DD252734A3 - Apparat zur kohlenstaubvergasung - Google Patents

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DD252734A3 DD85282749A DD28274985A DD252734A3 DD 252734 A3 DD252734 A3 DD 252734A3 DD 85282749 A DD85282749 A DD 85282749A DD 28274985 A DD28274985 A DD 28274985A DD 252734 A3 DD252734 A3 DD 252734A3
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Vasilij Fedotov
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Rolf Mangler
Manfred Schingnitz
Wolfgang Seidel
Friedrich Berger
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub mit Dampf und sauerstoffhaltigem Gas der chemischen Industrie bzw. der Gaswirtschaft. Erreicht werden soll eine Verbesserung der Qualitaet des Generatorgases. Davon ausgehend besteht die Aufgabe in der Partialoxydation von Kohlenstaub unter Druck mit einem Vergasungsapparat, der konstruktiv so gestaltet ist, dass Kohlen mit niedrigschmelzenden Aschen eingesetzt werden koennen. Die erfindungsgemaesse apparative Gestaltung bezieht sich vorrangig auf die Auskleidung, auf die konstruktive Loesung fuer die Rezirkulation von kuehlerem Gas zur Bildung einer flaechenhaften Stroemung kuehleren Gases entlang der Auskleidung sowie auf die Anordnung der Zufuehrungen fuer Injektionsdampf und Wasser. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorgeschlagene Erfindung beziehtsich auf Apparate zurVergasung von Kohlenstaub mit Dampf und sauerstoffhaltigem Gas und kann in der chemischen Industrie zur Erzeugung von Generatorgas aus festen Brennstoffen eingesetzt werden.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bekannt ist ein Apparat zur Kohlenstaubvergasung, der ein Gehäuse mit Wärmeisolation und mit Stutzen zur Ableitung des Generatorgases und der granulierten Schlacke, einen Kohlenstaubbrenner im oberen Teil des Gehäuses, ein Überströmrohr zur Aufrechterhaltung des Wasserstands im unteren Teil des Gehäuses, einen gasdichten Rohrschirm mit Einschnüren, die den Innenraum des Apparats in eine Reaktions- und in eine Strahlungszone unterteilt, worin ein Stutzen für die Ableitung des Generatorgases und derf lüssigen Schlacke aus der Reaktionszone in die Strahlungszone angeordnet, enthält, wobei der Schirm in der Reaktionszone bestiftet ist und eine feuerfeste Stampfmasse an den Stiften aufweist (Urheberschein der UdSSR Nr.1136475,KI.C10J 3/08,1981)
Dieser Apparat weist äußerst wesentliche Nachteile auf.
1. Die geringe Qualität des anfallenden Generatorgases und der hohe Energieaufwand aufgrund der Tatsache, daß der Schirm eine Einschnürung enthält, bestiftet ist (in der Reaktionszone) und an den Stiften eine feuerfeste Stampfmasse aufweist, und der Tatsache, daß der Apparat mit Flüssigentschlackung betrieben wird. Das bedeutet aber, daß die Generatorgastemperatur vor der Einschnürung um 200 bis 400 °C höher liegen muß als die erforderliche Vergasungstemperatur. Zur Auf rechterhaltung einer derartigen Temperatur ist es notwendig, einen Teil des anfallenden H2 und CO zu verbrennen, wobei die Generatorgasqualität abnimmt und der Sauerstoffverbrauch hoch wird.
2. Der Apparat kann nicht mit Schlacke, die Komponenten mit niedrigem Schmelzpunkt und folglich mit hohem Dampfdruck enthält, betrieben werden, da in der Strahlungszone ein Rohrschirm vorhanden ist, auf dem sich diese Komponenten ablagern, die mit der Zeit den Schirm verschlacken und auch die Kanäle zum Durchtritt des Gases verschlacken, was letztendlich zum Ausfall des Apparats führt.
Der vorzuschlagenden Erfindung kommt in technischer Hinsicht und in bezug auf den erzielbaren Effekt ein Apparat zur Kohlenstaubvergasung am nächsten, derein Gehäuse mit einem Deckel mit Wärmeisolierung, in der Seitenwandung im unteren Teil des Gehäuses einen Stutzen zur Abführung des Generatorgases, im unteren Teil des Gehäuses in seiner Achse einen Stutzen zur Ableitung der granulierten Schlacke, im Deckel des Gehäuses in dessen Achse einen Kohlenstaubbrenner, im unteren Teil des Gehäuses ein Überlaufrohr zur Aufrechterhaltung des Wasserstands, einen gasdichten Rohrschirm mit Öffnungen im oberen und unteren Teil, die durch Rohrgitter gebildet werden, und Injektionsstutzen für Dampf, die von einem gemeinsamen Kollektor ausgehen, aufweist. Dieser Apparat bietet die Möglichkeit, den Vergasungsvorgang bei Temperaturen über dem Schlackeschmelzpunkt durchzuführen. Aufgrund der konstruktiven Besonderheiten wird aber eine Verschlackung des
Rohrschirms und der anderen Apparateoberflächen vermieden. Das wird gewährleistet durch den Aufbau einer flächenartigen Strömung von kaltem Wälzgas an dem Rohrschirm, die damit eine Art Schutzschicht mit einer Temperatur unter der Ascheerweichungstemperatur bildet
Dieser Apparat weist wesentliche Nachteile auf.
1. Die unzureichende Qualität des anfallenden Generatorgases und der erhöhte Energieaufwand infolge des Rohrschirms, der dem Generatorgas einen beträchtlichen Teil der Wärme entzieht, für dessen Kompensation bei Aufrechterhaltung der erforderlichen Vergasungstemperatur ein Teil des anfallenden Produktes (CO + H2) verbrannt werden muß, wobei der Gehalt an CO und H2 im Generatorgas abnimmt und der Sauerstoffverbrauch zu hoch wird.
2. Der Apparat kann nicht mit Kohlen, deren Asche niedrigschmelzende Komponenten enthält, betrieben werden, da diese Komponenten verdampft und sich an dem Rohrschirm ablagern, wodurch diese Schirme mit der Zeit verschlacken und die Kanäle zwischen der Wärmeisolierung und dem Schirm versetzen, was letztendlich zum Ausfall des Apparats führt.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung der Qualität des Generatorgases, in der Reduzierung des Energieaufwands und in der Sicherung der Möglichkeit, Kohlen mit Asche, die niedrigschmelzende Komponenten enthält, einzusetzen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter den Bedingungen der Partialoxydation von Brennstoffen unter Druck den Apparat für die Kohlenstaubvergasung konstruktiv so zu gestalten, daß Kohlen mit niedrigschmelzender Asche eingesetzt werden können und die Gasausbeute verbessert wird. Erfindungsgemäß ist der Apparat zur Kohlenstaubvergasung, der ein Gehäuse mit Deckel und Wärmeisolierung, einen in der Seitenwandung im unteren Teil des Gehäuses angeordneten Stutzen zur Ableitung des Generatorgases, einen im unteren Teil des Gehäuses in seiner Achse angeordneten Stutzen zur Ableitung der granulierten Schlacke, einen Kohlenstaubbrenner im Deckel des Gehäuses in dessen Achse, ein Überlaufrohr für die Aufrechterhaltung des Wasserstands im unteren Teil des Gehäuses und durch einen gemeinsamen Kollektor verbundene Injektionsstutzen für Dampf enthält, mit einer Auskleidung oberhalb des Stutzens zur Ableitung des Generatorgases versehen, enthält zwischen der Auskleidung und der Wärmeisolierung durchgehende rechtwinklig abgebogene. Kanäle, deren unterer Abschitt vertikal in Längsrichtung der Gehäusewandungen gelegen ist, während der obere Abschnitt tangential zur Apparateachse am Deckel des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Austrittsöffnung der Kanäle am Deckel des Gehäuses auf der Höhe des Austrittsbereichs des Kohlenstaubbrenners angeordnet sind, die Eintrittsöffnungen der Kanäle über den Injektionsstutzen für Dampf koaxial zu ihnen angeordnet sind und in den Wandungen des Gehäuses in mehreren über dessen Höhe verteilten Reihen Düsen zur Zufuhr von Wasser bzw. einer Dampf-Wasser-Emulsion angebracht sind.
Dabei können die Kanäle als Öffnungen zwischen der Auskleidung und der Isolierung bzw. aus Rohren aus feuerfestem Stahl ausgeführt sein.
Die Ausstattung des Apparats mit einer Auskleidung an Stelle des Rohrschirms bietet praktisch die Möglichkeit, eine Wärmeabführung von der Flamme zum Zeitpunkt der Vergasung zu verhindern, was zu einer Reduzierung des Sauerstoffverbrauchs und zu einer Erhöhung des CO- und H2-Gehalts im Generatorgas führt.
Außerdem entfällt die Gefahr der Kondensation niedrigschmelzender Komponenten (mit einer hohen Dampfspannung) auf der Auskleidung, da deren Temperatur ein ziemlich hohes Niveau erreicht (800-10000C), und somit ergibt sich die Möglichkeit, Kohlen mit Aschen, die niedrigschmelzende Komponenten enthalten, z. B. Salzkohlen zu verwerten.
Die Ausführung vertikaler rechtwinklig abgebogener Kanäle zwischen der Auskleidung und der Wärmeisolierung in Form von Öffnungen zwischen ihnen oder in Gestalt von Rohren aus feuerfestem Stahl bietet ebenfalls die Möglichkeit, die Kondensation niedrigschmelzender Komponenten zu vermeiden.
Die horizontalen Abschnitte der durchgehenden Kanäle, die tangential zur Apparateachse angeordnet sind, bieten die Möglichkeit, die Schutzschicht vom rezirkulierendem, kühlerem Generatorgas, in der die Asche im festen Zustand vorliegt, aufgrund des Zentrifugaleffekts stabiler zu gestalten und somit den Verbrauch von Dampf, der durch die Injektionsstutzen zugeführt wird und die Rezirkulation des Generatorgases bewirkt zu reduzieren, was zu einer Reduzierung des Energieaufwands für den Reaktorbetrieb führt.
Die Ausstattung des Apparats mit mehreren Düsenreihen zur Zuleitung des Dampfes oder einer Dampf-Wasser-Emulsion erlaubt es, die genannte Schutzschicht noch mehr zu stabilisieren und die Temperatur des Generatorwälzgases auf eine Temperatur unter der Ascheerweichungstemperatur zu senken und somit die Verschlackung des Austrittsstutzens und der Kanäle zu vermeiden.
Anwendungsbeispiel
Der Apparat zur Kohlenstaubvergasung ist auf den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Abbildung 1 enthält den Längsschnitt, Abbildung 2 den Querschnitt.
Der Apparat zur Kohlenstaubvergasung gemäß den Abbildungen 1 und 2 enthält das Gehäuse 1 mit der Wärmeisolierung 2 und mit den Stutzen 3—zur Ableitung des Generatorgases — und 4—zur Ableitung der granulierten Schlacke—, den Kohlenstaubbrenner 5, das Überlauf rohr 6, die Dampf injektionsstutzen 7, die durch den Kollektor 8 mit dem Zuleitungsstutzen 9 verbunden sind, die Auskleidung 10 aus feuerfestem Material, die rechtwinklig abgebogenen durchgehenden Kanäle zwischen der Auskleidung und der Wärmeisolierung, die vertikale Abschnitte 11 und horizontale, tangential zur Achse gerichtete Abschnitte 12 haben sowie die obere Düsenreihe 13 und die untere Düsenreihe 14 zur Zufuhr von Wasser bzw. Dampf-Wasser-Emulsion.
Der Apparat wird folgendermaßen betrieben. Vor der Inbetriebnahme wird der Apparat mit einem Inertgas gefüllt und der Apparateinnendruckwird auf den Betriebsdruck erhöht. Durch den Stutzen 9 wird in den Kollektor 8 Wasserdampf eingeleitet, der aus den Injektionsstutzen 7 ausströmt und das Inertgas in die Kanäle 11 ansaugt und diesem hohe Geschwindigkeiten verleiht. Am Austritt aus den horizontalen Abschnitten 12 erzeugt das Gemisch aus Dampf und luertgas eine flächenhafte, eine Schutzschicht bildende Strömung entlang der Auskleidung 10. Die Stabilität der Schutzschicht wird durch den Zentrifugaleffekt gesichert. Der Überschuß des Gemische wird über den Stutzen 3 abgeleitet.
Über die untere Düsenreihe 14 erfolgt die Zufuhr des Wassers, das im unteren Teil des Gehäuses 1 ein Bad bildet, dessen Höhe mit Hilfe des Überlaufrohrs 6 konstantgehalten wird.
Über den Kohlenstaubbrenner 5 erfolgt die Zufuhr von Kohlenstaub, sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf. In der
Apparateachse bildet sich eine Flamme, in der die Vergasung des Kohlenstaubs erfolgt. Über die obere Reihe 13 erfolgt die Zufuhr des Wassers oder der Dampf-Wasser-Emulsion zur Stabilisierung der Schutzschicht. Allmählich wird das Inertgas durch Generatorgas ersetzt, und die Schutzschicht wird durch ein Gemisch von Generatorgas und Wasserdampf gebildet. Die aus dem Generatorgas ausfallende Schlacke wird in der Wasserschicht granuliert und über den Stutzen 4 abgezogen. Das Generatorgas wird über den Stutzen 3 abgeleitet.
Die Generatorgastemperatur wird vordem Stutzen 3 und folglich auch vor den Kanälen 11 mit Hilfe der Düsen 13 und im wesentlichen 14 auf einer Temperatur von 700-800°C konstantgehalten, während die Temperatur der Auskleidung im Bereich von 800-1000°C liegt und damit die Gefahr der Kondensation von Dämpfen der niedrigschmelzenden Aschekomponenten ausschließt. Die Temperatur der Wälzgase bleibt unter der Erweichungstemperatur der Asche, so daß flüssig oder teigige Schlackepartikel in dieser Schutzschicht erstarren.
In den Tabellen 1 und 2 werden Vergleichskennwerte für den Betrieb der Apparate, die nach dem Prototyp und nach der vorzuschlagenden Erfindung gefertigt und für einen Durchsatz von 50t/h Braunkohlenstaub unter einem Druck von 30atm bei Sauerstoffvergasung (Tabelle 1) und für einen Durchsatz von 25t/h Staub bei Luftvergasung (Tabelle 2) ausgelegt sind, ausgewiesen.
Tabelle 1
Kennwerte Apparat nach Apparat nach
Prototyp Erfindung
DurchschnittlicheTemperatur
in der Reaktionszone, 0C 1450 1450
Sauerstoffverbrauch, m3i.N./h
m3i.N./h 26700 24875
Naßgaszusammensetzung, Vol.-%
H2O 11,14 9,05
N2 5,29 5,17
H2 21,05 23,19
CO 54,12 56,06
CO2 7,89 6,03
H2S 0,40 0,40
Ausbeute (CO +H2), m3i.N./h 64873 68307
Wärmeverluste der Reaktions-
zone, kcal/h 9 008 000
Sauerstoffverbrauch, m3i.N./h
für1 000 m3i.N. Gemisch aus
Wasserstoff und Kohlenoxid 412 364
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, bietet der vorzuschlagende Apparat bei einer Reduzierung des Sauerstoffverbrauchs um 7% die Möglichkeit, die Ausbeute des H2-CO-Gemisches um 5,3% zu erhöhen und den Sauerstoffverbrauch im vorzuschlagenden Apparat pro 1000m3i.N. Gemisch um 13% zu senken.
Tabelle 2
Kennwerte Apparat nach Prototyp Apparat nach Erfindung
DurchschnittlicheTemperatur in der Reaktionszone, °C 1450 1450
Luftverbrauch m3i.N./h 85355 74713
Naßgaszusammensetzung, Vol.-% H2O N2 H2 CO 8,42 . 63,08 3,81 15,07 7,58 59,96 5,73 19,27
Kennwerte Apparat nach Prototyp Apparat nach Erfindung
CO2 H2S 9,18 0,40 7,01 0,40
Ausbeute (CO +H2), m3i.N./h 20626 25 227
Wärmeverluste der Reaktions- zone, kcal/h 8954000
Luftverbrauch, m3i.N./h pro 1 000 m3i.N. Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenoxid 4140 2960
Die Tabelle 2 zeigt, daß der Luftverbrauch in dem vorzuschlagenden Apparat bei Luftvergasung um 14% niedriger liegt, während die Ausbeute des H2-CO-Gemisches um 22% höher bzw. der Luftverbrauch pro 1000m3i.N. um 40% niedriger liegt.

Claims (3)

1. Apparat zur Kohlenstaubvergasung, der ein Gehäuse mit Deckel mit Wärmeisolierung, einen in der Seitenwandung des unteren Gehäuseteils angeordneten Stutzen zur Ableitung des Generatorgases, einen im unteren Gehäuseteil in dessen Achse angeordneten Stutzen zur Ableitung der granulierten Schlacke, einen Kohlenstaubbrenner im Gehäusedeckel in dessen Achse, ein Überlaufrohr zur Aufrechterhaltung des Wasserstands im unteren Gehäuseteil und durch einen gemeinsamen Kollektor verbundene Injektionsstutzen zur Dampfzuleitung erhält, gekennzeichnet dadurch, daß zur Verbesserung der Generatorgasqualität, zur Reduzierung des Energieaufwands und Sicherung des Betriebs mit Kohlen mit Asche, die niedrigschmelzende Komponenten enthält, der Apparat mit einer Auskleidung oberhalb des Stutzens zur Generatorgasableitung versehen ist, zwischen der Auskleidung und der Wärmeisolierung rechtwinklig abgebogene durchgehende Kanäle angeordnet sind, deren unterer Abschnitt vertikal längs der Gehäusewandungen und deren oberer Abschnitt tangential zur Apparateachse am Gehäusedeckel angeordnet sind, wobei die Austrittsöffnungen der genannten Kanäle am Gehäusedeckel auf der Höhe des Austrittsbereichs des Kohlenstaubbrenners angeordnet sind, die Eintrittsöffnungen der Kanäle über den Dampfinjektionsstutzen koaxial dazu gelegen sind, während in den Wandungen des Gehäuses in mehreren über dessen Höhe verteilten Reihen Düsen zur Zufuhr von Wasser oder Dampf-Wasser-Emulsion angeordnet sind.
2. Apparat zur Kohlenstaubvergasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rechtwinklig abgebogenen durchgehenden Kanäle als Öffnungen zwischen der Auskleidung und der Wärmeisolierung ausgeführt sind.
3. Apparat zur Kohlenstaubvergasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rechtwinklig abgebogenen durchgehenden Kanäle aus Rohren aus feuerfestem Stahl gefertigt sind.
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