DE3231531A1

DE3231531A1 - Verfahren und reaktor zur erzeugung von im wesentlichen co und h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) enthaltendem gas

Info

Publication number: DE3231531A1
Application number: DE19823231531
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 5090 Leverkusen Henrich; Friedel Isenhardt; Peter Dr. 5060 Bergisch Gladbach Paschen; Rolf Hans 5000 Köln Pufal; Heinz-Dieter 5064 Rösrath Waldhecker
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1983-09-15
Also published as: CA1211938A; GB2116995A; FR2522674A1; GB2116995B; GB8306044D0; AU560186B2; AU1196883A; SE8301208L; IN158861B; BR8301090A; SE8301208D0; FR2522674B1

Description

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Anlage zum Patentgesuch der

Klöckner-Humboldt-Deutz

Aktiengesellschaft

vom 24. August 1982

Verfahren und Reaktor zur Erzeugung von im wesentlichen CO und H₂ enthaltendem Gas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von im wesentlichen CO und H₂ enthaltendem Gas, wobei Kohlenstoffträger und Vergasungsmittel als Reaktanden in einen Reaktor mit einem Bad aus feuerflüssigem Metall und/oder Schlacke eingebracht werden.

Ferner betrifft die Erfindung einen Reaktor zur Erzeugung von im wesentlichen CO und H~ enthaltendem Gas in einem schmelzflüssigen Bad von Metall und/oder Schlacke mit einer Düse beziehungsweise Düsengruppe zum Zuführen von im wesentlichen Kohlenstoffträgern und einer Düse beziehungsweise Düsengruppe zum Zuführen von im wesentlichen Vergasungsmitteln zum Bad.

i Verfahren und Vorrichtungen zum Vergasen feinkörniger ι

beziehungsweise staubförmiger Brennstoffe in einem j

schmelzflüssigen Bad von hoher Temperatur, beispielsweise !

flüssiger Schlacke oder flüssigem Metall wie Eisen zwecks Erzeugung eines im wesentlichen CO und H₂ enthaltenden Gases sind bekannt.

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' Solche Verfahren und Vorrichtungen unterscheiden sich

■ vielfach durch die Art und Weise, in welcher die Reaktanden

\ miteinander in Kontakt gebracht werden, sowie durch die

i hierfür vorgesehenen Vorrichtungen. Bei einigen Verfahren

j und Vorrichtungen werden zum Beispiel Brennstoffe und/oder

I Vergasungsmittel von unten her in das Bad eingetragen, bei

J anderen aufgeblasen, und schlieSlich sind auch sogenannte

j Hybrid-Verfahren bekannt, wobei Reaktanden gleichzeitig in

1 ein Metallbad ein- und aufgeblasen werden.

^; Beispielsweise zeigt die DE-PS 450 460 einen j Vergasungsreaktor, bei welchem Düsen "in bekannter Weise" I im Mantel oder Boden des Konverters angeordnet sind. Bei

dieser Anordnung ist es üblich und zweckmäßig, den Reaktor als Kippgefäß auszubilden, um bei Störungen, gegebenenfalls ^: in der Zuführung der Eintragsstoffe, ein Zulaufen der Düsen mit Metall oder Schlacke zu verhindern, beziehungsweise um bei Revision und/oder Erneuerung der Düsen diese aus dem Bereich des Schmelzbades herausbewegen zu können, ohne das Schmelzbad ablassen zu müssen.

Eine gewisse Schwierigkeit bei dieser kippbaren Anordnung ergibt sich unter anderem durch Dichtungsprobleme bei der notwendigerweise trennbaren Verbindung des Reaktors mit einer stationären Leitung für das Produktgas. Dieses Problem ist jedoch beispielsweise mitteis einer gasgespülten oder mit einer Kühlung ausgestatteten

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Schnelltrenndichtung beherrschbar, wenn auch ein etwas höherer Aufwand hiermit verbunden ist. Andererseits ergiot sich bei Anordnung bodenblasender Düsen das Problem der Standzeit dieser Düsen sowie der Reaktor-Auskleidung. Verbessernde Entwicklungen, beispielsweise mit Schutzgas-Fluid bei bodenblasenden Sauerstoffdüsen, haben indessen dazu beigetragen, die Standzeiten erheblich zu verbessern und dadurch das Verfahren wirtschaftlich zu gestalten.

Wenn auch zur Aufrechterhaltung einer ununterbrochenen Gasproduktion infolge der Notwendigkeit einer regelmäßigen Revision des Reaktors und/oder der Düsen ein Tandemaggregat vorhanden sein muß, so ist die Durchführung eines Vergasungsprozesses mit unterhalb der Badoberfläche des Vergasungs-Schmelzbades eingebrachten Reaktanden durch Seiten- oder Bodendüsen deshalb vorteilnaft, weil oei dieser Prozeßführung ein optimaler Reaktionsverlauf erzielt und ein praktisch von Verunreinigungen wie Schwefel oder Kohlendioxid freies, sauberes Gas gewonnen wird, das im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält.

Weil jedoch der Aufwand für im schmelzflüssigen Bad bei hohen Temperaturen arbeitende Düsen als Erschwernis empfunden wurde, wurde schon nach anderen Möglichkeiten gesucht, um beispielsweise einen Vergasungsprozeß in einem Reaktor mit außerhalb des Schmelzbades angeordneten Düsen oder Lanzen durchführen zu können.

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: Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der

j DE-AS 1 287 724 vorbekannt. Diese dient zur Vergasung von

Brennstoffen in einem Schlackenbad mit oberhalb desselben

angeordneten Lanzen, welche so gerichtet sind, daß durch

^; die Strömungsenergie der gleichmäßig über den Umfang

j tangential mit großer Strahlkraft eingeführten Brennstoffe

J und/oder Vergasungsmittel eine Rotationsbewegung in der

j Schlacke entsteht. Dabei soll eine Art Wirbelsenke gebildet

! werden, innerhalb deren die Brennstoffteilchen auf

! spiraligen Wegen im Kontakt mit der heißen Schmelze

i annähernd vollständig gekrackt und entgast werden.

; In der Praxis wird die erstrebte Prozeßqualität jedoch

i nicht erreicht. Denn auch beim Einführen der Reaktanden

j mittels hoher Strömungsenergie durch den Gasraum hindurch

', auf die Badoberfläche erfolgt im Gasraum oberhalb des Bades

j eine teilweise Verbrennung von Brennstoff und Sauerstoff

I unter Bildung von Kohlendioxid, wobei zudem erhebliche

j Mengen an staubförmiger Schlacke aufgewirbelt und mit dem

j Gas ausgetragen werden. Auch enthält das Gas insbesondere

j bei Einsatz schwefelhaltiger Brennstoffe unzulässig hone

^; Anteile von Schwefel. Dies ergibt insgesamt eine

i unbefriedigende Qualität des Produktgases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von im wesentlichen CO und H₂ enthaltendem Gas,

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wobei Kohlenstoffträ'ger und Vergasungsmittel als Reaktanden in einen Reaktor mit einem Bad aus feuerflüssigem Metall und/oder Schlacke eingebracht werden, derart zu verbessern und weiterzubilden, sowie einen hierfür geeigneten Reaktor anzugeben, daß durch diese die geschilderten Nachteile vermieden werden. Zu diesem Zweck sollen die Reaktanden im Vergasungsprozeß so innig und vollständig miteinander und mit dem Schmelzbad in Kontakt gebracht werden, daß ein Gas von höchster Qualität, das heißt mit möglichst niedrigen Anteilen an Schwefel, Kohlendioxid und/oder Staub entsteht. Der hierfür vorgesehene Reaktor soll so ausgestaltet sein, daß sich zumindest die zum Einbringen des Kohlenstoffträgers in das Bad vorgesehenen Düsen beziehungsweise ihre Mündungen vor dem Vergasungsprozeß oberhalb des Schmelzbad-Spiegels befinden, um ohne Schwierigkeiten beziehungsweise ohne Ablassen des Bades deren Austausch oder Revision zu ermöglichen. Wenn gegebenenfalls auch bodenblasende Düsen vorgesehen sind, soll die Anordnung des Reaktors so getroffen sein, daß diese ohne Ablassen des Schmelzbades in eine Revisionsstellung herausgeschwenkt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zur Erzeugung von im wesentlichen CO und H₂ enthaltendem Gas der eingangs genannten Gattung, wobei Kohlenstoffträger und Vergasungsmittel als Reaktanden in einen Reaktor mit einem

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Bad aus feuerflüssigem Metall und/oder Schlacke eingebracht werden, dadurch, daß die Reaktanden in einer solchen Weise im Gasstrahl beziehungsweise im Partikelstrahl mit dem Bad in Kontakt gebracht werden, daß sich dessen Badspiegel aus einer im Ruhezustand vor dem Vergasungsprozeß unteren Badspiegelhöhe durch Volumenzunahme auf eine während des Vergasungsprozesses obere Badspiegelhöhe anhebt, und daß wenigstens einer der Reaktanden in einer Höhe zwischen dem oberen und dem unteren Badspiegel eingeführt wird.

Gemäß Erfindung wird unter dem Begriff Partikelstrahl ein Strahl von mit Feststoff-Partikeln beladenem Trägergas verstanden, das heißt ein feinkörniger Feststoff wie beispielsweise Kohlenstaub in Suspension beispielsweise in einem als Trägergas verwendeten Produktgas, wobei die Suspension unter Druck in eine Düse eingeführt und in deren Kanal beziehungsweise beim Austritt daraus zum gebündelten energiereichen Strahl entspannt wird.

Mit der Erfindung wird sehr vorteilhaft das Aufwallen des Bades durch die Art der Einführung der Reaktanden gefördert und dazu genutzt, wenigstens einen der Reaktanden im Vergasungsprozeß unter die Oberfläche des Bades einzuführen und mit diesem dadurch in innigen Kontakt zu bringen. Vorteilhaft dabei ist, daß sich die Eintragsstelle vor dem Vergasungsprozeß im Zustand der Ruhe des Bades oberhalb des

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unteren Badspiegels und damit außerhalb des Bades befindet, jedoch während des Vergasungsprozesses in das durch Aufschäumen im Volumen vergrößerte und damit im Badspiegel wesentlich erhöhte Bad eintaucht.

Eine Ausgestaltung sieht vor, daß beide Reaktanden Kohlenstoffträger und Vergasungsmittel - im wesentlichen in gleicher Höhe zwischen dem oberen und dem unteren Badspiegel in das Bad eingeführt werden.

Dabei ergeben sich folglich für das Einführen beider Medien die gleichen vorgängig genannten Vorteile.

Um die bestmögliche Qualität des Produktgases zu erreichen, kann in Abwandlung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise vorgesehen sein, daß der Kohlenstofftra'ger im wesentlichen in einer Höhe zwischen dem oberen und dem unteren Badspiegel, und das Vergasungsmittel im wesentlichen

unterhalb des unteren Badspiegels in das Bad eingeführt }

Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Verfahrensweise sehr vorteilhaft ein Gas von höchster Qualität, selbst bei Verwendung minderwertiger und gegebenenfalls stark schwefel- und/oder aschehaltiger Brennstoffe erreicht wird.

Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß der Kohlenstoffträger im wesentlichen in einer Höhe zwischen '

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dem oberen und dem unteren Badspiegel eingeführt wird, während das Vergasungsmittel von oben her gegen das Bad aufgeblasen wird.

Bei dieser Verfahrensweise wird ein Gas gewonnen, das zwar nicht die höchstmögliche, jedoch noch eine relativ hohe Qualität besitzt. Infolge Verzicht auf das Durchblasen des Bades von unten her werden andererseits die bekannten, damit zusammenhängenden Schwierigkeiten beziehungsweise der hierfür erforderliche Aufwand vermieden.

Ob nun die eine oder andere Verfahrensvariante zur Anwendung kommt, liegt je nach Aufgabenstellung und insbesondere je nach Anforderungen an die Gasqualität und

!· dessen Verwendung in der Wahl des Fachmannes. Dabei kann -

J um dies vorweg zu nehmen - die Ausgestaltung eines hierfür '. vorgesehenen Reaktors so getroffen sein, daß dieser durch

! Umrüstung sowohl für die eine, als auch für die andere

Verfahrensvariante entsprechend hergerichtet werden kann.

: In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die relative

^; Volumenzunahme des Bades durch Einstellung der

Stoffstromdichte der Reaktanden im Verhältnis zum statischen Badvolumen eingestellt beziehungsweise gesteuert wird.

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Auch kann die relative Volumenzunahme durch atmosphärischen Überdruck des erzeugten Gases oberhalb des Badspiegels eingestellt beziehungsweise gesteuert werden.

Dadurch, daß mit den genannten Einflußgrößen die relative Volumenzunahme des Bades und damit die Höhe des oberen Badspiegels eingestellt beziehungsweise gesteuert werden kann, ergibt sich mit der Erfindung sehr vorteilhaft die Möglichkeit einer Optimierung des Vergasungsprozesses innerhalb vorgesehener Aktivierungszustände und Badspiegelhöhen des Schmelzbades.

Ein Reaktor zur Erzeugung von im wesentlichen CO und f-L· enthaltendem Gas in einem schmelzflüssigen Bad von Metall und/oder Schlacke mit einer Düse bezienungsweise Ddsengruppe zum Zuführen von im wesentlichen Kohlenstoffträgern und einer anderen Düse beziehungsweise Düsengruppe von im wesentlichen Vergasungsmitteln zum Bad ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, daß die Mündung der Düse beziehungsweise Düsengruppe für wenigstens einen der Reaktanden in einer Höhe zwischen einem unteren una einem oberen Badspiegel in den Reaktor einmündet, wobei der untere Badspiegel derjenige vor dem Vergasungsprozeß und der obere Badspiegel derjenige während des Vergasungsprozesses ist.

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Bei der Anordnung nach der Erfindung lassen sich diese Düsen sehr vorteilhaft ohne Entfernung des Bades aus dem Reaktor im Ruhezustand, das heißt vor oder nach dem VergasungsprozeQ und ohne Kippen des Reaktors einer Revision unterziehen, während es andererseits infolge der besonderen Höhenlage mit der Lage ihrer Mündungen gelingt, Reaktanden in das Bad zum innigen Kontakt mit diesem einzuführen.

Mit Vorteil ist dabei die Mündung der Düse beziehungsweise Dösengruppe für den Kohlenstoffträger dicht oberhalb des unteren Badspiegels angeordnet und vorzugsweise schräg nach unten gegen die Horizontale gerichtet. Hierdurch wird eine relativ lange Verweilzeit des Kohlenstoffs bis zur vollständigen Lösung im Bad erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Reaktors nach der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 9 bis 17.

Im folgenden wird die Erfindung mit ihren Vorteilen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Reaktor zur Vergasung von Kohle in einem Eisenbad nach dem Stand der Technik, mit einer Düsenanordnung am Boden, in kippbarer Anordnung, im Schnitt,

Fig. 2 einen ortsfesten Reaktor nach dem Stand der Technik, mit oberhalb des schmelzflüssigen Bades angeordneten Lanzen, im Schnitt,

Fig. 3 einen Reaktor nach der Erfindung, in

liegender Anordnung, im Schnitt entlang einer horizontalen Ebene,

Fig. 4 einen Reaktor gemäß Fig. 3, jedoch im Schnitt entlang einer vertikalen Ebene,

Fig. 5 einen Reaktor gemäß Fig. 3 und 4, im Schnitt entlang einer zur Längsachse senkrechten, vertikalen Ebene,

Fig. 6 den Reaktor gemäß Fig. 5, jedoch in

Revisionsstellung um ca. 100 ° aus der Arbeitsstellung herausgeschwenkt, ebenfalls im Schnitt entlang einer zur Längsachse senkrechten und vertikalen Ebene,

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Fig. 7 einen Reaktor gemäß Figuren 3 bis 6, mit Darstellung des Neuzustandes und eines Verschleißzustandes, ebenfalls im Schnitt entlang einer zur Längsachse senkrechten und vertikalen Ebene,

Fig. 8 einen stehenden Reaktor nach der Erfindung, im Schnitt entlang einer vertikalen Ebene.

Der dem Stand der Technik entsprechende Reaktor nach Fig. 1 ist in den Drehgelenken 2 kippbar angeordnet. Im unteren ; Teil 3 befindet sich ein schmelzflüssiges Bad 4, ! beispielsweise von flüssigem Eisen. Im Boden 5 des Reaktors 1 befindet sich die Düsenanordnung 6, beispielsweise in Form einer bekannten Ringdüse mit Kanälen zum Einführen von Ϊ Brennstoff und/oder Vergasungsmittel, Zuschlagstoffen und gegebenenfalls einem Schutzfluid. Der untere Badspiegel des im Ruhezustand befindlichen Eisenbades 4 ist mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet, während der beim Vergasungsprozeß durch Volumenvergrößerung sich ergebende obere Badspiegel mit der Ziffer 8 bezeichnet ist. Der kippbare Reaktor 1 besitzt einen Gasaustritt 9, der mit einer Dichtungsanordnung 10 an eine ortsfeste Leitung 11 angeschlossen ist. Im oberen Bereich 12 des Reaktors 1 befindet sich eine Einfüllöffnung 13 für flüssiges Eisen. Fin Abstichloch 14, welches normalerweise verschlossen bleibt, ist als Ablaßöffnung für das Eisenbad 4 vorgesehen.

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Zum Freisetzen der Düsen zwecks Revision oder Erneuerung muß nach Beendigung des Vergasungsprozesses, jedoch unter ständigem Blasen^um ein Eindringen des flüssigen Eisens in die Düsen 6 zu verhindern, die Dichtungsanordnung 10 gelöst und der Reaktor 1 um die Drehgelenke 2 durch Schwenken gegen die Horizontale geneigt werden, solange, bis die Düsenanordnung 6 aus dem Eisenbad 4 freikommt. Dann erst kann die Düsenanordnung 6 ausgewechselt, gegebenenfalls erneuert und der Reaktor 1 in die Arbeitslage zurückgeschwenkt werden.

Eine Kohle-Vergasungsanlage nach dem Stand der Technik mit einem stationären, das heißt nicht schwenk- oder kippbaren Reaktor 1 zeigt Fig. 2. Bei diesem sind Lanzen 6, 6¹ für Brennstoff und/oder Vergasungsmittel oberhalb des schmelzflüssigen Bades 4 angeordnet. Sie sind tangential zu Mehreren auf einen konzentrischen, in Höhe der Oberfläche 15 des Bades 4 gedachten Kreis gerichtet, dessen Umfang annähernd dem halben Umfang des Schmelzbades 4 entspricht. Durch Übertragung kinetischer Energie von den aus den Lanzen 6, 6' austretenden Strahlen von Gas und feinen Feststoffteilchen wird das schmelzflüssige Bad 4 in Rotation versetzt, wobei sich ein paraboloidischer Badspiegel 15 einstellt. Dabei spielt sich die Reaktion zwischen den Reaktanden und dem schmelzflüssigen Bad 4 im wesentlichen im Bereich von dessen Oberfläche 15 ab. Jedoch

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finden Teil-Reaktionen in der Feststoffsuspension bereits vor Erreichen der Badoberfläche 15 zwischen den Mündungen 17, 17' der Lanzen 6, 6· und dem Badspiegel 15 statt. Die Folge davon ist eine unvollkommene Umsetzung der Reaktanden zu einem mit Kohlendioxid, Schwefel und gegebenenfalls staubförmiger Asche verunreinigten Produktgas.

Eine bevorzugte Ausführung des Reaktors 1 nach der Erfindung zeigen die Figuren 2 bis 6. Dieser ist liegend ausgebildet und besitzt eine horizontale Achse "A", sowie Mittel 15, 16 zum Verschwenken um die Achse "A". Diese Mittel bestehen aus mit dem Reaktor 1 verbundenen Drehkränzen 15, welche auf Rollen 16, (Fig. 5) gelagert sind, sowie einem (nicht dargestellten) Schwenkantrieb, entweder in Form eines Zahnkranzes mit Antriebsritzel und Motorvorgelege, oder in Form eines Lineartriebes, wie hydraulische Kolben/Zylinder-Einheit oder Spindeltrieb etc. Der Reaktor 1 hat einen Innenraum 21 in Form einer länglichen Wanne. In der linken Hälfte 21 dieser länglichen Wanne sind die Düsen 6, 6' für den zu vergasenden Kohlenstoff an einer Stelle gemäß Erfindung angeordnet. Ihre Mündungen 17, 17' liegen knapp oberhalb des unteren Badspiegels 7, wie er sich vor dem Vergasungsprozeß im Ruhezustand des Bades 4 einstellt. Am Boden des Innenraumes 21 ist eine Gruppe 18 von bodenblasenden Düsen zum

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Einblasen von Vergasungsmittel von unten in das Bad 4 vorgesehen, wie an sich bekannt. Diese sind in einem gegebenenfalls auswechselbaren Düsenstein 28 (Fig. 7) angeordnet.

Die Düsen 6, 6¹ beziehungsweise Düsengruppe 18 sind im wesentlichen in einer Hälfte, im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der linken Hälfte 19 des Innenraumes 21 angeordnet, in der sich unter Aufschäumen des Bades beim Einführen der Reaktanden der Vergasungsprozeß vollzieht. Damit die sich bildende Schlacke von darin enthaltenen Metallteilchen in einer beruhigten Zone des Reaktors durch Absetzen der schwereren Metall-Phase reinigen kann, ist die rechte Seite 20 des Innenraumes 21 ohne Düsen als Beruhigungszone vorgesehen. Darüber ist der Gasaustrittsstutzen 9 angeordnet. Auf der rechten Seite der Darstellung (Fig. 4) sind Schlackenabzugskanäle 29 in verschiedenen Höhen vorgesehen, die jedoch während des Betriebes normalerweise mit einem feuerfesten Dichtungsmittel - wie bekannt - verschlossen sind. Links unten in Fig. 4 ist ein Abstichkanal 14 zum Ablassen des schmelzflüssigen Bades 4 vorgesehen. Auch dieser Kanal 14 ist normalerweise mit einer Feuerfestmasse verschlossen und wird - wie beispielsweise aus der Hochofentechnik bekannt - zum Abstich aufgebohrt. In der Fig. 4 sind weiter die verschiedenen Badspiegelhöhen H-,, H₂, H₃ mit Pfeilen

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und Höhenlinien eingezeichnet. H-i entspricht der Badspiegelhöhe 7 des Metallbades 4 im Ruhezustand und beträgt beispielsweise 500 mm. Auf dem Eisenbad 4 schwimmt eine Schicht von wenigen Zentimetern Schlacke, ebenfalls in beruhigtem Zustand. Während des Vergasungsprozesses steigt der Spiegel 8, 8* des Metallbades 4 je nach Einstellung der Betriebsparameter auf eine Höhe zwischen H₂ und H₃. Mit H₂ wird eine Höhe von ca. 800 mm im Bad 4 erreicht, sofern mit mittlerer Stoffstromdichte und einem Gegendruck von beispielsweise 3 Bar gefahren wird. Die Höhe H₃ stellt sich beim Eisenbad 4 einschließlich einer aufgeschäumten Schlackenschicht ein, wenn mit erhöhter Stoffstromdichte bei geringerem Gegendruck, beispielsweise 1 Bar gefahren wird. Bei Betriebszustanden zwischen H₂ und H₃ zeigt die Darstellung in Fig. 4 deutlich, daß die Mündungen 17 der Düsen 6, 6¹ tief in das Bad 4 eintauchen, sobald der Vergasungsprozeß im Gange ist.

Die Höhen H,, Hp> H₃ der unterschiedlichen Badspiegel 7, 8, 8¹ sind ebenfalls aus den Figuren 5 bis 7 deutlich erkennbar. Zugleich zeigen die Figuren die Lage der Düsen 6, 6¹ mit den Mündungen 17, 17'. Diese Mündungen liegen oberhalb des unteren Badspiegels H·,, jedoch unterhalb des Badspiegels H₉ beziehungsweise H₃. Der Höhenunterschied zwischen H₂ und H₃ ergibt sich nach Maßgabe der bereits erwähnten Betriebsparameter wie Stoffstromdichte und

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Gegendruck. Dementsprechend zeigt Bezugsziffer 7 die Badspiegelhöhe H-, des Eisenbades 4 einscnließlich einer relativ dünnen Schlackenschicht im Ruhezustand, H₂ den Badspiegel 8 beim. Vergasungsprozeß, mit einem höheren Niveau des Eisenbades und einer dickeren Schicht aufgeschäumter Schlacke, und 8' den höchsten Badspiegel mit noch höher aufgeschäumtem Eisenbad und einer relativ dicken, stark aufgeschäumten Schlackenschicht. Ferner zeigt Fig. 5 die Anordnung des Reaktors 1 mit Mitteln zum Verschwenken 15 und 16, nämlich einen mit dem Reaktor verbundenen Laufring 15, der auf Rollen 16 gelagert ist. Ein Drehantrieb ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Den Reaktor 1 in einer um ca. 100 ° aus der Betriebsstellung nach links rückwärts verschwenkten Stellung gemäß Pfeil 22 zeigt Fig. 6. Weil bei dieser Verschwenkung die Düse 6 mit ihrem Düsenkanal und der Mündung 17 in das Bad 4 eintaucht, müssen diese durch Verschließen mit Feuerfestmasse vor dem Verschwenken gesichert werden. Eine solche Maßnahme ist jedoch aus der Hochofen- beziehungsweise Schmelzofen-Praxis bekannt und bereitet keine Schwierigkeiten. Nach dem Zurückschwenken in die Arbeitsstellung wird die Düse 6 mit Düsenkanal und Mündung 17 wieder aufgebohrt und betriebsbereit gemacht. In der gezeigten Stellung ist die Düsengruppe 18

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einschließlich deren Mündungen 18' aus dem Bad 4 nach oben herausgeschwenkt und dadurch für eine Revision oder Erneuerung ohne Schwierigkeiten zugänglich. Die Darstellung zeigt ferner, daß das schmelzflüssige Bad 4 während einer solchen Reparatur-Phase ohne weiteres im Reaktor 1 belassen werden kann.

Die Darstellung eines Ausführungsbeispieles ahnlich den Figuren 3 bis 6 zeigt Fig. 7. Der Reaktor 1 umfaßt die Wand 23 aus Stahl mit einer Feuerfest-Auskleidung 24. Im Bereich des Bades 4 sowie der seitlichen Wandbereiche 25 ist eine hochfeuerfeste und korrosionsresistente Schutzauskleidung 26 aufgebracht. Die rechte Seite der Darstellung zeigt den Neuzustand der Schutzauskleidung 26, während an der linken Seite der Zustand nach Verschleiß infolge einer langen Betriebsphase dargestellt ist. Bei Erreichen dieses Verschleiß-Zustandes muß der Reaktor 1 stillgesetzt und neu ausgekleidet werden. Dabei ist ferner zu erkennen, daß die Düse 17· auf der rechten Seite innerhalb der intakten Schutzschicht 26 tiefer in das Innere des Reaktors 1 hineinragt, als nach Verbrauch der Schutzschicht 26, wie auf der linken Seite der Darstellung ersichtlich. Deshalb muß das Volumen des Bades 4 nach Maßgabe des Verschleißes der Reaktor-Auskleidung 26 nach und nach mit einem größeren Volumen von Eisen gefüllt werden. Infolgedessen könnte beispielsweise der

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Verschleißzustand des Reaktors nach Maßgabe des höher werdenden Reaktor-Gewichtes infolge größerer Badfüllung ermittelt werden.

Die Darstellung in Fig. 7 zeigt ferner die Möglichkeit, anstelle der Bodendüsen 18 für das Vergasungsmittel eine Blaslanze 27 anzuordnen, wie dies an sich bekannt ist. Für den Fall, daß je nach zulässiger Qualität des Produktgases und/oder unterschiedlicher Qualität des zu vergasenden Brennstoffes sowohl die Anordnung von bodenblasenden Düsen 18 oder auch alternativ die Anordnung von Blaslanzen 27 zweckmäßig sein könnte, kann der Reaktor 1 alternativ für beide Anordnungen ausgebildet sein, wie Figur 7 zeigt. Im Falle der zeitweilig nicht benötigten bodenblasenden Düsen 18 können diese, wie mehrfach erwähnt und an sich bekannt, mit einer Feuerfestmasse fest verschlossen und damit für den Betrieb mit Blaslanzen vorübergehend stillgelegt werden, ohne ausgebaut werden zu müssen.

Erfindungswesentlich ist bei allen alternativen Ausgestaltungen des Reaktors, daß die für den Kohlenstoffträger vorgesehenen seitlichen Düsen 6, 6¹ in der erfindungsgemäßen Weise zwischen der Höhe H-, des Badspiegels 7 und einer Höhe H₂ oder H^ der Badspiegel 8 oder 8' angeordnet sind.

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Eine andere Ausführung des Reaktors 1 nach der Erfindung zeigt schließlich Fig. 8. Der Reaktor 1 enthält das schinelzflässige Bad 4, dessen unterer Badspiegel 7 im beruhigten Zustand, das heißt, vor dem Vergasungsprozeb, eine Höhe H-, einnimmt, welche dicht unterhalb der Mündungen 17, 17' der Düsen 6, 6' liegt. Dabei zeigt das Ausführungsbeispiel des Reaktors 1 nach Fig. 8 einen stationären Reaktortyp in stehender Ausführung mit vertikaler Achse. Während des Vergasungsprozesses hebt sich der untere Badspiegel 7 auf die Höhe H~ zum oberen < Bddspiegel 8 an. Infolgedessen geraten die Düsenmündungen 17, 17' während des Vergasungsprozesses unter die Badoberfläche 8. Sobald jedoch die Zufuhr von Brennstoff und Vergasungsmitteln durcn die Düsen 6, 6' gestoppt wird, beruhigt sich das schmelzflüssige Bad 4 und erreicht nach einiger Zeit den unteren Badspiegel 7 mit der Höhe H-,. Dadurch kommen die Düssnmündungen 17, 17* aus dem schmelzflüssigen Bad 4 frei und können gegebenenfalls zur Revision oder zum Ersatz ohne weiteres gezogen und/oder wieder eingesetzt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäS Fig. 8 ist im übrigen vorgesehen, daß die Düsen 6 für den Kohlenstoffträger, als auch die Düsen 6' für das Vergasungsmittel auf gleicher Höhe im Reaktor 1 angeordnet sind.

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Zur Begrenzung öss oberen Badspiegels 8, der infolge Anwachsen der Schlackenint-nge während ues V:^jrgasungsprozesses steigt, ist ein scin-matisch angedeuteter Schlackenüberlauf 29 in Höhe des obeien Pegelstandes 8 angeordnet. Dieser kann, wie bekannt, mit einer gas- und/cder druckdichten VerschJußanordnung (nicht gezeigt) versehen sein.

Claims

24. August 1982 KHO Gr/Ju H 82/41 Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung von im wesentlichen CO und H₂ enthaltendem Gas, wobei Kohlenstoffträger und Vergasungsmittel als Reaktanden in einen Reaktor mit einem Bad aus feuerflüssigem Metall und/oder Schlacke eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanden in einer solchen Weise im Gasstrahl beziehungsweise im Partikelstrahl mit dem Bad in Kontakt gebracht werden, daß sich dessen Badspiegel aus einer im Ruhezustand vor dem Vergasungsprozeß unteren Spiegelhöhe durch Volumenzunahme auf einen während des Vergasungsprozesses oberen Badspiegel anhebt, und daß wenigstens einer der Reaktanden in einer Höhe zwischen dem oberen und dem unteren Badspiegel eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Reaktanden im wesentlichen in gleicher Höhe zwischen dem oberen und dem unteren Badspiegel in das Bad eingeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffträger im wesentlichen in einer Höhe

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zwischen dem oberen und dem unteren Badspiegel eingeführt, und daß das Vergasungsmittel im wesentlichen unterhalb des unteren Badspiegels in das Bad eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffträger im wesentlichen in einer Höhe zwischen dem oberen und dem unteren Badspiegel eingeführt wird, und daß das Vergasungsmittel von oben her gegen das Bad aufgeblasen wird.

i

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

] gekennzeichnet, daß die relative Volumenzunahme des Bades

j durch Einstellung der Stoffstromdichte der Reaktanden im

1 Verhältnis zum statischen Badvolumen im Ruhezustand

ι eingestellt beziehungsweise gesteuert wird.

!

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

i gekennzeichnet, daß die relative Volumenzunahme des Bades

i durch atmosphärischen überdruck des erzeugten Gases

\ oberhalb des Badspiegels eingestellt beziehungsweise

j gesteuert wird.

7. Reaktor zur Erzeugung von im wesentlichen CO und H₉

■ enthaltendem Gas in einem schmelzflüssigen Bad von Metall

i und/oder Schlacke mit einer Düse bezienungsweise

' Düsengruppe zum Zuführen von im wesentlichen

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Kohlenstoffträgern, und einer anderen Düse beziehungsweise Düsengruppe zum Zuführen von irn wesentlicnen Vergasungsmittel zum Bad, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (17, 17') der Düse (6, 6·) beziehungsweise Düsengruppe für wenigstens einen der Reaktanden in einer Höhe zwischen einem unteren (7) und einem oberen Badspiegel (8, 8') in den Reaktor 1 einmündet, wobei der untere Badspiegel (7) derjenige vor dem Vergasungsprozeß und der obere Badspiegel (8, 8¹) derjenige während des Vergasungsprozesses ist.

8. Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (17, 17·) der Düse (6, 6') beziehungsweise Düsengruppe für den Kohlenstoffträger dicht oberhalb des unteren Badspiegels (7) angeordnet und vorzugsweise schräg

«♦ >*" ■
nach unten gegen die Horizontale gerichtet ist.

9. Reaktor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen (6, 6', 18) als Beschleunigungsdüsen und/oder als Mehrkanaldüsen ausgebildet sind.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen wenigstens zweier Düsen (6, 6', 18) so gerichtet sind, daß sie sich im Bereich des Bades (4) schneiden.

I» · *■

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j

11. Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ί gekennzeichnet, daß Düsen (6, 6¹) beziehungsweise

i " ι

• Düsengruppen für die unterschiedlichen Reaktanden in 1 gleicher Höhe zwischen dem unteren (7) und dem oberen

j Badspiegel (8, 8¹) in das Bad (4) beziehungsweise in den

j Reaktor (1) einmünden.

!

12. Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ·' die Düse (6, 6') beziehungsweise Düsengruppe zum Zuführen

j des Kohlenstoffträgers zwischen dem unteren (7) und dem ' oberen Badspiegel (8, 8') und die Düse beziehungsweise : Düsengruppe (18) zum Zuführen des Vergasungsmittels an

, einer Stelle unterhalb des unteren Badspiegels (7) in das 1 Bad (4) einmünden, und daß letztere vorzugsweise im

j Bodenbereich des Reaktors (1) in einem Düsenstein (28) angeordnet sind.

13. Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6, 6¹) beziehungsweise Düsengruppe zum Zuführen des Kohlenstoffträgers zwischen dem unteren (7) und dem oberen Badspiegel (8, 8') angeordnet ist, und daß oberhalb des oberen Badspiegels (8, 8¹) wenigstens eine Lanze (27) zum Aufblasen von Vergasungsmittel auf das Bad (4) vorgesehen ist.

- 5 - KHD

H 82/Al

14. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser liegend mit horizontaler Achse (A) ausgebildet und mit Mitteln (15, 16) zum Schwenken um die Achse (A) ausgestattet ist, wobei die Gasaustrittsöffnung (9) nach Maßgabe der Schwenklagen so angeordnet ist, daß die im Bodenbereich des Reaktors (1) angeordnete Düse oder Düsengruppe (18) ohne Auslaufen des Bades (4) in eine Position oberhalb des Badspiegels (8) verschwenkt werden kann.

15. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Innenraum (21) die Form einer länglichen Wanne besitzt, und daß die Düsen (6, 6¹) oder Düsengruppen (18) an einem Ende (19) des Innenraumes (21) und die Gasaustrittsöffnung (9) sowie gegebenenfalls Schlackenabzugskanäle (29) am anderen Ende (20) des Innenraumes (21) angeordnet sind.

16. Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieser stehend mit im wesentlichen vertikaler Achse ausgebildet ist, und daß die Düsen (6, 6¹) für wenigstens einen der Reaktanden mit ihren Achsen in annähernd gleicher Höhenlage ihrer Mündungen (17, 17¹) tangential gegen einen imaginären Kreis gerichtet sind, dessen Durchmesser kleiner als der Innendurchmessers des Reaktors (1) ist.

KHD H 82/41

17. Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit einem Schlackenüberlauf (29) in Höhe des oberen Badspiegels (8, 8·) mit einer vorzugsweise druckdicht verschließbaren Öffnung ausgestattet ist.