DE3240142A1 - Process for the separate removal of slag and iron from the slag bath of a coal gasification reactor, and apparatus for carrying out the process - Google Patents

Process for the separate removal of slag and iron from the slag bath of a coal gasification reactor, and apparatus for carrying out the process

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Abstract

The invention relates to a process for the separate removal of slag and iron from the slag bath of a coal gasification reactor for gasifying iron-containing fuels in which the slag is removed continuously, and the molten iron discontinuously, from the reactor into separate receiving containers which are integrated in the pressure system of the reactor, and the temperature of the moulds in the region of the passage openings is regulated by the introduction of a coolant and by operation of a burner. In an apparatus for carrying out such a process, the invention provides that moulds (4,5) are arranged in the bottom of the gasification reactor (1), the moulds having an annular space (11,12) which surrounds a passage opening (6,7) and is acted on by an adjustable stream of coolant, that the moulds are provided with a burner (17,18) which is directed against the passage opening, and that the mould provided for the removal of the slag bears a funnel-shaped extension (10), the entrance to which lies within the region of the reactor (1) in which the slag accumulates.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum getrenntenThe invention relates to a method for separating

Austragen von Schlacke und Eisen im schmelzflüssigen Zustand aus dem Schlackenbad eines Eohlevergasungsreaktors zum Vergasen von eisenhaltigen Brennstoffen, insbesondere von Rückständen aus der Kohlehydrierung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Discharge of slag and iron in the molten state from the Slag bath of a coal gasification reactor for gasifying ferrous fuels, in particular of residues from carbohydrate hydrogenation, as well as a device for Implementation of the procedure.

Die Vergasung von eisenhaltigen Brennstoffen kann so durchgeführt werden, daß sich am Boden des Reaktors flüssiges Eisen mit einer darüber befindlichen Schlackenschmelze ansammelt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem technischem Aufwand das getrennte Abziehen der Schmelzen mit veränderlichen und einstellbaren Geschwindigkeiten zu ermöglichen und im Bedarfsfalle eine oder beide Durchtrittsöffnungen zeitweise zu verschließen.The gasification of ferrous fuels can be carried out in this way be that there is liquid iron at the bottom of the reactor with an above it Melted slag accumulates. The invention is based on the object with as possible the separate removal of the melts with variable and adjustable speeds and, if necessary, an or to temporarily close both passage openings.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art besteht die Erfindung darin, daß die Schlacke kontinuierlich und die Eisenschmelze diskontinuierlich durch im Boden des Reaktors angeordnete Kokillen mit in unterschiedlichen Höhen angeordneten Einläufen in getrennte Auffangbehälter abgezogen wird, die in das Drucksystem des Reaktors integriert sind und daß die Temperatur der Kokillen im Bereich der Durchtrittsöffnungen durch Einleiten eines Kühlmittels sowie durch Betreiben eines Brenners so eingestellt wird, daß durch Veränderung der Zähigkeit der Schmelze die Fließgeschwindigkeit reguliert oder ein zähflüssiger Pfropfen in der Durchtrittsöffnung gebildet wird.Based on a method of the type described above, there is the invention is that the slag is continuous and the iron melt discontinuous through molds arranged in the bottom of the reactor with at different heights arranged inlets is withdrawn into separate collecting containers, which are in the pressure system of the reactor are integrated and that the temperature of the molds in the range of Passage openings by introducing a coolant and by operating a Burner is set so that by changing the viscosity of the melt Flow rate regulated or a viscous plug in the passage opening is formed.

Die Erfindung sieht ferner vor, in den Auffangbehältern durch Einleiten eines Druckgases ein einstellbares Gaspolster aufrechtzuerhalten und zur Unterbrechung des Abflusses der Eisenschmelze die entsprechende Kokille so stark zu kühlen, daß sich in der Abflußöffnung ein zähflüssiger Pfropfen bildet1 wobei das Gaspolster in dem zugehörigen Auffangbehälter so eingestellt wird, daß der Pfropfen durch das Gaspolster abgestützt wird. Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, die in den Auffangbehälter abfließende Schlacke mit wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegenden Wasser- oder Wasserdampfstrahlen zu besprühen, die schräg von oben auf den aus der Durchtrittsöffnung ablaufenden Schlackenstrahl auftreffen, bevor dieser in das in dem Auffangbehälter befindliche Wasserbad eintritt.The invention also provides, in the collecting containers by introducing a pressurized gas to maintain an adjustable gas cushion and to interrupt of the outflow of the molten iron to cool the corresponding mold so much that into the drain hole viscous plug forms1 where the gas cushion in the associated collecting container is adjusted so that the plug is supported by the gas cushion. It has also proven to be useful the slag flowing into the collecting container with at least two diametrically opposed to spray opposing jets of water or steam that are inclined from hit the slag jet flowing out of the opening at the top, before it enters the water bath in the collecting container.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine -Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der vorgesehen ist, daß im Boden des Vergasungsreaktors Kokillen angeordnet sind, die mit einem eine Durchtrittsöffnung umgebenden Ringraum versehen sind, der mit einem regelbaren Eühlmittelstrom beaufschlagt wird, daß die Kokillen mit einem auf die Durchtrittsöffnung gerichteten Brenner versehen sind und daß die für den Abzug der Schlacke vorgesehene Kokille einen trichterförmigen Aufsatz trägt, dessen Einlauf in dem Bereich des Reaktors liegt, in dem sich die Schlacke ansammelt.The invention also relates to a device for implementation of the process in which it is provided that molds in the bottom of the gasification reactor are arranged, which are provided with an annular space surrounding a passage opening are, which is acted upon with a controllable Eühlmittelstrom that the molds are provided with a directed at the passage opening burner and that the The mold provided for the removal of the slag has a funnel-shaped attachment, the inlet of which lies in the area of the reactor in which the slag collects.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der mit der Kokille druckdicht verbundene huffangbehälter für die Schlacke mit wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegenden Düsen zum Einsprühen von Wasser oder Wasserdampf versehen ist, die so ausgerichtet sind, daß die Wasser- bzw. Wasserdampfstrahlen sich im Bereich der ablaufenden Schlacke, kurz bevor diese auf die in dem Behälter befindliche Flüssigkeit auftrifft, überschneiden.A preferred embodiment of the invention provides that the with the mold pressure-tightly connected to the collecting tank for the slag with at least two diametrically opposite nozzles for spraying water or steam is provided, which are aligned so that the water or water vapor jets in the area of the draining slag, just before it falls into the container liquid meets, overlap.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Systems ist insbesondere darin zu sehen, daß die Durchtrittsgeschwindigkeiten der Schmelzen durch beide AtSuRöffnungen ge- trennt voneinander in einem weiten Bereich reguliert werden können, in dem ein definiertes Fließverhalten einstellbar ist. Es gelingt sogar, die Zähigkeit, z.B.The advantage of the system according to the invention is in particular in that too see that the rates of passage of the melts through both AtSuR orifices ge separated from each other can be regulated in a wide range in which a defined flow behavior can be set. It even succeeds the toughness, e.g.

des Eisens, so weit heraufzusetzen, daß sich in der Durchtrittsöffnung ein Pfropfen bildet, mit dem der Durchfluß ganz gesperrt werden kann, so daß diskontinuierlich flüssiges Eisen abgezogen werden kann. Durch den kontinuierlichen Abzug der Schlacke wird der Schmelzbadspiegel weitgehend konstant gehalten. Die Auskleidung des ßchmelzraumes mit chemisch resistenten, temperaturbeständigen Materialien, wie SiC, SiN, die nur bis zur Höhe des Flüssigkeitsspiegels hochgezogen zu werden braucht, wird somit vor den hohen Temperaturen des Vergasungsraumes geschützt.of iron, so high that it is in the passage opening forms a plug with which the flow can be completely blocked, so that it is discontinuous liquid iron can be withdrawn. Through the continuous removal of the slag the melt pool level is kept largely constant. The lining of the melting room with chemically resistant, temperature-resistant materials, such as SiC, SiN, which only needs to be pulled up to the height of the liquid level, is thus protected from the high temperatures of the gasification room.

Durch die Kühlung der Ausflußöffnungen der Kokillen, die aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer, gefertigt werden und gegebenenfalls mit einer verschleißfesten Keramikschicht, z.B. aus SiC, SiN oder 34C, beschichtet werden können, wird ein zu den Wandungen der Ausflußöffnungen ansteigendes Zähigkeitsprofil erzeugt. Dies ermöglicht einerseits die Einstellung eines definierten Ausflußverhaltens der Schmelzen und schützt andererseits durch die geringen Fließgeschwindigkeiten der Schmelzen an den Wandungen diese vor hohen Wärmestrombelastungen.By cooling the outflow openings of the molds from a Material with high thermal conductivity, such as copper, can be manufactured and possibly coated with a wear-resistant ceramic layer, e.g. made of SiC, SiN or 34C a viscosity profile that increases towards the walls of the outflow openings generated. On the one hand, this enables a defined outflow behavior to be set the melting and on the other hand protects through the low flow velocities the melts on the walls protect them from high heat flow loads.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

Die Figur zeigt schematisch den unteren Teil eines Vergasungsreaktors 1 zur Vergasung von eisenhaltigen Brennstoffen, insbesondere zur Vergasung von Rückständen aus der ICohlehydrierung. Während des Betriebes sammelt sich oberhalb des Bodes eine flüssige Schmelze an, die aus einer oberen Schicht 2 aus Schlacke und aus einer Schicht 3 aus flüssigem Eisen besteht. Der Boden des Reaktors enthält zwei Abzugsöffnungen, in die zwei Kokillen 4 und 5 mit mittleren Durchtrittsöffnungen 6 und 7 eingesetzt sind. Die Kokille 4 dient zum Abzug der Eisenschmelze in einen8uffangbehälter 8, die Eokille 5 zum Abzug der flüssigen Schlacke in einen Auffangbehälter 9. Sie ist mit einem trichterförmigen Aufsatz 10 versehen, dessen Einlauföffnung oberhalb des Bodens des Druckreaktors in einem Bereich liegt, in dem sich die Schlackenschmelze 2 ansammelt. Die Durchtrittsöffnung 6 der Kokille 4 ist von einem wassergekühlten Ringraum 11, die Durchtrittsöffnung 7 der Kokille 5 mit I einem wassergekühlten Ringraum 12 umgeben. Das Eühlmittel, z.B. Wasser, wird in den Ringraum 11 über die Leitung 13 zugeführt und über die Leitung 14 abgezogen.The figure shows schematically the lower part of a gasification reactor 1 for the gasification of ferrous fuels, especially for the gasification of residues from Icarbohydration. During operation it collects above the ground a liquid melt, which consists of an upper layer 2 of slag and a layer 3 consists of liquid iron. The bottom of the reactor contains two exhaust openings, inserted into the two molds 4 and 5 with central passage openings 6 and 7 are. The mold 4 is used to draw off the molten iron into a collecting container 8, the Eokille 5 for drawing off the liquid slag into a collecting container 9. It is provided with a funnel-shaped attachment 10, the inlet opening above the Bottom of the pressure reactor is in an area in which the slag melt 2 accumulates. The passage opening 6 of the mold 4 is water-cooled Annular space 11, the passage opening 7 of the mold 5 with I a water-cooled Surrounding annular space 12. The coolant, e.g. water, is in the annular space 11 via the Line 13 is supplied and withdrawn via line 14.

In den Ringraum 12 gelangt das Kühlmittel über die Leitung 15 und tritt über die Leitung 16 aus. Mit 17 und 18 sind Brenner bezeichnet, die in der Kokille 4 bzw. 5 angeordnet und auf die Durchtrittsöffnungen 6 bzw. 7 gerichtet sind. Die Zufuhr der Brenngase zu den Brennern erfolgt durch Leitungen 19 bzw. 20.The coolant reaches the annular space 12 via the line 15 and exits via line 16. With 17 and 18 burners are referred to in the Mold 4 or 5 arranged and directed towards the passage openings 6 and 7, respectively are. The fuel gases are fed to the burners through lines 19 and 20, respectively.

Die beiden an die Kokillen druckdicht angeschlossenen Auffangbehälter 8 und 9 enthalten Zuleitungen 21 bzw. 22, durch die ein Druckgas zum Aufbau eines Druckpolsters im Inneren der Behälter eingeleitet werden kann. Der Auffangbehälter9 ist teilweise mit Wasser gefüllt, durch das die ablaufende Schlacke gekühlt wird. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den aus der Kokille ablaufenden Schlackenstrahl 24 mit Wasser oder Wasserdampf zu besprühen, bevor der Strahl auf die Oberfläche des Wasserbades auftrifft. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, im oberen Abschnitt des Behälters 9 zwei sich diametral gegenüberliegende Düsen 23 anzuordnen, durch die das Wasser bzw. der Wasserdampf schräg auf den in den Behälter eintretenden Schlackenstrahl 24 gesprüht wird.The two collecting containers connected to the molds in a pressure-tight manner 8 and 9 contain leads 21 and 22, respectively, through which a pressurized gas to build a Pressure cushion inside the container can be initiated. The collecting container 9 is partially filled with water, which cools the slag that runs off. It has proven to be expedient to use the stream of slag running off the mold Spray 24 with water or steam before the jet hits the surface of the water bath. To this end, the invention provides in the upper section of the container 9 to arrange two diametrically opposite nozzles 23 by which the water or the water vapor obliquely on the entering into the container Slag jet 24 is sprayed.

Auf diese Weise wird der Schlackenstrahl zerstäubt, intensiv gekühltund eine feinkörnige Schlacke erzeugt.In this way the slag jet is atomized, intensively cooled and a fine-grained slag is produced.

Die Verwendung von zwei sich diametral gegenüberliegenden Düsen führt zu einer kreisförmigen Uberschneidungsfläche im Bereich des Durchtritts des Schlackenstrahls.The use of two diametrically opposed nozzles results to a circular intersection area in the area of the passage of the slag jet.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: tber den Trichter 10 und die Kokille 5 wird ständig die sich in dem Druckvergaser ansammelnde Schlackenschmelze 2 abgezogen, deren Höhe mit bekannten Methoden ermittelt wird. Die Durchtrittsgeschwindigkeit durch die Öffnung ? wird durch die Menge der durch den Ringraum 12 strömenden Kühlflüssigkeit in der Weise reguliert, daß die Zähigkeit der austretenden Schlacke durch Absenken der Temperatur (größere Eühlflüssigkeitsmenge) erhöht und durch Erhöhung der Temperatur (kleinere Eühlflüssigkeits menge)erniedrigt wird, wobei eine zähflüssigere Schlacke langsamer durchtritt als eine dünnflüssigere. Ferner kann durch Betreiben des Brenners 18 die Schlacke über die Kühlmittelregulierung hinaus noch dünnflüssiger gemacht werden, so daß die Austrittsgeschwindigkeit im Bedarfsfalle entsprechend erhöht werden kann.The device works as follows: via the funnel 10 and the mold 5 the slag melt 2 accumulating in the pressure gasifier is continuously withdrawn, the amount of which is determined using known methods. The speed of passage through the opening? is determined by the amount of cooling liquid flowing through the annular space 12 in such a way that the viscosity of the emerging slag is regulated by lowering it the temperature (larger quantity of liquid) and by increasing the temperature (smaller amount of cooling liquid) is decreased, with a more viscous slag penetrates more slowly than a thinner one. Furthermore, by operating the burner 18 made the slag even thinner by regulating the coolant so that the exit speed is increased accordingly if necessary can be.

Die Regulierung der Austrittsgeschwindigkeit der Eisen schmelze 3 durch die Durchtrittsöffnung 6 erfolgt in analoger Weise, jedoch diskontinuierlich, d.h. der Abfluß muß von Zeit zu Zeit unterbrochen werden. Zu dieseR Zweck wird die Temperatur in der Durchtrittsöffnung durch das durchfließende Kühlmittel so stark erniedrigt, daß sich ein sehr zähflüssiger Stopfen in der Durchtrittsöffnung der Kokille bildet, der durch den Aufbau eines Druckgaspolsters durch Einleiten von Druckgas durch die Leitung 21 in den Behälter 8 von unten abgestützt wird. Wenn die Schmelze 3 wieder abgezogen werden soll, wird der zähflüssige Stopfen durch Erhöhung der Temperatur mittels des Brenners 17 erwärmt, so daß die Schlacke dünnflüssig wird und durch die Öffnung hindurchtritt.Regulation of the exit speed of the iron melt 3 through the passage opening 6 takes place in an analogous manner, but discontinuously, i.e. the drainage must be interrupted from time to time. For this purpose, the Temperature in the passage opening so high by the coolant flowing through lowers that there is a very viscous plug in the passage opening of the Mold formed by the build-up of a pressurized gas cushion through the introduction of Pressurized gas is supported through the line 21 in the container 8 from below. if the melt 3 is to be withdrawn again, the viscous stopper is through increase the temperature heated by means of the burner 17, so that the slag becomes thin and passes through the opening.

Claims (6)

Verfahren zum getrennten Austragen von Schlacke und Eisen aus dem Schlackenbad eines Kohlevergasungsreaktors und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens I Ansprüche ! 1 1.) Verfahren zum getrennten Austragen von Schlacke und stand im schmelzflüssigen Zustand aus dem Schlackenbad eines Kohlevergasungsreaktors zum Vergasen von eisenhaltigen Brennstoffen, insbesondere von Rückständen aus der Eohlehydrierung, d a d u r c h g e k e n n z e ichn e t, daß die Schlacke kontinuierlich und die Eisenschmelze diskontinuierlich durch im Boden des Reaktors angeordnete Kokillen mit in unterschiedlichen Höhen angeordneten Einläufen in getrennte Auffangbehälter abgezogen wird, die in das Drucksystem des Reaktors integriert sind und daß die Temperatur der Kokillen im Bereich der Durchtrittsöffnungen durch Einleiten eines Eühlmittels sowie durch Betreiben eines Brenners so eingestellt wird, daß durch Veränderung der Zähigkeit der Schmelze die Fließgeschwindigkeit reguliert oder ein zähflüssiger Pfropfen in der Durchtrittsöffnung gebildet wird. Process for the separate discharge of slag and iron from the Slag bath of a coal gasification reactor and device for carrying out the Procedure I claims! 1 1.) Process for the separate discharge of slag and stood in the molten state from the slag bath of a coal gasification reactor for gasifying ferrous fuels, especially residues from the Carbon hydration, indicating that the slag is continuous and the molten iron discontinuously by arranged in the bottom of the reactor Chill molds with inlets arranged at different heights in separate collecting containers is withdrawn, which are integrated into the pressure system of the reactor and that the Temperature of the molds in the area of the passage openings by introducing a Eühlmittel as well as by operating a burner is set so that by Changing the viscosity of the melt regulates or adjusts the flow rate viscous plug is formed in the passage opening. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Auffangbehältern durch Einleiten eines Druckgases ein einstellbares Gaspolster aufrechterhalten wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that in the Collecting containers maintain an adjustable gas cushion by introducing a pressurized gas will. 3. Verfahren nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterbrechung des Abflusses der Eisenschmelze die entsprechende Kokille so stark gekühlt wird, daß sich in der Abflußöffnung ein zähflüs- siger Pfropfen bildet und daß das Gaspolster in dem zugehörigen Auffangbehälter so eingestellt wird, daß der Pfropfen durch das Gaspolster abgestützt wird. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that to interrupt the outflow of the molten iron, the corresponding mold is cooled so much that there is a viscous siger Plugs and that the gas cushion is set in the associated collecting container is that the plug is supported by the gas cushion. 4. Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Auffangbehälter abfließende Schlacke mit wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegenden Wasser- oder Wasserdampfstrahlen besprüht wird, die schräg von oben auf den aus der Durchtrittsöffnung ablaufenden Schlackenstrahl auftreffen, bevor dieser in das in dem Auffangbehälter befindliche Wasser bad eintritt.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the slag flowing into the collecting container with at least two diametrically opposed opposite jets of water or water vapor is sprayed diagonally from hit the slag jet flowing out of the opening at the top, before this enters the water bath in the collecting container. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Vergasungsreaktors (1) Kokillen (4, 5) angeordnet sind, die mit einem eine Durchtrittsöffnung (6, ?) umgebenden Ringraum (11, 12) versehen sind, der mit einem regelbaren Kühlmittelstrom beaufschlagt wird, daß die Kokillen mit einem auf die Durchtrittsöffnung gerichteten Brenner (17, 18) versehen sind und daß die für den Abzug der Schlacke vorgesehene Kokille einen trichterförmigen Aufsatz (10) trägt, dessen Einlauf in dem Bereich des Reaktors (1) liegt, in dem sich die Schlacke ansammelt.5. Device for performing the method according to the claims 1 to 4, characterized in that molds in the bottom of the gasification reactor (1) (4, 5) are arranged with a surrounding a passage opening (6,?) Annular space (11, 12) are provided, which is acted upon by a controllable coolant flow is that the molds with a directed at the passage opening burner (17, 18) are provided and that the mold provided for the withdrawal of the slag carries a funnel-shaped attachment (10), the inlet of which is in the area of the reactor (1) is where the slag accumulates. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Kokille (5) druckdicht verbundene Auffangbehälter (9) für die Schlacke mit wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegenden Düsen (23) zum Einsprühen von Wasser oder Wasserdampf versehen ist, die so ausgerichtet sind, daß die Wasser- bzw. Wasserdampfstrahlen sich im Bereich der ablaufenden Schlacke, kurz bevor diese auf die in dem Behälter befindliche Blüssigkeit auftrifft, überschneiden.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the with the mold (5) pressure-tight connected collecting container (9) for the slag with at least two diametrically opposite nozzles (23) for spraying water or Water vapor is provided, which are aligned so that the water or water vapor jets in the area of the draining slag, just before it falls into the container any liquid that is present, overlap.
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