseinlaßöffnungen 8 angeordnet, durch welche Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingespeist wird. Die verbrennbaren Bestandteile des Produktgases und des durch die Einlasse 5 eingespeisten Schutzgases werden dadurch oxydiert und die Temperatur wird örtlich erhöht.
Durch die Einlasse S und 10 in Wand 4, die mit einer ringförmigen Zuspeisungsleitung 11 verbunden sind, wird Kühlgas zugespeist Dieses Kühlgas strömt in das Produktgas in Form von Druckströmen ein. Die Einlasse 9 und 10 weisen jeweils verschiedene Durchmesser auf und sind in gleichen Abständen um den Umfang von Wand 4 herum angeordnet.
Das Produktgas wird durch das Kühlgas auf eine Temperatur unterhalb 9000C abgekühlt, bei der die Schlacketeilchen ihre Klebrigkeit verloren haben. Diese können dann mittels beliebiger bekannter Verfahren entfernt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
—■
60
65 .S

Claims (1)

1 2
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn-
Patentansprüche: zeichnet, daß zwei Arten von Einlassen mit jeweils
gesonderten Durchmessern angewendet werden,
1. Verfahren zur Quenchung eines heißen Pro- 14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13.dadurch
duktgases, das bei der partiellen Vergasung von 5 gekennzeichnet, daß das Kühlgas in der Nahe und
Kohle entsteht und bei dem aus dem Produktgas nach dem Einlaß für das Schutzgas eingespeist wird,
klebrige mineralige Bestandteile ausfallen, die eine 15. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
rohrförmige Quenchzone verlegen, dadurch ge- nach Anspruch 1 bis 14, enthaltend eine Quenchzone
kennzeichnet, daß zu dem heißen Produktgas 2, das mit einer Quelle für das heiße Pr^tgas
nahe an dem Einlaß der rohrförmigen Quenchzone io verbunden ist, das mit einem ringförmigen EinlaU 5 m
ein teUchenfreies Schutzgas auf solche Weise einge- für das Schutzgas in der Nähe der Verbindung mit ■>
speist wird, daß an der Wand dieser Zone eine schüt- der Quelle für das heiße Produktgas und mit einem |
zende Gaswand gebildet wird, die einen Kontakt der ringförmigen Kanal 3 ausgestattet ist, mittels der das
Wand der rohrförmigen Zone mit dem heißen Pro- Schutzgas im ringförmigen Einlaß in Drehbewegung
duktgas verhindert und daß in dieser Zone gleichzei- 15 versetzt wird, das außerdem kurz nach dem nngfor-
tig ein Kühlgas zum heißen Produktgas zugesetzt migen Einlaß für das Schutzgas zwei oder mehrere
w;rcL Einlasse 9,10 zur Einleitung von Kühlgas in radialer
'£ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Richtung aufweist, die in gleichen Abständen um den
zeichnet, daß das Schutzgas und das heiße Produkt- Umfang der Quenchzone 2 herum verteilt sind, gas in einem Volumenverhältnis von mindestens 20
0,1:1 zugespeist werden. .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktgas und das Schutz-
gas ungefähr gleiche axiale Geschwindigkeiten auf- Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach
we;sen 25 dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge- Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 40 54 424 kennzeichnet, daß ein Schutzgas und/oder ein Kühl- bekannt
gas verwendet wird (werden), das (die) zumindest Insbesondere die Verbrennung von Lignit fuhrt des-
teilweise aus Dampf besteht (bestehen). halb zu großen Schwierigkeiten, weil Lignit einen hohen
5 Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge- 30 Mineralgehait - von z. B. 30 Prozent - aufweist der kennzeichnet daß ein Schutzgas und ein Kühlgas bei der Verbrennung des Lignits zur Bildung einer verwendet werden die aus teilchenfreiem Produkt- Schlacke führt Beim Verlassen des Reaktors weist das gas bestehen. Gas eine hohe, in der Regel mehr als 1400° C betragende
6 Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge- Temperatur auf, bei welcher die Asche eine hohe Fließkennzeichnet daß zum Kühlgas öl, Ruß oder Kohle 35 fähigkeit besitzt Das aus dem Reaktor abziehende Gas zugesetzt wird (werden). enthält einen Nebel aus geschmolzenen Schlacketeil-
7 Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge- chen. Zur weiteren Verarbeitung muß das rohe Prokennzeichnet daß das Schutzgas in der Nachbar- duktgas auf z. B. 300° C abgekühlt werden. Aus Kohle schaft des Einlasses für die Gase, die durch die rohr- erhaltene Schlacke ist üblicherweise im Temperaturbefömige Quenchzone geleitet werden, mit einer so 40 reich von 1500 bis 900° C klebrig, weshalb in diesem hohen Temperatur eingespeist wird, daß die hohe Temperaturbereich bei dem vorgenannten Verfahren Fließfähigkeit der klebrigen mineraligen Bestandtei- die Neigung zu den schon beschriebenen Schwiengkei-Ie deren Ablagerung unmöglich macht ten besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ge- Sobald die Teilchen ihre Klebngkeit verloren haben, kennzeichnet, daß in der Nähe des Einlasses der 45 können sie mittels bekannter Verfahren, wie mittels eirohrförmigen Quenchzone Sauerstoff oder ein Sau- nes Zyklons, Bandabscheiders, Filters und ähnlicher Einerstoff enthaltendes Gas in die Schutzgasschicht ein- richtungen, entfernt werden.
geleitet wird. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt be-
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge- steht mithin darin, die aus dem heißen Produktgas auskennzeichnet, daß ein Schutzgas und/oder ein Kühl- 50 faulenden klebrigen mineraligen Bestandteile daran zu gas verwendet wird (werden), das (die) in einer ge- hindern, die rohrförmige Quenchzone zu verlegen und sonderten Einheit aus einer kohlenwasserstoffhalti- aus dem Prozeß leicht auszuschleusen.
gen Zuspeisung durch partielle Verbrennung herge- Als zur Lösung dieser Aufgabe wesentlich werden die
stellt worden ist (sind). im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 enthalte-
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch ge- 55 nen Merkmale vorgeschlagen.
kennzeichnet daß das Schutzgas in die rohrförmige Das Quenchen eines Gases durch inniges Vermischen
Quenchzone mit einer tangential gerichteten Ge- mit einem Kühlgas mit niedrigerer Temperatur ist be-
schwindigkeitskomponente eingespeist wird. sonders wirksam und geht ohne Verzögerung vor sich.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn- Das Quenchen kann auf diese Weise in einem zeichnet, daß das Schutzgas an mehreren über die 60 verhältnismäßig kleinen Raum sehr schnell durchge-Länge der rohrförmigen Quenchzone verteilten führt werden. Dies ist deshalb von besonderem Vorteil, Stellen eingespeist wird. weil der Temperaturbereich, in dem die Teilchen klebrig
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11. dadurch sind, rasch durchlaufen wird, so daß die heiße Kühl/.onc gekennzeichnet, daß das Kühlgas durch in radialer kleine Abmessungen aufweisen kann. Außerdem muß Richtung angeordnete Einlasse eingespeist wird, die 65 die schützende Gasschicht in diesem Fall nur über ein ungefähr am gleichen Querschnitt und in gleichen kleines Gebiet aufrechterhalten werden. Die Menge an Abständen um den Umfang der rohrförmigen erforderlichem Kühlgas hängt natürlich vom erwünsch-Quenchzone herum angeordnet sind. ten Grad der Abkühlung, von der Art und der Tempera-
DE2526922A 1974-06-17 1975-06-16 Verfahren zur Quenchung eines heißen Produktgases, das bei der partiellen Vergasung von Kohle entsteht, und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired DE2526922C2 (de)

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