-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Aufrechterhalten einer gleichmäßigen bzw. gleichförmigen
Massenfließrate eines Gemisches aus teilchenförmigen Feststoffen und
Gas, welches von einer Zwischen- bzw. Haltegefäßvorrichtung an
einen Reaktor abgegeben wird, umfassend eine Einrichtung zum
Einführen des Gemisches in eine Aufnahmeeinrichtung, welche
konvergierende Wände hat, die an ihrer Spitze wenigstens eine
Öffnung bilden zum Abgeben oder Austragen des Gemisches aus
ihr. Insbesondere betrifft die Erfindung pulverisierte Kohle
bzw. Kohlenstaub, der an eine Vergasungsvorrichtung für die
Herstellung von Synthesegas abgegeben wird.
-
Übliche Kohlezuführsysteme, welche das Fließen von
Feststoffen unter Schwerkraft benutzen, wie beispielsweise in
einer Kohlezufuhr zu kohlegefeuerten Kesseln, tolerieren
größere Schwankungen der Rate des Kohlenmassenflusses und der
Suspensionsdichte.
-
Verschiedene Einrichtungen sind gebaut worden für das
Austragen von Substanzen, die das Bestreben haben, unter der
Schwerkraft leicht bzw. bequem zu fließen, wie beispielsweise
Körner. Während Einrichtungen, beispielsweise solche, wie sie
in den US-Patentschriften 3 289 396, 3 367 724, 4 529 336, 3
424 352 und 4 067 623 beschrieben sind, sich damit befassen,
einen "wirksamen Austrag" von teilchenförmigen Materialien aus
Vorratstank für Schüttgut oder Massengut zu schaffen und
Brükkenbildung und unvollständiges Austragen aus solchen Tanks zu
vermeiden, halten diese Einrichtungen keine gleichmäßige oder
gleichförmige Massenfließrate eines Gemisches von
teilchenförmigen Feststoffen und Gas aufrecht, welches in gleichmäßiger
Weise an einen Aufnahmereaktor abgegeben wird.
-
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet,
dieses Problem in der Technik zu überwinden, und zwar sowohl
hinsichtlich gleichmäßigen Fließens als auch hinsichtlich
zuverlässigen kontinuierlichen Fließens. Die Vorrichtung gemäß der
Erfindung ist daher derart ausgeführt, daß die
Aufnahmeeinrichtung eine innere Hülle und einen Mantel aufweist, der die
innere Hülle umgibt und derart angebracht ist, daß er einen im
wesentlichen eingeschlossenen oder umschlossenen Raum zwischen
den Wänden der inneren Hülle und dem Mantel bildet, wobei der
Mantel wenigstens eine Auslaßöffnung an seinem konvergierenden
Ende in axialer Ausrichtung mit der Austragsöffnung der
Aufnahmeeinrichtung hat, und wobei in den Wänden eine Mehrzahl von
Stopfen angebracht ist, die für gasförmige Fluide porös sind,
wobei eine Fläche der Stopfen dem Gemisch aus teilchenförmigen
Feststoffen und Gas ausgesetzt ist, der Mantel innerhalb des im
wesentlichen eingeschlossenen Raumes mit einer Trennwand
versehen ist, welche wenigstens zwei im wesentlichen geschlossene
Abteile bildet, Mittel vorgesehen sind zum wahlweisen
Injizieren von unter Druck stehendem gasförmigen Fluid in die Abteile,
und Mittel vorgesehen sind zum unabhängigen Steuern der
Strömungsrate und der Strömungsrichtung des unter Druck stehenden
gasförmigen Fluids in einer Rate, die ausreichend ist, um die
teilchenförmigen Feststoffe nahe dem Abschnitt der porösen
Stopfen zu fluidisieren, jedoch in einer Rate unterhalb
derjenigen, bei welcher die teilchenförmigen Feststoffe fluidisiert
werden würden, die sich jenseits des weiten Endes der
konvergierenden Wände befinden.
-
Es kann bemerkt werden, dar in "Soviet Inventions
Illustrated", Abschnitte P, Q, 14.11.1984, eine
Zuführvorrichtung für pneumatischen Transport von zerbrechbarem bzw.
bröckligem Material offenbart ist, umfassend einen Behälter mit
einem konischen luftdurchlässigen Boden, der in einer
pneumatischen Kammer eingeschlossen ist. Weiterhin sind zwei Abteile
offenbart mit getrennter Gaszufuhr und Fliep- bzw.
Strömungssteuerung. Jedoch ist die spezielle Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung dort nicht offenbart.
-
Die Erzeugung von Synthesegas tritt auf durch
teilweises Verbrennen eines kohlehaltigen oder kohlenstoffhaltigen
Brennstoffs wie beispielsweise Kohle bei relativ hohen
Temperaturen im Bereich von 1000 bis 3000ºC und bei einem Druck im
Bereich von etwa 1 bis 200 bar in Gegenwart von Sauerstoff oder
Sauerstoff enthaltenden Gasen in einem Kohlevergasungsreaktor,
der nachstehend als Vergasungsvorrichtung bezeichnet wird.
Dampf, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Sauerstoff enthaltende
Gase einschließlich Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft und
Sauerstoff werden wahlweise mit Stickstoff und/oder anderen
inerten Gasen verdünnt.
-
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Gemisch aus
Brennstoff und Gas von einer Zuführgefäßvorrichtung abgegeben,
die vorteilhaft mehrere Auslässe hat, wobei jeder Auslaß mit
wenigstens einem Brenner in Verbindung steht, der der
Vergasungsvorrichtung zugeordnet ist. Typisch hat eine
Vergasungsvorrichtung Brenner in diametral gegenüberliegenden Positionen,
jedoch ist dies für die vorliegende Erfindung nicht
erforderlich. Allgemein sind die Abgabeenden der Brenner so angeordnet,
daß die sich ergebende Flamme und das Verbrennungsmittel in die
Vergasungsvorrichtung eingeführt werden.
-
Von besonderer Bedeutung bei der Herstellung von
Synthesegas ist die gleichmäßige Weise, in welcher der
teilchenförmige Brennstoff zu den Brennern innerhalb der
Vergasungsvorrichtung geführt wird. Schwankungen der Massenfließrate von
Kohle, die den Brennern der Vergasungsvorrichtung zugeführt
wird, sind für die Leistung der Vergasungsvorrichtung
schädlich. Benötigt wird ein zuverlässiges gleichmäßiges Fließen von
Kohle mit Schwankungen von geringer als 1 bis 2 % bei einem
Frequenzbereich von 0,01 bis 100 Hz. Beispielsweise können
solche Schwankungen unwirksame Verbrennung von Brennstoff
innerhalb der Vergasungsvorrichtung und beschädigende oder
zerstörende Wärmeflüsse an der Brennerfläche hervorrufen, was zu
Wärmebeanspruchungen an der Brennerfläche führen könnte. Wenn die
Massenfließrate des teilchenförmigen Brennstoffs schwankt,
werden Zonen von Untererhitzung nahe von Zonen von Übererhitzung
in der Vergasungsvorrichtung erzeugt. Als Ergebnis wird in den
Zonen der Untererhitzung der Brennstoff nicht vollständig
vergast,
und er wird in den Zonen der Übererhitzung vollständig zu
weniger wertvollen Produkten umgewandelt, beispielsweise
Kohlendioxid und Wasserdampf. Zusätzlich könnten in der
Vergasungsvorrichtung lokalisierte hohe Temperaturen die
hitzebeständige Auskleidung beschädigen, die gewöhnlich an der
Innenfläche der Wand der Vergasungsvorrichtung vorgesehen ist.
-
Da die Verweilzeit der Kohle in der Reaktionszone des
Reaktors annähernd 5 Sekunden oder weniger beträgt, sollte die
Kohlenmassenfließrate vorteilhaft über Perioden dieser
Größenordnung konstant sein und sogar vorteilhaft über kürzere
Perioden, um konstante örtliche Bedingungen aufrechtzuerhalten.
-
Verschiedene Faktoren beeinflussen wesentlich die
Massenfließrate des Brennstoffs, der den Brennern zugeführt
wird. Insbesondere beeinflussen das Abgeben oder Austragen des
teilchenförmigen Brennstoffs aus einer Zuführgefäßvorrichtung
und das Transportieren des Brennstoffs von dem Gefäß mittels
einer Leitung zu der Vergasungsvorrichtung die Massenfließrate
des Brennstoffs zu der Vergasungsvorrichtung. Speziell erfahren
Gemische aus Brennstoff und Gas, die Dichten im Bereich von
etwa 50 bis 800 kg/m³ haben und durch eine Leitung
transportiert werden, die einen Durchmesser von weniger als 150 mm hat,
einen beträchtlichen Druckabfall als Folge der Summierung von
verschiedenen Beiträgen, wie Reibungsverluste, Verengungen,
Krümmungen usw. innerhalb der Leitung.
-
Die vorliegende Erfindung verwendet ein Gefäß,
welches an seinem unteren Ende nach unten konvergierende Wände
hat, die einen Abschnitt bilden mit Stopfen aus porösem
Material zum Belüften der Feststoffe in dem Gefäß, und die
wenigstens eine Öffnung an der Spitze haben derart, dar eine
gleichmäpige Massenfließrate des Gemisches aus Feststoffen und Gas
aufrechterhalten wird, welches an eine Vergasungsvorrichtung
abgegeben wird. Insbesondere sind Bereiche, die auf dem Umfang
um die Außenseite des aus porösem Material bestehenden Teils
herum liegen, getrennt, um ein oder mehrere geschlossene
Abteile zu bilden. Gasförmige Fluide werden in jedes Abteil unter
ausgewähltem Druck und in ausgewählter Menge injiziert, um eine
gleichmäßige Massenfließrate eines Gemisches aus
teilchenförmigen Feststoffen und Gas aufrechtzuerhalten, welches an die
aufnehmende Vergasungsvorrichtung abgegeben werden soll. Weiterhin
schafft die Austauschbarkeit gegen Teile aus porösem Material,
welche unterschiedliche Permeabilitäten haben, größere
Flexibilität für das Betreiben des Prozesses unter sich ändernden
Bedingungen, wie beispielsweise mit unterschiedlichen Arten von
Kohle, unterschiedlichem Feuchtigkeitsgehalt der Kohle usw.
Diese Konfiguration kann geändert werden in Abhängigkeit von
den Fließcharakteristiken und den Eigenschaften der Feststoffe.
-
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin,
dar eine gleichmäßige Massenflieprate eines Gemisches aus
teilchenförmigen Feststoffen und Gas zu einer Vergasungsvorrichtung
verhindert, dar Zonen von Untererhitzung und Zonen von
Übererhitzung in der Vergasungsvorrichtung auftreten.
-
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt
in dem Schutz, der für die hitzebeständige bzw. feuerfeste
Auskleidung in der Vergasungsvorrichtung geschaffen ist als Folge
des Verhinderns von Untererhitzungszonen und
Übererhitzungszonen.
-
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung
liegt in der wirksameren Ausnutzung des Brennstoffs bei der
Herstellung von Synthesegas.
-
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt
in der Fähigkeit, hohe Suspensionsdichten, beispielsweise höher
als 50 bis 800 kg/m³, in der Transportleitung von dem Gefäß zu
der Vergasungsvorrichtung aufrechtzuerhalten, wodurch der
Verbrauch an Belüftungsgas und pneumatischem Transportgas
verringert und Verdünnung des in der Vergasungsvorrichtung erzeugten
Synthesegases verhindert ist, welche das Synthesegas zu einem
weniger wertvollen Produkt machen würde.
-
Obwohl die Erfindung nachstehend primär mit
Bezugnahme auf pulverisierte Kohle bzw. Kohlenstaub beschrieben
wird, sind das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der
Erfindung auch geeignet für reaktive Feststoffe und andere fein
zerteilte feste Brennstoffe, die teilweise verbrannt werden
können,
beispielsweise Lignit, Anthrazit, bituminöse Kohle bzw.
Fettkohle, Braunkohle, Ruß, Petroleum- bzw. Erdölkoks,
Schiefer, Teersand u.dgl. Vorteilhaft ist die Größe des festen
kohlenhaltigen oder kohlenstoffhaltigen Brennstoffs derart, daß 90
Gewichtsprozent des Brennstoffs eine Teilchengröße kleiner als
100 mesh (A.S.T.M.) (0,147 mm Maschenweite) haben.
-
Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung verwendet
werden sowohl für körnige, staubförmige und pulverförmige
Feststoffe, wie Harze, Katalysatoren, Flugasche, und
elektrostatisch abgeschiedene Feinstoffe u.dgl.
-
Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die
begleitende Zeichnung im einzelnen erläutert, in welcher:
-
Fig 1. eine Kohlevergasungsanlage zeigt, bei
welcher eine Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
-
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Ausführung
nach Linie II-II der Fig. 1 ist;
-
Fig. 3 eine isometrische Darstellung der
Auskleidung der vorliegenden Erfindung ist;
-
Fig. 4 eine andere abgewandelte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
-
Fig. 5 eine noch andere abgewandelte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Die Zeichnungen sind von einer Prozeßfließart, bei
welcher Hilfsausrüstungen, wie beispielsweise Pumpen,
Kompressoren bzw. Verdichter, Reinigungseinrichtungen usw., nicht
dargestellt sind. Alle Werte sind lediglich beispielhaft oder
berechnet.
-
Gemäp Fig. 1 umfaßt eine Vorrichtung zum
Aufrechterhalten einer gleichmäßigen Massenfließrate eines Gemisches aus
teilchenförmigen Feststoffen und Gas, welches von einer
Zwischen- bzw. Haltegefäßvorrichtung abgegeben wird,
beispielsweise von einem Zuführtrichter 11, der bei erhöhten Drücken von
1 bis 200 bar betrieben wird, über eine Leitung 40 zu einem
Aufnahmereaktor, beispielsweise einer Vergasungsvorrichtung 9,
allgemein Mittel, beispielsweise eine Einlapöffnung 10, zum
Einführen des Gemisches in den Zuführtrichter 11. Der
Zuführtrichter 11 richtet das Material in eine allgemein konisch
gestaltete Aufnahmeeinrichtung, die allgemein bei 7 dargestellt
ist und insbesondere in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird.
-
Gemäß Fig. 2 kann die Aufnahmeeinrichtung 7 mit einer
Auskleidung bzw. einem inneren Mantel 8 ausgekleidet sein, die
bzw. der in Verbindung mit Fig. 3 besonders beschrieben wird.
Die Auskleidung 8 hat konvergierende Wände 12, die einen
eingeschlossenen Winkel von kleiner als etwa 150º, insbesondere
kleiner als etwa 90º, bilden, und sie konvergieren in Richtung
gegen wenigstens eine Öffnung 17, die an der Spitze der Wände
gebildet ist zum Austragen oder Abgeben des Gemisches aus
ihnen.
-
Die Aufnahmeeinrichtung 7 weist einen Mantel 13 auf,
der die Auskleidung 8 umgibt und so angebracht ist, daß er
einen im wesentlichen eingeschlossenen Raum bzw. eine solche
Verteilerleitung zwischen den Wänden 12 der Auskleidung 8 und
dem Mantel 13 bildet. Der Mantel 13 hat an seinem unteren Ende
wenigstens eine Auslaßöffnung 15, die sich in axialer
Ausrichtung mit der Austrags- bzw. Abgabeöffnung 17 der Auskleidung 8
zum Austragen bzw. Abgeben von Teilchen aus ihr befindet.
-
Mittel zum Abtrennen von Bereichen, vorteilhaft von
einem ersten und einem zweiten Bereich 18 bzw. 19, die auf der
Außenseite und in Umfangsrichtung um im wesentlichen
benachbarte Abschnitte von porösen Stopfen 14 der Wände 12 liegen,
beispielsweise in Form einer Unterteilungs- bzw. Trennwand 22
innerhalb des im wesentlichen eingeschlossenen Raumes zwischen
dem Mantel 13 und den Wänden 12, bilden wenigstens zwei im
wesentlichen eingeschlossene Abteile. Der Mantel 13 umfaßt Mittel
zum wahlweisen Injizieren eines unter Druck stehenden
gasförmigen Fluids in den ersten und den zweiten Bereich 18 bzw. 19,
beispielsweise in Form von Einlapöffnungen 23A, 23B bzw. 24A,
24B, von Druckfluidquellen 20 bzw. 21. Obwohl Quellen 20 und 21
als getrennte Quellen dargestellt sind, ist es für den Fachmann
des hier in Rede stehenden Gebietes der Technik ersichtlich,
dar gasförmiges Fluid von ein und derselben Quelle zugeführt
werden kann.
-
Die Abteile, die in dem im wesentlichen
eingeschlossenen Raum zwischen den Wänden l2 und dem Mantel 13 gebildet
sind, ermöglichen es, daß gasförmige Fluide, die möglicherweise
unterschiedliche Dichte haben, wie beispielsweise Stickstoff
oder ein anderes inertes Gas und Synthesegas, welches
hauptsächlich Kohienmonoxid, Wasserstoff und Wasser ist, wahlweise
in die Abteile injiziert oder eingespritzt werden. Das Gas,
welches von der Quelle 20 in den ersten Bereich 18 injiziert
wird, kann größere Dichte, gleiche Dichte oder geringere Dichte
als das Gas haben, welches von der Quelle 21 in den zweiten
Bereich 19 injiziert wird. Vorteilhaft würde das in den Bereich
18 injizierte Gas inertes Gas sein, und das in den Bereich 19
injizierte Gas würde teilchenfreies Synthesegas sein. Das in
den Bereich 18 injizierte Gas würde aufwärtsströmen und könnte
entlüftet bzw. abgeführt werden, um den Druck in dem
Zuführtrichter 11 zu steuern, wohingegen das in den Bereich 19
injizierte Gas abwärtsströmt und zu der Vergasungsvorrichtung 9
transportiert wird.
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist nunmehr
festzustellen, daß die Auskleidung 8 vorteilhaft aus einem schweren
massiven Material gebildet ist, wie beispielsweise aus rostfreiem
Stahl oder einer Legierung 20, und sie enthält eine Mehrzahl
von Löchern wie beispielsweise Löcher 32 in den Wänden 12. Die
Löcher 32 sind angesenkt, um Stopfen aufzunehmen und zu halten,
die allgemein bei 14 in den Fig. 2, 3A und 3B dargestellt sind.
Die Stopfen 14 weisen Einsätze 16 auf, die aus porösem Material
gebildet sind, welches metallisch oder nichtmetallisch sein
kann, beispielsweise gesintertes Pulvermetall, gewebter
rostfreier Stahl oder poröses Keramikmaterial, und zwar in
Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und der Art der Kohle, die
in dem Verfahren verwendet wird. Der Pfeil A in den Fig. 3A und
3B stellt die Gasströmung dar. Die Einsätze 16 sind mittels
eines Halteringes 27 an Ort und Stelle gehalten, der weiterhin
differentielle Wärmeausdehnung ermöglicht. Das poröse Material
des Einsatzes 16 hat eine ausgewählte Permeabilität. Das poröse
Material des Einsatzes 16 erleichtert die gleichmäßige
Verteilung
von gasförmigem Fluid, welches von den Druckquellen 20 und
21 in die Auskleidung 8 injiziert ist, und es verhindert eine
Brückenbildung der teilchenförmigen Feststoffe, die von der
Auskleidung 8 über die Abgabeöffnung 17 abgegeben bzw.
ausgetragen werden.
-
Die Porengröße des porösen Materials und die Art des
porösen Materials des Einsatzes 16 basieren unter anderen
Faktoren auf der verwendeten Art der Kohle oder des Brennstoffs
und der Betriebstemperatur. Um größere Betriebsflexibilität zu
ermöglichen, um verschiedene Arten von Kohle zu verwenden, die
unterschiedliche Porengröße fordern, ist die Auskleidung 8
vorteilhaft gegen eine andere Auskleidung austauschbar, welche
Stopfen 14 einer Permeabilität hat, die unterschiedlich ist zu
der Permeabilität der ersten Auskleidung 8.
-
Ausreichender Druckabfall an jedem Stopfen sollte
aufrechterhalten werden, um gleichmäßige Strömung über alle
Stopfen zu gewährleisten.
-
Weiterhin wird durch das Einführen des gasförmigen
Fluids in die Poren des porösen Materials des Einsatzes 16 dem
gasförmigen Fluid eine Druckverringerung erteilt, wodurch eine
gleichmäßige Strömungsverteilung des Fluids durch die Stopfen
14 der Wände 12 der Auskleidung 8 hindurch gewährleistet wird.
In ähnlicher Weise dient das poröse Material dazu, die
Schüttdichte des Gemisches innerhalb der Auskleidung 8 sowie die
Austragsrate oder Abgaberate des Gemisches zu steuern, welches den
Trichter 11 über die Öffnung 17 verläßt.
-
Die Gestalt des Einsatzes 16 gemäß Fig. 3A bietet den
teilchenförmigen Feststoffen eine glattere Fläche, wohingegen
die Konfiguration gemäß Fig. 3B vom Standpunkt der Herstellung
aus einfacher ist.
-
Die Löcher 32 (und die Stopfen 14) sind so
angeordnet, daß sie richtige Belüftung für unterschiedliches
teilchenförmiges Material und unterschiedliche Eigenschaften von diesen
schaffen. Beispielsweise können die Löcher 32 der Auskleidung 8
in drei allgemeinen Öffnungszonen 33, 34 und 35 vorgesehen
sein, von denen die Zone 33 zu 3 %, die Zone 34 (die
Überbrükkungszone)
zu 10 % und die Zone 35 zu 5 % offen ist. Die
gesamte Auskleidung 8 kann annähernd zweihundert Löcher 32 haben,
wobei der Durchmesser jedes Loches in der Größenordnung von 140
mm liegt. Die Größe der Stopfen, die Gestalt der Stopfen und
die mechanische Abdichtung hängen auch von den mechanischen
Festigkeitskriterien ab, die den Betriebsbedingungen zugeordnet
sind.
-
Die Strömungsrate und die Strömungsrichtung des
gasförmigen Fluids, vorteilhaft Stickstoff und Synthesegas,
welches unter Druck in den ersten Bereich 18 bzw. in den zweiten
Bereich 19 injiziert wird, werden gesteuert unter Verwendung
von Strömungskontrollern 25A, 25B bzw. 26A und 26B, und zwar in
einer Rate, die ausreichend ist, die teilchenförmigen
Feststoffe nahe den Stopfen 14 der Wände 12 zu belüften, jedoch in
einer Rate unterhalb derjenigen, bei welcher die
teilchenförmigen Feststoffe, die sich oberhalb der Stopfen 14 befinden,
fluidisiert werden würden. Es ist unerwünscht, die Gase in
einer Rate zu injizieren, die ausreichend ist, die Teilchen
oberhalb der Einsätze 16 zu fluidisieren, wie es in üblichen
Anlagen typischerweise ausgeführt wird, weil dies dazu führt,
dar mehr inertes Gas das in der Vergasungsvorrichtung 9
erzeugte Synthesegas verdünnt, so daß ein weniger wertvolles
Produkt erhalten wird.
-
Die Gleitgeschwindigkeit oberhalb des
Belüftungskegels 8, d.h. die relative Oberflächengeschwindigkeit zwischen
dem Gas und der Kohle innerhalb des Trichters, sollte niedriger
sein als 50 % der Fluidisierungsgeschwindigkeit und sie sollte
insbesondere nahe Null liegen. Weiterhin führt Fluidisierung
der Teilchen zu einer Zunahme von Schwankungen der
Massenfließrate von Feststoffen, die von dem Kohlenzuführtrichter 11
abgegeben werden.
-
Weiterhin sollten die Strömungsraten des gasförmigen
Fluids von den Quellen 20 und 21 die Endfallgeschwindigkeit der
Feststoffe innerhalb des Zuführtrichters 11 nicht übersteigen.
Die Endfallgeschwindigkeit ist definiert als die
Geschwindigkeit, bei welcher die Zugkräfte an einem Feststoffteilchen als
-
Folge der Aufwärtsströmung der Gase gleich ist der abwärts
wirkenden Kraft an dem Teilchen als Folge der Schwerkraft. Wenn
die Strömungsraten der Gase die Endfallgeschwindigkeit
überschreiten, werden die Feststoffe über die Entlüftung 50
abgegeben, anstatt durch die Abgabeöffnung 17 hindurch.
-
Vorteilhaft sind die Strömungsraten dieser Gase von
den Quellen 20 und 21 unabhängig steuerbar, wodurch getrennte
Steuerung der aufwärts strömenden Gasmenge und der abwärts
strömenden Gasmenge relativ zu dem Fluß der Kohle ermöglicht
ist.
-
Beispielsweise würde für eine gleichmäßige
Massenfließrate eines Gemisches von teilchenförmigen Feststoffen und
Gas einer Menge von 2000 kg/h und einer Suspensionsdichte von
450 kg/m³, welches von dem Zuführtrichter 11 abgegeben wird,
die Rate des Injizierens von Stickstoff in den ersten Bereich
annähernd 100 kg/h betragen. Sollte diese Rate überschritten
werden, würde die Suspensionsdichte niedriger als 450 kg/m³
sein und das in der Vergasungsvorrichtung 9 erzeugte
Synthesegas würde durch den Stickstoff von der Quelle 20 verdünnt
werden. Zusätzlich würde, falls diese Rate etwas geringer als die
ausgewählte Rate sein sollte, die Suspensionsdichte
beträchtlich höher als 450 kg/m³ sein. Abhängig von dem Material und
den Betriebsbedingungen könnte diese Situation zu einem
nichtstabilen Fliegen führen.
-
Weiterhin kann das gasförmige Fluid in verschiedenen
Richtungen und an verschiedenen Höhen injiziert werden, um das
Druck- und Geschwindigkeitsprofil zu steuern, welches an der
Abgabeöffnung 17 vorhanden ist. In Abhängigkeit von den
physikalischen Eigenschaften der transportierten Teilchen kann es
erforderlich sein, mehr als zwei Abteile zu haben oder Gas
oberhalb des Abteilbereiches zu injizieren.
-
Dieses wahlweise Injizieren schafft getrennte
Steuerung der Gemischtdichte innerhalb des Zuführtrichters 11 und
der Abgabedichte bzw. der Austragsdichte des Gemisches, welches
den Trichter 11 über die Auslaßöffnung 15 verläßt. Als Ergebnis
ist die Abgabeöffnung 15 des Trichters 11 viel kleiner als bei
üblichen Technologien für Suspensionsdichten von 200 bis 500
kg/m³, wie sie bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt werden.
-
Der Durchmesser der Abgabeöffnung 17 bei der
vorliegenden Erfindung beträgt etwa 4 bis etwa 150 mm für ein Gemisch
aus Feststoffen und Gas einer Suspensionsdichte im Bereich von
etwa 200 bis 500 kg/m³. Dieser Durchmesser ist größer als der
maximale Brückenbildungsdurchmesser der belüfteten
teilchenförmigen Feststoffe, um eine Brückenbildung der Feststoffe zu
verhindern, wenn sie aus der Abgabeöffnung 17 austreten. Übliche
Kohlezuführsysteme, die einen Schwerkraftfluß von Feststoffen,
unterstützt durch Belüftung, verwenden, um Brücken
aufzubrechen, haben typisch eine Suspensionsdichte von weniger als 200
kg/m³ am Abgabeauslaß des Zuführtrichters, und einen
entsprechenden Abgabeöffnungsdurchmesser der Zuführgefäßvorrichtung
von größer als etwa 150 mm. Durchmesser der Abgabeöffnung 17
größer als etwa 150 mm für eine gegebene Massenfließrate, wie
sie bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sind nicht
erwünscht, weil entweder die Geschwindigkeit oder die
Suspensionsdichte unter die gewünschten Grenzwerte fallen würde, woraus
sich Schwankungen der Massenfließrate des Gemisches aus Kohle
und Gas zu der Vergasungsvorrichtung 9 ergeben würden.
-
Zusätzlich wirkt der gemäß der Erfindung kleinere
Durchmesser der Abgabeöffnung 17 in Verbindung mit der auf
Abteile verteilten Injektion von gasförmigen Fluiden ähnlich
einem fluidischen Ventil zum Steuern der Abgaberate der
Teilchen und beseitigt daher die Notwendigkeit für störanfällige
Ventile beim Transport der Hartware zwischen der Abgabe des
Trichters 11 und der Vergasungsvorrichtung 9.
-
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung versehen
werden mit Mitteln zum Abgeben oder Entlüften von Gas von dem
oberen Ende des Trichters 11, beispielsweise über die Öffnung
50, für den Zweck, eine Aufwärtsgasströmung durch die
Feststoffe in dem Zuführtrichter 11 hindurch von annähernd 2 mm/s
aufrechtzuerhalten und dadurch örtliche Brückenbildung der
Feststoffe zu beseitigen und einen glatteren Fluß zur
Abgabeöffnung 17 zu schaffen.
-
Alternativ kann die vorliegende Erfindung
Auskleidungen 8A und 8B aufweisen, die in dem Zuführtrichter 11
angeordnet sind anstelle der Anordnung am unteren Ende des
Zuführtrichters, wie es in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Ein
Vorteil der Ausführungsform gemäß Fig. 4 besteht darin, daß die
Transportleitung 40 von dem Zuführtrichter 11 zu der
Vergasungsvorrichtung 9 kürzer ist für Anlagenkonfigurationen, bei
denen die Brenner der Vergasungsvorrichtung mit Bezug auf den
Zuführtrichter höher angeordnet sind. Eine kürzere
Transportleitung 40 schafft gleichmäßigeres Fließen der Kohle zu den
Brennern der Vergasungsvorrichtung 9.
-
Ein anderer Vorteil der abgewandelten
Ausführungsformen gemäß den Fig. 4 und 5 für den Zuführtrichter 11 mit
Mehrfachauslaß besteht darin, daß die Geometrie des Trichters 11
wesentlich vereinfacht ist als Ergebnis der Anordnung der
Auskleidungen 8A und 8B in dem Trichter 11.
-
Für den Fachmann auf dem hier in Rede stehenden
Gebiet der Technik ist ersichtlich, dar die Hinweise mit Bezug
auf die Richtung der Strömung der Gase und des Fließens der
Kohleteilchen innerhalb der Auskleidung 8 der Ausführungsform,
die anhand von Fig. 1 beschrieben ist, umgekehrt würden, wenn
Bezug genommen wird auf den Auskleidungsteil 8A in Fig. 4, da
dieser Auskleidungsteil 8A mit Bezug auf die erste
Aufnahmeeinrichtung 8 gemäß Fig. 2 umgekehrt ist.
-
Die vorstehende Beschreibung der Erfindung ist für
diese lediglich beispielhaft, und verschiedene Änderungen der
Einzelheiten des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung
können vorgenommen werden innerhalb des Umfangs der
nachstehenden Ansprüche, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen.