WO2011012230A2 - Vergasungsreaktor zur herstellung von rohgas - Google Patents

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    • C10J2300/1846—Partial oxidation, i.e. injection of air or oxygen only

Definitions

  • the invention is directed to a gasification reactor for the production of CO- or H 2 -containing raw gas of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Such a gasification reactor is known, for example, from WO 2009/036985 A1 of the Applicant, in which reference a wealth of further prior art is mentioned, such as US Pat. No. 4,474,584, which deals in particular with the cooling of the hot synthesis gas.
  • the invention is particularly concerned with problems encountered with such reactors, the invention not being limited to the gasification reactor specifically contemplated herein, and is also directed to apparatuses in which similar problems, as described in more detail below, may arise.
  • Such an apparatus must be suitable to allow methods of pressure gasification / combustion of finely divided fuels, including the partial oxidation of the fuels coal dust, finely divided biomass, oil, tars or the like. heard in a reactor.
  • Cooling of the reaction products must be made possible, for example by spray quenching, gas quenching, radiation quenching, convection heating surfaces or the like, depending on the type of process used, and finally also paying attention to the discharge of the reaction products must be directed from the pressure vessel.
  • WO 2009/036985 A1 already mentioned above, already describes a measure for cooling even coarse particles and inducing a circulation flow in order to avoid deposits.
  • Object of the present invention is, in particular the slag container to give an economically favorable design while duplicating the operation.
  • this object is achieved according to the invention in that a funnel-shaped slag collecting container is provided in the direction of incidence of the slag with a second funnel-shaped insert as Abscheidekonus whose funnel wall to Schlackesammel accountser a circumferential annular gap forms and whose free edge is positioned above the free edge of the slag collection container.
  • the cylinder enclosing the quench chamber has a smaller one Diameter than the funnel-shaped insert forming the Abscheidekonus.
  • the invention also provides that the annular gap formed by the conical slag collecting container and the separating cone is dimensioned such that only particles of a predetermined maximum size can overflow over the overflow edge in the slag collecting container into the lower water bath.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view through a gasification reactor according to the invention and in
  • Fig. 2 is a schematic, enlarged view of the lower
  • the illustrated in Fig. 1, generally designated 1 gasification reactor has a pressure vessel 2, in which from above to below a membrane wall 3 enclosed by a reaction chamber 4 is arranged at a distance from the pressure vessel 3.
  • the membrane inlet 3 acting on the coolant supply line is denoted by 5.
  • the membrane wall 3 passes via a lower cone 6 in a narrowed channel as part of a transition region designated 8, wherein in the narrowed transition channel 7 swirl brakes 9 are indicated.
  • 10a drip edge in the transition region 8 for the liquid ash in the transition region at a distance from the first drip edge 10 at the end of the transition channel 7 is designated.
  • the transition region 8 is followed by a quench chamber or quench channel 11, followed by a slag collecting container 12 in a water bath 13.
  • a funnel-shaped slag collecting container 12 whose free peripheral edge 14 projects beyond the liquid level in the water bath 13, is located in the water bath 13.
  • a further funnel-shaped insert 15 is positioned to form a separating cone whose free upper peripheral edge 16 in turn projects beyond the funnel-shaped slag collecting container 12.
  • a circumferential annular gap 17 is formed between the funnel-shaped insert 15 and the wall of the slag collecting container 12. Since during operation of the reactor 1 from the quench channel 11 continuously a gas / slag / water mixture flows downwards, which is indicated in Fig. 2 by the arrow 18, the cooling water is moved through the annular gap 17 upwards and flows over the peripheral edge 14 in the water bath 13.
  • the flow of the gas around the end edge 20 of the quench channel 11 is designated by 19.
  • the discharge of the cooled slag represents an arrow 21 symbolically.
  • the invention is not limited to the geometric shape of the slag collecting container with a funnel-shaped insert, here a round cross-sectional shape may also be provided, such as a polygonal cross-sectional shape u. like. more.

Abstract

Bei einem Vergasungsreaktor zur Herstellung von CO- oder H2-haltigem Rohgas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche, wobei innerhalb eines Druckbehälters ein von einer kühlmediumdurchflossenen Membranwand gebildeter Reaktionsraum, anschließend ein Übergangsbereich sowie ein Quenchraum vorgesehen sind mit in Schwerkraftrichtung nachfolgendem Schlacke-/Wasserbad, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der insbesondere dem Schlackebehälter eine wirtschaftlich günstige Gestaltung bei gleichzeitiger Vervielfältigung der Funktionsweise gegeben wird. Dies wird dadurch erreicht, dass im Schlacke-/Wasserbad (13) ein trichterförmiger Schlackesammelbehälter (12) vorgesehen ist, der in Einfallrichtung der Schlacke (Pfeil 18) mit einem zweiten trichterförmigen Einsatz (15) als Abscheidekonus ausgerüstet ist, dessen Trichterwand zum Schlackesammelbehälter (12) einen umlaufenden Ringspalt (17) bildet und dessen freie Randkante (16) oberhalb der freien Randkante (14) des Schlackesammelbehälters (12) positioniert ist.

Description

'Verqasungsreaktor zur Herstellung von Rohgas'
Die Erfindung richtet sich auf einen Vergasungsreaktor zur Herstellung von CO- oder H2-haltigem Rohgas der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.
Ein derartiger Vergasungsreaktor ist beispielsweise aus der WO 2009/036985 Al der Anmelderin bekannt, wobei in dieser Literaturstelle eine Fülle von weiterem Stand der Technik genannt ist, wie beispielsweise die US 4 474 584, die insbesondere die Kühlung des heißen Synthesegases behandelt.
Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit Problemen, die bei derartigen Reaktoren auftauchen, wobei die Erfindung nicht auf den speziell hier angesprochenen Vergasungsreaktor beschränkt ist, sie richtet sich auch auf Apparate, bei denen ähnliche, weiter unten näher beschriebene Probleme auftauchen können.
Ein derartiger Apparat muss geeignet sein, um Verfahren der Druckvergasung/Verbrennung von fein verteilten Brennstoffen zu ermöglichen, wozu die partielle Oxidation der Brennstoffe Kohlenstaub, fein verteilte Biomasse, Öl, Teere od. dgl . in einem Reaktor gehört. Hierzu gehört auch der getrennte oder gemeinsame Abzug von Schlacke oder Flugasche und erzeugtem Synthese- bzw. Rauchgas. Es muss eine Kühlung der Reaktionsprodukte (Gas und Schlacke/Flugasche) möglich gemacht werden, etwa durch Sprühquenchen, Gasquenchen, Strahlungs- quenchen, Konvektionsheizflachen od. dgl., je nach Art des eingesetzten Verfahrens, wobei schließlich auch ein Augenmerk auf die Ausschleusung der Reaktionsprodukte aus dem Druckbehälter gerichtet werden muss. In der oben schon erwähnten, gattungsbildenden WO 2009/036985 Al ist bereits eine Maßnahme beschrieben, um auch gröbere Partikel zu kühlen und eine UmlaufStrömung zu induzieren, um Ablagerungen zu vermeiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere dem Schlackebehälter eine wirtschaftlich günstige Gestaltung bei gleichzeitiger Vervielfältigung der Funktionsweise zu geben.
Bei einem Vergasungsreaktor der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass im Schlacke-/Wasserbad ein trichterförmiger Schlackesammelbehälter vorgesehen ist, der in Einfallrichtung der Schlacke mit einem zweiten trichterförmigen Einsatz als Abscheidekonus ausgerüstet ist, dessen Trichterwand zum Schlackesammelbehälter einen umlaufenden Ringspalt bildet und dessen freie Randkante oberhalb der freien Randkante des Schlackesammelbehälters positioniert ist.
Da permanent ein Gas/Schlacke/Kühlwasser-Gemisch von oben in den trichterförmigen Schlackesammelbehälter einströmt, wird durch die erfindungsgemäße, teilweise Doppelwandigkeit des Trichterbereiches eine ÜberlaufStrömung aus dem trichterförmigen Einsatz in das umgebende Wasserbad erzeugt.
Dadurch, dass die freie Randkante des Innenkonus die Trichterwand überragt, wird zusätzlich erreicht, dass etwaige Turbulenzen der Wasseroberfläche bei Anfallen größerer Schlackepartikel nicht dazu führen, dass dann Kühlwasser mit zu großen Schlackepartikeln nach außen in das umgebende Wasserbad eingetragen werden.
In Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der den Quenchraum umschließende Zylinder einen geringeren Durchmesser aufweist als der den Abscheidekonus bildende trichterförmige Einsatz.
Damit wird gewährleistet, dass das einfallende, oben schon erwähnte Gas/Schlacke/Wasser-Gemisch mit Sicherheit in den inneren trichterförmigen Einsatz gelenkt wird, wobei das Gas im Freiraum zwischen Randkante des den Quenchraum umschließenden Zylinders einerseits und der Flüssigkeitsoberfläche im trichterförmigen Einsatz in den umgebenden freien Ringraum andererseits strömen kann.
Die Erfindung sieht auch vor, dass der durch den konischen Schlackesammelbehälter und den Abscheidekonus gebildete Ringspalt derart bemessen ist, dass nur Partikel vorbestimmter maximaler Größe über die Überlaufkante im Schlackesammelbehälter in das im Niveau niedriger liegende Wasserbad überfließen können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in
Fig. 1 eine prinzipielle Schnittzeichnung durch einen erfindungsgemäßen Vergasungsreaktor sowie in
Fig. 2 eine schematische, vergrößerte Ansicht des unteren
Teiles des Vergasungsreaktors mit Schlacke-/Wasser- bad.
Der in Fig. 1 dargestellte, allgemein mit 1 bezeichnete Vergasungsreaktor weist einen Druckbehälter 2 auf, in dem von oben nach unten ein durch eine Membranwand 3 umschlossener Reaktionsraum 4 auf Abstand zum Druckbehälter 3 angeordnet ist. Die die Membranwand 3 beaufschlagende Kühlmittelzuleitung ist mit 5 bezeichnet. Dabei geht die Membranwand 3 über einen unteren Konus 6 in einen verengten Kanal als Teil eines mit 8 bezeichneten Übergangsbereiches über, wobei im verengten Übergangskanal 7 Drallbremsen 9 angedeutet sind. Mit 10a ist eine Abtropfkante im Übergangsbereich 8 für die flüssige Asche im Übergangsbereich im Abstand zur ersten Abtropfkante 10 am Ende des Übergangskanales 7 bezeichnet.
An den Übergangsbereich 8 schließt sich ein Quenchraum bzw. Quenchkanal 11, gefolgt von einem Schlackesammelbehälter 12 in einem Wasserbad 13 an.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, befindet sich bei der hier beschriebenen Ausführung im Wasserbad 13 ein trichterförmiger Schlackesammelbehälter 12, dessen freie Randkante 14 das Flüssigkeitsniveau im Wasserbad 13 überragt.
Konzentrisch in diesem trichterförmigen Schlackesammelbehälter 12 ist zur Bildung eines Abscheidekonus ein weiterer trichterförmiger Einsatz 15 positioniert, dessen freie obere Randkante 16 wiederum den trichterförmigen Schlackesammelbehälter 12 überragt.
Zwischen dem trichterförmigen Einsatz 15 und der Wand des Schlackesammelbehälters 12 ist ein umlaufender Ringspalt 17 ausgebildet. Da beim Betrieb des Reaktors 1 aus dem Quenchkanal 11 laufend ein Gas/Schlacke/Wasser-Gemisch nach unten strömt, was in Fig. 2 durch den Pfeil 18 angedeutet ist, wird das Kühlwasser durch den Ringspalt 17 nach oben bewegt und strömt über die Randkante 14 in das Wasserbad 13.
Aufgrund der geometrischen Abmessungen, d.h. insbesondere aufgrund der Gestaltung der Breite des Ringspaltes 17, sind die Partikel, die durch diesen Ringspalt mitgerissen werden, in ihrer Größe eingeschränkt, so dass nur entsprechende Feststoffe mit einer nach oben begrenzten Größe durch diesen Ringspalt in das Wasserbad gelangen, um nicht Pumpen oder sonstige Fördermittel unnötig zu belasten oder zu beschädigen.
Da die Randkante 16 des trichterförmigen Einsatzes 15 über dem Flüssigkeitsniveau des Schlackesammelbehälters 12 liegt, verhindert diese Gestaltung, dass bei Anfallen größerer Schlackebrocken und damit Beunruhigung der Flüssigkeitsoberfläche größere Partikel über die Randkante 16 ggf. in das Schlacke-/ Wasserbad 13 gelangen können.
Die Strömung des Gases um die Endkante 20 des Quenchkanales 11 ist mit 19 bezeichnet. Das Austragen der abgekühlten Schlacke stellt ein Pfeil 21 symbolisch dar.
Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den
Grundgedanken zu verlassen, so ist die Erfindung insbesondere nicht auf die geometrische Form des Schlackesammelbehälters mit trichterförmigem Einsatz beschränkt, hier kann eine runde Querschnittsform ebenso vorgesehen sein, wie eine vieleckige Querschnittsform u. dgl . mehr.

Claims

Patentansprüche :
1. Vergasungsreaktor zur Herstellung von CO- oder H2-haltigem Rohgas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche, wobei innerhalb eines Druckbehälters ein von einer kühlmediumdurchflossenen Membranwand gebildeter Reaktionsraum, anschließend ein Übergangsbereich sowie ein
Quenchraum vorgesehen sind mit in Schwerkraftrichtung nachfolgendem Schlacke-/Wasserbad,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Schlacke- /Wasserbad (13) ein trichterförmiger
Schlackesammelbehälter (12) vorgesehen ist, der in Einfallrichtung der Schlacke (Pfeil 18) mit einem zweiten trichterförmigen Einsatz (15) als Abscheidekonus ausgerüstet ist, dessen Trichterwand zum Schlackesammelbehälter (12) einen umlaufenden Ringspalt (17) bildet und dessen freie Randkante (16) oberhalb der freien Randkante (14) des Schlackesammelbehälters (12) positioniert ist.
2. Vergasungsreaktor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der den Quenchraum (11) umschließende Zylinder einen geringeren Durchmesser aufweist als der den Abscheidekonus bildende trichterförmige Einsatz (15) .
3. Vergasungsreaktor nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der durch den konischen Schlackesammelbehälter (12) und den Abscheidekonus (15) gebildete Ringspalt (17) derart bemessen ist, dass nur Partikel vorbestimmter maximaler Größe über die Überlaufkante (14) des Schlackesammelbehälters (12) in das im Niveau niedriger liegende Wasserbad (13) überfließen können .
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