DE2942450C2 - Reaktor zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mittels eines Metallschmelzbades - Google Patents

Description

a) der Reaktor (1) als Einkammer-Reaktor und im Längsschnitt als Vieleck in der Grundform eines trapezförmigen Vierecks ausgebildet ist;

b) die Verbindung des Ausströmkanales (5) an die Gasabzugsleitung (3) mit einer derart gelenkigen Verbindung angeschlossen ist, die auch in jeder Schwenkstellung des Reaktors gasdicht ist;

c) die Laufrollen (17) am Reaktor (1) angeordnet und auf einem stationären kreissegmentartigen Lauffundament (18) laufen, wobei der Reaktorboden (19) eine der Krümmung des Lauffundamentes (18) entsprechende Krümmung aufweist;

d) der Schlackenauslaß (10) im Krümmungsmittelpunkt des Lauffundamentes (18) angeordnet ist, damit er in der Arbeitsposition und in geschwenkter Reaktor-Position vom Schlackenbad (14) überdeckt bleibt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabzugsöffnung (20) zum Ausströmkanal (5) in der oberen Wandung (6) des Reaktors (1) im Längsschnitt gesehen seitlich versetzt angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (16) zur Zuführung der Vergasungsmedien in Reaktorlängsrichtung im bodennahen Bereich derjenigen Stirnwand (15) angeordnet sind, die dem Ausströmkanal (5) am nächsten liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die mit Düsen (16) versehene Reaktorwandung (15) stufenlos in den Ausströmkanal (5) übergeht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Düsen (16) enthaltenden Stirnwandung (15) gegenüberliegenden Reaktor-Stirnwandung (2), vorzugsweise im bodennahen Bereich, eine öffnung (12) für den Abzug der Metallschmelze angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Wandung (6) des Reaktors (1) oder in einer Seitenwandung (9) mit Abstand von der Badoberfläche (13,14) mindestens eine weitere, mit einem Verschluß (7) versehene Einfüllöffnung (8) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochachse (Z-Z) des Reaktors (1) in seiner Arbeitsposition um den Winkel iß) gegenüber der Vertikalen in Richtung auf den Ausströmkanal (5) hin verschwenkt ist

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (Y-Y) des Ausströmkanals (5) um den Winkel (?) gegenüber der Hochachse (Z-Z) des Reaktors (1) verschwenkt ist.

9. Vorrichtung mit einer Tauchglocken-Verbindung des Abzugskanals an die stationäre Gasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchglocke aus zwei kugelförmigen Halbschalen (23,24) besteht, wobei die untere, mit Dichtungsmittel gefüllte Halbsckale (23) den Ausströmkanal (5) des Reaktors (1) umgibt und die obere Haibschaie (24) kleineren Durchmessers, an der stationären Gasabzugsleitung (3) befestigt ist und in die untere Halbschale (23) eintaucht

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Ausströmkanal (5) an die stationäre Gasabzugsleitung (3) mittels Kompensatorverbindungen (4,4') angeschlossen ist

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Vergasen von Kohle und/oder anderen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zur Herstellung eines im wesentlichen CO und H₂ enthaltenden Gases mittels eines Metallschmclzbades, dem sowohl kohlenstoffhaltige als auch oxidierende Vergasungsmedien mit Düsen unterhalb der Oberfläche zugeführt werden, wobei der Reaktor mit einem an eine stationäre Gasabzugsleitung über eine gasdichte, bewegliche Verbindung angeschlossenen Ausströmkanal, einem syphonartigen Auslaß für Schlakke und mit einer verschließbaren Einfüllöffnung für die Schmelze in seinem Oberteil versehen ist, und er durch auf einer Laufbahn bewegliche Rollen schwenkbeweg-Hch angeordnet ist.

Ein derartiger Reaktor gehört nach der nicht vorveröffentlichten DE-OS 28 43 879 zum Stand der Technik, Dieser kipp-, schwenk- oder drehbewegliche Reaktor ist mittels Schnelltrenndichtungen direkt an eine stationäre Gasabzugsleitung angeschlossen. Bei Revision, Reparatur oder Austausch der verschleißbehafteten Bodendüsen muß der Reaktor von der stationären Gasabzugslcitung abgekoppelt und entleert werden, bzw. in eine derart stark gekippte Position gebracht werden, daß die Bodendüsen gefahrlos inspiziert bzw. erneuert werden können.

Aus »Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie«, Band 3, 1973, Seiten 401—03, insbesondere aus Abbildung 3 ist ein offener bodenblasender Thomas-Konverter bekannt, der zwar eine vieleckige Querschnittsform aufweist, jedoch im Verhältnis zum Schmelzbadvolumen eine für Eisenbadvergaser ungünstig kleine Schmelzbadoberfläche besitzt. Für eine Revision beziehungsweise Erneuerung der Wind-Düsen im Boden des Konverters muß die Eisen- bzw. Stahlschmelze abgegossen und der Konverter in eine nahezu horizontale Stellung gebracht werden. Thomaskonverter wurden ausschließlich für das Frischen bzw. die Raffination von kohlenstoffhaltigem Roheisen zu Stahl eingesetzt, wobei eine diskontinuierliche Betriebsweise in etwa halbstündigem Rhythmus (Füllen — Frischen — Abgießen) übiich war. Ein gasdichter Anschluß an eine stationäre Gasabzugsleitung ist bei Thomaskonvertern

nicht bekannt

Aus der DE-AS 14 08 153 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abdichten des offenen Spaltes zwischen Konverter und Abgashaube beim Abziehen von Konverterabgasen, insbesondere beim Frischen von Roheisen mit Sauerstoff bekannt Hierbei werden die Konverterabgase über eine anhebbare Haube und eine mit dieser verbundenen horizontalen Abgasleitung abgezogen. Die horizontale Abgasleitung ist mittels eines Kippbewegungen zulassenden Wellrohres an die stationäre Hauptabgasleitung angeschlossen. Eine Schwenkbewegung des Konverters unter Beibehaltung einer gasdichten Verbindung mit der Gasabzugshaube ist mit dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die nach der DE-OS 28 43 879 zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung weiter auszugestalten und zu verbessern, und bei dem schwenkbeweglichen Vergasungsreaktor zu ermöglichen, daß insbesondere unterhalb der Badoberfläche im seitlichen Bodenbereich des Reaktors angeordnete Düsen einfach und problemlos inspiziert gereinigt und gegebenenfalls bei abgebrannten, verschlissenen oder korrodierten Düsen, ausgetauscht werden können, ohne daß dazu eine Abzugsöffnung für die flüssige Phase verschlossen, eine Gasverbindungsleitung abgekoppelt oder der Reaktor entleert werden muß. Im Anschluß an die von Zeit zu Zeit erforderlichen Arbeiten an den Düsen soll weiterhin mit geringstmöglichen zeitlichen Unterbrechungen wieder eine sofortige Betriebsbereitschaft gegeben und eine unverzügliche Fortsetzung des Vergasungsprozesses möglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale dadurch gelöst, daß

a) der Reaktor (1) als Einkammer-Reaktor und im Längsschnitt als Vieleck in der Grundform eines trapezförmigen Vierecks ausgebildet ist;

b) die Verbindung des Ausströmkanales (5) an die Gasabzugsleitung (3) mit einer derart gelenkigen Verbindung angeschlossen ist die auch in jeder Schwenkstellung des Reaktors gasdicht ist;

c) die Laufrollen (17) am Reaktor (1) angeordnet und auf einem stationären kreissegmentartigen Lauffundament (18) laufen, wobei der Reaktorboden (19) eine der Krümmung des Lauffundamentes (18) entsprechende Krümmung aufweist;

d) der Schlackenauslaß (10) im Krümmungsmittelpunkt des Lauffundamentes (18) angeordnet ist, damit er in der Arbeitsposition und in geschwenkter Reaktor-Position vom Schlackenbad (14) überdeckt bleibt.

Durch die trapezförmige flache Ausbildung des Reaktors wird sehr vorteilhaft erreicht, daß mit nur ganz geringen Schwenkbewegungen des Reaktors ein Herausdrehen der unterhalb der Badoberfläche im seitlichen Bodenbereich des Reaktors angeordneten Düsen zum Inspizieren und Reinigen bzw. Freiblasen ohne Gegendruck des flüssigen Metallbades erfolgen kann, wobei dennoch im Betriebszustand des Vergasungsreaktors mit vorgegebenem Badvolumen in reaktionskinetisch günstiger Weise eine maximale Schmelzbadoberflät-'he als Austritts- oder Üb^rgangszone der sich bildenden CO/Hi-Gasbläschen aus der Schmelze in den sich darüber befindlichen Gasstrom gegeben ist. Die Ausbildung des Einkammer-Reaktors im Längsschnitt als Vieleck in der Grundform eines trapezförmigen Vierecks verwirklicht eine Dimension des Schmelzbades derart, daß bei einem vorgegebenen Badvolumen die Badoberfläche ein Maximum ist wobei die Badtiefe so ausgelegt ist, daß kein Durchblasen der Vergasungsmedien oder von Schlackenbildnern erfolgt. Diese Schmelzbaddimension im Reaktor gewährleistet optimale Austrittsbedingungen für die vergasten Medien und stellt sicher, daß die Vergasungsmedien ausreichende Reaktionszeiten vom Eintritt in das Bad bis zum ίο Austritt aus dem Bad haben. — Durch die gelenkige Verbindung des Ausströmkanales mit der Gasabzugsleitung wird sehr vorteilhaft erreicht daß der Vergasungsreaktor in jeder möglichen Schwenkstellung gasdicht mit der stationären Gasabzugsleitung verbunden bleibt Daher entfallen langwierige Ab- und Ankoppelungsvorgänge der Abgasleitung an den Reaktor vor oder nach Reinigungsarbeiten an den Blasdüsen. Mittels der Laufrollen am Reaktor und dem stationären kreissegmentartigen Lauffundament wird sehr einfach die bei Reinigungsarbeiten an den Düsen erforderliche Schwenkbewegung des Reaktors ermöglicht Dadurch, daß der Schlackenauslaß im Krümrnungämittelpunkt bei jeder Schwenkposition des Reaktors vom Schlakkenbad überdeckt bleibt, ist weiterhin gewährleistet, daß eine Düsenrevision ohne besonderen Verschluß der Schlackenauslaßöffnung erfolgen kann und der Gassammelraum des Reaktors in jeder Reaktorposition gegenüber der Außenatmosphäre gasdicht geschlossen ist. In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gasabzugsöffnung zum Ausströmkanal in der oberen Wandung des Reaktors im Längsschnitt gesehen seitlich versetzt angeordnet ist. Hierdurch wird sehr vorteilhaft erreicht, daß die in den Gasen enthaltenen Staubpartikel aufgrund ihrer Schwere aus den mit geringer Geschwindigkeit aufströmenden Gasen ausfallen und zusammen mit der im Reaktor gebildeten Schlacke ausgetragen werden können. Die entstandenen CO- und H2-reichen Reaktionsgase sind damit unmittelbar hinter dem Reaktor staubfrei und eine separate Entstaubung dieser Gase kann entfallen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Düsen zur Zuführung der Vergasungsmedien in Reaktorlängsrichtung im bodennahen Bereich derjenigen Stirnwand angeordnet sind, die dem Ausströmkanal am nächsten liegt. Durch diese Anordnung lassen sich die Düsen dort positionieren, wo die Badtiefe am größten ist und dadurch der Vergasungsweg bzw. die Vergasungszeit für die Vergasungsmedien möglichst groß ist. Zweckmäßig ist hierbei, daß die Hochachse Z-Z des Reaktors in seiner Arbeitsposition um den Winkel β gegenüber der Vertikalen in Richtung auf den Ausströmkanal hin verschwenkt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Tauchglocke der Tauchglockenverbindung des Abzugskanals an die stationäre Gasleitung aus zwei kugelförmigen Halbschalen besteht, wobei die untere, mit Dichtungsmittel gefüllte Halbschale den Ausströmkanal des Reaktors umgeben und die obere Halbschale, kleineren Durchmessers, an der stationären Gasabzugsleitung befestigt ist und in die untere Halbschale eintauche Als Dichtungsmittel enthält die Tauchglocke vorzugsweise ein Wasserbett. Hierdurch wird sehr vorteilhaft erreicht, daß bei jeder Schwenkbewegung des Vergasungsreaktors eine gasdichte Verbindung des Abzugskanales an die stationäre Gasleitung erhalten bleibt.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ausströmkanal an die stationäre Gas-

abzugsleitung mittels Kompensator-Verbindungen angeschlossen ist. Dadurch wird ein Gasabzugskanal genügender Länge geschaffen, in welchem die Staubpartikel der Gase ausgesichtet werden und in den Reaktor zurückfallen können. Die Verbindung von Reaktor und stationärer Gasabzugsleitung mittels Kompensatordichtungen ist besonders für den Druckbetrieb des Reaktors geeignet. Zweckmäßig dabei ist, daß die Kompensator-Verbindungen sowohl in der Arbeitsposition des Reaktors als auch in einer geschwenkten Reaktorposition annähernd gleiche angulare Belastungen aufweisen. Bei einem Verschwenken des Reaktors aus der Arbeitsposition in die Wartungsposition wird also eine Reaktorsteliung durchfahren, bei welcher an den Kompensatorverbindungen keine Belastungen auftreten.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fi g. 1 einen Reaktor mit Kompensator-Dichtung am Reaktoraustrag,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den trapezförmigen Reaktor in Blasstellung entlang der Linie H-II in F i g. 1, F i g. 3 eine Zwischenposition des Reaktors,

F i g. 4 den Reaktor mit aus dem Schmelzbad herausgeschwenkten Düsen,

F i g. 5 bis 7 einen Reaktor mit Tauchglockendichtung im Schnitt.

F i g. 1 zeigt einen Reaktor 1, der als stehendes Gefäß ausgebildet ist und im Innern mit einer feuerfesten Auskleidung 2 ausgekleidet ist. Der Längsschnitt dieses Reaktors ist in den F i g. 2,3 und 4 dargestellt. Der Reaktor ist mit einer stationären Gasabzugsieitung 3 über zwei Kompensatordichtungen 4, 4' verbunden. Der Gasausströmkanal 5 geht in der dargestellten Reaktoransicht etwa mittig vom Reaktor ab. Die obere Reaktorwandung 6 weist eine mit einem Verschluß 7 verschließbare Öffnung 8 für den Einlauf des geschmolzenen Metalls auf. Das Metallbad besteht aus einer eisenenthaltenden Legierung bzw. aus einer geschmolzenen Eisenlegierung, einem Kupferbad mit Legierungselementen, einem Bleibad, oder Schlackenbad.

In der Reaktorseitenwandung 9 ist eine als Syphon ausgebildete Abzugsöffnung 10 für die auf dem Metallbad befindliche flüssige Schlacke vorgesehen. Die Abverbunden ist. Dieses Zwischenrohr ist dann über eine zweite Kompensatordichtung 4' mit der stationären Gasabzugsieitung 3 verbunden (F i g. 2 bis 4).

Die Betriebsstellung oder Blasstellung des Reaktors ist in Fi g. 2 dargestellt. Der Reaktor ist um einen Winkel β gegenüber der Hochachse Z-Z des Reaktors in Richtung auf den Ausströmkanal 5 verschwenkt, so daß sich bei vorgegebenem Badvolumen eine möglichst große Oberfläche für den Austritt der Produktgase aus dem

ίο Metallbad ergibt, gleichzeitig aber die Badtiefe so ausgelegt ist, daß die Düsen durch die die Vergasungsmedien oder Schlackenbildner in das Metallbad eingeführt werden, in der rückseitigen Stirnwand 15 des Reaktors so tief angeordnet werden können, daß ein direktes Durchblasen dieser Stoffe durch das Bad hindurch vermieden wird und eine vollständige Umsetzung der Vergasungsmedien gewährleistet werden kann.

In F i g. 3 ist eine Zwischenposition des Reaktors 1 dargestellt, in der die Kompensator-Dichtungen 4, 4' entlastet sind. Es ist in dieser Position erkennbar, daß die Achse y-Vdes Ausströmkanals 5 gegenüber der Hochachse Z-Z des Reaktors um einen Winkel y geneigt ist. In der Entlastungsposition fluchten die Achsen des Zwischenrohrs 21 und der stationären Gasabzugsleitung 3 mit der Achse Y- Ydes Ausströmkanals 5.

F i g. 4 zeigt die Ruhe- bzw. Wartungsposition des Reaktors I₁ wobei die Düsen 16 aus dem Metall- und Schlackenbad herausgedreht sind und in dieser Stellung in einfacher Weise gewartet oder ausgewechselt werden können. In dieser Reaktorsteliung sind die Kompensatordichtungen 4 entgegengesetzt zur Reaktorsteliung gemäß Fig.2 vorgespannt. Auf diese Weise ergeben sich zwischen der Arbeitsposition des Reaktors gemäß F i g. 2 und der Wartungsposition gemäß F i g. 4 für die Kompensatordichtungen 4,4' gleich große angulare Belastungen. Der Reaktor mit Kompensatordichtung ist mit besonderem Vorteil für den Druckbetrieb geeignet. In den Fig.5 bis 7 ist ein stehender Reaktor mit Tauchglocke als Gasdichtung zwischen Ausströmkanal

5 und stationärer Gasabzugsieitung 3 dargestellt. Diese Dichtung ist für einen drucklosen Betrieb des Reaktors besonders geeignet Der Reaktor ist im Längsschnitt im wesentlichen von quadratischer Form. Dessen Stirnseite

15 weist im bodennahen Wandbereich die Vergasungszugsöffnung 10 ist in einem Anschlußstück 11 angeord- 45 düsen 16 auf. In einer Seitenwandung des Reaktors benet, welches mit einer nicht näher dargestellten Einrich- findet sich die Einführöffnung 8 für die schmelzflüssige tung zur Entschwefelung und Aufbereitung der Schlak- metallische Phase. In der dieser Einfüllöffnung gegenke verbunden werden kann oder weiches mit einer überliegenden Seitenwandung 9 ist die Schlackenab-Schlackenpfanne in Verbindung steht. zugsöffnung 10 und die Abzugsöffnung 12 für die metalim Bodenbereich des Reaktors befindet sich eine 50 fische Phase angeordnet Der Reaktor ist auf" den Lauf-Ausflußöffnung 12 für die metallische Phase. Der Bad- rollen 17 und dem Fundament 18 kippbar geführt. Der spiegel der metallischen Phase ist mit Bezugsziffer 13 Reaktorboden 19 weist eine Krümmung auf, welche der und der der Schlackenphase mit Bezugsziffer 14 be- Krümmung des Lauffundaments 18 entspricht
zeichnet. Auf der rückseitigen Stirnwand 15 befinden Fig. 6 zeigt im Schnitt die Blasstellung des Reaktors, sich die Düsen 16 zum Einleiten der Vergasungsmedien, 55 Der Reaktor ist in Richtung auf die Düsen 16 so verdas heißt von Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltigen schwenkt daß sich eine Baddimension möglichst großer

Medien sowie von oxidierenden Vergasungsmedien und/oder von Schlackenbildnern in das schmelzflüssige Metallbad. Der Reaktor ist über Laufrollen 17 auf einem Laufring 18 als Fundament kippbar gelagert Der Reaktorboden 19 weist vorteilhafterweise eine Krümmung auf. welche der Krümmung des Laufringes 18 entspricht Im Längsschnitt weist der Reaktor 1 im wesentlichen die Form eines Sehnenvierecks auf. Die Öffnung 20 fii; den Abzug der Produktgase ist in der oberen Wandung des Reaktors seitlich versetzt angeordnet und geht in den Ausströmkana! 5 über, der seinerseits mittels einer Kompensatordichtung 4 mit einem Zwischenrohr 21 Oberfläche für einen optimalen Gasaustritt und eine möglichst große Badtiefe für eine günstige Düsenanordnung ergibt Die Tauchglocke 22 besteht aus einer unteren Halbschale 23, die den Ausströmkanal 5 umgibt In diese Halbschale taucht von oben eine zweite Halbschale 24 kleineren Durchmessers ein, die die stationäre Gasabzugsieitung 3 umgibt. Die Tauchglocke ist mit Wasser 25 zur Gasabdichtung gefüllt In F i g. 7 ist die Ruhestellung bzw. die Stellung für die Wartung und Reparatur der Düsen 16 gezeigt, wobei die Düsen aus dem Metall- bzw. Schlackenbad herausgedreht sind. Falls eine Reparatur des feuerfesten Auskleidungsmate-

rials im Reaktor erforderlich werden sollte, kann in dieser Reaktorstellung auch eine Restentleerung des Reaktors stattfinden.

Es liegt im Ermessen des Fachmannes, je nach Aufgabenstellung und Größenordnung die einzelnen Ausführungsarten miteinander zu kombinieren.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

20

30

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Reaktor zum Vergasen von Kohle und/oder anderen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zur Herstellung eines im wesentlichen CO und H₂ enthaltenden Gases mittels eines Metallschmelzbades, dem sowohl kohlenstoffhaltige als auch oxidierende Vergasungsmedien mit Düsen unterhalb der Oberfläche zugeführt werden, wobei der Reaktor mit einem an eine stationäre Gasabzugsleitung über eine gasdichte, bewegliche Verbindung angeschlossenen Ausströmkanal, einem syphonartigen Auslaß für Schlakke und mit einer verschließbaren Einfüllöffnung für die Schmelze in seinem Oberteil versehen ist, und er durch auf einer Laufbahn bewegliche Rollen schwenkbeweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß