DE3542304A1

DE3542304A1 - Vergasung von kohle

Info

Publication number: DE3542304A1
Application number: DE19853542304
Authority: DE
Inventors: Philippus Jacobus Secunda Transvaal Meyer
Original assignee: Sasol Operations Pty Ltd Johannesburg Transvaal; Sasol Operations Pty Ltd
Current assignee: Sasol Mining Pty Ltd
Priority date: 1984-11-27
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1986-07-17
Also published as: GB2167432A; US4643109A; GB2167432B; GB8528683D0; CA1238189A; AU5022785A; AU578765B2

Description

Die Erfindung betrifft die Vergasung von Kohle, insbesondere einen Kohlevergaser und eine Vorrichtung zum Verteilen der Kohle im Kohlevergaser.

Es wird erfindungsgemäß ein Festbett-Festrost-Kohlevergaser mit einer zylindrischen Wandung, die eine Vergasungskammer zur Kohlevergasung in einer Kohlenschicht umschließt, um dort Synthesegas herzustellen, sowie Asche in einer Ascheschicht unterhalb der Kohleschicht zu sammeln, mit einer Kohlenschleuse (coal lock) überhalb der Kammer, die eine in die Kammer führende, mehr oder weniger zentrale Durchlaßöffnung für die Kohle aufweist, mit einem Gasabzug, der auf einem hohen Niveau von der Kammer wegführt, mit einem Asqhenabzug, der auf einem niedrigen Niveau von der Kammer wegführt und mit einer Vorrichtung zum Abziehen von Asche aus der Kammer über den genannten Aschenabzug vorgesehen, der sich dadurch auszeichnet, daß er einen ersten Kohlenverteiler in der Vergasungskammer unterhalb der Durchlaßöffnung der Kohlenschleuse und einen zweiten, unterhalb des ersten Verteilers und von diesem mit Abstand angeordneten Kohlenverteiler aufweist, wobei der zweite Kohlenverteiler so ausgebildet ist, daß er Kohle verteilt, die vom ersten Kohlenverteiler in den Raum fällt, der unter diesem liegt.

Die Durchlaßöffnung für die Kohle in der Kohlenschleuse kann kreisrund ausgebildet sein. Der erste Kohlenverteiler kann hohl, kugelförmig konisch zulaufend und mit offenen Enden versehen sein, wobei die kleinere Öffnung nach

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oben weist. Der Durchmesser der kleineren Öffnung des ersten Kohlenverteilers kann in etwa genauso groß sein wie jener der Durchlaßöffnung und mit dieser fluchten. Der Vergaser weist einen kreisförmigen, scheibenartigen Verschluß auf, der von einer ersten Stellung, in der er die Durchlaßöffnung für die Kohle der Kohlenschleuse schließt, nach unten in eine zweite Stellung, in der er von der Durchlaßöffnung versetzt ist, so daß dann Kohle aus der Kohlenschleuse austreten kann, bewegbar ist.

Dieser Verschluß kann auch die obere kleinere Öffnung des ersten Verteilers verschließen. Mit anderen V/orten ist der Abstand,mit dem das obere Ende bzw. die kleinere Öffnung des ersten Verteilers unterhalb der DurchlaR-öffnung der Kohlenschleuse angeordnet ist, praktisch so groß wie der Weg des genannten Verschlusses von seiner ersten in seine zweite Stellung.

Der Vergaser kann ein LURGI-Vergaser (Handelsbezeichnung) sein, bei dem die Vorrichtung zum Abziehen der Asche ein (in der Aufsicht) kreisrunder Rost ist,der sich überha des Ascheabzugs dreht, und bei dem der Ascheabzug ringförmig ist.

Der zweite Kohlenverteiler kann ebenso hohl, kegelstumpfförmig konisch zulaufend und mit offenen Enden versehen sein, wobei die kleinere Öffnung nach oben weist.

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Der Durchmesser der oberen Öffnung dieses zweiten Verteilers ist kleiner als der Durchmesser der größeren Bodenöffnung des ersten Kohlenverteilers. Das obere Ende des zweiten Kohlenverteilers ist vom Boden des ersten Kohlenverteilers so beabstandet, daß kein Zusammenbacken oder Überbrücken (bridging) des Kohleflusses die Vergasungskammer abwärts stattfindet.

Die Höhen des ersten und zweiten Kohlenverteilers und deren Abstand voneinander sind so ausgelegt- daß der Boden des zweiten Verteilers unterhalb des Niveaus der Köhleschicht in der Vergasungskammer liegt.

Der zweite Kohlenverteiler besteht aus einem oberen Abschnitt und einem darunter liegenden unteren Abschnitt. Der obere Abschnitt kann an einer Kammerwand befestigt sein und der erste Kohlenverteiler kann mit diesem oberen Abschnitt verbunden sein, wodurch der erste Verteiler in der Kammer in Stellung gebracht wird. Die Verbindung des oberen Abschnitts des zweiten Verteilers mit dem ersten Verteiler kann mit Hilfe einer Reihe von beabstandeten, auf dem Umfang angeordneten Verbindungsstücken •zwischen dem oberen Abschnitt und dem ersten Verteiler erfolgen. Die Anbringung des oberen Abschnitts an die Kammerwand kann mit Hilfe von Stiften (lugs) zwischen wenigstens einigen der Verbindungsstücke und der Kammerwand vorgenommen sein.

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AO

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Die Kammerwand kann aus einer äußeren und einer inneren Wand bestehen, die voneinander mit Abstand angeordnet sind, so daß sie einen Hohlraum zwischen sich einschließen, wobei der Hohlraum Wasser enthält, so daß die Innenwand und der wassergefüllte Hohlraum einen Kühlwassermantel entlang der Innenseite der Außenwand bilden.

Der untere Abschnitt kann auch an der Kammerwand angebracht sein. Die Anbringung des unteren Abschnitts des zweiten Kohlenverteilers an die Wand kann mit einer Reihe von entsprechenden Befestigungselementen zwischen sich und der Wand erfolgen.

Das Verhältnis des Durchmessers der oberen Öffnung des ersten Verteilers zu dem seiner unteren Öffnung kann zwischen 1:1,Λ und 1:2,5, vorzugsweise zwischen 1:1,6 und 1:2,0 liegen. Das Verhältnis des Durchmessers der oberen Öffnung des zweiten Verteilers zu dem seiner unteren Öffnung sowie das Verhältnis des Durchmessers der oberen Öffnung des unteren Abschnitts des zweiten Verteilers zu dem seiner unteren Öffnung kann in ähnlicher Weise zwischen 1:1,4 und 1:2,5, vorzugsweise zwischen 1:1,6 und 1:2,0 liegen.

^ Der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Verteiler liegt bei wenigstens 0,5m, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 m.

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ΛΑ Ψ'

Das Verhältnis der Höhe des ersten Verteilers zu der des zweiten Verteilers liegt zwischen 1:1 und 1:10, vorzugsweise zwischen 1:2 und 1:8. Das Verhältnis der Höhe des oberen Abschnitts des zweiten Verteilers zu der seines unteren Abschnitts liegt zwischen 1:0,5 und 1:5, vorzugsweise zwischen 1:1 und 1:3.

In einer AusfUhrungsform der Erfindung weist der Vergaser einen ringförmigen Rand (skirt) auf, der von einem Teil der Kammerwand herabhängt, welcher auf einem höheren Niveau als der Gasabzug liegt, so daß eine ringförmige Gas-Sammelzone zwischen dem Rand und einem unteren Teil der Vergasungskammerwand festgelegt wird, wobei der Gasabzug durch ebendiesen Wandteil führt und der Rand wenigstens einen Teil des Kohlenverteilers umgibt. Der Rand kann radial vom Kohlenverteiler versetzt sein, so daß zwischen ihm und dem Verteiler ein Zwischenraum liefjt. Der Rand kann an seinem unteren oder Bodenende konisch zulaufen, so daß sein Durchmesser unten kleiner als an seinem oberen Ende ist.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der Vergaser 'eine Trennvorrichtung auf, die das Innere des oberen und/oder unteren Abschnitts des zweiten Kohlenverteilers in eine kohlenhaltige Zone und in eine Gas-Sammelzone trennt, von der der Gasabzug dann wegführt.

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AX
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Die Trennvorrichtung weist einen vertikal herabhängenden, ringförmigen Rand (skirt) auf, der an die Innenseite des unteren Abschnitts des zweiten Kohlenverteilers angebracht ist und von dieser herabhängt, so daß die Gas-Sammelzone eine ringförmige Zone zwischen dem Rand und dem Teil des unteren Abschnitts des zweiten Kohlenverteilers ist, welcher unterhalb der Befestigungszone des Randes an dem Abschnitt liegt. Der Gasabzug besteht aus einem Rohr, das durch den genannten Teil des unteren Abschnitts des zweiten Kohlenverteilers und durch die Wand der Vergasungskammer führt. Ein Kühlwassermantel kann wenigstens um ein Teil des Rohres vorgesehen sein.

Der Vergaser kann eine Teereinspritzleitung aufweisen, die durch die Kammerwand führt, so daß eine Auslaßöffnung der Leitung innerhalb des ersten Kohlenverteilers liegt.

Desweiteren ist erfindungsgemäß eine Verteilung von Kohle in einem Festbett-Festrost-Kohlevergaser mit einer zylindrischen Wandung, die eine Vergasungskammer zur Kohlevergasung in einer Kohlenschicht umschließt, um dort Synthesegas herzustellen und um Asche in einer Ascheschicht unterhalb der Kohlenschicht zu sammeln, mit einer Kohlenschleuse überhalb der Kammer, die eine in die Kammer führende, mehr oder weniger zentrale Durchlaßöffnung für die Kohle aufweist, mit einem Gasabzug, der auf einem hohen Niveau von der Kammer wegführt, mit

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Ab

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einem Aschenabzug, der auf einem niedrigen Niveau von der Kammer wegführt, und mit einer Vorrichtung zum Abziehen von Asche aus der Kammer über den genannten Ascheabzug vorgesehen, die sich durch einen ersten hohlen, kegelstumpfförmig konisch zulaufenden und mit offenen Enden versehenen Kohlenverteiler, einen zweiten hohlen, kegelstumpfförmig konisch zulaufenden und mit offenen Enden versehenen, vom ersten Kohlenverteiler beabstandeten und mit diesem fluchtenden Kohlenverteiler, dessen kleinere Öffnung der größeren Öffnung des ersten Kohlenverteiler zugewandt ist, Verbindungselemente zum Verbinden beider Verteiler und Befestigungselemente zum Befestigen des ersten und/oder zweiten Kohlenverteilers an eine Wand der Vergasungskammer auszeichnet.

Wie vorstehend bereits erwähnt ist die kleinere Öffnung bzw. das obere Ende des zweiten Verteilers wenigstens 0,5 m von der größeren bzw. Bodenöffnung des ersten Kohlenverteilers entfernt. Der zweite Kohlenverteiler kann aus einem ersten und zweiten, jeweils kegelstumpfförmig konisch zulaufenden Abschnitt bestehen, die benachbart und koaxial zueinander liegen, wobei die kleinere Öffnung des zweiten Abschnitts der größeren Öffnung des ersten Abschnitts zugewandt ist. Der Durchmesser der kleineren Öffnung des unteren Abschnitts des zweiten Kohlenverteilers ist etwa genauso groß oder etwas kleiner wie die größere Öffnung des ersten Kohlenverteilers.

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Folglich ist der Durchmesser der unteren Öffnung des zweiten Abschnitts des zweiten Verteilers größer als jener der unteren Öffnung des ersten Verteilers.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert .

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längs- oder Vertikalschnitt eines Festbett-Festrost-Kohlenvergasers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei dessen Vorrichtung zum Verteilen der Kohle mitdargestellt und lediglich Teile davon aus Dar-Stellungsgründen weggelasen worden sind,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt eines Festbett-Festrost-Kohlevergasers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei der zweite Abschnitt seines zweiten Kohlenverteilers mitdargestellt

ist und nur Teile davon aus Darstellungsgründen weggelassen worden sind«

Fig. 5 einen Teillängsschnitt eines Festbett-Festrost-Kohlevergasers gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei wieder der zweite Abschnitt seines zweiten Kohlenverteilers mitdargestellt ist und nur Teile davon aus Darstellungsgründen weggelassen worden sind, und

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Fig. 4 einen Teillängsschnitt eines Festbett-Festrost-Kohlevergasers gemäß einer noch weiteren Ausführungsform, wobei wieder der zweite Abschnitt seines zweiten Kohlenverteilers mitdargestellt ist und nur Teile davon aus Darstellungsgründen

weggelassen worden sind.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Festbett-Festrost-«Kohlevergasers 10. Der Vergaser 10 weist eine Kohlenschleuse 12 mit einem Boden 12.1 auf, der radial einwärts und nach unten auf eine kreisförmige Durchlaßöffnung 14 für die Kohle hin zuläuft. Die Kohlenschleuse weist eine Verschlußvorrichtung 15 zum Verschließen der Öffnung 14 auf. Die Verschlußvorrichtung besteht aus einer Stange oder Schaft 16, an derem unteren Ende ein kreisrunder, scheibenartiger Verschluß 18 angebracht ist. Der Vergaser 10 weist auch einen (nicht dargestellten) Betätigungsmechanismus auf, der mit der Stange 16 für deren axialen Verschiebung von einer Schließstellung gemäß Fig. 1, in der der Verschluß 18 die Öffnung 14 verschließt, in eine Offen-Stellung (gestrichelt dargestellt), in der Kohle (nicht riargestellt) von der Schleuse 12 freigegeben wird, verbunden ist. Ein Verstärkungsring 19 ist um die Öffnung 14 herum angeordnet.

Der Vergaser 10 weist weiterhin eine rund-zylindrische Wandung 20 auf, die eine Vergasungskammer 22 einschließt. Diese Wandung 20 stellt die Innenwand einer

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doppelwandigen Konstruktion (nicht dargestellt) aus einer Innen- und einer davon beabstandeten Außenwand dar, die zwischen sich einen Hohlraum bilden, der mit V/asser gefüllt ist. Mit anderen Worten bilden das Wandpaar und der wassergefüllte Hohlraum einen Kühlwassermantel. Das obere Ende der Kammer ist mittels eines ringförmigen Abschlusses 24 teilweise geschlossen. Ein radial nach außen führender Gasabzug 26 führt in der Nähe des oberen Endes der Kammer 22 von dieser weg.

Ein ring- oder kreisförmiger Ring 28 hängt von dem Abschluß 24 herab und ein runder, ringartiger Ansatz 30 verläuft vom Abschluß 24 aus nach oben. Ein weiteres ringförmiges Verschlußteil 32 erstreckt sich vom Ansatz 30radial nach innen und ein rund-zylindrisches Teil 34 verläuft zwischen diesem und dem trichterartigen Boden 12.1 der Kohlenschleuse. Das Teil 34 weitet sich an seinem unteren Ende nach unten zunehmend nach außen, d.h. am Ende, das an das Verschlußteil 32 angebracht ist.

Der Vergaser 10 weist desweiteren eine Vorrichtung 40 zum Verteilen der Kohle auf, die in der Kammer 22 angeordnet ist.

Die Vorrichtung 40 umfaßt einen kegelstumpfförmig konisch zulaufenden, hohlen Kohlenverteiler 42, der unmittelbar unterhalb der Durchlaßöffnung 14 der Kohlenschleuse 12 sitzt. Der Abstand des Kohlenverteilers 42 von der

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Öffnung 14 ist so gewählt, daß der Verschluß 18 in seiner offenen oder untersten Stellung die obere Öffnung

44 des Verteilers 42 verschließt. Der Durchmesser der Öffnung 44 ist daher mehr oder weniger derselbe wie derjenige des Verschlusses 18. Der Durchmesser der Öffnung 44 liegt etwa bei 0.5 m und derjenige der unteren Öffnung 45 des Verteilers 42 etwa bei 0.9 m. Die Höhe des Verteilers beträgt etwa 0,35 m.

Die Vorrichtung 40 umfaßt weiterhin einen zweiten Kohlenverteiler 46, der axial vom Verteiler 42 beabstandet, aber mit diesem fluchtend ausgerichtet ist. Der Verteiler 46 besteht aus zwei hohlen, kegelstumpfförmig, konisch zulaufenden, mit offenen Enden versehenen Abschnitten 48 und 50, die dicht beieinander angeordnet sind, und zwar der Abschnitt 48 über Abschnitt 50. Der Durchmesser der oberen Öffnung 52 des Abschnitts 48 ist etwas kleiner als der Durchmesser der unteren Öffnung 45 des Verteilers 42. Der Durchmesser der oberen Öffnung 52 des Abschnittes 48 kann bei etwa 0.8 m liegen, derjenige seiner unteren Öffnung etwa bei 1.4 m. Der Durchmesser der oberen Öffnung des Abschnittes 50 kann etwa 1.4 m betragen, derjenige seiner unteren Öffnung 54 etwa 2.5m. Die Höhe des Abschnittes 48 beträgt etwa 0,5 m, diejenige des Abschnittes 50 etwa 1 m. Der Abstand zwischen der Öffnung

45 des Verteilers 42 und der Öffnung 52 des Verteiler«

46 kann bei etwa 0,7 m liegen.

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Somit laufen die Verteiler 42, 46 nach oben hin einwärts mit einem Winkel von etwa 6o° zur Horizontalen zu. Die Gesamtlänge oder -höhe der Vorrichtung liegt bei etwa 2,6 m.

Die Vorrichtung 40 weist eine Reihe von langen, axial verlaufenden, auf dem Umfang beabstandet angeordneten Verbindungsstücken 62 (von denen nur eines in FiR. 1 dargestellt ist, aber vorzugsweise sechs verwendet werden) für den Abschnitt 50 auf. Jedes der Verbindungsstücke 62 besteht aus einer runden, hohl-zylindrischen Buchse 64, die durch eine Öffnung im Abschnitt 50 verläuft und dort beispielsweise durch eine Schweißung befestigt ist. Ein mit Gewinde versehener Stab oder Stange 66 geht durch die Buchse 64 hindurch. Das obere Ende der Stange 66 ist mit einer der Halterung 60 beispielsweise durch eine Schweißung verbunden. Eine Anordnung 68 aus Mutter und Platte (nut and plate assembly) ist auf das untere Ende der Stange 66 aufgeschraubt, so daß Abschnitt 50 unterhalb des Abschnittes 48 in Lage gehalten wird.

Der Vergaser 10 weist zudem eine Einspritzleitung 80 auf, die durch das Teil 34 und den Verteiler 42 hindurchgeht und im Verteiler 42 eine Düse 82 aufweist. 25

Eine Teer-Staubkohle-Mischung, die ein unerwünschtes Nebenprodukt' während der Kohlevergasung darstellt, wird von anderen während des Vergasungsprozesses entstehenden Produkten in einer nicht dargestellten Anlage

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abgetrennt und dann durch die Leitung 80 und Düse K2 zurück in den Vergaser geleitet,wo sie erneut dem Vergasungsprozeß zugeführt wird. Die Lage der Düse 82 gestattet es, das Teer-Staubkohle-Gemisch auf eine mehr oder weniger horizontale Kohlenschicht, die sich das Teil 34 abwärts bewegt, zu sprühen, wodurch eine effektive Verteilung des Teers möglich ist.

Im Betrieb wird die Durchlaßöffnung 14 der Kohlenschleuse durch Betätigung der Stange 16 mit dem Verschluß 18 durch axiales Verschieben von der ersten zur zweiten Position geöffnet, wenn die Oberseite der (nicht dargestellten) Kohlenschicht etwa auf dem Niveau liegt, das durch Linie 69 angedeutet ist. Die Bodenöffnung 54 des Kohlen-Verteilers 46 liegt dann noch immer in der Kohlen se¹ licht. Die (nicht dargestellte) Kohle fällt dann von der Koh3enschleuse 12 zunächst in den ringförmigen Raum um das Äußere der Vorrichtung 40 (durch Pfeil 70 angedeutet) herum, bis die Oberseite der Kohlenschicht mehr oder weniger auf dem Niveau der oberen Öffnung 52 im Abschnitt 48 des Verteilers 46 liegt.

Während des Auffüllens des genannten Ringraumes findet eine Entmischung der Kohle in grobe und feine Partikpl praktisch nicht statt. Die Kohle um den Verteiler 46 enthält somit eine mehr oder weniger homogene Mischung aus grober und feiner Kohle.

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Wenn die Oberfläche der Kohleschicht etwa das Niveau des oberen Endes des Abschnittes 48 des Verteilers 46 erreicht, dann fällt weiterhin aus der Kohlenschleuse 12 zugeführte Kohle in den Raum zwischen dem Boden des Verteilers 42 und dem Oberteil des Abschnittes 48 und durch dessen Öffnung 52 in sein Inneres hinein, wodurch der Verteiler 46 gefüllt wird. Falls im Verteiler 46 eine Entmischung der Kohle in feinere und gröbere Teile stattfindet, so läuft diese aufgrund der Fließeigenschäften von zerkleinerter oder pulverisierter Kohle in folgender Weise ab: Direkt unterhalb des oberen Randes 52.1, d.h. an der Peripherie der Öffnung 52, des Abschnittes 48 setzt sich ein Ring 74 von Staubkohle ab. Im Zentrum dieses Ringes findet sich ein Kern 76 von gröberer Kohle und um das Ringäußere ein weiterer Ring 78 auch aus gröberer Kohle.

Es wurde festgestellt, daß bei der Anwendung eines herkömmlichen Festbett-Festrost LURGI-(Handelsbezeichnung) Vergasers, d.h. also solcher Vergaser ohne einer Vorrichtung zum Verteilen der Kohle, eine Entmischung der pulverisierten oder zerkleinerten Kohle in gröbere und feinere Teile stattfindet. Dieses Problem wird verursacht, indem die Kohle während eines normalen Füllzyklus des Vergasers von der Kohlenschleuse in die Vergasungskammer fallengelassen wird, so daß sie über eine gewisse Strecke im freien Fall in die Kammer fällt.

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Insbesondere wurde festgestellt, daß in dem Fall, in dem pulverisierte oder zerkleinerte Kohle mit einer Normalverteilung der Teilchengröße über eine Distanz im freien Fall fallen kann, bevor sie sich in oder auf einer Kohleschicht absetzt, sich größere oder gröbere Kohlepartikel bevorzugt an der Kammerwand sammeln und damit auch unterhalb des Gasabzuges 26. Feinere Partikel setzen sich dagegen bevorzugt im Zentrum der Kammer ab. Bei andauernder Vergasung der Kohle unter Anwendung eines Vergasungsmittlers(gasifying agent) in Form einer Mischung aus Wasserdampf und Sauerstoff bewegt sich die Kohleschicht langsam abwärts in Richtung auf die Feuerglut (fire-bed), die sich an einem unteren Niveau der Kammer befindet. Der genannte Mittler, der in die Vergasungskammer an deren Grund oder in dessen Nähe über Auslaßoder Eintrittsöffnungen in einem kreisförmigen Rost (nicht dargestellt), der sich am Boden der Vergasungskammer unterhalb der Feuerglut und überhalb eines Ascheabzuges (nicht dargestellt) befindet, tritt, tendiert dazu, einem aufwärts gerichteten Pfad des geringsten Widerstandes durch die Kohleschicht zu folgen, d.h. er geht bevorzugt durch die Schicht der gröberen Kohlepartikel hindurch. Die Innenfläche der Vergasungskammerinnenwand, die üblicherweise relativ glatt ist, trägt zu dem Problem bei. Folglich wird die Kohle bevorzugt im Bereich der Innenwand verbrannt. Dies führt zu einer Überhitzung und in Folge zu einer Beschädigung der Ummantelung, schlechtem Vergaserbetrieb, besonders wenn die Kohle viele feine Partikel enthält, und Schäden am Rostschieber (grate plough).

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Auf dem Weg durch die Kohleschicht reagiert der Vergasungsmittler mit der Kohle zu Rohgas (raw gas), das die Kammer über den Abzug 26 verläßt. Der grobe- sich an der Peripherie der Kammer sammelnde Kohleanteil wirkt wie ein Filter, um im Gas mitgerissene Staubkohle auszufiltern.

Es hat sich herausgestellt, daß je gleichmäßiger die Verteilung der Partikelgröße im Vergaser ausfällt, desto besser kann die Steuerung des Vergaserbetriebes vorgenommen werden. Insbesondere ist der Vergaserbetrieb stabiler und können dem Vergaser größere Kohlemengen zugeführt·werden, wenn eine gleichmäßige Befeuerung der Vergasungskammer erreicht wird, d.h. respektive eine gleichmäßige Verteilung der Kohlet>artikelgröße eingehalten Wird. Schäden an der Ummantelung aufgrund extrem hoher Temperaturen können in Folge reduziert werden.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 40 zur Verteilung der Kohle folgende Vorzüge auf:

1. Eine homogene Kohlepartikel-Verteilung im Kohlevergaser wird annähernd erzielt, in dem Sinne, da? der Kern'76 der Kohleschicht im Vergaser aus relativ groben Kohlepartikeln besteht.

2. Die feineren Partikel werden gleichmäßiger in der Kohleschicht verteilt, und

3. Die Kohle in der Nähe der Wand 20 ist eine Mischung aus feinen und groben Kohleteilchen.

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Der erfindungsgemäße Vergaser 10 weist gegenüber dem herkömmlichen Festbett-Festrost-LURGI-(handelsbezeichnun^) Vergaser ohne die Vorrichtung 40 zur Verteilung der Kohle die folgenden Vorteile auf: '

1. eine homogenere Verteilung der KohleOartikel in der Kohleschicht

2. einen stabileren Vergaserbetrieb 10

3. niedrigere Gasabzugstemperaturen

4. weniger Schaden an der Innenummantelung aufgrund einer etwaigen Überhitzung

5. längere Betriebszeiten (on-stream times), da weniger Schaden an der Ummantelung auftreten und

6. eine effektivere Verteilung der Teer-Staubkohle-Mischung, die über die Leitung 80 eingedüst wirr).

Desweiteren weist die Vorrichtung keinerlei bewegbare Teile auf, die normalerweise die aufgeführten Probleme begünstigen. Die Investitionskosten sowie die Wartungskosten sind demnach relativ niedrig. V/enn eine Vorrichtung 4o zur Kohleverteilung in einem bereits bestehenden Festbett-Festrost-LURGI-Vergaser eingebaut wird, muß die Verteilungsanordnung des Vergasungsmittlers, d.h. die Anordnung der Mittlerdüsen- oder Auslaßöffnungen im Rost, eventuell modifiziert werden, um die Vorrichtung

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zu berücksichtigen. Geschieht dies nicht, so kann dies in einer übermäßigen Vergasung entlang der Mittellinie oder Achse der Vergasungskammer, wo sich der relativ grobe Kohleanteil sammelt, resultieren.

Der Hauptzweck des Ringes 28 besteht darin, in seinem Inneren befindliche Kohle davon abzuhalten, zum Abzug getragen zu werden. Das Rohgas sammelt sich in der ringförmigen Gassammeizone 29 zwischen dem Ring 28 und der Wandung 20, bevor es über den Abzug 26 austritt.

Die Gasgeschwindigkeit während des Durchgangs durch die ringförmige Gassammeizone 29 hängt direkt ab von der Gaskapazität des Vergaser, d.h. vom pro Zeiteinheit im Vergaser erzeugten Gasvolumens. Infolge der Geschwindigkeit des von der Oberseite der Kohleschicht austretenden Gases wird normalerweise Kohle, insbesondere die feineren Partikel, vom Gas mitgerissen, die über den Gasabzug 26 verloren geht. Wie bereits erwähnt, wird mit der Vorrichtung das Problem der Entmischung der Kohle in gröbere und feinere Anteile weitgehend gelöst, weswegen ein größerer Anteil feiner Kohlepartikel an der Kammerperipherie liegt. Diese können möglicherweise vom Gas mitgerissen werden. Als ein Resultat der größeren Gaskapazität,

₂c die mit der Vorrichtung 40 erreichbar ist, kann die Menge von Staubkohle, die den Vergaser mit dem Gas verläßt, unter Umständen anwachsen, je nach den vorliegenden Betriebsparametern .

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Das Mitreißen von Kohle kann zumindest reduziert werden durch Reduzieren der Gasgeschwindigkeit in dem Bereich, in dem das Gas die Kohlenschicht verläßt, d.h. am Übergang Kohlenschicht-Gas. Dies wird beispielsweise mit VergaserausfUhrungsformen gemäß der Fig. 2, 3 und k erreicht, wie im folgenden beschrieben wird.

Fig. 2 zeigt einen Festbett-Festrost-Kohlevergaser 100 gemäß einer anderen AusfUhrungsform der Erfindung. Teile ^O des Vergasers 100, die Teilen des vorbeschriebenen Vergasers 10 gemäß Fig. 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Das Unterteil 102 des Ringes 28 im Vergaser 100 läuft nach unten hin und einwärts zu dessen unteren Ende 101 hin zu. Demnach ist der Durchmesser des Ringes 28 an seinem unteren Ende 101 kleiner als am oberen Ende.

Das normale obere Niveau der Kohlenschicht oder der Übergang Kohlenschicht-Gas ist mit der gestrichelten Linie 104 bezeichnet, für den Fall des Ringes 28 im Vergaser 10, wie oben anhand Fig. 1 beschrieben ist (Der Ring 28 ist in Fig. 2 auch gestrichelt dargestellt).

Die Gasgeschwindigkeit und damit das Maß des Mitreißens von feinen Partikeln, die in die ringförmige Zone 29 treten, wird durch die Oberfläche der Kohlenschicht am Übergang bestimmt.

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Durch das Einwärtsneigen des Unterteils 102 (das Unterteil 102 erstreckt sich über eine Strecke d etwa 0,5 m) wird die Übergangsfläche 106 beträchtlich vergrößert, woraus dort niedrigere Gasgeschwindigkeiten resultieren. Dies führt zu einer Reduzierung der vom Gas mitgerissenen Menge an Staubkohle.

Ein rund-zylindrischer Ring 55, der in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, kann an. die Innenseite des unteren Ab-Schnitts 50 angebracht sein, so daß er vom Abschnitt 50 herabhängt. Weiterhin kann ein Teil 50.2 des Abschnitts 50 weggenommen werden (nicht dargestellt), um den Abstand zwischen sich und dem Ring 28 zu vergrößern, d.h. ein Überbrücken mit Kohle so weit wie möglich zu verhindern.

Fig. 3 zeigt einen Festbett-Festrost-Kohlevergaser 110 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Teile des Vergasers 110, die Teilen des oben beschriebenen Vergasers 10 gemäß Fig. 1 entsprechen, sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.

Bei dem Vergaser 110 wurde von einem Ring 28 abgesehen. Er weist anstelle dessen einen runden Ring 112 auf, der sich im unteren Abschnitt des Kohlenverteilers 4-6 in dessen Innern befindet und dort befestigt ist. Damit wird eine ringförmige Gassammeizone 114 zwischen dem Ring und dem Inneren des unteren Teils 50.1 des Abschnitts 50 festgelegt.

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Eine Gasabzugsleitung 116 verläuft radial von dem unteren Teil 50.1 nach außen durch die Wandung 20 des Vergasers. Ein Wassermantel 118 ist um die Leitung 116 herum angeordnet, um diese zu schützen.

Bei dieser Anordnung wird der normale Kohlenschicht-Gas-Ubergang 104 gemäß Fig. 2 (gestrichelt dargestellt) einer, Festbett-Festrost-Vergasers ohne den Ring 112, d.h. also mit Ring 28, dahingehend verändert, wie dies mit der gestrichelten Linie 122 angedeutet ist. Die Überganfr,-flache 122 ist größer als die des Überganges 104. Auch diese Anordnung führt zu einem geringeren Anteil an mitgerissener Staubkohle im Gas, da durch die Maßnahme die Gasgeschwindigkeit gesenkt wird.

Fig. 4 zeigt einen Festbett-Festrost-Kohlevergaser 13ⁿ gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung. Teile des Vergasers 130, die Teilen des vorbeschriebenen Vergasers 110 gemäß Fig. 3 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Vergaser 130 und 110 entsprechen sich weitgehend, mit der Ausnahme, daß der Ring 112 des Vergasers 110 durch einen Ring 132 ersetzt ist.
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Dieser Ring 132 unterscheidet sich vom Ring 112 des Vergasers 110 in den folgenden Punkten:

^: '.■ ■■■: .-. 22 - ■■■■■■

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1. Sein Querschnitt unterscheidet sich von dem des Ringes 112 insoweit,' als daß er einen gleichbleibenden Durchmesser aufweist. Er kann aber auch ,jede andere geeignete Querschnittsform (nicht dargestellt) besitzen.

2. Seine Bodenkante 134 hängt nicht so weit herab, wie diejenige des Ringes 112, der praktisch bis zum Niveau des Bodens des Abschnitts 50 des Kohlenverteilers 46 reicht. Die Bodenkante 134 des Ringes 132 endet hingegen auf einem etwas höher gelegenen Niveau oberhalb des unteren Endes des Abschnitts 50.

Der Übergang Kohlenschicht-Gas ist in Fig. 4 mit der gestrichelten Linie 136 angedeutet. Aufgrund der vergrößerten Fläche des Überganges im Vergleich zu derjenigen des Überganges 104 (vgl. Fig. 2), wird die Gasgeschwindigkeit an diesem Übergang gesenkt, woraus wieder der Anteil von mitgerissener Staubkohle im Gas reduziert wir·

Der sich drehende bzw. der drehbare Rost im Boden der Kammer stellt die Vorrichtung zum Abzug der Asche von der Kammer durch die Abzugsleitung dar.

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Zusammenfassung

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Claims

PATENTANWALTSBÜRO PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt -Professional Representatives before the European Patent Office Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen HERBERTSTR. 22,1000 BERLIN 33 M/W/Go. Saso 3/01 SASOL OPERATIONS (PROPRIETARY) LIMITED Baker Street, Rosebank, Johannesburg Transvaal Province, Republik of South Africa Vergasung von Kohle Patentansprüche;

1. Festbett-Festrost-Kohlevergaser mit einer zylindrischen Wandung, die eine Vergasungskammer zur Kohlevergasung in einer Kohlenschicht umschließt, um Synthesegas herzustellen sowie Asche in einer Aschenschicht unterhalb der Kohlenschicht zu sammeln, m^!t einer Kohlenschleuse überhalb der Kammer, die eine in die Kammer führende, mehr oder weniger zentrale Durchlaßöffnung für die Kohle aufweist, mit einem Gasabzug, der auf einem hohen Niveau von der Kammer wegführt, mit einem Aschenabzug, der auf einem niedrigen Niveau von der Kammer wegführt, und mit einer Vorrichtung zum Abziehen von Asche aus der Kammer über den genannten Aschenabzug,

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gekennzeichnet durch einen ersten Kohlenverteiler (42) in der Vergasungskammer (22) unterhalb der Durchlaßöffnung (14) der Kohlenschleuse (12) und einen zweiten, unterhalb des ersten Verteilers (42) und von diesem mit Abstand angeordneten Kohlemverteiler (46), wobei der zweite Kohlenverteiler (46) so ausgebildet ist, daß er die Kohle verteilt, die vom ersten Kohlenverteiler (42) in den Raum fällt, welcher unter diesem liegt.

2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlendurchlaßöffnung (14) der Kohlenschleuse kreisrund ist und der erste Kohlenverteiler (42) hohl, kegelstumpfförmig konisch zulaufend und mit offenen Enden versehen ist, wobei die kleinere Öffnung nach oben weist.

3. Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der kleineren Öffnung des ersten Kohlenverteilers (42) etwa genauso groß ist wie jener der Kohlendurchlaßöffnung (14) und mit dieser fluchtet und daß ein kreisrunder, scheibenartiger Verschluß (18) vorgesehen ist, der von einer ersten Stellung, in der er die Kohlendurchlaßöffnung (14) der Kohlenschleuse (12) schließt, nach unten in eine zweite Stellungen der er von der Kohlendurchlaßöffnung (l4) versetzt ist, so daß dann Kohle aus der Kohlenschleuse (12) austreten kann, bewegbar ist, wobei der Verschluß (18) in der zweiten Stellung die obere kleinere Öffnung des ersten Kohlenverteilers (42) verschließt.

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4. Vergaser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kohlenverteiler (46) hohl und kegelstumpfförmig konisch zulaufend und mit offenen Enden versehen ist, wobei die kleinere Öffnung nach oben weist.

5. Vergaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dan der Durchmesser der oberen Öffnung des zweiten Kohleη-Verteilers (46) kleiner ist als derjenige der Bodenöffnung des ersten KohlenVerteilers (42).

6. Vergaser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen des ersten und zweiten Pvohlenverteilers (42 bzw. 46) und deren Abstand voneinander so ausgelegt sind, daß der Boden des zweiten Kohlenverteilers (46) unterhalb des Niveaus der Kohlenschicht in der Vergasungskammer liegt und daß der zweite Kohlenverteiler (46) aus einem oberen Abschnitt (48) und einem darunter liegenden unteren Abschnitt

(50) besteht, wobei der erste Kohlenverteiler (4?) mit dem oberen Abschnitt (48) verbunden ist, wodurch der erste Kohlenverteiler (42) in der Vergasungskammer in Lage gehalten wird.

7. Vergaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und untere Abschnitt (48 bzw. 50) des zweiten Kohlenverteilers (46) ,jeweils an der Wand der Vergasungskammer angebracht ist,- wobei die Anbringung des unteren Abschnitts (50) mittels einer Reihe von beabstandeten, auf dem Umfang angeordneten Befestigungnelementen zwischen sich und der Wand erfolgt.

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8. Vergaser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Ring (28) um die Vorrichtung (40) zur Kohleverteilung herum aufweist, der von einem Teil der Vergasungskammerwand herabhängt, welcher auf einem höheren Niveau als der Gasabzug (?6) liegt, so daß eine ringförmige Gassammeizone (29) zwischen dem Ring und dem unteren Teil der Vergasungskammer festgelegt wird, wobei der Gasabzug (26) durch diesen unteren Teil der Wand führt.

9. Vergaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (28) an seinem unteren Ende oder in dessen Nähe nach unten und einwärts konisch zuläuft, so daß sein Durchmesser an seinem unteren Ende kleiner ist als an seinem oberen Ende»

10* Vergaser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennvorrichtung (112, 132) vorgesehen ist, die das Innere des oberen und/oder unteren Abschnitts des zweiten Kohlenverteilers (46) in eine kohlehaltige Zone und in eine Gassammeizone trennt, von der der Gasabzug dann wegführt.

11. Vergaser nach Anspruch,10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtung (112, 132) einen vertikal herabhängenden ringförmigen Rand (skirt) aufweist, der an die Innenseite des unteren Abschnitts (50) den zweiten Kohlenverteilers (46) angebracht ist und von dieser herabhängt, so daß die Gassammeizone eine

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ringförmige Zone zwischen dem Rand und dem Teil des unteren Abschnitts (50) des zweiten Kohlenverteilerr (46) ist, welcher unterhalb der Befestigungszone des Randes an dem Abschnitt (50) liegt. .

12. Vergaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabzug aus einem Rohr (116) besteht, d^s durch den Teil des unteren Abschnitts des zweiten Kohlenverteilers, der unterhalb der Befestigungszone des Randes an den Abschnitt liegt, und durch die Wand der Vergasungskammer führt, wobei ein Kühlwassermantel (J.18) wenigstens um ein Teil des Rohres herum vorgesehen ist.

13. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teereinspritzleitung (80) vorgesehen ist, die durch die Kammerwand führt, so daß eine Auslaßöffnung (82) der Leitung innerhalb des ersten Kohlenverteilers (42) liegt.

14. Vorrichtung zur Kohlenverteilung in einem Festbett-Festrost-Kohlevergaser mit einer zylindrischen Wandung, die eine Vergasungskammer umschließt, um Synthesegas herzustellen sowie Asche in einer Aschenschicht unterhalb der Kohlenschicht zu sammeln, mit einer Kohlenschleuse Uberhalb der Kammer, die eine in die Kammer führende, mehr oder weniger zentrale Durchin π-Öffnung für die Kohle aufweist, mit einem Gasabzug, der auf einem hohen Niveau von der Kammer wegführt,

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und mit einer Vorrichtung zum Abziehen von Asche aus der Kammer über den genannten Aschenabzug, gekennzeichnet durch einen ersten hohlen, kegelstumpf förmig konisch zulaufenden und mit offenen Enden versehenen Kohlenverteiler (42),einen zweiten hohlen, kegelstumpfförmig konisch zulaufenden und mit offenen Enden versehenen, vom ersten Kohlenverteiler (42) beabstandeten und mit diesem fluchtend ausgerichteten Kohlenverteiler (46), dessen kleinere öffnung der größeren öffnung des ersten Kohlenverteilers (42) zugewandt ist, Vprbindungselemente (56) zum Verbinden beider Kohlenverteiler miteinander und Verbindungsstücke (62) zum Befestigen des ersten und/ oder zweiten Kohlenverteilers an der Wand der Vergasungskammer.