EP0716138B1 - Anlage für die Druckvergasung von feinteiligen Brennstoffen im Zuge der Erzeugung eines Produktgases - Google Patents

Anlage für die Druckvergasung von feinteiligen Brennstoffen im Zuge der Erzeugung eines Produktgases Download PDF

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EP0716138B1
EP0716138B1 EP94117069A EP94117069A EP0716138B1 EP 0716138 B1 EP0716138 B1 EP 0716138B1 EP 94117069 A EP94117069 A EP 94117069A EP 94117069 A EP94117069 A EP 94117069A EP 0716138 B1 EP0716138 B1 EP 0716138B1
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EP
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gas
heat exchanger
quench
mixing tube
flow
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EP94117069A
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EP0716138A1 (de
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Johannes Dr. Kowoll
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Krupp Uhde GmbH
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/04—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by cooling to condense non-gaseous materials
    • 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
    • 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 to a system for pressure gasification of fine-particle fuels in the course of generating a Product gas, - with a gasification reactor and Quench apparatus for the exiting from the gasification reactor Raw gas, the quench apparatus being a mixing tube and a Mixing tube surrounding gas cooling heat exchanger with a Device for feeding an externally supplied Has gas flow and which from the gas cooling heat exchanger emerging gas stream as quench gas with the raw gas enters the mixing tube.
  • the quench apparatus cools it Raw gas to a temperature at which the raw gas from the Gasification reactor entrained molten slag particles solidify so that they do not form deposits, but can be carried out.
  • the quench apparatus Generally done for the systems of the described structure and the specified Purpose in the quench apparatus to cool down a temperature of around 850 ° C.
  • the known system of the type mentioned at the outset (EP 0 171 351), from which the invention is based, has a gas cooling heat exchanger with an annular gap on the Cooling gas is supplied from the outside.
  • the flow cross section of the annular space through which the cooling gas flows is in the Ratio to the cross section of the mixing tube small.
  • the Cooling gas enters the mixing tube at the lower end and flows through the mixing tube in the form of a ring flow close to the wall, the solid-free cooling gas is intended to prevent that sticky particles from the raw gas onto the wall of the Impact the mixing tube and cause caking there.
  • the cooling gas emerging from the annulus exclusively from an external gas supplied from the outside Prevent caking on the inner surface of the mixing tube should.
  • the cooling effect through additional jacket cooling of the mixing tube get supported.
  • the cooling of the raw gas in the mixing tube the known system is in need of improvement.
  • the cooling gas ring flow close to the wall also prevents effective heat transfer from one cooled wall surface of the mixing tube on the raw gas.
  • PatG ⁇ 3 (2) In another known system (P 43 10 447.9, PatG ⁇ 3 (2)) is the mixing tube of the quench apparatus in the direction of flow of the raw gas upstream or downstream of a radiant heat exchanger arranged. It is from a heat exchanger not surrounded for the quench gas. As a quench gas Part stream of the cooled product gas used, which with Injectors is drawn, which in turn with a partial flow of the gas operated from a convection heat exchanger exit.
  • the invention is based on the technical problem Quench apparatus within a plant of the type mentioned Way to improve so that a very effective and quick Cooling of the hot emerging from the gasification reactor Raw gas is guaranteed within the mixing tube, and although with low energy requirements for the quench process.
  • the invention teaches to solve this technical problem a system of the type described above, which thereby is characterized in that the gas cooling heat exchanger the gas inlet surface surrounding the outlet of the mixing tube in a ring has, through which a partial flow of the with Quench gas mixed raw gas occurs that the flow cross sections both the mixing tube and the gas cooling heat exchanger are so dimensioned that gas flow velocities in the range of 3 to 20 m / s adjust that the gas supplied by the device as a propellant in the flow direction of the gas cooling heat exchanger flowing gas stream and with a Flow speed of more than 40 m / s in the gas cooling heat exchanger occurs and that the device for LPG feed a device for controlling the Has propellant gas flow as well as through this facility the partial flow of the raw gas mixed with quench gas and the cooling of which can be controlled to the quench temperature.
  • the Gas cooling heat exchanger concentrically surrounds the mixing tube.
  • a quadrangular or polygonal shape of the Mixing tube with parallel to the walls of the mixing tube arranged heat exchanger surfaces is possible.
  • a preferred embodiment of the invention is in this Connection characterized in that the gas cooling heat exchanger a plurality of hollow cylindrical heat exchanger walls has a radial distance from each other are arranged and the partial flow of the quench gas mixed raw gas into cylinder layer streams.
  • the Heat exchanger walls can be membrane walls, pipes or the like be. It is understood that the device for Propellant feed also surrounds the mixing tube, e.g. B. a plurality of circumferentially distributed driving nozzles having.
  • the motive current of the mixed with the quench gas Raw gas is distributed symmetrically around the axis of the Mixing tube. This also applies to the quench gas on entry in the mixing tube and in the gas cooling heat exchanger, in which the mixture of the raw gas and the quench gas enters. This mixture can be in the gas cooling heat exchanger from Flow down or up from the top. Of the Flow path from top to bottom is advantageous because solidified melt particles are discharged downwards can.
  • the invention is based on the knowledge that Mixing tube of a quench apparatus in a plant of the construction described at the beginning without difficulty and without any special effort from a gas cooling heat exchanger can be surrounded by the exiting from the mixing tube Raw gas with its temperature of about 850 ° C, the this raw gas is achieved by introducing the quench gas has a low enough for the quench process Temperature can be cooled.
  • the propellant can Control the quench process and contribute to cooling.
  • the device a device for controlling the Has propellant gas flow and this submission the partial flow of the raw gas mixed with the quench gas and its cooling are controllable. It can also do that happen that the device for propellant gas supply a supply device for cooled product gas connected and can be operated with cooled product gas.
  • the Device for feeding gas in the area of Gas inlet of the gas cooling heat exchanger can be arranged, but it can also in the area of the gas outlet of the Gas cooling heat exchanger can be arranged.
  • the Gas flow direction behind at least one of the quench apparatus downstream heat exchanger with another mixing tube surrounding gas cooling heat exchanger and device for LPG feed and partial flow branch from the Mixture of raw gas and quench gas is arranged.
  • the system according to the invention there is no problem Possibility to in the gasification reactor and the quench apparatus to arrange a common pressure vessel one above the other.
  • the system according to the invention is in relation to the Arrangement of the gasification reactor and the quench apparatus flexible.
  • the gasification reactor and the quench reactor as well the quench reactor on the one hand and at least one downstream one Heat exchangers on the other hand can also be used in be independent pressure vessels arranged by Gas supply lines are connected. It can also in the Pressure vessel in which the gasification reactor and Quench apparatus are located, another heat exchanger arranged be.
  • the system shown in Fig. 1 is for pressure gasification of fine-particle fuels in the course of production of a product gas determined.
  • the basic structure include a gasification reactor 1, a quench apparatus 2 for the raw gas emerging from the gasification reactor 1 and downstream heat exchanger 3.
  • the quench apparatus 2 may be a radiant heat exchanger, e.g. B. in the form of a high pressure steam heat exchanger, act in the direction of flow downstream heat exchanger 3 is a convection heat exchanger designed.
  • the quench apparatus 2 has one Mixing tube 4 for mixing the raw gas entering it with a quench gas.
  • Gas cooling heat exchanger 5 a plurality of hollow cylindrical Has heat exchanger walls 7 with radial Are spaced from each other and the partial flow of raw gas mixed with the quench gas in cylinder layer flows divides.
  • the heat exchanger walls like Membrane walls or pipes.
  • the a wide variety of propellant gases are worked, as far as these are compatible with the product gas.
  • the Device 6 for propellant gas is in this way can be operated with cooled and cleaned product gas.
  • the device 6 for propellant gas injection in the area of the gas outlet 9 of the Gas cooling heat exchanger 5 is arranged. But it could also be arranged in the area of the gas inlet 10. It could also be an additional in the area of gas inlet 10 Device 6 for propellant gas supply can be arranged. It was not shown that in addition to that described Quench apparatus 2 another behind a downstream Heat exchanger 3 can be arranged.
  • Another pressure vessel is connected downstream 12 for another heat exchanger 3.
  • the two Pressure vessels 11, 12 are via gas guide tubes 13 connected.
  • the quench apparatus 2 and the device 6 for propellant gas injection allow a compact design.
  • the printing and Energy losses are extremely small, just that Pressure losses in the mixing tube 4 and in the gas cooling heat exchanger 5 must be overcome.
  • Sticky slag particles which brings the tube gas, solidify in the mixing tube 4 and thus before entering the gas cooling heat exchanger. Erosion phenomena, the particles carried in the quench gas produce are rare and relatively small because with low flow rates of this gas can be worked.
  • a Tapping device 14 has been indicated.
  • heat is extracted from the partial flow of the gas mixture from product gas and quench gas at a high temperature level, so that with small heat exchange surfaces and consequently with one compact gas cooling heat exchanger 5 can be worked can.
  • Only one compressor 15 is used for the propellant gas relatively low power required.
  • the mixing tube 4 becomes an almost balanced gas temperature in the area 600 ° C to 1300 ° C reached, with the entrained solidify molten particles.
  • the quench gas emerges the gas cooling heat exchanger with a temperature of 200 ° C to 900 ° C. It can also be caused by the propellant gas Mixing tube 4 are supplied.
  • the optimal speed of the gas in the mixing tube 4 and in the gas cooling heat exchanger 5 is 6-10 m / s. she can be in a relatively wide range of 3 - 20 m / s lie.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage für die Druckvergasung von feinteiligen Brennstoffen im Zuge der Erzeugung eines Produktgases, - mit einem Vergasungsreaktor und einem Quenchapparat für das aus dem Vergasungsreaktor austretende Rohgas, wobei der Quenchapparat ein Mischrohr und einen das Mischrohr umgebenden Gaskühlungswärmetauscher mit einer Vorrichtung für die Einspeisung eines von außen zugeführten Gasstromes aufweist und wobei der aus dem Gaskühlungswärmetauscher austretende Gasstrom als Quenchgas mit dem Rohgas in das Mischrohr eintritt. - Der Quenchapparat kühlt das Rohgas auf eine Temperatur, bei der vom Rohgas aus dem Vergasungsreaktor mitgerissene schmelzflüssige Schlackepartikel erstarren, so daß sie keine Ablagerungen bilden, sondern ausgetragen werden können. Im allgemeinen erfolgt bei den Anlagen des beschriebenen Aufbaus und der angegebenen Zweckbestimmung im Quenchapparat eine Abkühlung auf eine Temperatur von etwa 850° C.
Die bekannte Anlage der eingangs genannten Art (EP 0 171 351), von der die Erfindung ausgeht, weist einen Gaskühlungswärmetauscher mit einem ringförmigen Spalt auf, dem von außen Kühlgas zugeführt wird. Der Strömungsquerschnitt des von dem Kühlgas durchströmten Ringraumes ist im Verhältnis zu dem Querschnitt des Mischrohres klein. Das Kühlgas tritt am unteren Ende in das Mischrohr ein und durchströmt das Mischrohr in Form einer wandnahen Ringströmung, wobei das feststofffreie Kühlgas verhindern soll, daß klebrige Partikel aus dem Rohgas auf die Wand des Mischrohres auftreffen und dort zu Anbackungen führen. Bei dem aus dem Ringraum austretenden Kühlgas handelt es sich ausschließlich um ein von außen zugeführtes Fremdgas, das Anbackungen an der Innenfläche des Mischrohres verhindern soll. Da im Rahmen der bekannten Maßnahmen mit relativ kleinen Kühlgasmengen gearbeitet wird, muß die Kühlwirkung durch eine zusätzliche Mantelkühlung des Mischrohres unterstützt werden. Die Abkühlung des Rohgases im Mischrohr der bekannten Anlage ist verbesserungsbedürftig. Der durch den Ringspalt zuführbare Kühlgasmengenstrom erlaubt keine wirksame Mischung zwischen Kühlgas und Rohgas. Daher erfolgt der Wärmeaustausch zur Kernströmung hin im wesentlichen durch Wärmeleitung. Die wandnahe Kühlgasringströmung verhindert ferner eine wirksame Wärmeübertragung von einer gekühlten Wandfläche des Mischrohres auf das Rohgas.
Bei einer weiteren bekannten Anlage (P 43 10 447.9, PatG § 3 (2)) ist das Mischrohr des Quenchapparates in Strömungsrichtung des Rohgases vor oder hinter einem Strahlungswärmetauscher angeordnet. Es ist von einem Wärmetauscher für das Quenchgas nicht umgeben. Als Quenchgas wird Teilstrom des gekühlten Produktgases verwendet, welches mit Injektoren angesaugt wird, die ihrerseits mit einem Teilstrom des Gases betrieben werden, der aus einem Konvektionswärmetauscher austritt.
Im übrigen ist es bekannt, (US 39 63 457, PatG § 3 (1)), einen Teilstrom des kalten gereinigten Produktgases hinter einem Gaswäscher abzuziehen und mit Hilfe eines Kompressors zum Vergasungsreaktor zurückzuführen, wo er dem Rohgas als Quenchgas beigemischt wird. Die insoweit bekannten Maßnahmen sind in baulicher Hinsicht aufwendig und in energietechnischer Hinsicht verbesserungsbedürftig.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, den Quenchapparat innerhalb einer Anlage der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine sehr wirksame und schnelle Abkühlung des aus dem Vergasungsreaktor austretenden heißen Rohgases innerhalb des Mischrohres gewährleistet ist, und zwar bei geringem Energiebedarf für den Quenchprozeß.
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung eine Anlage der eingangs beschriebenen Art, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gaskühlungswärmetauscher eine den Austritt des Mischrohres ringförmig umgebende Gaseintrittsfläche aufweist, durch die ein Teilstrom des mit dem Quenchgas gemischten Rohgases eintritt, daß die Strömungsquerschnitte sowohl des Mischrohres als auch des Gaskühlungswärmetauschers so bemessen sind, daß sich Gasströmungsgeschwindigkeiten im Bereich von 3 bis 20 m/s einstellen, daß das durch die Vorrichtung zugeführte Gas als Treibgas in Strömungsrichtung des den Gaskühlungswärmetauscher durchströmenden Gasstroms und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 40 m/s in den Gaskühlungswärmetauscher eintritt und daß die Vorrichtung zur Treibgaseinspeisung eine Einrichtung zur Steuerung des Treibgasmengenstroms aufweist sowie über diese Einrichtung der Teilstrom des mit Quenchgas gemischten Rohgases sowie dessen Kühlung auf Quenchtemperatur steuerbar sind. Im allgemeinen wird man die Anordnung so treffen, daß der Gaskühlungswärmetauscher das Mischrohr konzentrisch umgibt. Auch eine 4-eckige oder beliebig vieleckige Form des Mischrohres mit parallel zu den Wänden des Mischrohres angeordneten Wärmetauscherflächen ist möglich. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskühlungswärmetauscher eine Mehrzahl von hohlzylindrischen Wärmetauscherwänden aufweist, die mit radialem Abstand voneinander angeordnet sind und den Teilstrom des mit dem Quenchgas gemischten Rohgases in Zylinderschichtströme aufteilt. Die Wärmetauscherwände können Membranwände, Rohre oder dergleichen sein. Es versteht sich, daß die Vorrichtung zur Treibgaseinspeisung ebenfalls das Mischrohr umgibt, z. B. eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Treibdüsen aufweist. Der Treibstrom des mit dem Quenchgas gemischten Rohgases verteilt sich symmetrisch um die Achse des Mischrohres. Das gilt auch für das Quenchgas bei Eintritt in das Mischrohr und in den Gaskühlungswärmetauscher, in den die Mischung aus dem Rohgas und dem Quenchgas eintritt. Diese Mischung kann in dem Gaskühlungswärmetauscher von unten nach oben oder von oben nach unten strömen. Der Strömungsweg von oben nach unten ist vorteilhaft, weil erstarrte Schmelzepartikel nach unten abgeführt werden können.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß das Mischrohr eines Quenchapparates bei einer Anlage des eingangs beschriebenen Aufbaus ohne Schwierigkeiten und ohne besonderen Aufwand von einem Gaskühlungswärmetauscher umgeben werden kann, in dem das aus dem Mischrohr austretende Rohgas mit seiner Temperatur von etwa 850° C, die dieses Rohgas durch die Einführung des Quenchgases erreicht hat, auf eine für den Quenchprozeß ausreichend niedrige Temperatur gekühlt werden kann. Dabei kann das Treibgas zur Steuerung des Quenchprozesses und zur Kühlung beitragen.
Das kann zunächst dadurch geschehen, daß die Vorrichtung zur Treibgaseinspeisung eine Einrichtung zur Steuerung des Treibgasmengenstromes aufweist und über diese Einreichung der Teilstrom des mit dem Quenchgas gemischten Rohgases sowie dessen Kühlung steuerbar sind. Das kann auch dadurch geschehen, daß die Vorrichtung zur Treibgaseinspeisung an eine Zuführeinrichtung für gekühltes Produktgas angeschlossen und mit gekühltem Produktgas betreibbar ist.
Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten zur weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage. Im Rahmen der Erfindung kann die Vorrichtung zur Treibgaseinspeisung im Bereich des Gaseintritts des Gaskühlungswärmetauschers angeordnet sein, sie kann aber auch im Bereich des Gasaustritts des Gaskühlungswärmeaustauschers angeordnet sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es weiterhin, daß in Gasströmungsrichtung hinter zumindest einem der dem Quenchapparat nachgeschalteten Wärmetauscher ein weiteres Mischrohr mit umgebendem Gaskühlungswärmetauscher und Vorrichtung zur Treibgaseinspeisung und Teilstromabzweigung aus der Mischung aus Rohgas und Quenchgas angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage besteht ohne weiteres die Möglichkeit, den Vergasungsreaktor und den Quenchapparat in einem gemeinsamen Druckbehälter übereinander anzuordnen. Die erfindungsgemäße Anlage ist jedoch in bezug auf die Anordnung des Vergasungsreaktors und des Quenchapparates flexibel. Der Vergasungsreaktor und der Quenchreaktor sowie der Quenchreaktor einerseits und zumindest ein nachgeschalteter Wärmetauscher andererseits können auch in selbständigen Druckbehältern angeordnet sein, die durch Gasführungsleitungen verbunden sind. Dabei kann auch in dem Druckbehälter, in dem sich der Vergasungsreaktor und der Quenchapparat befinden, ein weiterer Wärmetauscher angeordnet sein.
Im folgenden werden die Erfindung und durch die Erfindung erreichte Vorteile anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher behandelt. Es zeigen
Fig. 1
das Schema einer erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 2
im gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand der Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage ist für die Druckvergasung von feinteiligen Brennstoffen im Zuge der Erzeugung eines Produktgases bestimmt. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören ein Vergasungsreaktor 1, ein Quenchapparat 2 für das aus dem Vergasungsreaktor 1 austretende Rohgas und nachgeschaltete Wärmetauscher 3. Bei dem nachgeschalteten Wärmetauscher 3 über dem Quenchapparat 2 mag es sich um einen Strahlungswärmetauscher, z. B. in Form eines Hochdruckdampfwärmetauschers, handeln, der in Strömungsrichtung nachgeschaltete Wärmetauscher 3 ist als Konvektionswärmetauscher ausgelegt. Der Quenchapparat 2 besitzt ein Mischrohr 4 für die Mischung des darin eintretenden Rohgases mit einem Quenchgas.
Insbesondere aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß das Mischrohr 4 von einem Gaskühlungswärmetauscher 5 umgeben ist, der eine Vorrichtung 6 zur Treibgaseinspeisung aufweist. Ein Teilstrom des mit Quenchgas gemischten Rohgases wird durch das aus der Vorrichtung 6 zur Treibgaseinspeisung austretende Treibgas in den Gaskühlungswärmetauscher 5 eingeführt und gekühlt und tritt danach in das Mischrohr 4 als Quenchgas ein. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung umgibt der Gaskühlungswärmetauscher 5 das Mischrohr 4 konzentrisch. Angedeutet wurde in den Fig. 1 und 2, daß der Gaskühlungswärmetauscher 5 eine Mehrzahl von hohlzylindrischen Wärmetauscherwänden 7 aufweist, die mit radialem Abstand voneinander angeordnet sind und den Teilstrom des mit dem Quenchgas gemischten Rohgases in Zylinderschichtströme aufteilt. Die Wärmetauscherwände mögen Membranwände oder Rohre sein. Aus Maßstabsgründen wurde nicht gezeichnet, daß die Vorrichtung 6 zur Treibgaseinspeisung eine Einrichtung zur Steuerung des Treibgasmengenstromes aufweisen kann und daß über diese Einrichtung der Teilstrom des mit dem Quenchgas gemischten Rohgases sowie dessen Kühlung bis auf Quenchgastemperatur steuerbar sind.
Im Rahmen der Erfindung kann grundsätzlich mit den verschiedensten Treibgasen gearbeitet werden, soweit diese mit dem Produktgas verträglich sind. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung 6 zur Treibgaseinspeisung an eine Zuführeinrichtung 8 für gekühltes Produktgas angeschlossen, die das Treibgas aus dem abgehenden Produktgas abzieht. Die Vorrichtung 6 zur Treibgaseinspeisung ist auf diese Weise mit gekühltem und gereinigtem Produktgas betreibbar.
Im Ausführungsbeispiel erkennt man, daß die Vorrichtung 6 zur Treibgaseinspeisung im Bereich des Gasaustritts 9 des Gaskühlungswärmetauschers 5 angeordnet ist. Sie könnte aber auch im Bereich des Gaseintritts 10 angeordnet sein. Es könnte auch zusätzlich im Bereich des Gaseintritts 10 eine Vorrichtung 6 zur Treibgaseinspeisung angeordnet werden. Nicht dargestellt wurde, daß neben dem beschriebenen Quenchapparat 2 ein weiterer hinter einem nachgeschalteten Wärmetauscher 3 angeordnet werden kann.
Im Ausführungsbeispiel sind der Vergasungsreaktor 1 und der Quenchapparat 2 sowie zumindest ein weiterer Wärmetauscher 3 in einem gemeinsamen Druckbehälter 11 übereinander angeordnet. Nachgeschaltet ist ein weiterer Druckbehälter 12 für einen weiteren Wärmetauscher 3. Die beiden Druckbehälter 11, 12 sind über Gasführungsrohre 13 verbunden.
Der Quenchapparat 2 und die Vorrichtung 6 zur Treibgaseinspeisung erlauben eine kompakte Bauweise. Die Druck- und Energieverluste sind außerordentlich klein, lediglich die Druckverluste im Mischrohr 4 und im Gaskühlungswärmetauscher 5 sind zu überwinden. Klebrige Schlackepartikel, die das Rohrgas mitbringt, erstarren im Mischrohr 4 und damit vor dem Eintritt in den Gaskühlungswärmetauscher. Erosionsphänomene, die im Quenchgas mitgeführte Partikel erzeugen könnten, sind selten und verhältnismäßig klein, da mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten dieses Gases gearbeitet werden kann. Zwar können sich an den Wärmetauscherwänden 7 Ablagerungen bilden, diese sind jedoch auf bekannte Art und Weise, z. B. durch Klopfen, Rütteln oder Rußblasen entfernbar. Sie können den Abkühlungswärmetauscher ungehindert verlassen. Eine Abklopfeinrichtung 14 wurde angedeutet.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage erfolgt die Wärmeauskopplung aus dem Teilstrom der Gasmischung aus Produktgas und Quenchgas bei hohem Temperaturniveau, so daß mit kleinen Wärmeaustauschflächen und folglich mit einem kompakten Gaskühlungswärmetauscher 5 gearbeitet werden kann. Für das Treibgas wird nur ein Verdichter 15 verhältnismäßig geringer Leistung benötigt. Im Mischrohr 4 wird eine annähernd ausgeglichene Gastemperatur im Bereich 600° C bis 1300° C erreicht, bei der mitgerissene schmelzflüssige Partikel erstarren. Das Quenchgas tritt aus dem Gaskühlungswärmetauscher mit einer Temperatur von 200° C bis 900° C aus. Es kann auch durch das Treibgas dem Mischrohr 4 zugeführt werden.
Die optimale Geschwindigkeit des Gases im Mischrohr 4 und im Gaskühlungswärmetauscher 5 liegt bei 6 - 10 m/s. Sie kann in einem relativ breiten Bereich von 3 - 20 m/s liegen.
Deutlich höhere Geschwindigkeit, 40 m/s bis Schallgeschwindigkeit, soll dagegen das Treibgas haben. Mit der steigenden Geschwindigkeit sinkt der Treibgasmengenstrom.

Claims (6)

  1. Anlage für die Druckvergasung von feinteiligen Brennstoffen im Zuge der Erzeugung eines Produktgases, - mit
    einem Vergasungsreaktor (1) und
    einem Quenchapparat (2) für das aus dem Vergasungsreaktor (1) austretende Rohgas,
    wobei der Quenchapparat (2) ein Mischrohr (4) und einen das Mischrohr (4) umgebenden Gaskühlungswärmetauscher (5) mit einer Vorrichtung (6) für die Einspeisung eines von außen zugeführten Gasstromes aufweist und wobei der aus dem Gaskühlungswärmetauscher (5) austretende Gasstrom als Quenchgas mit dem Rohgas in das Mischrohr (4) eintritt,
    dadurch gekennzeichnet, daß der
    Gaskühlungswärmetauscher (5) eine den Austritt des Mischrohres (4) ringförmig umgebende Gaseintrittsfläche (10) aufweist, durch die ein Teilstrom des mit dem Quenchgas gemischten Rohgases eintritt,
    daß die Strömungsquerschnitte sowohl des Mischrohres (4) als auch des Gaskühlungswärmetauschers (5) so bemessen sind, daß sich Gasströmungsgeschwindigkeiten im Bereich von 3 bis 20 m/s einstellen,
    daß das durch die Vorrichtung (6) zugeführte Gas als Treibgas in Strömungsrichtung des den Gaskühlungswärmetauscher (5) durchströmenden Gasstroms und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 40 m/s in den Gaskühlungswärmetauscher (5) eintritt und
    daß die Vorrichtung (6) zur Treibgaseinspeisung eine Einrichtung zur Steuerung des Treibgasmengenstroms aufweist sowie über diese Einrichtung der Teilstrom des mit Quenchgas gemischten Rohgases sowie dessen Kühlung auf Quenchtemperatur steuerbar sind.
  2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskühlungswärmetauscher (5) eine Mehrzahl von hohlzylindrischen Wärmetauscherwänden (7) aufweist, die mit radialem Abstand voneinander angeordnet sind und den Teilstrom des mit dem Quenchgas gemischten Rohgases in Zylinderschichtströme aufteilen.
  3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (6) zur Treibgaseinspeisung an eine Zuführeinrichtung (8) für gekühltes Produktgas angeschlossen und mit gekühltem Produktgas betreibbar ist.
  4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Quenchapparat (2) in Strömungsrichtung des Rohgases Wärmetauscher (3) nachgeschaltet sind, wobei der Vergasungsreaktor (1), der Quenchapparat (2) sowie zumindest ein weiterer Wärmetauscher (3) in einem gemeinsamen Druckbehälter (11) übereinander angeordnet sind.
  5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Quenchapparat (2) in Strömungsrichtung des Rohgases Wärmetauscher (3) nachgeschaltet sind, wobei der Vergasungsreaktor (1) und der Quenchapparat (2) in einem Druckbehälter (11) und zumindest ein nachgeschalteter Wärmetauscher (3) in einem weiteren Druckbehälter (12) angeordnet sind, wobei die beiden Druckbehälter (11, 12) durch Rohrleitungen (13) verbunden sind.
  6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Gasströmungsrichtung hinter zumindest einem der dem Quenchapparat (2) nachgeschalteten Wärmetauscher (3) ein weiteres Mischrohr (4) mit umgebendem Gaskühlungswärmetauscher (5) und Vorrichtung zur Treibgaseinspeisung und Teilstromabzweigung aus dem mit dem Quenchgas gemischten Rohgas angeordnet ist.
EP94117069A 1994-10-28 1994-10-28 Anlage für die Druckvergasung von feinteiligen Brennstoffen im Zuge der Erzeugung eines Produktgases Expired - Lifetime EP0716138B1 (de)

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