DE3248405C2 - - Google Patents
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- B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cyclones (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von
Flugasche aus einem rohen Synthesegas bei erhöhtem Druck, bei
welchem die Flugasche in einem Zyklon abgeschieden und die ab
geschiedene Flugasche in einem Sammelbehälter gesammelt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung insbesondere zur
Durchführung des Verfahrens.
Flugasche ist das Feststoffmaterial, das von Produktgasen bei
der Verbrennung oder Vergasung durch Teilverbrennung von
kohlenstoffhaltigem Brennstoff mitgerissen wird. Als Brennstoff
können viele Materialien in Betracht gezogen werden, z. B.
Kohle, Braunkohle, Teer, Torf, Holz, Erdöl und Erölfraktionen,
aus Teersand wiedergewonnenes Öl, Schieferöl usw.
Feststoffpartikel können aus einem Gas dadurch entfernt werden,
daß das Gas tangential in einen Zyklon eingelassen wird. Es
findet dann eine Trennung zwischen dem Gas und den durch das
Gas mitgerissenen Feststoffpartikeln statt. Das Gas verläßt den
Zyklon über einen Gasauslaß am oberen Ende des Zyklons. Die
Feststoffpartikel werden am unteren Ende des Zyklons abgeführt
bzw. ausgelassen.
Wenn der Zyklon mit erhöhtem Druck arbeitet, können während des
Auslassens der Feststoffpartikel Probleme auftreten. Zum Aus
lassen von Feststoffpartikeln in einen Behälter mit einem nied
rigeren, gewöhnlich atmosphärischen Druck, ist die Verwendung
einer Schleuse erforderlich. In diesem Fall werden die Fest
stoffpartikel zunächst in einem Sammelbehälter gesammelt. Wenn
der Druck in der Schleuse auf im wesentlichen den Druck im Sam
melbehälter angestiegen ist, wird es den Feststoffpartikeln
gestattet, in die Schleuse zu strömen. Der Druck in der
Schleuse wird dann auf im wesentlichen den Druck im Behälter
mit niedrigerem Druck verringert. Die Feststoffpartikel werden
dann in letzteren Behälter überführt. Die Schleuse wird somit
abwechselnd gefüllt und entleert, und somit wird auch der Sam
melbehälter in zeitlichen Abständen entleert.
Wenn die Feststoffpartikel vom Sammelbehälter in die Schleuse
strömen, strömt aus der Schleuse verdrängtes Gas in den
Sammelbehälter. Da die Feststoffpartikel im Sammelbehälter
agglomerieren und eine mehr oder weniger kompakte Masse bilden
können, ist es erwünscht, daß der Feststoff locker geschüttelt
wird, wenn der Sammelbehälter geleert wird. Dies wird vorzugs
weise ausgeführt, indem in der Schleuse in bezug auf den Sam
melbehälter ein leichter Überdruck geschaffen wird. Wenn die
Verbindung zwischen der Schleuse und dem Sammelbehälter geöff
net wird, schüttelt dann ein vom Überdruck herrührender Gas
strom die Feststoffpartikel lose. Der Überdruck beträgt vor
zugsweise bis zu 5% des Absolutdrucks im Sammelbehälter.
Wenn keine speziellen Maßnahmen getroffen werden, tritt ein
Anteil des aus der Schleuse durch die Feststoffpartikel ver
drängten Gases über den Feststoffauslaß in den Zyklon ein. Dies
wird durch den Überdruck in der Schleuse und die Geschwindig
keit verursacht, mit der das Gas aus der Schleuse verdrängt
wird. Über den Feststoffauslaß in den Zyklon strömendes Gas übt
eine unvorteilhafte Wirkung auf den Betrieb des Zyklons aus.
Es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von
in einem Gasstrom enthaltenen Feststoffpartikeln bekannt (DE-PS
9 16 617), wobei die Vorrichtung einen konischen Filter auf
weist, in welchem der mit den Feststoffpartikeln beladene Gas
strom schraubenlinienförmig in Richtung gegen das kleinere Ende
des Filters strömt, wobei der Hauptteil des Gasstromes durch
die Filterwandung hindurch und in einen Gasauslaß strömt, wäh
rend der die Feststoffpartikel enthaltende Nebengasstrom ent
lang der äußeren Filterwandung durch einen zweiten Gasauslaß
strömt. Dieser Nebengasstrom gelangt in einen Nebenabscheider,
in welchem die Feststoffpartikel aus dem Nebengasstrom abge
schieden werden. Der Nebengasstrom, der nunmehr keine Fest
stoffpartikel mehr enthält, wird in eine dem Filter vorgeschal
tete Kammer zurückgeführt. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus
der DE-PS 6 95 328 bekannt.
Es sind auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden
von Staub aus Luft bekannt (US-PS 13 53 431). Die Vorrichtung
soll in einer Mühle verwendet werden und sie weist Mittel auf,
um die in einen Sammelbehälter eintretende Luft gegen die
Außenwand des Behälters zu richten, um auf diese Weise Staub
oder andere Feststoffpartikel, die mit der Luft eintreten, von
dieser zu trennen.
Es ist auch eine Drehschleuse eines Mahlwerkes bekannt (ZS: Die
Müllerei, 1967, Seiten 774, 775). In dieser Literaturstelle
wird untersucht, ob die Rückluft von der Schleuse die Abschei
derspirale stört.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Entfernen von
Flugasche aus rohem Synthesegas bei erhöhtem Druck unter
Verwendung eines Zyklons derart auszuführen, daß kein Gas über
den Feststoffauslaß in den Zyklon eintritt.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der
Sammelbehälter in zeitlichen Abständen über eine Schleuse in
einen Behälter entleert wird, in welchem niedrigerer Druck
herrscht, und daß das Gas, welches während der Entleerung des
Sammelbehälters aus der Schleuse in den Sammelbehälter ein
tritt, über ein Rohr abgegeben wird, welches in dem Zyklon
gleichachsig angeordnet ist und sich von dem Sammelbehälter zu
einer Stelle in dem Gasauslaß des Zyklons erstreckt.
Ein Zyklon, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, mit
einem Gasauslaß am oberen Ende, einer Auslaßvorrichtung für die
abgeschiedene Flugasche am unteren Ende, einem unterhalb davon
angeordneten Sammelbehälter und einem über eine Schleuse mit
dem Sammelbehälter verbundenen weiteren Behälter, in dem ge
wöhnlich geringerer Druck herrscht, ist gemäß der Erfindung
gekennzeichnet durch ein koaxial im Zyklon angeordnetes Rohr,
das sich vom Sammelbehälter bis zu einem Punkt im Gasauslaß
erstreckt.
Im Zyklon treten zwei schraubenförmige, als Wirbel bekannte
Drehbewegungen auf, und zwar ein innerer und ein äußerer
Wirbel. Der äußere Wirbel erstreckt sich vom Einlaß, an dem
das Feststoff enthaltende Gas tangential in den Zyklon ein
gelassen wird, und bewegt sich anschließend nach unten zum
Feststoffauslaß, wobei er die Feststoffpartikel mitreißt.
Der innere Wirbel beginnt in der Nähe des Feststoffauslasses,
führt eine nach oben gerichtete Bewegung zum Gasauslaß durch
und besteht aus Gas, das im wesentlichen frei von Feststoff
partikeln ist. Um die geringstmögliche Störung in den Wirbeln
zu verursachen, die für die Wirksamkeit des Zyklons erforder
lich sind, ist das Rohr koaxial im Zyklon angeordnet.
Die Tatsache, daß sich das Rohr vom Sammelbehälter bis zu
einem Punkt im Gasauslaß erstreckt, stellt sicher, daß das
Gas nicht in den Zyklon strömen kann. Das in den Sammelbe
hälter eintretende Gas wird nicht durch die zwischen dem
Feststoffauslaß und dem Rohr gebildete ringförmige Öffnung
strömen, da die nach unten strömenden Feststoffpartikel
ein relativ großes Maß an Widerstand bieten, während im
Rohr überhaupt kein Hindernis vorhanden ist, so daß letz
teres einen relativ niedrigen Widerstand bietet.
Der Durchmesser des Rohres hängt von der Menge des durch das
Rohr abzulassenden Gases ab. Diese Menge ist durch die
Menge der Feststoffpartikel, die jedesmal bei Entleerung
des Sammelbehälters in die Schleuse ausgelassen werden,
und durch die Gasmenge bestimmt, die, wenn überhaupt, für
Fluidisierzwecke eingelassen wird. Die Menge des Fluidi
siergases hängt von der Art der Feststoffpartikel ab.
Einige Materialien weisen einen hohen Bett-Expansionsgrad
auf, d. h. es ist eine relativ große Gasmenge zur Fluidi
sierung des Materials erforderlich. In diesem Fall muß dem
zufolge eine größere Gasmenge eingelassen werden, als dies
der Fall bei Materialien mit einem niedrigen Bett-Expansions
grad der Fall ist, und demzufolge ist der Rohrdurchmesser
größer.
Feststoffpartikel können durch den inneren Wirbel mitge
führt werden, der in der Nähe des Feststoffauslasses beginnt.
Der Grad der Trennung zwischen Gas und Feststoffpartikeln
wird dann ungünstig beeinflußt. Um den Nachteil der Mit
nahme von Feststoffpartikeln auszuschalten, wird eine runde
Platte vorzugsweise am Rohr befestigt. Noch bevorzugter ist
es, eine konische Platte zu diesem Zweck am Rohr zu be
festigen. In diesem Fall weist die Spitze des Konus zum
Gasauslaß.
Die Platte ist vorzugsweise am Rohr an der Stelle angebracht,
an der der zylindrische Teil des Zyklons in den konischen
Teil übergeht. Der Durchmesser der Platte muß eine solche
Größe haben, daß die Störung des äußeren Wirbels auf einem
Minimum gehalten ist. Andererseits muß der Durchmesser
groß genug sein, um die Mitnahme von Feststoffpartikeln
durch das emporsteigende Gas wirksam herabzusetzen. Dem
zufolge beträgt der Plattendurchmesser vorzugsweise 60
bis 85% des Innendurchmessers des Zyklons.
Der Behälter mit niedrigerem Druck befindet sich normaler
weise hei Atmosphärendruck. Dies ist jedoch nicht erfor
derlich. Das erfindungsgemäße Verfahren kann für jeden
Zyklon verwendet werden, vorausgesetzt, der Druck im Be
hälter mit niedrigerem Druck ist tatsächlich niedriger
als der Betriebsdruck des Zyklons. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist außerordentlich zweckmäßig, wenn die Druck
differenz zwischen dem Zyklon und dem Behälter mit niedri
gerem Druck 5 bis 40 bar beträgt.
Die Bedingungen, die an das in den Sammelbehälter zu Flui
disierzwecken eingelassene Gas zu stellen sind, bestehen
lediglich darin, daß das Gas indifferent bzw. träge bezüg
lich der Feststoffpartikel und bezüglich des Gases ist,
aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden werden. Diese
Anforderungen werden von vielen Gasen erfüllt. Ein Gas,
das dieselbe Zusammensetzung wie das Gas besitzt, aus dem
die Feststoffpartikel abgeschieden werden, ist besonders
geeignet. Beispielsweise kann ein Anteil des mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigten Gases zurückge
führt werden, um die Feststoffpartikel zu fluidisieren.
Dies hat den Vorteil, daß das gereinigte Gas nicht durch
ein anderes Gas verunreinigt wird. Das aus der Schleuse
durch die Feststoffpartikel verdrängte Gas ist ein Teil
des Gases, mittels dessen die Schleuse unter Druck ge
setzt worden ist. Die Anforderungen an das Gas sind die
selben wie für das Fluidisiergas. Hierfür ist ebenfalls
ein Gas sehr geeignet, das dieselbe Zusammensetzung wie
das Gas besitzt, aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden
worden sind. Beispielsweise kann ein Anteil des durch das
erfindungsgemäße Verfahren gereinigten Gases der Schleuse
zugeführt werden, um in ihr den richtigen Druck aufzu
bauen. Zur Entleerung der Schleuse muß der Druck auf im
wesentlichen den Druck reduziert werden, der im Behälter
mit niedrigerem Druck herrscht. Wenn der Druck in der
Schleuse durch Ablassen von Gas aus der Schleuse in die
Atmosphäre herabgesetzt worden ist, muß sichergestellt
werden, daß keine Luftverschmutzung stattfinden kann. Letzteres
Gas ist dann nicht immer geeignet. Es muß dann ein harmloses
Gas verwendet werden, z. B. Stickstoff, Kohlendioxid etc.
Bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff besteht
das Gas, aus dem die Flugasche abgeschieden wird, im wesent
lichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Wie oben
festgestellt wurde, können das Gas, das dazu verwendet wird,
die Schleuse auf den richtigen Druck zu bringen, und das
Fluidisiergas einen Anteil des durch das erfindungsgemäße
Verfahren gereinigten Gases enthalten. Stickstoff und Kohlen
stoffdioxid oder Gemische dieser Gase sind ebenfalls hierfür
geeignet.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich
nung veranschaulicht.
Ein Feststoffpartikel enthaltender Gasstrom wird tangential
in einen Zyklon 1 mit hohem Druck durch einen Einlaß 2 ein
geführt. Es findet eine Trennung zwischen dem Gas, das den
Zyklon über einen Gasauslaß 3 verläßt, und den Feststoff
partikeln statt, die in einem Sammelbehälter 4 gesammelt
werden. Mittels einer konischen Platte 5 auf einem Rohr 6
werden Feststoffpartikel daran gehindert, durch das Gas mit
gerissen und über den Gasauslaß 3 abgeführt zu werden.
Während sich Feststoffpartikel im Sammelbehälter 4 ansammeln,
wird eine Schleuse 9 unter Verwendung einer Leitung 10 unter
Druck gesetzt, bis sie im wesentlichen denselben Druck wie der
Sammelbehälter 4 aufweist. Es wird über eine Leitung 7 Gas
zugefügt, um die Feststoffpartikel im Sammelbehälter 4 zu
fluidisieren.
Wenn die gewünschte Menge an Feststoffpartikeln im Sammel
behälter 4 gesammelt worden ist, wird ein Ventil 8 geöffnet,
so daß die Feststoffpartikel aus dem Sammelbehälter 4 in die
Schleuse 9 strömen. Das Gas, das infolgedessen in den
Sammelbehälter 4 strömt, wird zusammen mit dem durch die
Leitung 7 eingeführten Gas über das Rohr 6 abgelassen, das
sich in den Gasauslaß 3 erstreckt. Wenn die gewünschte Menge
an Feststoffpartikeln in die Schleuse 9 geströmt ist, wird
das Ventil 8 geschlossen. Die Gaszufuhr durch die Leitung 7
wird nun unterbrochen, es sei denn, sie ist kontinuierlich.
Der Druck in der Schleuse wird über eine Leitung 11 auf im
wesentlichen den Druck reduziert, der in einem Behälter 13
herrscht. Ein Ventil 12 wird geöffnet, und die Feststoffpar
tikel strömen dann in den Behälter 13. Nachdem die Schleuse
9 entleert worden ist, wird das Ventil 12 geschlossen. Der
Druck in der Schleuse 9 wird anschließend auf im wesentli
chen den Druck im Sammelbehälter 4 erhöht. Die Feststoff
partikel im Behälter 13 können über ein Ventil 14 abgeführt
werden.
Die Schleuse 9 und der Behälter 13 können mit Vorkehrungen
ausgestattet sein, um die Agglomeration der Feststoffpartikel
herabzusetzen. Solche Vorkehrungen können beispielsweise in
einer mechanischen Rütteleinrichtung oder Gaszufuhrleitungen
zur Fluidisierung der Feststoffpartikel bestehen (in der
Zeichnung nicht gezeigt).
Claims (11)
1. Verfahren zum Entfernen von Flugasche aus einem rohen
Synthesegas bei erhöhtem Druck, bei welchem die Flugasche in
einem Zyklon abgeschieden und die abgeschiedene Flugasche in
einem Sammelbehälter gesammelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sammelbehälter (4) in zeitlichen Abständen über eine Schleuse (9) in einen Behälter (13) entleert wird, in welchem niedrigerer Druck herrscht, und
daß das Gas, welches während der Entleerung des Sammelbehälters (4) aus der Schleuse (9) in den Sammelbehälter (4) eintritt, über ein Rohr (6) abgegeben wird, welches in dem Zyklon gleich achsig angeordnet ist und sich von dem Sammelbehälter (4) zu einer Stelle in dem Gasauslaß (3) des Zyklons (1) erstreckt.
daß der Sammelbehälter (4) in zeitlichen Abständen über eine Schleuse (9) in einen Behälter (13) entleert wird, in welchem niedrigerer Druck herrscht, und
daß das Gas, welches während der Entleerung des Sammelbehälters (4) aus der Schleuse (9) in den Sammelbehälter (4) eintritt, über ein Rohr (6) abgegeben wird, welches in dem Zyklon gleich achsig angeordnet ist und sich von dem Sammelbehälter (4) zu einer Stelle in dem Gasauslaß (3) des Zyklons (1) erstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich das Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Ent
leerung eintritt, aus aus der Schleuse in den Sammelbehälter
strömendem Gas und dem in den Sammelbehälter eingeführten Gas
zusammensetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Mitführen von Flugasche durch das zum Gasaus
laß des Zyklons emporsteigende Gas mittels einer runden, am
Rohr befestigten Platte verhindert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gas, das in den Sammelbehälter während
dessen Entleerung eintritt, dieselbe Zusammensetzung wie das
Gas besitzt, aus dem die Flugasche abgeschieden wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die zwischen dem Zyklon und dem Behälter
mit niedrigerem Druck herrschende Druckdifferenz 5 bis 40 bar
beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Entlee
rung eintritt, Stickstoff und/oder Kohlendioxid ist.
7. Zyklon zur Entfernung von Flugasche aus einem Gas,
insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An
sprüche 1 bis 6, mit einem Gasauslaß am oberen Ende, einer Aus
laßöffnung für die abgeschiedene Flugasche am unteren Ende, ei
nem unterhalb davon angeordneten Sammelbehälter und einem über
eine Schleuse mit dem Sammelbehälter verbundenen weiteren Be
hälter, in dem gewöhnlich geringerer Druck herrscht, gekenn
zeichnet durch ein koaxial im Zyklon (1) angeordnetes Rohr (6),
das sich vom Sammelbehälter (4) bis zu einem Punkt im Gasauslaß
(3) erstreckt.
8. Zyklon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
eine runde Platte am Rohr (6) befestigt ist.
9. Zyklon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
eine konische Platte (5) am Rohr (6) befestigt ist.
10. Zyklon nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Platte (5) am Übergang des zylindrischen Teils des
Zyklons in den konischen Teil befestigt ist.
11. Zyklon nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Durchmesser der Platte (5) 60 bis 85%
des Innendurchmessers des Zyklons beträgt.
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