DE2935991C2 - Process and device for gas cooling and slag granulation at the reactor outlet - Google Patents

Process and device for gas cooling and slag granulation at the reactor outlet

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Description

— daß die flüssige Schlacke als ein kompakter Strahl aus dem Reaktor abgezogen und allseitig von dem in gleicher Richtung geführten Gasstrom umgeben durch das Fallrohr geführt wird,- That the liquid slag is drawn out of the reactor as a compact jet and on all sides is surrounded by the gas flow in the same direction through the downpipe,

— daß in einem das Fallrohr umgebenden Ringraum Wasser aufwärts strömt und dabei das Fallrohr indirekt kühlt,- That in an annular space surrounding the downpipe water flows upwards and thereby the Downpipe indirectly cools,

— daß das gesamte Wasser am oberen Ende des Fallrohres überläuft und als zusammenhängender Film an der Innenwand des Fallrohres in das Wasserbad abfließt und- That all the water overflows at the upper end of the downpipe and as a coherent one Film on the inner wall of the downpipe drains into the water bath and

— daß das im Wasserbad aufsteigende Gas durch Verteilereinbauten ;m Ws \>erbad fein verteilt wird.- that the gas rising in the water bath is finely distributed by means of manifold fittings; in the water bath will.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gasstromes im Fallrohr zwischen etwa 8 und 10 m/s liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that the speed of the gas flow in the downpipe is between about 8 and 10 m / s.

3. Vorrichtung zur gleichzeitigen Gaskühlung und Schlackegranulierung am Austritt aus Reaktoren, in denen unter erhöhtem Druck und autotherm ballastreiche feste und oder flüssige Brennstoffe zu CO- und l-h-haltigem Gas umgesetzt werden, wobei unterhalb des Austritts für Gas und Schlacke aus dem Reaktor und koaxial zu diesem Austritt in einem Behälter ein Fallrohr angeordnet ist, das in ein Wasserbad eintaucht, der Behälter oberhalb des Wasserbades mit einem Stutzen zur Abführung von gekühltem Gas und am Boden mit einem Stutzen zum Austrag von sedimentierter, granulierter Schlacke versehen ist, dadurch gekennzeichnet,3. Device for simultaneous gas cooling and slag granulation at the outlet from reactors, in which under increased pressure and autothermal high-fiber solid and or liquid fuels to CO- and gas containing l-h are reacted, with below of the outlet for gas and slag from the reactor and coaxial to this outlet in one Container a downpipe is arranged, which is immersed in a water bath, the container above the water bath with a nozzle for discharging cooled gas and at the bottom with a nozzle for discharging is provided with sedimented, granulated slag, characterized in that

— daß das Fallrohr (2) von einem Mantelrohr (12) umgeben ist und der zwischen dem Fallrohr (2) und dem Mantelrohr (12) gebildete Ringraum (11) mit einem Wasseranschluß (6) verbunden ist,- That the downpipe (2) is surrounded by a jacket pipe (12) and that between the downpipe (2) and the jacket tube (12) formed annular space (11) connected to a water connection (6) is,

— daß das Fallrohr (2) an seinem oberen Ende eine Überlauföffnung für das aufsteigende Wasser aufweist, welches an der Innenwand des Fallrohres (2) einen geschlossenen Wasserfilm bildet, und- That the downpipe (2) at its upper end has an overflow opening for the rising water which forms a closed water film on the inner wall of the downpipe (2), and

— daß im Bereich des Wasserbades (3) zwischen der Wand des Behälters (9) und dem Mantelrohr (12) Verteilereinbauten (4) zur Verteilung des aufsteigenden Gases im Wasserband angeordnet sind.- That in the area of the water bath (3) between the wall of the container (9) and the jacket pipe (12) Distributor internals (4) arranged to distribute the rising gas in the water band are.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Gaskühlung und Schlackegranulierung am Austritt aus Reaktoren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Gattung.The invention relates to a method for simultaneous gas cooling and slag granulation at the outlet from reactors with the measures specified in the preamble of claim 1. Also relates the invention relates to a device of the type specified in the preamble of claim 3.

Bei der Vergasung von ballastreichen in Gas suspendierten staubförmigen oder flüssigen Brennstoffen ist es unter Berücksichtigung der hohen Reaktionstemperaturen notwendig, die Ballaststoffe (Asche) in den flüssigen Zustand zu überführen, um ein Ansintern und damit eine Verengung der Strömungswege und des Reaktionsrauines zu vermeiden. Die verflüssigten Ballaststoffe können entweder gemeinsam oder auch unabhängig von den Reaktionsgasen aus dem Reaktionsraum abgeführt und anschließend durch Abschrecken in Wasser granuliert werden. Nachteilig sind die dabei entstehenden großen Mengen an zum Teil stark verunreinigtem Dampf.It is used in the gasification of high-ballast fuel in the form of dust or liquid suspended in gas taking into account the high reaction temperatures necessary to put the dietary fiber (ash) in the liquid State to convert to a sintering and thus a narrowing of the flow paths and the reaction roughness to avoid. The liquefied fiber can either be used together or independently the reaction gases are discharged from the reaction chamber and then granulated by quenching in water will. The large amounts of what is sometimes heavily contaminated are disadvantageous Steam.

In der DE-OS 27 23 6Oi ist bereits ausgeführt, daß diese Dampfbildung einen erheblichen Kühleffekt bewirkt, der zu einer Steigerung der Schlackenviskosität und damit zu Verstopfungserscheinungen der Schlakken-Ablauföffnungen führt Diesen Schwierigkeiten wird in verschiedenen Verfahren u. a. auch dadurch begegnet, daß das erzeugte Gas und die Schlacke im Gleichstrom aus dem Reaktionsraum abgeführt werden. Durch das heiße Reaktionsgas wird der Zutritt des relativ kalten Wasser dampfes zur Schlacken-Ablauföffnung verhindert und die abtropfende Schlacke auf der notwendigen Temperatur gehalten. Die Weiterbehandlung der erzeugten Gase macht es jedoch notwendig, nicht nur die Schlacke, sondern auch das Gas auf eine geeignete Temperatur abzukühlen.In DE-OS 27 23 6Oi it is already stated that This steam formation has a significant cooling effect, which leads to an increase in the slag viscosity and thus to clogging of the slag drainage openings This difficulty is shown in various procedures, inter alia. also met by that the generated gas and the slag are discharged in cocurrent from the reaction chamber. The access of the relatively cold water vapor to the slag outlet opening is due to the hot reaction gas prevented and the dripping slag kept at the necessary temperature. The follow-up The generated gases makes it necessary, however, not only the slag, but also the gas to a suitable one To cool down temperature.

Aus der US-PS 39 98 609 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung der jeweils angegebenen Gattung zur Erzeugung von Synthesegas durch Partialoxidation eines Brennstoffes bei erhöhtem Druck begannt, bei dem das im Reaktionsraum bei Temperaturen zwischen 1200 und 1540°C erzeugte Rohgas in einem dem Reaktionsraum nachgeordneten Wasserbad abgekühlt wird. Das durch Ruß und Asche verunreinigte Rohgas strömt über eine Einschnürung im unteren Teil des Reaktionsraumes ab und wird zumindest teilweise in das ins Wasserbad eintauchende Fallrohr geleitet. Das Fallrohr wird immer von einem Quench-Ring aus mit dem das Bad bildendem Wasser besprüht. In einem zwischen dem Fallrohr und der Behälterwand gebildeten Ringraum steigt das Gas im Wasserbad auf und wird dabei abgekühlt und vonFrom US-PS 39 98 609 is a method and a device of the type specified for the generation of synthesis gas started by partial oxidation of a fuel at increased pressure, at which the Crude gas generated in the reaction chamber at temperatures between 1200 and 1540 ° C. is cooled in a water bath downstream of the reaction chamber. That Raw gas contaminated by soot and ash flows through a constriction in the lower part of the reaction chamber and is at least partially passed into the downpipe which is immersed in the water bath. The downpipe will always sprayed from a quench ring with the water forming the bath. In one between the downspout and The annular space formed in the container wall rises in the water bath and is thereby cooled and removed

so Ruß und Asche gereinigt. Aus dem freien Raum oberhalb des Wasserbades wird das gereinigte und gekühlte Gas über einen Abzugsstutzen zur weiteren Behandlung abgeführt. Die aus dem Gas abgeschiedenen Feststoffe werden ausschließlich über einen Ablaß im Boden des Wasserbades ausgetragen. Dieses Verfahren ist im wesentlichen auf die Vergasung von relativ aschearmen Brennstoffen, wie schweres Heizöl und Petrolkoks, zugeschnitten. Das erzeugte Gas enthält daher nur geringe Mengen an Asche und Ruß in Form von sehr fein verteilten Feststoff-Partikeln. Schmelzflüssigc Phasen aus Ballaststoffen sollen z. B. durch Umhüllung mit festen Kohlenstoffpartikeln vermieden werden, so daß sich kein zusammenhängender Schmelzfluß oder schmelzflüssigs Tropfen im Gas ergeben.so soot and ash cleaned. The free space above the water bath is cleaned and cooled Gas discharged via a vent for further treatment. The solids separated from the gas are only discharged via a drain in the bottom of the water bath. This procedure is in essentially tailored to the gasification of relatively low-ash fuels such as heavy fuel oil and petroleum coke. The gas produced therefore contains only small amounts of ash and soot in the form of very fine distributed solid particles. Melting liquid phases from dietary fiber should z. B. by wrapping with solid Carbon particles are avoided, so that there is no contiguous melt flow or result in molten drops in the gas.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Druck-Vergasung von ballastreichen Brennstoffen das Ansetzen der verflüssigten Ballaststoffe an die Wände des Reaktionsraumes und der Austragsleitungen zu vermeiden und The object of the invention is in the pressure gasification of high-fiber fuels to avoid the build-up of liquefied dietary fiber on the walls of the reaction chamber and the discharge lines and

ohne gefährliche Überhitzungen einzelner Bauteile gleichzeitig das erzeugte Gas abzukühlen und die Schlacke zu granulieren.without dangerous overheating of individual components at the same time to cool the generated gas and the Granulate slag.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Durch die Führung der Schlacke in Form eines kompakten, von Heißgas umhüllten Strahls sowie durch den zusammenhängenden Wasserfilm an der Innenwand des Fallrohrs gemäß der Erfindung wird die Häufigkeit von unmittelbaren Kontakten flüssiger oder teigiger Schlakke mit der Fallrohrwand stark vermindert und die besonders nachteiligen Schlackeanbackungen an der Fallrohrwand werden durch din Wasserfilm vermieden.By guiding the slag in the form of a compact jet enveloped by hot gas and by the coherent water film on the inner wall of the downpipe according to the invention is the frequency of direct contact of liquid or doughy slag with the downpipe wall is greatly reduced and especially disadvantageous caking of slag on the downpipe wall is avoided by the water film.

Es hat sich gezeigt daß bei zu hohen Gasgeschwindigkeiten im Fallrohr der kompakte Schlackenstrahl zerteilt wird und daß Schlackenteilchen trotz des Wasserfilms bis zur Fallrohrwand gelangen können. Bei zu geringen Gasgeschwindigkeiten wiederum kann das Rückströmen von kaltem Wasserdampf in das Fallrohr bis zum Ablauf des Reaktors nicht vermieden werden, wodurch dann unerwünschte Kühieffekte vntstehen. Die Abmessungen des Fallrohrs müssen demzufolge dem Gasvolumenstrom angepaßt sein und die Gasgeschwindigkeiten im Fallrohr sollen zweckmäßig zwischen 8 und 10 m/sec liegen.It has been shown that at too high gas velocities in the downpipe the compact stream of slag is broken up and that slag particles despite the water film can reach the downpipe wall. If the gas velocities are too low, this can happen Backflow of cold water vapor into the downpipe up to the outlet of the reactor cannot be avoided, which then leads to undesirable cooling effects. The dimensions of the downpipe must therefore be adapted to the gas volume flow and the gas velocities in the downpipe should expediently between 8 and 10 m / sec.

Unter diesen Bedingungen reicht die Kühlwirkung des Fallrohrs im allgemeinen nicht aus, um die Schlacke und das Gas im genügenden Umfang abzukühlen. Für beide Medien erfolgt die Restkühlung nach Eintritt in das Wasserbad, wobei die Schlacke durch Benetzung mit Wasser erstarrt und im Wasserbad sedimentiert, während das aufsteigende Gas in einer zusätzlichen Vorrichtung auf die Temperatur des Wasserbades gekühlt wird. Durch unbemerkte Schwankungen im Betriebsablauf des Reaktors, z. B. durch Druckschwankungen verursachte Gasrnengenänderungen oder durch Schwankungen der zulaufenden Wassermenge, kann der Wasserfilm im Fallrohr örtlich aufreißen und dadurch die Rohrwand vom heißen Gasstrom überhitzt und zerstört werden. In einem solchen Fall könne u. U. ungekühltes Gas unter Umgehung der Tauchung in die für niedrige Betriebstemperaturen ausgelegten Anlageteile strömen und dort Zerstörungen verursachen. Bei einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneten Vorrichtung wird dieser Gefahr dadurch begegnet, daß das Fallrohr von einem Mantelrohr umgeben ist und der zwischen dem Fzllrohr und dem Mantelrohr gebildete Ringraum mit einem Wasseranschluß verbunden ist. Bei dieser Vorrichtung weist das Fallrohr an seinem oberen Ende eine Überlauföffnung für das aufsteigende Wasser auf. welches an seiner Innenwand einen geschlossenen Wasserfilm bildet. Im Bereich des Wasserbades zwischen der Wand des Behälters und dem Mantelrohr sind Verteilereinbauten zur Verteilung des aufsteigenden Gases im Wasserbad angeordnet.Under these conditions the cooling effect of the downpipe is generally insufficient to remove the slag and to cool the gas sufficiently. For both media, the residual cooling takes place after entry into the water bath, whereby the slag solidifies by being wetted with water and sediments in the water bath, while the rising gas is cooled to the temperature of the water bath in an additional device will. Due to unnoticed fluctuations in the operation of the reactor, e.g. B. by pressure fluctuations gas volume changes or fluctuations in the inflowing water volume the water film in the downpipe tear open locally and thereby overheat the pipe wall from the hot gas flow and be destroyed. In such a case, uncooled gas could possibly bypassing the immersion in the System parts designed for low operating temperatures flow and cause destruction there. at a device which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention is this Danger is countered by the fact that the downpipe is surrounded by a jacket pipe and that between the filler pipe and the annular space formed by the jacket pipe is connected to a water connection. With this device the downpipe has an overflow opening for the rising water at its upper end. which on its inner wall forms a closed film of water. In the area of the water bath between the wall the container and the jacket pipe are built-in distributors for distributing the rising gas in the water bath arranged.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben, die eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Gaskühlung und Schiackegranulierung am Austritt eines Reaktors im schematischen Vertikalschnitt zeigt.In the following an embodiment of the invention is described in detail with reference to the drawing, the one device for simultaneous gas cooling and Schiacke granulation at the outlet of a reactor in shows a schematic vertical section.

Aus einem Druckreaktor tritt ein Strom eines Rohgasgemisches von 12 00OmVh mit einer Temperatur von 1300°C und eiiiTn Druck von 25 bar in die obere öffnung 1 eines Fallrohrs 2 ein. Parallel zum Rohgasstrom fließt Schlacke in ;iner Menge von 2000 kg/h in einem kompakten Strahl ohne Wandberührung ebenfalls in die obere öffnune 1 des Fallrohrs 2 ein.A stream of a raw gas mixture of 12000 mVh at a temperature emerges from a pressure reactor of 1300 ° C and a pressure of 25 bar in the upper opening 1 of a downpipe 2. In parallel to the raw gas flow, slag flows in; an amount of 2000 kg / h in a compact jet without wall contact also into the upper opening 1 of the downpipe 2.

Das Fallrohr 2 hat einen Innendurchmesser von 640 mm und die effektive Strömungsgeschwindigkeit des Rohgases beträgt ca. 10 m/sec. Unter diesen Bedingungen wird der Schlackestrahl vom parallel strömenden Rohgas nicht aufgerissen bzw. zerteilt Das Fallrohr 2 taucht etwa 1200 mm tief in ein Wasserbad 3 ein. Der Gasstrom verdrängt das Wasser aus dem unteren Teil des Fallrohrs, verteilt sich am Fallrohrende auf seinen Umfangsbereich und tritt in das Wasserbad ein, in demThe downpipe 2 has an inside diameter of 640 mm and the effective flow velocity of the raw gas is approx. 10 m / sec. Under these conditions the slag jet is not torn open or broken up by the raw gas flowing in parallel. The downpipe 2 is about 1200 mm deep in a water bath 3. Of the The gas flow displaces the water from the lower part of the downpipe and is distributed over its end at the end of the downpipe Circumferential area and enters the water bath in which

ίο es durch gesonderte Verteilereinbauten 4 zur weiteren Abkühlung fein verteilt wirdίο it through separate distributor internals 4 to further Cooling is finely distributed

Parallel zum Gasstrom und Schlackestrom fließt an der Innenwand des Fallrohrs 2 ein Wasserfilm nach unten, der die Fallrohrwandung kühlt und das Anbacken von Schlacke an der Wand verhindertParallel to the gas flow and slag flow, a film of water flows down the inner wall of the downpipe 2, which cools the downpipe wall and prevents slag from sticking to the wall

Das Fallrohr 7 ist von einem Mantelrohr 12 umgeben und an den zwischen beiden Rohren gebildeten Ringraum 11 ist ein Wasseranschluß 6 angeschlossen, über den eine Wassermenge von ca. 80 000 kg/h mit einer Temperatur von ca. 150cC zugeführt -vird. Das im Ringraum 11 aufsteigende Wasser schützt die Fallrohr-Wand vor Überhitzungen, falls der innenseitige Wasserfilm aufreißen sollte.The downpipe 7 is surrounded by a jacket pipe 12 and a water connection 6 is connected to the annular space 11 formed between the two pipes, via which a water quantity of approx. 80,000 kg / h at a temperature of approx. 150 c C is supplied. The water rising in the annular space 11 protects the downpipe wall from overheating if the water film on the inside should tear.

Der Schlackestrahl tritt nach Durchfallen des FaII-rohrs 2 nur geringfügig abgekühlt in das Wasserbad ein und wird dort granuliert. Das entstehende Granulat wird über einen Stutzen 8 aus dem Wasserbad-Behälter 9 abgezogen. Das durch das Wasserbad getretene Gas hat sich nahezu auf die Temperatur des Wassers abgekühlt und sammelt sich im Gasraum des Behälters 9, aus dem es durch Gasstutzen 10 seiner weiteren Verwendung zugeführt wird. Dabei hat sich das Gas bis zum Siededruck des Wassers mit Dampf gesättigt, was in den nachgeschalteten Verfahrensstufen ausgenutzt werden kann.The slag jet occurs after the fall pipe has fallen through 2 is only slightly cooled in the water bath and is granulated there. The resulting granules is withdrawn from the water bath container 9 via a nozzle 8. The gas that has passed through the water bath has cooled down to almost the same temperature as the water and collects in the gas space of the container 9 to which it is fed through the gas nozzle 10 for further use. The gas has been up to The boiling pressure of the water is saturated with steam, which is used in the downstream process stages can.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur gleichzeitigen Gaskühlung und Schlackegranulierung am Austritt aus Reaktoren, in denen unter erhöhtem Druck und autotherm ballastreiche feste und/oder flüssige Brennstoffe zu CO- und Hrhaltigen Gasen umgesetzt werden, wobei Gas und flüssige Schlacke gemeinsam nach unten aus einem Reaktionsraum über ein in ein Wasserbad tauchendes Fallrohr abgezogen werden, die flüssige Schlacke im Wasserbad granuliert und sedimentiert wird und das Gas sich am unteren Ende des Fallrohres verteilt, im Wasserbad aufsteigt, dabei sich abkühlt und oberhalb des Wasserbades gesammelt und über einen Stutzen abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, 1. Process for simultaneous gas cooling and slag granulation at the exit from reactors, in which under increased pressure and autothermal high-fiber solid and / or liquid fuels to CO- and Hrhaltigen gases are converted, with gas and liquid slag down together the liquid can be withdrawn from a reaction chamber via a downpipe immersed in a water bath Slag is granulated and sedimented in a water bath and the gas is at the lower end of the downpipe distributed, rises in a water bath, cools down in the process and is collected above the water bath and discharged via a nozzle, characterized in that
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