DE3439404A1 - Verfahren zum vergasen von kohlenstoffhaltigen feststoffen und wirbelbettreaktor zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum vergasen von kohlenstoffhaltigen feststoffen und wirbelbettreaktor zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3439404A1 DE19843439404 DE3439404A DE3439404A1 DE 3439404 A1 DE3439404 A1 DE 3439404A1 DE 19843439404 DE19843439404 DE 19843439404 DE 3439404 A DE3439404 A DE 3439404A DE 3439404 A1 DE3439404 A1 DE 3439404A1
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Description

  • Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Feststoffen
  • und Wirbelbettreaktor zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Feststoffen und einen Wirbelbettreaktor zu Durchführung dieses Verfahrens mit wenigstens einer Düse zum Einblasen von exothermen und endothermen Vergasungsmitteln in das Innere des Wirbelbettreaktors, wobei die Düse mit wenigstens zwei koaxial zueinander angeordneten und wenigstens einen Ringspalt begrenzenden Rohren versehen ist und das äußere Kohr für die Zuführung von wenigstens überwiegend endothermem Vergasungsmittel das innere Rohr für die Zuführung von wenigstens überwiegend exothermem Vergasungsmittel umgibt und die Mündung des inneren Rohres gegenüber der Mündung des äußeren Rohres weiter in den Innenraum des Wirbelbettreaktors hineinragt, wobei vor der Mündung des inneren Rohres im Innenraum des Reaktors durch die Umsetzung des exothermen Vergasungsmittels mit brennbaren Substanzen eine Zone erhöhter Temperatur vorhanden ist. Im allgemeinen sind mehrere solcher Düsen über den Umfang des Reaktors und ggf. in zwei oder mehr einen vertikalen Abstand voneinander aufweisenden Ebenen angeordnet.
  • Ein derartiger Reaktor ist in "Freiberger Forschungshefte", A69 1957, Seiten 1t, 11 beschrieben, wobei die Zuführung von Kohlendioxid in den äußeren Rohren der Düsen dazu dient, die Temperatur des Wirbelbetts in der Umgebung des Sauerstoffeintritts, also der Düsenmündunyen, herabzusetzen, um auf diese Weise Schlackenansätze zu vermeiden. Das Problem des Enstehens derartiger Schlackenansätze oder Anbackungen wird auch in der bE-OS 3.143.556 behandelt, die einen Reaktor offenbart, der mit einer Düse versehen ist, die wenigstens drei koaxiale Rohre aufweist, von denen das mittlere allerdings der Zuführung der zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Materialien dient. Das exotherme Vergasungsmittel wird durch den vom inneren Rohr und vom mittleren Rohr begrenzten Ringraum zugeführt, wohingegen das überwiegend endotherme Vergasungsmittel durch den von mittlerem und äußerem Rohr begrenzten Ring raum in den Innenraum des Reaktors eingeführt wird. Hierbei kann die Anordnung so getroffen sein, daß das den Kanal für das endotherme Vergasungsmittel außenseitig begrenzende Rohr axial in einem Abstand vor den beiden anderen Rohren endet.
  • Der Abstand zwischen dem freien Ende des äußeren Rohres und den freie Enden der beiden anderen Rohre beträgt jedoch nur wenige Millimeter. Das Entstehen von Anbackungen soll einmal dadurch verhindert werden, daß das stirnseitige Mündungsende des äußeren Rohres für das endotherme Vergasungsmittel sich in Strömungsrichtung auf eine sehr geringe Wandstärke verringert, um so durch eine entsprechend kleine Stirnfläche den im Innenraum des Reaktors befindlichen Ascheteilchen nur eine möglichst kleine Ansatzfläche zu bieten. Weiterhin wird in dieser Vorveröffentlichung die Abhängigkeit des Entstehens von Anbackungen von den relativen Geschwindigkeiten erörtert, mit denen die Medien in den zueinander koaxialen Rohren in den Innenraum des Reaktors eingeblasen werden. So soll die Strömungsgeschwindigkeit des endothermen Vergasungsmittels 70 - 85% der Geschwindigkeit betragen, mit der das exotherme Vergasungsmittel in den Innenraum eintritt. Die vorbeschriebenen Maßnahmen sollen dazu dienen, Zonen mit unterschiedlicher Sauerstoffkonzentration im Bereich vor der Mündung der Düse zu schaffen, um so die Geschwindigkeit, mit welcher der feste Kohlenstoff der einzelnen Partikel umgesetzt wird, zu verringern. Dadurch soll auch der Umfang des Sinterns der einzelnen Partikel verringert werden.
  • Inwieweit die in der DE-OS 3143556 geschilderten Maßnahmen geeignet sind, bei dem darin beschriebenen Reaktor den angestrebten Effekt zu erreichen, kann dahinstehen, da eine Übertragung auf einen Wirbelbettreaktor, bei welchem die zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Materialien durch eine besondere, von den Düsen für die Vergasungsmittel unabhängige Zuführeinrichtung in den Innenraum des Reaktors eingeführt werden, ohnehin nicht möglich ist, zumal diese Düsen im allgemeinen nicht vertikal von unten in den Reaktor hineinragen.
  • Die durch die Zufuhr von Kohlendioxid bewirkte Kühlwirkung mag bei dem in der erstgenannten Vorveröffentlichung offenbarten Winkler-Reaktor zur Erzielung des angestrebten Zweckes ausgereicht haben, da dieser unter Normaldruck betrieben wurde. Moderne Wirbelbettreaktoren, insbesondere Hochtemperatur-Winkler-Reaktoren, werden jedoch unter Überdruck von 10 bar und mehr betrieben. Die Anwendung von Überdruck dient dazu, die Durchsatzleistung, d. h., die pro Zeiteinheit durchzusetzende Kohlemenge, zu steigern. Dies setzt eine entsprechende Steigerung der Menge an Vergasungsmittel, also auch des exothermen Vergasungsmittels, voraus.
  • Dadurch wächst die spezifische Wärmebelastung im Reaktor.
  • Dies wiederum vergrößert die Gefahr, daß Ascheanbackungen entstehen. Letztere treten, wie auch im Stand der Technik angedeutet, insbesondere an den Stirnflächen der Düsenrohre auf. Dies ist im wesentliche darauf zurückzuführen, daß im Innenraum des Reaktors jeweils in einem kurzen Abstand von der Mündung der exothermes Vergasungsmittel zuführenden Düsen Temperaturspitzen entstehen, und zwar in dem Bereich, in welchem der zugeführte Sauerstoff erstmals mit brennbaren {iut,starlzen, entweder Feststof fpart ikeln oder auch brennbaren Gasen, in Berührung kommt. Die von diesem Bereich hoher Temperatur abstrahlende Wärme wirkt auf die Stirnflächen der jeweils zugehörigen Düse ein, so daß in diesem Bereich befindliche Feststoffteilchen mit hohem Ascheanteil erweichen und an der Düse anhaften. Auf diese Weise können sich Anbackungen bilden, deren Abmessungen schließlich so groß sind, daß der Reaktorbetrieb unterbrochen werden muß.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Wirbelbettreaktor der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, daß die Anbackungen auch bei hoher spezifischer Wärmebelastung innerhalb des Reaktors vermieden oder doch soweit reduziert werden, daß Störungen des Betriebes auf ein erträgliches Maß reduziert werden. Die dazu erforderlichen Maßnahmen sollen einfach sein und weder die Verfahrensführung noch den Aufbau des Reaktors komplizieren.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß das äußere Rohr in einem solchen Abstand vonder Mündung des inneren Rohres endet, daß seine stirnseitige Begrenzung sich in einem Bereich des unter Überdruck stehenden Innenraums des Reaktors befindet, in welchem die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Asche der zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen liegt, und die Geschwindigkeit, mit welcher das wenigstens überwiegend endotherme Vergasungsmittel aus dem äußeren Rohr strömt, größer ist als die Geschwindigkeit, mit welcher das wenigstens überwiegend exotherme Vergasungsmittel aus dem inneren Rohr strömt.
  • Durch die vorbeschriebene Ausgestaltung und die erfindungsgemäße Relation zwischen den Eintrittsgeschwindigkeiten der beiden Vergasungsmedienin den Reaktor wird erreicht, daß der ringförmige Strahl des exothermen Vergasungsmittels nach Passieren des stirnseitigen Endes des Innenrohres nach innen, also in Richtung auf den Strahl des exothermen Vergasungsmittels, abgelenkt wird. Aufgrund der größeren kinetischen Energie des endothermen Vergasungsmittels geschieht dies jedoch erst in einem gewissen Abstand von der stirnseitigen Begrenzung des das exotherme Vergasungsmittels zuführenden inneren Rohres, so daß das endotherme Vergasungsmittel über einen gewissen Abstand von der Stirnt iteE des Rohres für das exotherme Vergasungsmittel eine Art Schirm bildet, der verhindert, daß Feststoffpartikel, die im Bereich vor der Mündung der Düse umhergewirbelt werden, an die Stirnseite des inneren Rohres für die Zuführung des exothermen Vergasungsmittels gelangen. Zwar wird das endotherme Vergasungsmittel auch dann, wenn es sich um Dampf handelt, eine gewisse Kühlwirkung haben, da seine Temperatur im allgemeinen unterhalb der Temperatur liegt, die sich in dem Bereich bildet, in welchem das exotherme Vergasungsmittel, also Sauerstoff, mit brennbarem Gas und den festen Partikeln reagiert. Trotzdem wird nicht zu verhindern sein, daß aufgrund des Einwirkens der Strahlungswärme aus diesem Bereich auf das freie Ende des inneren Rohres dieses in einem Temperaturbereich liegt, der den Ascheschmelzpunkt der zu vergasenden Feststoffpartikel übersteigt. Es ist somit, wie bereits gesagt, entscheidend, die Feststoffpartikel aus dem Bereich der unmittelbaren Nachbarschaft des freien Endes des Rohres für das exotherme Vergasungsmittel herauszuhalten. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil sich unmittelbar vor der stirnseitigen Wandung des inneren Rohres Wirbel ausbilden, die im anderen Fall dazu führen würden, daß in diesen Bereich eingedrungene Feststoffpartikel längere Zeit verweilten.
  • Das äußere Rohr ist nicht nach außen abgeschirmt. Es ist somit möglich, daß Feststoffteilchen in den Bereich seines freien Endes gelangen. Um trotzdem Anbackungen zu vermeiden, ist das Rohr kürzer als das innere Rohr für das exotherme Vergasungsmittel, wobei der Abstand zwischen den Enden beider Rohre einerseits so groß gewählt ist, daß die Stirnfläche der Wanduny des äußeren Rohres sich in einem Bereich befindet, der so weit von dem Bereich erhöhter Temperatur vor der Mündung des inneren Rohres entfernt ist, äaß die Temperatur im erstgenannten Bereich unter dem Ascheschmelzpunkt liegt, andererseits jedoch so klein ist, daßdie ringförmige Mantelströmung des endothermen Vergasungsmittels nach Verlassen des äußeren Rohres solange aufrechterhalten bleibt, wie für die vorstehend beschriebene Funktion erforderlich ist. Für die angestrebte niedrigere Temperatur am freien Ende des äußeren Rohres ist vor allem von Bedeutung, daß der gegenüber dem äußeren Rohr vorspringende Abschnitt des inneren Rohres ersteres gegenüber dem vor der Mündung des inneren Rohres befindlichen Bereich erhöhter Temperatur abschirmt, so daß die Wärme, die von dem Bereich erhöhter Temperatur abstrahlt, vor Erreichen des äußeren Rohres von dem diesem gegenüber vorstehenden Abschnitt des Innenrohres aufgenommen wird, der seinerseits durch beide Vergasungsmittel eine gewisse Kühlung erfährt.
  • Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Endabschnitt des äußeren Rohres außenseitig derart abgeschrägt sein, daß die Wanddicke des äußeren Rohres in diesem Abschnitt in Richtung auf die stirnseitige Begrenzung abnimmt.
  • Die Erfindung sieht weiterhin die Möglichkeit vor, das innere Rohr an seiner äußeren Mantelfläche wenigstens in dem Abschnitt, der gegenüber dem Außenrohr vorsteht, mit einer feuerfesten und verschleißfesten keramischen Einlage zu versehen. Diese Ausgestaltung trägt der Tatsache Rechnung, daß die Mantelfläche des inneren Rohres, die gegenüber dem äußeren Rohr vorsteht, aufgrund des Zusammenwirkens von an ihm vorbeiströmendem Vergasungsmittel und auftreffenden Feststoffteilchen einem erhöhten Verschleiß unterliegt.
  • Der axiale Abstand zwischen dem Ende des Innenrohres zum Ende des Außenrohres beträgt vorzugsweise ungefähr das 1,5-bis 2,5-fache, vorzugsweise 2-fache der Wandstärke des Innenrohres, wobei die Spaltbreite nicht mehr als 2 mm beträgt. Daneben sollte die Austrittsgeschwindigkeit des endothermen Vergasungsmittels aus dem Ring spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Düsenrohr mindestens das 1,1-fache der Austrittsgeschwindigkeit des exothermen Vergasungsmittels aus dem Innenrohr betragen. Diese verhältnismäßig einfachen Maßnahmen gewährleisten einen weitgehend störungs-und wartungsfreien Betrieb der Einblasdüse. Auf diese Weise ist es möglich, den Anteil des Sauerstoffs im zentralen Rohr an jeder infrage kommenden Ringblasdüse des HTW-Vergasers auf bis zu 100 % zu erhöhen.
  • Die Ablenkung der Mantelströmung des endothermen Vergasungsmittels am Rand des Innenrohres wird noch durch eine scharfkantige Ausbildung dieses Randes begünstigt. Der scharfkantige und unter einem rechten Winkel abgewinkelte Rand des Innenrohres gewährleistet zuverlässig die Ablenkung der Mantelströmung in Richtung auf die Längsachse der Einblasdüse, so daß man von einer Einschnürung der Strömung im Bereich des Randes sprechen kann.
  • Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist es möglich, das äußere Rohr auf dem äußeren Umfang des inneren Rohres so abzustützen, daß mit Hilfe von einfache Verstellmöglichkeiten eine gleichmäßige Breite des Ringspaltes zwischen den beiden Rohren gewährleistet wird. Mit dieser Maßnahme kann die Mantelströmung aus überwiegend endothermem Vergasungsmittel genau eingestellt werden, so daß sie über den ganzen Umfang eine gleichmäßige Stärke aufweist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 im Schema den Längsschnitt eines HTW-Reaktors, iig. 2 eine erfindungsgemäße Düse im Längsschnitt und Fig. 3 einen nicht maßstäblichen, vergrößerten Ausschnitt der Düsenmündung im Bereich der Schnittlinie 111-111 der Fig. 1.
  • In den unteren Bereich des in Fig. 1 dargestellten Reaktors 10 werden zu vergasender Brennstoff und ggf. Zuschlagsstoffe durch eine Zuführschnecke 12 eingebracht. Unter dem Einfluß von Vergasungsmitteln, die durch Einblasdüsen 14 und 15 ebenfalls in den unteren Teil des Reaktors 10 eingeblasen werden, baut sich ein Wirbelbett 16 auf, dessen obere Begrenzung mit16' bezeichnet ist. Nahe der unteren Begrenzung des Reaktors 10, also im wesentlichen unterhalb der Einblasdüse 14 befindet sich eine Schicht oder Lage aus aschereichem, ggf. gröberem Material, das nach unten durch die stutzenartigen Fortsätze 17 abgezogen wird.
  • Weitere Einblasdüsen 18 sind oberhalb des Wirbelbettes 16 angeordnet. Durch sie wird Vergasungsmittel in den oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Nachreaktionsraum 20 eingeführt. Im Gegensatz zu der in der Zeichnung gewählten Schemadarstellung sind die Einblasedüsen normalerweise über den Umfang des Reaktors in Abständen voneinander verteilt angeordnet.
  • Wenigstens ein Teil dieser Einblasedüsen weist die im folgenden anhand der Fig. 2 und 3 beschriebene Ausgestaltung auf, die das gleichzeitige Einblasen von exotherme Umsetzungen und endotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmitteln ermöglicht.
  • Diese Einblasedüse 22, die entsprechend den Einblasdüsen 14, 15 und 18 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 angeordnet sein kann, ist mit einem inneren Rohr 23 und einem äußeren Rohr 24 versehen. Das innere Rohr 23 dient zum Einblasen des im wesentlichen exotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmittels 25, beispielsweise Sauerstoff oder Luft oder einer Mischung von Sauerstoff und einem endothermen Vergasungsmittel. Das äußere Rohr 24 dient zum Einblasen eines im wesentlichen endotherm wirkenden Vergasungsmittels 26, beispielsweise Dampf. Es umgibt das innere Rohr 23 koaxial und ist über der Länge desselben an zwei Stellen 28 und 29 auf dem Umfang abgestützt. Während Abstützung 28 im wesentlichen aus einem Distanzstück, welches den Ringquerschnitt zwischen den beiden Rohren 23 und 24 zu einem großen Teil ausfüllt, gebildet ist, besteht die in der Nähe der Mündung 40 der Düsenrohre vorgesehene Abstützung 29 aus einer Mehrzahl von punktförmigen Auflagen, die in Abständen auf dem Umfang des Innenrohres 23 angreift und einstellbarsind. Hierbei handelt es sich um Schrauben oder Gewindebolzen, die derart genau eingestellt werden können, daß sich zwischen den beiden Rohren 24 und 23 ein gleichmäßiger koaxialer Ringspalt 31 ergibt. Das Distanzstück 28 weist über den Umfang verteilte Durchbrechungen 32 auf, durch die das endotherme Vergasungsmittel 26 im Ringraum 33 zwischen den Rohren 23 und 24 strömen kann. Das endotherme Vergasungsmittel 26 tritt aus dem Ringspalt 31 aus, während das exotherme Vergasungsmittel 25 aus dem Innenrohr 23 ausströmt. In Fig. 3 sind die Stromfäden der austretenden Vergasungsmittel 25 und 26 angedeutet.
  • Die mündungsseitige Stirnfläche 27 des inneren Rohres 23 ragt gegenüber der mündungsseitigen Stirnfläche 37 des äußeren Rohres 24 weiter in den Innenraum des Wirbelbettreaktors hinein. Der Abstand 38 zwischen den Enden beider rohre 23 und 24 entspricht einem Vielfachen der Wandstärke 39 des Innenrohres 23 und beträgt beispielsweise das 1,5-bis 2,5-fache, vorzugsweise das 2-fache der Wandstärke 39 des Innenrohres 23.
  • Aus dem Öffnungsquerschnitt des Innenrohres 23 strömt das exotherme Vergasungsmittel 25 mit einer Geschwindigkeit von 15 - 70 m/s aus und in den Innenraum 40 des Reaktors 10 ein. Im Bereich des Wirbelbettes 16, also hinsiwhtlich äer Düsen 14 und 15, kann diese Geschwindigkeit nahe der oberen Grenze dieses Geschwindigkeitsbereiches liegen, wohingegen im Bereich des Nachreaktionsraumes 20, also hinsichtlich der Düse 18, die Geschwindigkeit im allgemeinen 40 m/s nicht übersteigen wird. Bei dem exothermen Vergasungsmittel handelt es sich beispielsweise im Fall des Hochtemperatur-Winkler-Reaktors überwiegend um reinen Sauerstoff oder um eine Mischung von Sauerstoff und Dampf oder Sauerstoff und Stickstoff, woran der Sauerstoff üblicherweise mit etwa 70 - 80% beteiligt ist. Im Mündungsbereich 40, d. h. in einer Enfernung von wenigen Millimetern bis wenigen Zentimetern vom Innenrohr 23, beginnt die Reaktion des brennbaren Gases und der kohlenstoffhaltigen Braunkohleteilchen mit dem Vergasungsmittel 25.Die sich dabei bildende Flamme ist in Fig. 3 bei 46 angedeutet. In diesem Bereich liegen die Temperaturen zwischen 1700 und 1800° C und somit weitaus höher als im Durchschnitt des Vergasungsraumes, wo sie üblicherweise 1000 - 1200° C betragen.
  • Aus dem zwischen den beiden Rohren 23 und 24 gebildeten Ringspalt 31 tritt das endotherme Vergasungsmittel 26, beispielsweise überhitzter und damit gasförmiger Wasserdampf, in den Reaktionsraum ein. Wie an den Stromfäden des Vergasungsmittels 26 in Fig. 3 deutlich erkennbar, umgibt der Wasserdampf die Stromfäden des exothermen Vergasungsmittels 25 nach seinem Austritt aus dem Ringspalt 31 mantelförmig. Das Vergasungsmittel 26 strömt zunächst über den axialen Abstand 38 hinweg auf der Außenhaut des Innenrohres 23 entlang und wird am äußeren Rand 34 desselben nach innen abgelenkt, wodurch eine Einschnürung der Strömung 26 entsteht. Dabei bildet der äußere Rand 34 der Stirnfläche 27 des Innenrohres 23 eine Abrißkante, welche die Ursache für die Einschnürung der Strömung des endothermen Vergasungsmittels 26 und für das Entstehen eines Raumes ist, innerhalb desselben sich Wirbel 42 ausbilden, die sowohl von der Strömung des Vergasungsmittels 26 als auch von der Strömung des Vergasungsmittels 25 ausgehen.
  • Gegenüber den Geschwindigkeiten dieser beiden Strömungen ist die Geschwindigkeit der Wirbel 42 erheblich verlangsamt, so daß in diesem Bereich hoher Temperatur Ascheanbackungen am Rohr 23 unvermeidbar wären, wenn Feststoffteilchen in diesen Bewreich 42 eindringen könnten. Dies wird jedoch durch den vom endothermen Vergasungsmittel 26 gebildeten Mantel verhindert. Infolgedessen bleiben die Stirnflächen 27 von Anbackungen frei.
  • Die Einschnürung der Strömung des Vergasungsmittels 26 erfolgt unter einem Winkel 43, der ungefähr einer über die äußeren Ränder 34 und 35 der Rohre 23 und 24 gelegten theoretischen Hülle entspricht. Im Bereich der Einschnürung der Strömung des Vergasungsmittels 26 entstehen Wirbel 45, die dazu führen, daß aus diesem Bereich Feststoffteilchen durch die Mantelströmung 26 hindurch in den Strom 25 aus exothermem Vergasungsmittel gelangen. Die resultierende Umsetzung führt zu der bereits erwähnten hohen Temperatur im Bereich der Flamme 46. Die radiale Dicke des Ringspaltes 31 beträgt zwischen 0,7 und 2 mm und, beispielsweise bei einem Außendurchmesser des Innenrohres 23 von 12,6 mm, vorzugsweise 1,4 mm. Daneben sind die Mündungsteile des inneren und des äußeren Rohres 23 bzw. 24 aus einem hochwarmfesten Werkstoff gefertigt, beispielsweise Inconel, woran sich im axialen Abstand von den Mündungsenden 27 bzw. 37 Rohrteile aus einem anderen Werkstoff anschließen können. Gleichzeitig mit dieser Ausgestaltung der Düse kann auch der Ringraum 33, der zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr 23 bzw. 24 gebildet wird, in seiner radialen Erstreckung variieren, wie das beispielsweise in Fig. 2 deutlich erkennbar ist.
  • Vorzugsweise wird der engste Querschnitt des Ringraumes 33 sich vorn in der Nähe des Mündungsbereiches 40 befinden, so daß im Ringspalt 31 die größte Strömungsgeschwindigkeit des.
  • Vergasungsmittels 26 vorhanden ist.
  • ei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Endabschnitt des äußeren Rohres 24 mit einer Abschrägung 47 versehen, so daß die gegenüber dem Bereich erhöhte Temperatur 46 abzuschirmende Stirnfläche 37 nur eine geringe radiale Erstreckung hat.
  • Ferner ist der Endabschnitt des inneren Rohres mit einer Einlage 49 aus verschleißfestem, vorzugsweise keramischem Material versehen.
  • Fig. 2 der Zeichnung läßt erkennen, daß auch das äußere Rohr 24 der Düse gegenüber der inneren Begrenzung 50 der Reaktorwandung 52 in den Innenraum des Reaktors hinein vorsteht, so daß die innere Begrenzung 50 der Reaktorwandung in jedem Fall in einem Temperaturbereich liegt, bei dem Ascheanbackungen nicht auftreten können.
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Claims (11)

  1. Patent ansprüche 1. Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Feststoffen in einem Wirbelbettreaktor mit wenigsten einer Düse zum Einblasen von exothermen und endothermen Vergasungsmitteln in das Innere des Wirbelbettreaktors, wobei die Düse mit wenigstens zwei koaxial zueinander angeordneten und wenigstens einen Ringspalt begrenzenden Rohren versehen ist und das äußere Rohr für die Zuführung von wenigstens überwiegend endothermem Vergasungsmittel das innere Rohr für die Zuführung von wenigstens überwiegend exothermem Vergasungsmittel umgibt und die Mündung des inneren Rohres gegenüber der Mündung des äußeren Rohres weiter in den Innenraum des Wirbelbettreaktors hineinragt, wobei vor der Mündung des inneren Rohres im Innenraum des Reaktors durch die Umsetzung des exothermen Vergasungsmittels mit brennbaren Substanzen eine Zone erhöhter Temperatur vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr (24) in einem solchen Abstand von der Mündung des inneren Rohres (23) endet, daß seine stirnseitige Begrenzung (37) sich in einem Bereich des unter Überdruck stehenden Innenraums des Reaktors (10) befindet, in welchem die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Asche der zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen liegt, und die Geschwindigkeit, mit welcher das wenigstens überwiegend endotherme Vergasungsmittel (26) aus dem äußeren Rohr (24) strömt, größer ist als die Geschwindigkeit, mit welcher das wenigstens überwiegend exotherme Vergasungsmittel (25) aus dem inneren Rohr (23) strömt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das endotherme Vergasungsmittel aus dem äußeren hohr mit einer Geschwindigkeit austritt, die mindestens das 1,1-fache der Austrittsgeschwindigkeit des Vergasungsmittels aus dem inneren Rohr beträgt.
  3. 3. Wirbelbettreaktor zum Vergasen von kohlenstoffhaltige Eeststoffen mit wenigstens einer Düse zum Einblasen von exothermen und endothermen Vergasungsmitteln in das Innere des Wirbelbettreaktors, wobei die Düse mit wenigstens zwei koaxial zueinander angeordneten und wenigstens einen Ring spalt begrenzenden Rohren vesehen ist und das äußere Rohr für die Zuführung von wenigstens überwiegend endothermem Vergasungsmittel das innere Rohr für die Zuführung von wenigstens überwiegend exothermem Vergasungsmittel umgibt und die Mündung des inneren Rohres gegenüber der Mündung des äußeren Rohres weiter in den Innenraum des Wirbelbettreaktors hineinragt, wobei vor der Mündung des ineren Rohres im Innenraum des Reaktors durch die Umsetzung des exothermen Vergasungsmittels mit brennbaren Substanzen eine Zone erhöhter Temperatur vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr (24) in einem solchen Abstand von der Mündung des inneren Rohres (23) endet, daß seine stirnseitige Begrenzung (37) sich in einem Bereich des unter Überdruck stehenden Inenraums des Reaktors (10) befindet, in welchem die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Asche der zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen liegt, und die Geschwindigkeit, mit welcher das wenigstens überwiegend endotherme Vergasungsmittel (26) aus dem äußeren Rohr (24) strömt, größer ist als die Geschwindigkeit, mit welcher das wenigstens überwiegend exotherme Vergasungsmittel (25) aus dem inneren Rohr (23) strömt.
  4. 4. Wirbelbettreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Begrenzung (37) des äußeren Rohres (24) durch das innere Rohr (23) abgeschirmt ist gegenüber der Zone erhöhter Temperatur.
  5. 5. Wirbelbettreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt des äußeren Rohres (24) außenseitig derart abgeschrägt ist, daB die Wanddicke des äußeren Rohres (24) in diesem Abschnitt in Richtung auf seine stirnseitige Begrenzung (37) abnimmt.
  6. 6. Wirbelbettreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (23) an seiner äußeren Mantelfläche wenigstens in dem Abschnitt, der gegenüber dem Außenrohr (24) vorsteht, mit einer feuerfesten und verschleißfesten keramischen Einlage versehen ist.
  7. 7. Wirbelbettreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand (38) zwischen Stirnseite (27) des Innenrohres (23) und Stirnseite (37) des Außenrohres (24) das 1,5- bis 2,5-fache, vorzugsweise 2-fache der Wandstärke (39) des Innenrohres (23) beträgt und die Breite des Ringspaltes (31) nicht mehr als 2,0 mm beträgt.
  8. 8. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Vergasungsmittels (26) aus dem Ringspalt (31) mindestens das 1,1-fache der Austrittsgeschwindigkeit des Vergasungsmittels (25) aus dem Innenrohr (23) beträgt.
  9. 9. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der äußere Rand (34) der Stirnseite (27) des Innenrohres (23) rechtwinklig und scharfkantig ausgebildet ist.
  10. 10. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (24) auf dem Umfang des Innenrohres (23) abgestützt ist.
  11. 11. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axial äußere Abstützung (29) des Außenrohres (24) einstellbar ist.
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