DE2856609A1

DE2856609A1 - Reaktor zum vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen materialien

Info

Publication number: DE2856609A1
Application number: DE19782856609
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Chem Dr R Schrader; Guenter Dipl Chem Dr R Velling
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1980-07-17
Also published as: ZA797040B; DD148344A1; AU5424079A; FR2445367A1; ES486873A1; GB2039458A

Description

Reaktor zum Vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen Materialien

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen Materialien im Wirbelbett unter erhöhtem Druck und hohen Temperaturen.

Derartige Reaktoren werden in zunehmendem Masse unter hohem überdruck, beispielsweise 80 bis 120 bar, und bei hoher Temperatur, bis etwa beispielsweise 950° C betrieben, da sonst für den Vergasungsvorgang wesentliche Parameter, insbesondere Umsetzungsgeschwindigkeit und Kohlenstoffvergasungsgrad, nicht auf die für einen wirtschaftlichen Betrieb notwendigen Werte gebracht werden können.

Es ist bekannt, bei unter Normaldruck betriebenen Wirbelbettgeneratoren das Vergasungsmittel, beispielsweise Wasserstoff, Wasserdampf, sauerstoffhaltige Gase durch über den Umfang des Reaktors verteilte öffnungen in den das Wirbelbett enthaltenden Raum einzubringen. Dies setzt das Vorhandensein einer Ring-

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leitung sowie Abzweigleitungen ausserhalb des Reaktors voraus. Wird der Vergaser unter erhöhtem Druck betrieben, bereitet die übliche Zuführung von Vergasungsmitteln Schwierigkeiten. Da das Vergasungsmittel mit einem Druck in den Reaktor eingebracht werden muss, der zumindest geringfügig über den im Reaktor herrschenden Druck liegt, und darüber hinaus zur Deckung des Wärmebedarfs auf eine Temperatur vorgewärmt werden muss, die im allgemeinen nicht wesentlich tiefer ist als die im Generator herrschende Temperatur, sind an die Zuleitungen für das Vergasungsmittel recht hohe Anforderungen zu stellen, und zwar einmal bezüglich der Druckfestigkeit als auch der thermischen Isolierung. Die Installation einer Ringleitung und mehrerer Abzweigleitungen ist dementsprechend aufwendig. Unter Umständen ist es aus Gründen des Platzbedarfes gar nicht möglich, in ausreichender Weise entsprechende Leitungen einschliesslich der der Sicherheit und der thermischen Isolierung dienenden Einrichtungen aussen am Reaktor anzuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor der eingangs beschriebenen Art, der für die Vergasung unter hohem Druck und bei hoher Temperatur geeignet ist, so auszugestalten, dass die Zuführung des Vergasungsmediums vereinfacht wird. Insbesondere wird angestrebt, den für die Zuführungsleitung notwendigen Aufwand zu verringern, und zwar auch derart, dass die Zuführungsleitungen einfach und übersichtlich und somit leicht kontrollierbar sind. Dabei muss die Anordnung selbstverständlich

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so getroffen sein, dass trotz der Vereinfachung der Zustand des Wirbelbettes und die sonstigen für die Umsetzung wesentlichen Bedingungen eingehalten bzw. eingestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass insbesondere eine Zuführungseinrichtung für heisses Vergasungsmittel in Form eines brückenförmig im Reaktorraum angebrachten, als Rohrleitung ausgebildeten schmalen keramischen Einbaus vorgesehen ist, der zumindest in seinem oberen Teil im Querschnitt gesehen als ein mit einer Spitze nach oben weisendes Dreieck ausgebildet ist und einen in Längsrichtung geführten Hohlraum mit nach unten weisenden Gas-Austrittsöffnungen sowie zumindest eine Öffnung zum Zuführen von Vergasungsmitteln besitzt.

Im Ergebnis bedeutet dies, dass die Verteileinrichtung für das Vergasungsmittel aus dem Bereich ausserhalb des Reaktors in den Innenraum desselben hinein verlegt wird. Dadurch werden die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten weitgehend vermieden. Es ist darauf zu achten, dass der Einbau oder die Einbauten eine ausreichend grosse Querschnittsfläche freilassen, durch die die festen Vergasungsrückstände nach unten abgeführt und beispielsweise in eine darunter angeordnete Kühlvorrichtung gebracht werden können.

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Vorteilhaft ist die Anordnung so getroffen, dass der Einbau als den Querschnitt des Reaktors vorzugsweise in horizontaler Ebene durchsetzende Brücke ausgebildet ist, die sich vorzugsweise entlang einem Durchmesser des Reaktorquerschnittes durch diesen erstreckt.

Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung können, insbesondere bei grossem Reaktordurchmesser, zwei z. B. in gleicher Ebene angeordnete Träger zu einem kreuzartigen Einbau zusammengefasst sein. Dabei kann jeder Einbau seinen eigenen Anschluss für das von aussen zugeführte Vergasungsmittel aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass jeder Einbau an beiden Enden mit einem solchen Anschluss versehen ist. Es können auch mehrere Einbauten etwa parallel durch den Reaktorraum, in einer Ebene oder in verschiedenen, geführt werden.

Wenn zwei oder mehr derartige Einbauten vorgesehen sind, können diese in unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet werden, wobei sie dann im allgemeinen nicht in derselben vertikalen Ebene verlaufen werden. Im Ergebnis wäre es also möglich, beispielsweise einen oder mehrere Einbauten vorzusehen, die etwa die untere Grenze des Wirbelbettes definieren, und darüber hinaus innerhalb des Wirbelbettes, also auf einem höheren Niveau, noch zusätzlich ein oder mehrere Einbauten vorzusehen. Dies würde der im praktischen Betrieb vorkommenden Möglichkeit Rechnung tragen, oberhalb einer unteren Einblaseebene noch zusätzlich Vergasungsmittel - oder ggf. auch andere Substanzen - in den REaktor bzw.

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in das Wirbelbett in einem Bereich oberhalb seiner unteren Begrenzung einzublasen.

Es wird im allgemeinen anzustreben sein, dass das Vergasungsmittel aus allen Austrittsöffnungen des Einbaus mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit und in im wesentlichen gleicher Menge austritt. Dies kann ohne Schwierigkeiten dadurch erreicht werden, dass die Summe der Querschnitte aller Austrittsöffnungen nicht grosser, vorzugsweise etwas kleiner ist als der Querschnitt der Zuführungsleitung, von dem die Austrittsöffnungen abgehen.

Der Einbau soll in jedem Fall oben abgeschrägte seitliche Flächen besitzen, damit sich keine Kohle auf ihm absetzen kann. Er kann z. B. im Querschnitt die Form eines Dreiecks mit einer nach oben weisenden Spitze besitzen. Selbstverständlich können auch andere Querschnitte für den Einbau gewählt werden, wobei darauf zu achten ist, dass er eine ausreichende Stabilität unter den Vergasungsbedingungen besitzt. Die durch den Einbau geführte rohrförmige Höhlung kann z. B. kreisförmig oder auch mit länglichem Querschnitt ausgebildet sein. Bei grossem Reaktordurchmesser kann es von Vorteil sein, die brückenartigen Einbauten an einer oder mehreren Stellen zu stützen, z. B. durch zur Reaktorwandung führende Streben.

Der Einbau bzw. die Einbauten ist bzw. sind vorteilhaft im Bereich des Überganges zwischen einem unteren, nach unten konisch

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zulaufenden Abschnitt des Reaktors und einem darüber befindlichen, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt angeordnet. D. h., dass sich in dem darunter liegenden konisch verlaufenden Abschnitt normalerweise die festen Vergasungsrückstände sammeln.

Die für den Austritt des Gases vorgesehenen Öffnungen am Einbau sollen im allgemeinen nach unten gerichtet angeordnet sein, um zu vermeiden, dass feste Partikel in die Öffnungen eindringen. Als zweckmässig hat sich eine Ausführung herausgestellt, bei welcher die Austrittsöffnungen beidseitig entlang einer längsverlaufenden Achse oder Ebene des Einbaus angebracht sind. Die Austrittsöffnungen können in Längsrichtung des Einbaus gegeneinander versetzt angeordnet sein, um eine möglichst gleichmässige Verteilung des aus den Öffnungen austretenden Vergasungsmittels über dem Reaktorquerschnitt zu erreichen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktor, Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig.l in grösserem Maßstab, Fig. 3 a - σ beispielhafte Ausführungsformen des Einbaus, im

Querschnitt gesehen.

Gemäi;s Fig. 1 besteht der Reaktor 12 im wesentlichen aus einem druchfesten Gehäuse 14, das innenseitig in der üblichen Weise mit einer Ausmauerung 16 aus feuerfestem Material versehen ist.

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Das druckfeste Gehäuse 14 ist auf dem grössten Teil seiner axialen Erstreckung von einem zweiten, äusseren Gehäuse 18 umgeben. Der zwischen beiden Gehäusen 14 und 18 befindliche, im wesentlichen ringförmige Raum 20 ist mit Wasser gefüllt, das im wesentlichen der Kühlung dient. Es ist auch möglich, statt dessen Isoliermaterial im Ringraum 20 anzuordnen. Auf die Ausgestaltung dieser Dinge kommt es für die Erfindung nicht an.

Das zu vergasende kohlenstoffhaltige Material wird durch eine Förderschnecke 22 in den Innenraum 24 des Reaktors eingebracht. Weiterhin ist mindestens eine Zuleitung 26 für das Vergasungsmittel, z. B. Wasserstoff, vorgesehen. Die Zuleitung 26 befindet sich auf einer Ebene unterhalb der Ebene, in welcher die Kohle in den Reaktor eingebracht wird. Unter der Einwirkung des nach oben strömenden Vergasungsmittels baut sich im unteren Bereich des Reaktors ein Wirbelbett 28 auf, in welchem die gewünschte Umsetzung zwischen dem Kohlenstoff und dem Vergasungsmittel stattfindet. Das schliesst selbstverständlich nicht aus, dass auch in dem oberhalb des Wirbelbettes 28 befindlichen Nachreaktionsmum 30 noch Umsetzungen zwischen dem Vergasungsmittel mit dem kohlenstoffhaltigen Material sowie auch den Vergasungsprodukten mit letzteren und ggf. auch untereinander stattfinden. Ferner ist es möglich, dass in den Nachreaktionsraum zusätzlich Medien eingebracht werden. Das resultierende Produktgas wird durch die Leitung 32 aus dem Reaktor ab- und in der üblichen Weise Nachbehandlungsstationen zugeführt.

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Die festen Vergasungsrückstände 34 aus dem Wirbelbett 28 sammeln sich im Bereich unterhalb der Ebene, in welcher das Vergasungsmittel durch die Leitung 26 zugeführt wird. Die festen Vergasungsrückstände 34 werden aus dem Reaktor 12 in eine darunter befindliche, in der Zeichnung nicht dargestellte Kühlvorrichtung geführt.

Im Innenraum 24 des Reaktors 12 ist am Übergang zwischen dem mittleren, im wesentlichen zylindrischen Bereich 36 und dem unteren, im wesentlichen konischen Bereich 38 ein Einbau 40 vorhanden, welcher den kreisförmigen Querschnitt des Reaktors auf einem Durchmesser durchsetzt und an beiden Enden mit der Wandung bzw. der Auskleidung 16 des Reaktors fest verbunden ist. Dieser Einbau 40 ist mit der Zuleitung 26 für das Vergasungsmittel verbunden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Einbaus sowie eine bevorzugte Lage. Aufgrund der Verteilung der Auslassöffnung 46 mehr oder weniger entlang dem gesamten Durchmesser ist eine Gewähr dafür gegeben, dass das Vergasungsmittel in der für die Entwicklung und Aufrechterhaltung eines Wirbelbettes notwendigen Gleichmässigkeit verteilt wird.

Fig. 3a - 3 zeigen verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten der Einbauten 40 im Querschnitt. Diese müssten derartig gestaltet sein, dass von oben kommende Feststoffteilchen sich nicht auf ihnen ablagern können.

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Allen Einbausführungen gemeinsam sind die jeweils schrägen oberen Seitenteile 42, die Hohlräume 41 und die Austrittsöffnungen 46. Man wird nur in Ausnahmefällen für diese eine waagerechte Anordnung wählen, sondern im allgemeinen eine mehr oder weniger nach unten weisende Richtung. Bei unten spitz zulaufenden Einbauten kann die öffnung senkrecht nach unten zeigen.

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Claims

Patentansprüche

1. Reaktor zum Vergasen von festen kohlenstoffhaltigen Materialien im Wirbelbett unter erhöhtem Druck und hohen Temperaturen, gekennzeichnet durch insbesondere eine Zuführungseinrichtung für heisses Vergasungsmittel in Form eines brückenförmig im Reaktorraum angebrachten, als Rohrleitung ausgebildeten schmalen keramischen Einbaus (40), der zumindest in seinem oberen Teil im Querschnitt geset en als ein mit einer Spitze nach oben weisendes Dreieck ausgebildet ist und einen in Längsrichtung geführten Hohlraum mit nach unten weisenden Gas-Austrittsöffnungen sowie zumindest eine öffnung zum Zuführen von Vergasungsmitteln besitzt.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau (40) entlang einem Durchmesser des Reaktorquerschnittes verlaufend angeordnet ist.

3. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in gleicher Ebene angeordnete Einbauten zu einem kreuzartigen Einbau zusammengefasst sind.

4. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einbau im Bereich des Überganges zwischen e.inem unteren, nach unten konisch zulaufenden

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ORfGlNAL INSPECTED

Abschnitt (38) des Reaktors (12) und dem darüber befindlichen, zylindrischen Abschnitt (36) des Reaktors angeordnet ist.

5. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Einbauten in unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind.

6. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen in Längsrichtung des Einbaus gegeneinander versetzt angeordnet sind.

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