DE2930304A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen zufuehren von fein zerkleinertem feststoff in einen hochdruck- reaktionsbehaelter - Google Patents

Description

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Patentanwalt ^ O- 6. JuIx 1979

Dr. Gerhard Schupfner T 79 014 DE Kxrchenstraße 8

2110 Buchholz/Nordheide (D # 74,716)

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION

2000 Westchester Avenue White Plains, N.Y.10650

V. St. A.

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM KONTINUIERLICHEN ZUFÖHREN VON FEIN ZERKLEINERTEM FESTSTOFF IN EINEN HOCHDRUCK-REAKTIONSBEHÄLTER

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Zuführen von fein zerkleinertem Feststoff wie z.B. Kohlenstaub in einen Hochdruck-Reaktionsbehälter, in welchem eine Umsetzung des Feststoffs erfolgen soll, insbesondere zum Zwecke der Kohlevergasung oder dgl.

Extruder (auch als Strang- oder Schneckenpressen bezeichnet) sind bereits für verschiedene Einsatzzwecke bekannt, wozu beispielsweise auf die üS-PSen 3 950 122 und 4 021 523 verwiesen sei. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Schneckenförderpumpen (welche in ihrem Aufbau einem Extruder entsprechen) zum Zuführen von Kohle bei der Kohlevergasung einzusetzen, wozu als Beispiel auf die US-PS 3 775 071 verwiesen sei. Bei diesem bekannten Verfahren handelt es sich jedoch um ein mehrstufiges Verfahren, bei welchem die Kohle in Form einer Aufschlämmung zugeführt wird, wobei die Kohle in Form von Kohlenstaub in einen unter hohem Druck stehenden Reaktionsbehälter eingeleitet werden soll. Diese bekannten Anordnungen entsprechen jedoch nicht der Erfordernis, Kohlenstaub auf einfache, jedoch zuverlässige Weise in einen Hochdruck-Reaktionsbehälter einzuleiten, wie es insbesondere bei der Kohlevergasung oder dgl. Reaktionen erforderlich ist.

In den US-PSen 3 862 594 und 3 976 548 wurden bereits Extruder zum Zuführen von Feststoff in eine Hochdruckkammer vorgeschlagen. Bei diesen Verfahren wird jedoch der kompaktierte Feststoff in dem einen Falle mechanisch zerhackt bzw. in dem anderen Falle durch Erhitzen in einen plastisch verformbaren Zustand übergeführt. Aus diesem Grunde weisen beide Verfahren zwangsläufig bestimmte Nachteile auf.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein besonders gut zum kontinuierlichen Zuführen von zerkleinertem Feststoff wie z.B. Kohlenstaub in eine unter hohem Druck stehende Kammer geeignetes Verfahren und eine zur Ausführung dieses Verfahrens

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geeignete Vorrichtung zu schaffen, welche eine Sperre gegen den in der Hochdruckkammer herrschenden Druck bildet, jedoch gleichzeitig eine Feinverteilung des Feststoffs für den Einsatz der Hochdruckatmosphäre der Hochdruckkammer bewirkt.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren vom eingangs genannten Typ ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff in fein zerkleinerter Form mit etwa 15 bis 40 Gew.-% Wasser durch einen Extruder zugeführt , am Austrittsende des Extruders ein gegen den Druck im Reaktionsbehälter widerstandsfähiges Extrudat ausgebildet, das Extrudat am Extruderaustrittsende zur Verhinderung von Blockierung des Extruders aufgerührt und bei seiner Abgabe vom Austrittsende zur Ausbildung eines reaktionsfähigen Produktgasgemischs wiederum fein verteilt wird.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist auf Kohlevergasungsverfahren oder dgl. Verfahren unter Verwendung eines Hochdruck-Reaktionsbehälters anwendbar. Dabei werden Feststoffe kontinuierlich in einen Reaktionsbehälter eingeleitet. Die Feinverteilung des vom Austrittsende des Extruders austretenden kompaktierten Extrudats kann dabei entsprechend einer weiteren Ausgestaltung in der Weise erfolgen, daß ein Reaktantengas in einem scharfen Strahl radial nach innen gegen das Extrudat gerichtet wird.

Die weiterhin zur Ausführung dieses Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Förderschnecke in Verbindung mit einer zum Zuführen von fein zerkleinertem Feststoff zur Förderschnecke dienenden Beschickungsvorrichtung und eine der Förderschnecke betriebsmäßig zugeordnete Düse, welche einen zum Kompaktieren des fein zerkleinerten Feststoffs zwecks Ausbildung einer Sperre gegen den Hochdruckbereich in der Hochdruckkammer dienenden, sich verjüngenden Durchlaß, einen zur Formgebung des kompak-

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tierten Feststoffextrudats dienenden Spritzkopf und zum Aufbrechen des kompaktierten Feststoffextrudats beim Austritt desselben aus dem Spritzkopf vermittels eines Gases dienende Vorrichtungen umfaßt. Bei Anwendung der Vorrichtung zum Zwecke der Kohlevergasung wird als fein zerkleinerter Feststoff Kohlenstaub vermittels des Extruders extrudiert, wobei zugleich mit der Extrusion ein zum Aufbrechen des Extrudats dienendes Reaktionsgas eingedrückt wird, welches sich mit dem aufgebrochenen Feststoffextrudat vermischt.

Entsprechend weiteren Ausgestaltungen kann die Düse einen kreisförmigen Hohlquerschnitt mit dünnen Wänden aufweisen. Die zum kontinuierlichen Zuführen von Kohlenstaub dienenden Mittel können außerdem Mittel zum Eindrücken von Reaktionsgas in Verbindung mit der Extrusion umfassen, wobei das Extrusionsgas dazu dient, das kompaktierte Extrudat aufzubrechen, und sich das Reaktionsgas mit dem aufgebrochenen Extrudat vermischt. Die Gaseinleitvorrichtungen können dabei eine Ringkammer umfassen, vermittels welcher Reaktionsgas in einem Strahl radial nach innen gegen die dünnen Wände abgebbar ist.

Weitere Merkmale, sowie die Vorteile der Erfindung sind im nachfolgenden anhand der Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Extruders in Verbindung mit einer Reaktionskammer, entsprechend einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung des

Düsenendes eines Extruders entsprechend einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

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Fig. 3 eine teilweise im Querschnitt dargestellte schematische Darstellung einer unterschiedlichen Düsenausführung mit Gasstrahl-Einleitvorrichtungen, entsprechend einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt gehaltene schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform von Spritzkopf und Extruder, mit zwei unterschiedlichen Reaktionsgaseinlässen.

Fig. 5 ein schematischer Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung .

Fig. 6 ein schematischer Längsschnitt durch einen Spritzkopf für eine bandförmige Ausbildung des Extrudats.

Fig. 7 eine Untersicht entlang der Linie 7-7 von Fig. 6, in Blickrichtung der Pfeile.

Fig. 8 ein schematischer Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, mit Mitteln zur Aufheizung des kompaktierten Extrudats vor dessen Eintritt in eine Reaktionskammer.

'Figuren 9, 10 und 11 weitere schematische Längsschnitte durch drei weitere Ausführungsformen von Extruder und Spritzkopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In dem Bestreben, alte Energiequellen wirkungsvoller zu nutzen, besteht ein erhebliches Interesse im Einsatz von Kohle als Energiequelle, wobei die Kohle vergast wird. Bei den bekann-

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ten Kohlevergasungsverfahren handelt es sich jedoch um Niederdruck-Verfahren und -Vorrichtungen, die im allgemeinen einen niedrigeren Wirkungsgrad als die derzeit in Entwicklung befindlichen Hochdruckverfahren aufweisen. Bei Hochdruck-Kohlevergasungsverfahren ergibt sich jedoch das Problem der Beschickung des Reaktionsbehälters mit der Kohle. Entsprechend einer bekannten Anordnung wird ein Verschlußtrichter verwendet/ der bereits bei bekannten Niederdruck-Verfahren Anwendung gefunden hat. Bei anderen Anordnungen wiederum wird eine Wasseraufschlämmung angesetzt und die Kohleaufschlämmung gepumpt. Bei allen diesen Anordnungen ergeben sich jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich einer einwandfreien Abdichtung und in bezug auf den Verschleiß an Verschlußtrichtern. Beim Arbeiten mit Aufschlämmungen werden darüber hinaus sehr große Wassermengen benötigt. Dadurch wird wiederum der Wärmewirkungsgrad des Verfahrens, das mit einem derartigen Beschickungssystem arbeitet, wesentlich herabgesetzt.

Es wurde nunmehr gefunden, daß bei Einsatz eines Extruders in Verbindung mit einem Hochdruck-Reaktionsbehälter das Zuführen von Kohlenstaub in höchst zufriedenstellender Weise gelöst werden kann und zugleich die bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen auftretenden Nachteile vermieden werden können. Bei Verwendung eines Extrudersystems entsprechend der Erfindung kann ein Kohlenstaub-Wasser-Gemisch mit 3 0 bis 40 Gew.-% Wasser und möglicherweise sogar nur 15 Gew.-% Wasser zugeführt werden, wobei das Extrudat zugleich zum Zwecke der Reaktion im Reaktionsbehälter erneut fein verteilt werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Extruderaufbaus in Zuordnung zu einem Hochdruck-Reaktionsbehälter ist in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellt. Der gezeigte Extruder 21 dient dazu, (nicht dargestellten) fein verteilten Feststoff in eine im Inneren eines Reaktionsbehälters 23 befindliche Hochdruckkammer 22 zuzuführen.

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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß der Extruder 21 aus naheliegenden Gründen lediglich schematisch dargestellt ist.

Der Extruder 21 umfaßt ein trommeiförmiges Gehäuse 26, welches eine Förderschnecke 27 umgibt. Eine zum Zuführen von fein verteiltem Feststoff zur Förderschnecke 27 dienende Beschikkungsvorrichtung besteht beispielsweise aus der hier dargestellten Beschickungs-Förderschnecke 28, die wie dargestellt mit einer im Gehäuse 26 befindlichen oberen Kammer 31 in Verbindung steht. Die Verbindung von Förderschnecke und Beschickungsvorrichtung kann natürlich in bekannter Weise unterschiedlich ausgebildet sein.

Der Extruder 21 umfaßt eine Düse 32, die betriebsmäßig der Förderschnecke 27 zugeordnet ist. Die Düse 3 2 weist einen sich verjüngenden Durchlaß 33 auf, der dazu dient, den fein verteilten Feststoff zu kompaktieren und dadurch eine Sperre gegen den in der Hochdruckammer 22 des Reaktionsbehälters 23 herrschenden Kochdruck auszubilden. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Darstellung in Fig. 1 lediglich schmeatisch zu sehen ist und der sich verjüngende Durchlaß 33 ggf. auch an der Förderschnecke 27 ausgebildet sein kann. Außerdem sind der Verjüngungsgrad des Durchlasses und die anderen Abmessungen als lediglich schematisch anzusehen.

Am Austrittsende des sich verjüngenden Durchlasses 33 befindet sich ein Spritzkopf 36, der dazu dient, dem kompaktierten Feststoff extrudat eine bestimmte Formgebung zu verleihen. Zu dem gleichen Zwecke dient auch eine massive, zylindrische Spitze 37 an dem unteren Ende der Förderschnecke 27. Das kompaktierte Feststoffextrudat nimmt damit die Formgebung eines Hohlzylinders mit dünner Wandung an.

Gas
Die Düse 3 2 gestattet, das/m Querrichtung in einem dünnen Strahl gegen die dünne Wandung des vom Spritzkopf 3 6 in Ver-

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bindung mit der inneren, zylindrischen Spitze 37 ausgebildeten Hohlzylinders zu richten. Zu diesem Zweck ist eine Ringkammer 3 8 vorgesehen, welche einen umlaufenden Schlitz 41 bildet, durch den ein radial nach innen gegen die Spitze 3 7 gerichteter, ringförmiger Gasstrahl abgegeben wird. An die Ringkammer 3 8 schließt sich ein Kanal 4 2 an, der über eine Schlauch- oder Rohrleitung 43 mit einer unter Druck stehendes Gas zuführenden Gasquelle verbunden ist.

Dem sich verjüngenden Durchlaß 3 3 ist ein zum Aufrühren des (hier nicht dargestellten) kompaktierten Extrudats dienendes Mittel zugeordnet, um ein Blockieren bzw. Verstopfen der Düse 32 zu verhindern. Dieses Mittel kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein und besteht bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Vorsprünge in sternförmiger Anordnung aufweisenden Spitze an dem massiven Kern der Förderschnecke 27. Vermittels einer Vielzahl radial nach außen vorstehender Zapfen 46 wird das Aufrühren des Extrudats bewirkt.

Figur 2 veranschaulicht eine etwas andere Ausführungsform der Düse und des Spritzkopfs am Extruder der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In dem trommeiförmigen Gehäuse 51 des Extruders ist eine getrennte Düse 52 mit einem sich verjüngenden Durchlaß 53 angeordnet. Es sei auch hier wiederum darauf hingewiesen, daß die Darstellung wie bei der vorhergehenden rein schematisch ist.

Die Förderschnecke 56 weist in diesem Falle einen drehbar gelagerten Kern mit Vorsprünge in Sternanordnung aufweisender Spitze 57 auf. Die Sternspitze wird gebildet von mehreren radial nach außen vorstehenden Zapfen 58. In diesem Falle ist wie bei der Anordnung von Fig. 1 ein zylindrischer Ansatz 61 vorhanden, der in dem gebildeten Extrudat am Ende des sich verjüngenden Durchlasses 53 einen hohlen Mittelteil ausbildet. Eine Ringkammer 62 ist in diesem Falle durch einen Ring 63

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gebildet, der auf die Düse 52 aufgeklemmt ist. Die Klemmwirkung wird vermittels eines Außenrings 66 und Bolzen 67 wie dargestellt ausgeübt.

Zum Zuführen von Gas zur Ringkammer 62 dient ein Kanal 68, der mit einer Schlauch- oder Rohrleitung 71 in Verbindung steht. Durch eine ringförmige Düsenöffnung oder einen Schlitz 72 wird Gas radial nach innen gegen das am Spritzkopfende der Düse 52 gegenüber dem Ansatz 61 ausgebildete Extrudat abgegeben.

Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsfonrt ist die Düse des Extruders unterschiedlich ausgebildet. Ein trominelförmiges Gehäuse 76 umschließt eine Förderschnecke 77, mit der eine Vors'rünge in Sternanordnung aufweisende Spitze 78 verbunden ist. Die Spitze 78 kann wie im Längsquerschnitt dargestellt abnehmbar mit der Förderschnecke verbunden sein. Vermittels Zapfen 81 wird die vorstehend beschriebene Rührwirkung erzielt. Diese Zapfen 81 können die Spitze 78 diametral unter rechten Winkeln zueinander durchsetzen.

In diesem Falle ist ein sich verjüngender Durchlaß 82 durch einen Ringraum zwischen einer Düse 83 und einem divergierenden Endabschnitt 86 der die Vorsprünge in Sternanordnung auf v/eisenden Spitze 78 gebildet. Außerdem weist der divergierende Endabschnitt 86 einen kurzen, zylindrischen Ansatz 85 auf. Damit formt der Spritzkopf das Extrudat zu einem Hohlzylinder wie vorstehend beschrieben.

Zu einer Ringkammer 87 führt ein Kanal 88, welcher an seinem anderen Ende mit einer zur Gaszufuhr zur Ringkammer 87 dienenden Rohrleitung 89 verbunden ist. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist auch hier eine ringförmige Strahl- oder Schlitzöffnung 92 vorgesehen, durch welche Gsis quer, d.h. radial nach innen gerichtet gegen das sich um der. divergierenden Endabschnitt 86 herum ausbildende, hohle Extrudat:

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abgegeben wird. Damit wird der durch die Düse 83 extrudierte, fein zerkleinerte Feststoff wiederum fein verteilt, wobei das kompaktierte Extrudat dem im (in Fig. 1 dargestellten) Reaktionsbehälter herrschenden hohen Druck widersteht.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Düse und der dieser zugeordneten Elemente eines erfindungsgemäßen Extruders dargestellt. In diesem Falle umschließt ein trommeiförmiges Gehäuse 96 eine Förderschnecke 97, welche den Kohlegrus einem sich verjüngenden Durchlaß 98 zuführt. Genau wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind radial vorstehende Zapfen 101 vorgesehen, vermittels welcher das Extrudat unmittelbar vor seinem Eintritt in den Spritzkopf 102 aufgerührt wird.

Wie für den Fachmann ersichtlich, sind sämtliche Ausführungsformen in rein schematischer Form dargestellt, insbesondere im Hinblick auf den Durchlaß mit der Förderschnecke und den sich verjüngenden Durchlaßabschnitt. Selbstverständlich können die Abmessungen und die Zuordnung der Teile zueinander ganz erheblich von der Darstellung abweichen.

In Fig. 4 sind zwei unterschiedliche Vorrichtungen vorhanden, um das Extrudat bei seinem Austreten aus dem Spritzkopf vermittels Gas aufzubrechen. Zusätzlich zu seiner Ringkammer 103, die mit einer zur Gaszufuhr dienenden Rohrleitung 104 verbunden ist, ist eine weitere, sich diametral durch den Spritzkopf 102 erstreckende Gaszuleitung 107 mit einer öffnung 108 auf der Seite des Austrittsendes des Spritzkopfs 102 vorgesehen. Das Extrudat durchsetzt den Spritzkopf 102 um die Gaszuleitung 107 herum und schließt sich auf der Abstromseite der Gaszuleitung wieder zusammen. Gleichzeitig wird durch die öffnung 108 austretendes Gas vom Extrudat aufgenommen. Das über die Rohrleitung 104 zugeführte Gas dient zur erneuten Feinverteilung de? Extrudats genau wie bei den vorstehend be-

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schriebenen Ausführungsformen. Durch einen Düsenschlitz 109 wird das Gas in Querrichtung und radial nach innen gegen das durch das untere Ende des Spritzkopfs 102 durchgesetzte Extrudat abgegeben.

Es sei darauf hingewiesen, daß die verschiedenen Elemente von unterschiedlicher Konstruktion sein können. So sind beispielsweise zwei Feststellschrauben 112 und 113 im Gehäuse 96 dargestellt, vermittels welcher die Düse mit dem Durchlaß 98 im Gehäuse gehalten ist. Außerdem ist der Körper des Spritzkopfs 102 wie dargestellt vermittels eines Rechteckgewindes 111 auf die Düse aufgeschraubt. Am unteren Ende des Spritzkopfs 102 befindet sich ein vermittels Bolzen gehaltener Ring 114, welcher gegen eine Dichtung 115 anliegt, die zur Vorgabe der Größe des Düsenschlitzes 109 unterschiedliche Dicke aufweisen kann.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, welche im wesentlichen der von Fig. 4 entspricht, jedoch keine Gaseinleitung in das Extrudat innerhalb des Spritzkopfs aufweist. Das trommeiförmige Gehäuse 118 von Fig. 5 enthält eine Förderschnecke 119 und eine Düse 120, die einen sich verjüngenden Durchlaß 121 umfaßt. Auch hier wiederum weist die Förderschnecke eine Vorsprünge in Sternanordnung aufweisende Spitze mit mehreren Zapfen 124 für das Aufrühren des Extrudats auf. Gleichfalls ist eine Ringkammer 125 für das zuzuführende Gas vorgesehen. Vermittels einer Rohrleitung 126 wird Gas der Ringkammer 125 zugeführt, wobei ein Düsenschlitz 127 einen scharf gebündelten Gasstrahl gegen das Extrudat abgibt.

Bei dieser Ausführungsform ist die Ringkammer 125 zwischen einem Innenring 130 und einem Außenring 131 ausgebildet. Beide Ringe sind wie dargestellt vermittels Rechteckgewinde aufgeschraubt. In diesem Falle wird die Breite des Düsenschlitzes 127 durch die Dicke einer Dichtung 132 zwischen Innenring 130 und Düse 120 vorgegeben.

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Die in den Figuren 6 und 7 dargestellte weitere Ausführungsform umfaßt eine Düse und einen Spritzkopf von etwas anderer Ausbildung, vermittels welcher ein Extrudat von dünnem Querschnitt erhalten wird. In diesem Falle läuft die Düse 136 in einen rechteckigen Spritzkopf 137 aus, welcher zwei dünne und flache Extrudatbänder ausbildet. Zu diesem Zweck ist am Austrittsende des Spritzkopfs 137 ein mittiger Teiler 138 vorgesehen. In diesem Falle können zwei Kammern 141 und 142 für das Zuführen des in einem Strahl gegen das Extrudat gerichteten Gases vorgesehen sein. Entsprechend sind auch zwei Rohrleitungen 143 und 144 zum Zuführen von Gas zu den Kammern 141 und 142 vorhanden.

Auch hier wiederum sind die verschiedenen Elemente rein schematisch dargestellt, wobei die Darstellung von z.B. Gehäuse 147 und Förderschnecke 148 der der anderen Ausführungsformen entspricht.

Bei der in Fig. 8 schematisch dargestellten Ausführungsform wird ein etwas unterschiedlicher Aufbau zur erneuten Feinverteilung des Extrudats benutzt.

Figur 8 zeigt die Wand 151 eines Reaktionsbehälters, in welche das trommeiförmige Gehäuse 152 des dargestellten Extruders eingesetzt ist. Der Extruder umfaßt die Förderschnecke 153 mit einer Vorsprünge in Sternanordnung aufweisenden Spitze 154. In diesem Falle weist der Spritzkopf 157 eine endseitige Verlängerung 158 auf, die von einer in gestrichelten Linien dargestellten Heizschlange 159 umgeben ist. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die erneute Feinverteilung des Extrudats durch Blitzerhitzung und -verdampfung. Das Extrudat wird erhitzt, während es durch den Heizabschnitt 158 des Spritzkopfs hindurchwandert, wobei die Temperatur der Heizvorrichtung hoch genug ist, um den Wasseranteil des Extrudats explosiv in Dampf überzuführen.

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In den Figuren 9, 10 und 11 sind weitere Ausführungsformen und/oder Abwandlungen bereits beschriebener Elemente dargestellt. Fig. 9 zeigt die Wand 163 eines Reaktxonsbehälters, in welche das tromraelförmige Gehäuse 164 eines Extruders eingesetzt ist, welcher eine Förderschnecke 165 umfaßt, die in den Spritzkopf 166 zuführt. In diesem Falle wird Gas durch einen Kanal 169 zugeführt, der zu einem abgewinkelten Rohr 170 führt, das axial innerhalb des Austrittsendes des Spritzkopfs 166 mündet.

Figur zeigt wiederum die Wand 173 eines Reaktxonsbehälters mit dem trommelförmigen Gehäuse 174 des Extruders, der einen Spritzkopf 175 mit einer in diesem ausgebildeten ringförmigen Gaskammer 176 umfaßt. Ein mit der Ringkammer 176 verbundener Kanal 179 dient zur Gaszufuhr zur Ringkammer.

Figur 11 schließlich zeigt das Ende des trommelförmigen Gehäuses 182 des Extruders mit einer Förderschnecke 183, welche eine Vorsprünge in Sternanordnung aufweisende Spitze 184 trägt und Extrudat durch einen Spritzkopf 185 zuführt. Im Spritzkopf 185 befindet sich eine diametral verlaufende Rohrleitung 186 mit einer einseitigen öffnung 187 auf der der Austrittsöffnung des Spritzkopfs 185 zugewandten Seite.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist auf die Vergasung von Kohle oder dgl. unter Verwendung eines Hochdruck-Reaktionsbehälters anwendbar. Vermittels des Verfahrens wird Feststoff dem Reaktionsbehälter kontinuierlich zugeführt. Das Verfahren umfaßt die folgenden Verfahrensschritte.

Zunächst wird Feststoff in fein zerkleinerter Form mit etwa 15-40 Gew.-% Wasser vermittels eines Extruders zugeführt, wobei ein Extrudat gebildet wird, das in der Lage ist, dem am Extruderaustrittsende herrschenden hohen Druck innerhalb des Reaktxonsbehälters zu widerstehen. Dieser Verfahrensschritt ist klar aus den verschiedenen Ausführungsbeispielen

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der beschriebenen Vorrichtung ersichtlich. Zu diesem Zweck wird in für den Fachmann leicht ersichtlicher Weise ein zerkleinerter Feststoff wie z.B. Kohlenstaub in einem Mahlwerk oder dgl. von bekannter Ausführung hergestellt und dann auf geeignete Weise wie z.B. vermittels der in Fig. 1 dargestellten Beschickungs-Förderschnecke 28 zur Extruderförderschnecke zugeführt. Es wurde gefunden, daß bei dem Extrusionsvorgang ein hohes Feststoff-Wasser-Verhältnis zugelassen werden kann, so daß folglich der Wärmewirkungsgrad des Gesamtvorgangs wesentlich gesteigert ist.

Entsprechend einem weiteren Verfahrensschritt wird das Extrudat am Austrittsende des Extruders aufgerührt, um Verstopfen oder Blockieren zu verhindern. Dieser Verfahrensschritt dürfte anhand der schematischen Darstellungen der verschiedenen Ausführungsformen ganz offensichtlich sein. Vermittels der Spitzen mit den Zapfen in Sternanordnung wird somit das Extrudat durch die beim Extrudieren umlaufende Förderschnecke aufgerührt.

Schließlich wird das Extrudat bei seinem Austritt aus dem Austrittsende des Extruders wiederum fein verteilt, um die Reaktionsfähigkeit des Extrudats zur Ausbildung eines reaktionsfähigen Gemische zu steigern. Dieser Verfahrensschritt erfolgt in der Weise, daß ein Reaktantengas in einem scharf gebündelten Strahl quer gegen das aus dem Spritzkopf austretende Extrudat gerichtet wird. Auch dieser Verfahrensschritt ist aus den verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung ersichtlich. Andererseits kann die erneute Feinverteilung des Extrudats entsprechend diesem Verfahrensschritt auch in der Weise erfolgen, daß Gas in das Extrudat vor dessen Austritt aus dem Spritzkopf eingedrückt wird, wie es z.B. im Falle der Ausführungsformen nach den Figuren 4, 9 und 11 der Fall ist. In diesem Falle sollte das Gas natürlich unter einem Druck stehen, der höher ist als der im Reaktionsbehälter

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herrschende Druck, in welchen das Extrudat ausgedrückt wird, wobei sich diese Druckverhältnisse auf die Strahlabgabe von Reaktantengas beziehen.

Eine weitere Möglichkeit der Feinverteilung des Extrudats ist aus Fig. 8 ersichtlich. Dabei wird das Extrudat ausreichend stark erhitzt, um den Wasseranteil explosiv zu verdampfen, bevor das Extrudat abgegeben wird. In diesem Falle wird zur erneuten Feinverteilung des Extrudats als Gas Dampf verwendet, wobei das Reaktionsgas getrennt eingeführt wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1. Verfahren zum kontinuierlichen Zuführen von fein zerkleinertem Feststoff in einen Hochdruck-Reaktionsbehälter, in welchem eine Umsetzung des Feststoffs erfolgen soll, insbesondere zum Zwecke der Kohlevergasung oder dgl., dadurch gekennzeichnet , daß der Feststoff in fein zerkleinerter Form mit etwa 15 bis 40 Gew.-% Wasser durch einen Extruder zugeführt, am Austrittsende des Extruders ein gegen den Druck im Reaktionsbehälter widerstandsfähiges Extrudat ausgebildet, das Extrudat am Extruderaustrittsende zur Verhinderung von Blockierung des Extruders aufgerührt und bei seiner Abgabe vom Austrittsende zur Ausbildung eines reaktionsfähigen Produktgasgemischs wiederum fein verteilt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur erneuten Feinverteilung des Extrudats ein Reaktantengas in einem scharfen Strahl quer gegen das Extrudat gerichtet wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur erneuten Feinverteilung des Extrudats ein unter einem über dem im Reaktionsbehälter herrschenden Druck stehendes Gas vor dem Ausdrücken des Extrudats in dieses eingedrückt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur erneuten Feinverteilung des Extrudats dieses ausreichend stark erhitzt wird, um seinen Wasseranteil vor Abgabe zur Blitzverdampfung zu bringen.

   5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur erneuten Feinverteilung des am Austrittsende des Extruders abgegebenen Extrudats das Reaktantengas in einem radial nach innen gegen das Extrudat gerichteten Strahl zugeführt wird.

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   6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch eine Förderschnecke (27, 56, 77, 97, 119, 148, 153, 165, 183) in Verbindung mit einer zum Zuführen von fein zerkleinertem Feststoff zur Förderschnecke dienenden Beschickungsvorrichtung (28) und eine der Förderschnecke betriebsmäßig zugeordnete Düse (32, 52, 83, 120, 136), welche einen zum Kompaktieren des fein zerkleinerten Feststoffs zwecks Ausbildung einer Sperre gegen den Hochdruckbereich in der Hochdruckkammer (22) dienenden, sich verjüngenden Durchlaß (33, 53, 82, 98, 121), einen zur Formgebung des kompaktierten Feststoffextrudats dienenden Spritzkopf (36, 102, 137, 157, 166, 175, 185) und zum Aufbrechen des kompaktierten Feststoffextrudats beim Austritt desselben aus dem Spritzkopf vermittels eines Gases dienende Vorrichtungen (38, 41, 42, 43; 62, 68, 71, 72; 87, 88, 89, 92; 103, 104, 107, 108, 109; 125, 126, 127; 141, 142, 143, 144; 169, 170; 176, 179; 186, 187) umfaßt.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaufbrechvorrichtungen zum Einführen von Gas in das kompaktierte Extrudat vor dem Austritt desselben aus dem Spritzkopf dienende Gaseinleitvorrichtungen umfassen und das Gas unter einem über dem in der Hochdruckkammer (22) herrschenden, zum Wiederaufbrechen des fein zerkleinerten Feststoffs in der Hochdruckkammer dienenden Druck zuführbar ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaufbrechvorrichtungen zur Gasstrahlabgabe quer gegen das Extrudat an dem Spritzkopfauslaß dienende Mittel umfassen.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse dem sich verjüngenden Durchlaß zugeordnete, zum Aufrühren des fein zerkleinerten Feststoffs und zum Verhindern eines Verstopfens des Spritzkopfs dienende Mittel (46, 57, 86, 101, 124, 154, 184) umfaßt.

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   0O. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse zur Ausbildung des Extrudats in einem dünnen Querschnitt dienende Mittel umfaßt.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Querschnitt einen hohlen Mittelteil in dem kompaktierten Extrudat umfaßt.

   12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-11, insbesondere zur Kohlevergasung, mit einer zum kontinuierlichen Einführen von Kohlenstaub in den oberen Bereich des Reaktionsbehälters dienenden Beschickungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen zum Extrudieren des Kohlenstaubs dienenden Extruder (21) und zum Einleiten eines Reaktionsgases im Zusammenwirken mit der Extrusion, zum Aufbrechen des Extrudats und Vermischen desselben mit dem Reaktionsgas dienende Mittel.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einleiten von Reaktionsgas Mittel zur Abgabe eines quer gegen das Extrudat gerichteten Reaktionsgasstrahls umfassen.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (21) eine zum Zuführen des Kohlenstaubs dienende Förderschnecke und einen zur Formgebung des Extrudats dienenden Spritzkopf umfaßt.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzkopf Mittel zur Ausbildung des Extrudats in einem dünnen Querschnitt (137, 138) umfaßt.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt eine Hohlform bildet.

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   17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.

   18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasstrahlabgabemittel radial ausgerichtet sind.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasstrahlabgabemittel ringförmig ausgebildet sind.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzkopf einen hohlen Kreisquerschnitt mit dünner
   Wand aufweist und die Reaktionsgaseinleitmittel eine zur
   Abgabe eines radial nach innen gegen die dünne Wand gerichteten Reaktionsgasstrahls dienende Ringkanuner (38, 62, 87, 103, 125, 176) umfassen.

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