EP0630397B1 - Verfahren zum kühlen eines staubbeladenen rohgases aus der vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen brennstoffes - Google Patents

Verfahren zum kühlen eines staubbeladenen rohgases aus der vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen brennstoffes Download PDF

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EP0630397B1
EP0630397B1 EP94905054A EP94905054A EP0630397B1 EP 0630397 B1 EP0630397 B1 EP 0630397B1 EP 94905054 A EP94905054 A EP 94905054A EP 94905054 A EP94905054 A EP 94905054A EP 0630397 B1 EP0630397 B1 EP 0630397B1
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EP
European Patent Office
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gas
reactor
pressure vessel
quench
cooling
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EP94905054A
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EP0630397A1 (de
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Ralf-Uwe Hartermann
Arno Hendricks
Leszek Gawlowski
Hubert Scheid
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Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Original Assignee
L&C Steinmueller GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/86—Other features combined with waste-heat boilers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1884—Heat exchange between at least two process streams with one stream being synthesis gas

Definitions

  • the invention relates first of all to a method for cooling a dust-laden raw gas from the gasification of a solid carbon-containing fuel in a reactor under pressure, in which the gas from the reactor is passed into a quench section for direct cooling with a quench medium and then into a water Steam circuit integrated cooling section is introduced and withdrawn from this.
  • the quench medium can be a quench gas or a quench liquid.
  • a water bath is located below the outlet of the liquid slag reactor.
  • This object is achieved in that the gas is drawn off from the reactor into a quench tube with a cross section which is smaller than the reactor cross section, that the gas emerging from the outlet end of the quench tube is deflected essentially by 180 ° and that in counterflow to the flow of the gas in Quench tube is passed through a cooling section surrounding the quench tube.
  • the gas is advantageously removed from the cooling section by deflection.
  • a gasification reactor is known from US Pat. No. 4,859,214, in which a gasification reactor is arranged in a pressure vessel, the upper end of which is connected to a quench tube of reduced diameter.
  • the quench tube is not surrounded by a heating surface and there is no 180 ° deflection in one and the same pressure vessel.
  • the invention is also directed to a hot gas cooling system of a system for the gasification of a solid carbon-containing fuel in a reactor under pressure with a pressure vessel for receiving the reactor, a quench chamber connected to the outlet of the reactor and capable of being charged with a quench medium, and a cooling device connected on the gas side to the quench chamber including at least one heating surface integrated in a water-steam circuit and arranged in the pressure vessel, as is known from EP-0 115 094 A2.
  • the system is characterized according to the invention in that the quench chamber is a quench tube with a cross section that is smaller than the cross section of the reactor, and that at the outlet end of the quench tube a deflection chamber for the 180 ° deflection of the gas stream exiting the quench tube is arranged and that the quench tube is surrounded along a predetermined distance by at least one bundle heating surface through which the deflected gas flow flows, and that at the outlet end of the bundle heating surface a gas collecting space is formed which is connected to at least one gas discharge line penetrating the wall of the pressure vessel.
  • the outer boundary surface of the bundle heating surface lies freely opposite the inner wall of the pressure vessel, it is advantageous if the inner wall is bricked up at least in the region of the bundle heating surface.
  • the bundle heating surface is arranged in an annular space which is delimited on the inside by the quench tube and on the outside by an outer cooling wall arranged at a distance from the inner wall of the pressure vessel.
  • the quench tube is preferably also designed as a cooling wall.
  • the outside diameter of the cooling wall or bundle heating surface corresponds approximately to the outside diameter of the reactor, so that there is still an accessible space towards the inside wall of the pressure vessel.
  • the deflection chamber is designed as a blasting space.
  • the bottom of the gas collection space is inclined with respect to the longitudinal axis of the quench tube in order to facilitate the removal of the gas laden with dust or solids from the gas collection space and to avoid any erosion problems that may occur.
  • a particularly advantageous embodiment of the bottom of the gas collecting space is achieved if the bottom of the gas collecting space has a section surrounding the quench tube at a distance, which is sealed gas-tight at its free end against the outer wall of the quench tube. This can be done using a compensator or a stuffing box.
  • the section surrounding the quench tube can Bundle heating surface facing or applied by this. Problems of different thermal expansion can thus be taken into account more easily.
  • the gas discharge line connected to the gas collecting space passes through the wall of the pressure vessel at an inclined angle to the axis of the quench tube.
  • the bundle heating surface can consist of several bundles, each preferably consisting of individual cylinders made of wound tubes.
  • These cylinders can have different lengths.
  • the pressure vessel is preferably arranged vertically.
  • the gasification reactor is arranged in the lower part of the pressure vessel, the quench tube and bundle heating surface being arranged above it.
  • the reactor is arranged in the upper part of the pressure vessel and the gas is drawn off at the lower end of the quench tube projecting downward, so that the deflection takes place in the lower end of the pressure vessel.
  • a reactor 3 is arranged in the lower part, the walls of which are switched into a water-steam circuit WDK.
  • Burners 4 for the partial combustion of coal dust with an oxygen-containing gas are assigned to the reactor.
  • the reactor 3 is provided with a slag outlet opening 5 which opens to a water bath 6 arranged in the lower part of the pressure vessel.
  • the upper end of the reactor 3 is drawn in like a cone and is connected to a quench tube 7 having a smaller diameter than the reactor 3, which is designed as a cooling wall.
  • a quench medium is supplied via lines 8. Water, steam and / or cooled, recirculated gas are suitable for this.
  • the upper end 7a of the quench tube 7 opens to a deflection space 9, which is closed at its upper end by a cooled bottom 10 and the walls of which are delimited by a cooling wall 11 which extends coaxially to the quench tube.
  • the cooling wall extends down to a predetermined distance and, like the quench tube 7, is integrated into the water vapor circuit WDK.
  • a bundle heating surface 12 is arranged which consists of a plurality of cylinders 13 arranged coaxially to one another and wound from tubes.
  • the cylinders 13 have different axial lengths.
  • the inside cylinders are longer than the outside cylinders.
  • other constructions for the bundle heating surface 12 are used.
  • the cooling jacket 11 is optionally supported with other components on the pressure vessel 1 via a support device 15.
  • the water vapor circuit WDK has upper and lower collectors 16 and 17.
  • the lower end of the bundle heating surface 12 is followed by a gas collecting space 18 with a bottom 19.
  • the bottom 19 consists of an inclined bottom plate 19a and a cylindrical section 19b projecting into the gas collecting space, which is arranged at a distance from the wall of the quench tube and only at its free end is connected gastight to the wall of the quench tube.
  • a gas discharge line 20 is provided, which is connected to the gas collection space and passes through the wall of the pressure vessel 1 inclined downward.
  • the reactor 3 is arranged in the upper part in the pressure vessel 1 and the quench tube 7 extends yourself down.
  • slag guide cone 22 extends in the embodiment of FIG. 2 the outer cooling jacket 11 into the water bath 6.
  • the bottom plate 19a of the bottom for closing the gas collecting space 8 and gas discharge line 20 are both inclined downwards, but in opposite directions.
  • the gas is first generated in a reactor 3 from solid fuels in a reactor 3 at temperatures above the slag softening point by gasification of the fuels under pressure.
  • the following cooling mechanisms are effective in one and the same pressure vessel in order to cool down the raw gas loaded with liquid and solid particles:
  • the bundle heating surface can be a radiation and / or a convective heating surface. In extreme cases, it would also be possible to achieve pure radiation heat transfer only with the wall heating surfaces surrounding the quench tube. However, a bundle heating surface with a high degree of convection is preferred; a bundle heating surface which is essentially only convective is further preferred.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Kühlen eines staubbeladenen Rohgases aus der Vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in einem Reaktor unter Druck, bei dem das Gas aus dem Reaktor in eine für eine direkte Kühlung mit einem Quenchmedium beaufschlagte Quenchstrecke und danach in eine in einen Wasser-Dampf-Kreislauf eingebundene Kühlstrecke eingeführt wird und aus dieser abgezogen wird, ist zur Verbesserung der Kühlung nach Zufuhr des Quenchmediums vorgesehen, daß das Gas aus dem Reaktor in ein Quenchrohr mit einem gegenüber dem Reaktorquerschnitt verkleinertem Querschnitt abgezogen wird, daß das aus dem Austrittsende des Quenchrohres austretende Gas im wesentlichen um 180° umgelenkt wird und daß es im Gegenstrom zur Strömung des Gases im Quenchrohr durch eine das Quenchrohr umgebende Kühlstrecke geführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Kühlen eines staubbeladenen Rohgases aus der Vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in einem Reaktor unter Druck, bei dem das Gas aus dem Reaktor in eine für eine direkte Kühlung mit einem Quenchmedium beaufschlagte Quenchstrecke und danach in eine in einen Wasser-Dampf-Kreislauf eingebundene Kühlstrecke eingeführt wird und aus dieser abgezogen wird. Das Quenchmedium kann ein Quenchgas oder eine Quenchflüssigkeit sein.
  • Aus der EP- 0 115 094-A2 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem innerhalb eines Druckgefäßes durch den unteren Teil einer sich längs des Kessels erstreckenden Membranwand der Vergasungsreaktor, die darüberliegende Quenchstrecke, ein Strahlungsraum und eine von einer Heizfläche bestimmte Kühlstrecke definiert werden. Reaktor, Quenchstrecke und Kühlstrecke weisen den gleichen Querschnitt auf. Nach dem Verlassen des oberen Endes des Druckgefäßes wird das staubbeladene Rohgas unter Umlenkung um 90° abgezogen und einem Zyklon zugeführt. Das den Zyklon verlassende Heißgas wird einem weiteren Druckgefäß zugeführt, in dem eine weitere Heizfläche angeordnet ist.
  • Unterhalb des Auslasses des Reaktors für flüssige Schlacke ist ein Wasserbad angeordnet. Durch die Beibehaltung des Reaktorquerschnitts im Bereich des Quenchabschnitts und des Strahlungsabschnitts kann diesen Bereichen die konvektive Wärmeabfuhr nicht viel zur Kühlung des Gases beitragen.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem bereits nach Zufuhr des Quenchmediums der Beitrag zur Kühlung durch Konvektiv- und/oder Strahlungswärmeübergang verbessert wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gas aus dem Reaktor in ein Quenchrohr mit einem gegenüber dem Reaktorquerschnitt verkleinertem Querschnitt abgezogen wird, daß das aus dem Austrittsende des Quenchrohres austretende Gas im wesentlichen um 180° umgelenkt wird und daß im Gegenstrom zur Strömung des Gases im Quenchrohr durch eine das Quenchrohr umgebende Kühlstrecke geführt wird.
  • Durch die Verringerung des Durchmessers der Quenchstrecke wird der Beitrag des Konvektiv- und/oder Strahlungswärmeübertragung in der Quenchstrecke vergrößert. Durch die Verringerung des Querschnitts der Quenchstrecke ergibt sich auch der Vorteil, das aus dem Quenchrohr ausgetretene Gas im Gegenstrom längs der Außenfläche des Quenchrohres zu führen. Hierdurch wird die Baulänge der für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Anlage wesentlich verkürzt.
  • Eine Abfuhr des Gases aus der Kühlstrecke erfolgt in vorteilhafter Weise unter Umlenkung.
  • Für die erfindungsgemäße Verfahrensführung ist es von Vorteil, wenn dem Gas während der Umlenkung in die nachgeschaltete Kühlstrecke noch Wärme durch Wärmestrahlung entzogen wird.
  • Aus der US-PS 4 859 214 ist zwar ein Vergasungsreaktor bekannt, bei dem in einem Druckgefäß ein Vergasungsreaktor angeordnet ist, dessen oberes Ende mit einem im Durchmesser verringerten Quenchrohr verbunden ist. Bei der bekannten Anlage ist das Quenchrohr jedoch nicht von einer Heizfläche umgeben und es erfolgt keine 180°-Umlenkung in ein und demselben Druckgefäß.
  • Die Erfindung richtet sich auch auf eine Heißgaskühlanlage einer Anlage zur Vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in einem Reaktor unter Druck mit einem Druckgefäß zur Aufnahme des Reaktors, einer mit dem Auslaß des Reaktors verbundenen und mit einem Quenchmedium beaufschlagbaren Quenchkammer und einer gasseitig mit der Quenchkammer verbundenen Kühlvorrichtung einschließlich mindestens einer in einen Wasser-Dampf-Kreislauf eingebundenen und in dem Druckgefäß angeordneten Heizfläche, wie sie aus der EP-0 115 094 A2 bekannt ist.
  • Zur Verbesserung des Wärmeübergangs und zur Verringerung des Bauaufwandes ist die Anlage erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Quenchkammer ein Quenchrohr mit gegenüber dem Querschnitt des Reaktors verkleinerten Querschnitt ist, daß am Austrittsende des Quenchrohres eine Umlenkkammer für die 180°-Umlenkung des aus dem Quenchrohr austretenden Gasstroms angeordnet ist und daß das Quenchrohr längs einer vorgegebenen Strecke von mindestens einer Bündelheizfläche ringartig umgeben ist, die von dem umgelenkten Gasstrom durchströmt wird, und daß am Austrittsende der Bündelheizfläche ein Gassammelraum ausgebildet ist, der mit mindestens einer die Wandung des Druckgefäßes durchsetzenden Gasabfuhrleitung verbunden ist.
  • Gegenüber der aus der EP 0 115 094 bekannten Anlage wird die Baulänge erheblich verkürzt und gegenüber der aus der US-Ps 4 859 214 bekannten Anlage kann unter Umständen auf den zweiten Behälter zur Aufnahme der als ausgebildeten Konvektivbündelheizfläche verzichtet werden.
  • Wenn die außenliegende Grenzfläche der Bündelheizfläche der Innenwandung des Druckgefäßes frei gegenüberliegt, ist es von Vorteil, wenn die Innenwandung zumindest im Bereich der Bündelheizfläche ausgemauert ist.
  • Es ist jedoch auch möglich, daß die Bündelheizfläche in einem Ringraum angeordnet ist, der innen von dem Quenchrohr und außen von einem mit Abstand von der Innenwandung des Druckgefäßes angeordneten äußeren Kühlwand begrenzt ist. Vorzugsweise ist das Quenchrohr wie die Quenchstrecke der Anordnung gemäß EP 0 115 094 ebenfalls als Kühlwand ausgebildet.
  • In beiden Fällen ist es von Vorteil, wenn der Außendurchmesser von Kühlwand oder Bündelheizfläche in etwa dem Außendurchmesser des Reaktors entspricht, so daß zur Innenwandung des Druckgefäßes hin noch ein begehbarer Raum verbleibt.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Umlenkkammer als Strahlraum ausgebildet ist.
  • Auch ist es zweckmäßig, daß der Boden des Gassammelraumes gegenüber der Längsachse des Quenchrohres geneigt ist, um die Abfuhr des mit Staub bzw. Feststoffen beladenen Gases aus dem Gassammelraum zu erleichtern und um ggf. auftretende Erosionsprobleme zu vermeiden.
  • Zu einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Boden des Gassammelraumes gelangt man, wenn der Boden des Gassammelraumes einen das Quenchrohr mit Abstand umgebenden Abschnitt aufweist, der an seinem freien Ende gasdicht gegen die Außenwandung des Quenchrohrs abgedichtet ist. Dies kann über einen Kompensator oder stopfbuchsenartig erfolgen. Der das Quenchrohr umgebende Abschnitt kann dem Bündelheizfläche zugewandt oder von diesem angewandt sein. Probleme der unterschiedlichen Wärmedehnung können somit leichter berücksichtigt werden.
  • Es ist zweckmäßig, daß die mit dem Gassammelraum verbundene Gasabfuhrleitung unter einem geneigten Winkel zur Achse des Quenchrohrs die Wandung des Druckgefäßes durchsetzt.
  • Auch ist es von Vorteil, wenn der Boden des Gassammelraumes und/oder die Gasabfuhrleitung isoliert sind.
  • Die Bündelheizfläche kann aus mehreren Bündeln bestehen, die jeweils vorzugsweise aus einzelnen Zylindern aus gewickelten Rohren bestehen.
  • Diese Zylinder können unterschiedliche Länge aufweisen.
  • Wie beim Stand der Technik ist das Druckgefäß vorzugsweise vertikal angeordnet. Der Vergasungsreaktor ist im unteren Teil des Druckgefäßes angeordnet, wobei Quenchrohr und Bündelheizfläche darüber angeordnet sind. In einem solchen Falle ist erfindungsgemäß in bevorzugter Weise vorgesehen, daß der Boden des Gassammelraumes und die Gasabfuhrleitung gleichsinnig geneigt sind.
  • Es ist jedoch auch denkbar, daß bei vertikal angeordnetem Druckgefäß der Reaktor im oberen Teil des Druckgefäßes angeordnet ist und das Gas am unteren Ende des nach unten ragenden Quenchrohres abgezogen wird, so daß die Umlenkung im unteren Ende des Druckgefäßes erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage sollen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
    • FIG. 1
    einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage, bei der der Reaktor im unteren Teil des vertikal stehenden Druckgefäßes angeordnet ist und
    FIG. 2
    einen Teilschnitt einer Ausführungsform, bei der der Reaktor im oberen Teil des Druckgefäßes angeordnet ist.
  • In einem vertikal angeordneten Druckgefäß 1 mit abnehmbarem Deckel 2 ist im unteren Teil ein Reaktor 3 angeordnet, dessen Wände in einen Wasser-Dampf-Kreislauf WDK eingeschaltet sind. Dem Reaktor sind Brenner 4 für die Teilverbrennung von Kohlenstaub mit einem sauerstoffhaltigen Gas zugeordnet.
  • Am unteren Ende ist der Reaktor 3 mit einer Schlackenauslauföffnung 5 versehen, die sich zu einem im unteren Teil des Druckgefäßes angeordneten Wasserbad 6 hin öffnet. Das obere Ende des Reaktors 3 ist kegelartig eingezogen und mit einem einen geringeren Durchmesser als der Reaktor 3 aufweisenden Quenchrohr 7 verbunden, das als Kühlwand ausgebildet ist. Im Verbindungsbereich zwischen Reaktor 3 und Quenchrohr 7 wird ein Quenchmedium über Leitungen 8 zugeführt. Hierfür eignen sich Wasser, Dampf und/oder abgekühltes rückgeführtes Gas. Das obere Ende 7a des Quenchrohres 7 öffnet sich zu einem Umlenkraum 9 hin, der an seinem oberen Ende durch einen gekühlten Boden 10 verschlossen ist und dessen Wände von einer sich koaxial zum Quenchrohr erstreckenden Kühlwand 11 begrenzt sind. Die Kühlwand erstreckt sich bis zu einem vorgegebenen Abstand nach unten und ist wie das Quenchrohr 7 in den Wasserdampfkreislauf WDK eingebunden. In dem von dem Quenchrohr 7 und der Kühlwand 11 begrenzten Ringraum 14 ist ein Bündelheizfläche 12 angeordnet, daß aus mehreren koaxial zueinander angeordneten und aus Rohren gewickelten Zylindern 13 besteht. Die Zylinder 13 weisen unterschiedliche axiale Längen auf. Die innenliegenden Zylinder sind länger als die außenliegenden Zylinder. Selbstverständlich können auch andere Konstruktionen für die Bündelheizfläche 12 zum Einsatz kommen. Der Kühlmantel 11 ist ggf. mit anderen Bauteilen über eine Stützeinrichtung 15 am Druckgefäß 1 abgestützt. Zur Versorgung des Bündelheizfläche 12 weist der Wasserdampfkreislauf WDK obere und untere Sammler 16 und 17 auf.
  • Dem unteren Ende der Bündelheizfläche 12 folgt ein Gassammelraum 18 mit einem Boden 19. Der Boden 19 besteht aus einer geneigten Bodenplatte 19a und einem in den Gassammelraum vorragenden zylindrischen Abschnitt 19b, der mit Abstand von der Wandung des Quenchrohres angeordnet ist und erst an seinem freien Ende gasdicht mit der Wandung des Quenchrohres verbunden ist. Zum Ableiten des sich in dem Gassammelraum ansammelnden Gases ist eine Gasabführleitung 20 vorgesehen, die mit dem Gassammelraum verbunden ist und die Wandung des Druckgefäßes 1 nach unten geneigt durchsetzt. Bei der in der FIG. 1 dargestellten Ausführungsform mit oberhalb des Reaktors 3 angeordnetem Quenchrohr 7 und Bündelheizfläche 12 wird bevorzugt, daß sowohl die Bodenplatte 19a als auch die Gasabfuhrleitung 20 nach unten und unter demselben Neigungswinkel geneigt sind.
  • Es ist auch denkbar, daß auf eine gesonderte äußere Kühlwand 11 in axialer Richtung der Bündelheizfläche gesehen ganz oder teilweise verzichtet wird und zur Begrenzung des Strömungsweges die Innenwandung des Druckgefäßes 1 selbst herangezogen wird. In diesem Fall muß sich die Bodenplatte 19a bis zur Wandung des Druckgefäßes hin erstrecken. Wie auf der linken Seite der FIG. 1 oben dargestellt ist, ist es dann von Vorteil, wenn in diesem Bereich das Druckgefäß mit einer Ausmauerung 21 versehen ist.
  • Bei der in der FIG. 2 gezeigten Ausführungsform sind die Bezugszeichen weitgehendst übernommen worden. Bei der Anordnung gemäß FIG. 2 ist in dem Druckgefäß 1 der Reaktor 3 im oberen Teil angeordnet und das Quenchrohr 7 erstreckt sich nach unten. Wie der in FIG. 1 dargestellte bisher noch nicht beschriebene Schlackeführungskegel 22 erstreckt sich bei der Ausführungsform gemäß FIG. 2 der äußere Kühlmantel 11 in das Wasserbad 6 hinein.
  • Abgesehen von diesen Abweichungen ist bei der Ausführungsform gemäß FIG. 2 vorgesehen, daß Bodenplatte 19a des Bodens zum Abschluß des Gassammelraumes 8 und Gasableitleitung 20 zwar beide nach unten geneigt sind, jedoch gegensinnig.
  • Bei beiden Ausführungsformen wird in einem Druckgefäß 1 zunächst das Gas in einem Reaktor 3 aus festen Brennstoffen bei Temperaturen oberhalb des Schlackeerweichungspunktes durch Vergasung der Brennstoffe unter Druck erzeugt. Zur Abkühlung des mit flüssigen wie mit festen Partikeln beladenen Rohgases sind in ein und demselben Druckgefäß folgende Kühlmechanismen in der angeführten Reihenfolge wirksam:
  • Zunächst erfolgt in dem Quenchrohr 7 mit kleinerem Durchmesser als der Durchmesser des Reaktors 3 eine direkte Kühlung in Verbindung mit überwiegend indirekter Kühlung durch konvektive und/oder Strahlungswärmeübertragung und zwar vorzugsweise bis zu einer Gastemperatur unterhalb der Schlackeerweichungstemperatur.
  • Danach erfolgt in dem als Strahlungsraum ausgebildeten Umlenkraum 9 eine weitere indirekte Kühlung durch Wärmestrahlung. Nach der Umlenkung folgt eine weitere indirekte Kühlung durch Wärmetausch mit der nachgeschalteten Bündelheizfläche 12 auf das am Auslaß 20 gewünschte Temperaturniveau. Die Bündelheizfläche kann eine Strahlungs- und/oder eine Konvektivheizfläche sein. Im Extremfall wäre es auch möglich, allein mit das Quenchrohr umgebenden Wandheizflächen einen reinen Strahlungswärmeübergang zu erreichen. Es wird jedoch eine Bündelheizfläche mit hohem Konvektionsanteil bevorzugt; weiter bevorzugt wird eine im wesentlichen nur konvektiv ausgelegte Bündelheizfläche.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Kühlen eines staubbeladenen Rohgases aus der Vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in einem Reaktor unter Druck, bei dem das Gas aus dem Reaktor in eine für eine direkte Kühlung mit einem Quenchmedium beaufschlagte Quenchstrecke und danach in eine in einen Wasser-Dampf-Kreislauf eingebundene Kühlstrecke eingeführt wird und aus dieser abgezogen wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus dem Reaktor in ein Quenchrohr mit einem gegenüber dem Reaktorquerschnitt verkleinertem Querschnitt abgezogen wird, daß das aus dem Austrittsende des Quenchrohres austretende Gas im wesentlichen um 180° umgelenkt wird und daß im Gegenstrom zur Strömung des Gases im Quenchrohr durch eine das Quenchrohr umgebende Kühlstrecke geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhr des Gases aus der Kühlstrecke unter Umlenkung erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas während der Umlenkung in die Kühlstrecke noch Wärme durch Wärmestrahlung entzogen wird.
  4. Vorrichtung zur Vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in einem Reaktor unter Druck und zur Kühlung des erzeugten Heißgases, enthaltend einen Reaktor, ein Druckgefäß zur Aufnahme des Reaktors, eine mit dem Auslaß des Reaktors verbundene und mit einem Quenchmedium beaufschlagbare Quenchkammer und eine gasseitig mit der Quenchkammer verbundene Kühlvorrichtung einschließlich mindestens einer in einen Wasser-Dampf-Kreislauf eingebundenen und in dem Druckgefäß angeordneten Heizfläche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Quenchkammer ein Quenchrohr (7) mit einem gegenüber dem Querschnitt des Reaktors verkleinerten Querschnitt ist, daß am Austrittsende des Quenchrohres eine Umlenkkammer (9) für die 180°-Umlenkung des aus dem Quenchrohr austretenden Gasstroms angeordnet ist und daß das Quenchrohr (7) längs einer vorgegebenen Strecke von mindestens einer Bündelheizfläche (12) ringartig umgeben ist, die von dem umgelenkten Gasstrom durchströmt wird, und daß am Austrittsende der Bündelheizfläche (12) ein Gassammelraum (18) ausgebildet ist, der mit mindestens einer die Wandung des Druckgefäßes (1) durchsetzenden Gasabfuhrleitung 20 verbunden ist.
  5. Anlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei freiem Gegenüberliegen der außenliegenden Grenzfläche der Bündelheizfläche gegen die Innenwandung des Druckgefäßes die Innenwandung zumindest im Bereich der Bündelheizfläche (12) mit einer Ausmauerung (21) versehen ist.
  6. Anlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelheizfläche in einem Ringraum (14) angeordnet ist, der innen von dem Quenchrohr (7) und außen von einem mit Abstand von der Innenwandung des Druckgefäßes (1) angeordneten äußeren Kühlwand (11) begrenzt ist.
  7. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 -6,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Quenchrohr (7) als Kühlwand ausgebildet ist.
  8. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser von Kühlwand (11) oder Bündelheizfläche (12) in etwa dem Außendurchmesser des Reaktors entspricht, so daß zur Innenwandung des Druckgefäßes hin noch ein begehbarer Raum verbleibt.
  9. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkkammer (9) als Strahlraum ausgebildet ist.
  10. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (19a) des Gassammelraumes (18) gegenüber der Längsachse des Quenchrohres (7) geneigt ist.
  11. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (19) des Gassammelraumes (18) einen das Quenchrohr (7) mit Abstand umgebenden Abschnitt (19b) aufweist, der an seinem freien Ende gasdicht gegen die Außenwandung des Quenchrohrs (7) abgedichtet ist.
  12. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Gassammelraum (8) verbundene Gasabfuhrleitung (20) unter einem geneigten Winkel zur Achse des Quenchrohres (7) die Wandung des Druckgefäßes (1) durchsetzt.
  13. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (19; 19a, 19b) des Gassammelraumes (18) und/oder die Gasabfuhrleitung (20) isoliert sind.
  14. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 13 mit einem vertikal angeordneten Druckgefäß, einem im unteren Teil des Druckgefäßes angeordneten Vergasungsreaktor und oberhalb des Vergasungsreaktors angeordnetem Quenchrohr und Bündelheizfläche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (19) des Gassammelraumes (18) und die Gasabfuhrleitung (20) gleichsinnig geneigt sind.
  15. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 13, mit einem vertikal angeordneten Druckgefäß,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (3) im oberen Teil des Druckgefäßes (1) angeordnet ist und das Gas am unteren Ende des nach unten ragenden Quenchrohres abgezogen, so daß die Umlenkung im unteren Ende des Druckgefäßes erfolgt.
  16. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 - 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelheizfläche eine Konvektivheizfläche (12) ist.
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