DD294701A5 - Siliciumcarbidmoertel fuer die feuerfestzustellung von festbettdruckvergasern - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kieselsolgebundenen Moertel fuer die Zustellung von Festbettdruckvergasern mit Siliciumcarbid. Erfindungsgemaesz werden dem Moertel aus feinkoernigem (0,5 mm) Siliciumcarbid mit einem Anteil von 70 bis 90% zusaetzlich 5 bis 20% feingemahlene Tonerde (Halbwertskorngroesze 2,5 m) mit einem a-Al2O3-Anteil von 85 bis 95% und 5 bis 30% Kieselsol mit einem Anteil von ca. 30% amorphem SiO2 zugegeben. Das Kieselsol bewirkt nach dem Trocknen in Verbindung mit der Tonerde eine hohe Festigkeit des Moertels sowie dessen gute Haftung am Stahlmantel. Die Tonerde ist einerseits so gut calciniert, dasz sie bei Temperaturbelastung kaum schwindet, andererseits aber noch so reaktionsfaehig, dasz schon ab 780C mit dem amorphen SiO2 Mullit als SiC-Oxidationsschutz gebildet wird.{Festbettdruckvergaser; Moertel; Mullitmatrix; Kieselsol; Siliciumcarbid-Steine; Tonerde; a-Al2O3-Gehalt; amorphes SiO2}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die feuerfeste keramische Innenauskleidung von Festbettdruckvergasern, in denen unter einem Druck < 3,5 MPa und Temperaturen < 1300°C der feste Brennstoff Braunkohle in hochwertige Gase umgewandelt wird. Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf den für die Erstellung des keramischen Mauerwerkes notwendigen SiC-Mörtel.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der Festbettdruckvergasung ist die einheimische Braunkohle der wichtigste Vergasungsstoff, der im bewegten Festbett mit einem Sauerstoff/Wasserdampf-Gemisch im Gegenstrom zu Stadtgas umgesetzt wird. Die Festbettdruckvergaser können derzeit unter den herrschenden Temperatur- und Korrosionsbedingungen ohne keramische Ausmauerung nicht betrieben werden. Zum Schutz des metallischen Innenmantels wird der Festbettdruckvergaser mit Feuerfestmaterial zugestellt. Das feuerfeste Material wird bei einem hohen Wirkungsgrad der Festbettdruckvergasung in extremer Weise beansprucht. Siliciumcarbid-Steine als feuerfestes Zustellungsmaterial erwiesen sich bisher als das am besten geeignete Material. Zur Vermauerung der SiC-Sterne wird gegenwärtig ein feinkörniges Gemisch aus Ton und Siliciumcarbid als Mörtel verwendet. Dieser befindet sich sowohl in den Fugen zwischen den Steinen als auch hinter dem Mauerwerk zwischen plattiertem Innenmantel und den Steinen. Aufgrund der Wandtemperaturen im Festbettdruckvergaser ist die Ausbildung einer stabilen keramischen Bindung im Mörtel nicht gegeben. Außerdem haftet der Mörtel nicht am Innenmantel des Festbettdruckvergasers. Beim Anfahren des Festbettdruckvergasers entweicht durch die Temperatureinwirkungen das im Mörtel enthaltene Wasser und führt zu einer Porositätserhöhung.

Durch diese Vorgänge wird der Diffusionswiderstand des Mörtels verringert. Die erleichterte Diffusion bewirkt, daß Schadstoffe auch hinter die Auskleidungsmaterialien dringen und in Verbindung mit Taupunktunterschreitungen am wassergekühlten Innenmantel zu starken Korrosionserscheinungen führen. Die Korrosionsprodukte wirken stark wärmedämmend und verursachen ein Ansteigen der Temperatur im Mauerwerk trotz Kühlung des Innenmantels mit Wassur. Diese Temperaturerhöhungen führen u. a. mit zu den Vercchleißerscheinungen des SiC-Feuerfestmaterials einschließlich des Mörtels und äußern sich in einem SiC-Abbau. Die Wärmeleitfähigkeit des Mauerwerks ist bekannterweise vom Si-C-Gehalt abhängig. Sie verringert sich mit sinkendem SiC-Gehalt. Durch die verzögerte Wärmeabfuhr und die dadurch bedingte erhöhte Mauerwerkstemperatur treten Ascheschmelzerscheinungen auf, die schließlich zu Schlackewandbildungen und damit zur Außerbetriebnahme des Festbettdruckvergasers führen.

Der SiC-Mörtel weist keine feste Bindung sowohl als Fugen- wie auch als Hinterfütterungsmörtel zwischen Innenmantel und SiC-Mauerwerk auf. Neben der fehlenden Festigkeit ist der verwendete tongebundene SiC-Mörtel weniger als der SiC-Stein gegen Oxydation geschützt. Die Festigkeit des Mörtels wird durch die Volumenvergrößerung bei der Oxydation des SiC zu SiO₂ im Festbettdruckvergaser weiter vermindert und die Wärmeleitfähigkeit herabgesetzt. Die Asche der Kohle reagiert außerdem sowohl mit den silikatischen Bestandteilen (Ton) des Mörtels als auch mit dem aus SiC-gebildeten freien SO₂. Diese Reaktion wird durch die verringerte Wärmeleitfähigkeit begünstigt.

Im DD-WP 227975 wurde vorgeschlagen, anstelle /on Mörtel '.Värmeleitkitt als Binder für die Zustellung der Festbettdruckvergaser zu verwenden. Der Einsatz zeigte, daß aufgrund der hohen Porosität des Wärmeleitkitts starke Schäden am metallischen Innenmantel auftraten. Das Ergebnis führte dazu, daß auf einen weiteren Einsatz von Wärmeleitkitt verzichtet wird.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, durch einen geeigneten Mörtel Anbackungen von Schlacke an der Innenwand des Festbettdruckvergasers zu verhindern und dadurch eine Verbesserung der Ökonomie der Festbettdruckvergasung durch

- Erhöhung der Verfügbarkeit der Festbettdruckvergaser

- Verringerung des Bedarfs von Prozeßdampf

- Senkung des Instandhaltungsaufwandes zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der Resistenz gegen Schlackeangriff sowie der Festigkeit und der Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials zwischen Feuerfestauskleidung und metallischem Innenmantel von Festbettdruckvergasern.

Erfindungsgemäß wird zur Verbindung von Feuerfestauskleidung und Innenmantei des Festbettdruckvergasers ein Mörtel aus 70 bis 90% Siliciumcarbid, Kornfraktion < 0,5 mm und einem reduzierten Anteil an feuerfestem Bindeton und/oder -kaolin (5-15%) und 5-20% Tonerde aufgemahlen < 0,04mm, verwendet, wobei die Tonerde einen Gehalt an 0-AI₂O₃ zwischen 85 und 95% aufweist.

Diesem Mörtelgemisch wird vor der Verarbeitung Kieselsol mit ca. 30% amorphen SiO₂ zugegeben. Das Kieselsol bildet nach dem Trocknen in Verbindung mit der Tonerde eine Art zeolithische Bindung aus, wodurch eine feste Bindung zwischen dem Feuerfestmaterial und außerdem ein gutes Haftvermögen am Innenmantel des Festbettdruckvergasers bewirkt wird. Diese erfindungsgemäß eingesetzte Tonerde ist durch den noch enthaltenen Anteil an Übergangstonerden und die hohe Feinheit so aktiv, daß mit dem amorphen SiO₂ des Kieselsols schon ab 78O⁰C Mullit (3AI₂O₃ 2SiO₂) gebildet wird. Zum anderen ist der a-AI₂O3-Anteil so hoch, daß die Festigkeit des Mörtels nicht durch Schwindungsvorgänge der Tonerde herabgesetzt wird. Die sich ausbildende Mullitmatrix verleiht dem Mörtel eine hohe Festigkeit und schützt das Siliciumcarbid weitestgehond vor der Umwandlung zu Siliciumoxid. Da die Tonerde im Überschuß ist, wird der geringe Anteil des dennoch gebildeten SiO₂ sofort zu Mullit umgesetzt. Die Spfcrialtonerde ist durch den definierten 0.-AI₂O₃-Anteil (85-95%) und einem günstigen Kristallzustand, der in der zum Erlangen dieses a-AI₂O₃-Gehaltes notwendigen Calcinationsführung begründet ist, mit in der Keramikindustrie üblichen Aggregaten wie Trommel- oder Rohrmühlen sehr fein aufmahlbar (Halbwertskorngröße um 2,5pm). Durch die Festigkeit des Mörtels, die feste Haftung an dem wassergekühlten Innenmantei des Festbettdruckvergasers und durch den Oxidationsschutz des Siliciumcarbids ist eine gute Abführung der Wärme aus dem Feuerfestmaterial und damit eine niedrige Temperatur an der Innenseite des Feuerfestmaterials gewährleistet. Dadurch kann dia Reaktionstemperatur des Prozesses erhöht werden, indem das Dampf/Sauerstoff-Verhäitnis mit bekannten Vorteilen abgesenkt wird, ohne daß Schlackeansätze an der Ausmauerung entstehen. Außerdem ist der Mörtel selbst kaum Reaktionspartner für die Asche, da er nur wenig Ton oder Kaolin und kein aus SiC gebildetes freies SiO₂ enthalt. Der Zutritt korrosiver Gase an den Innenmantel des Festbettdruckvergasers wird zudem verhindert. Dadurch wird die -erosion des Innenmantels des FDV hinter der Feuerfestauskleidung vermindert und die Stabilität erhöht.

Ausführungsbeispiel 1 Ein Festbettdruckvergaser wird mit ton- oder mullitgebundenen SiC-Steinen zugestellt, wobei als Mörtel ein feinkörniges Gemisch aus

85,0% Siliciumcarbid, Kornfraktion < 0,5mm 10,0% feuerfestem Bindekaolin 5,0% feingemahlener Tonerde (a-AI₂O₃-Gehalt 8595%), Halbwertskorngröße um 2,5pm

verwendet wird. Der Mörtel wird vor der Verarbeitung mit 5% Kieselsol mit 30% SiO₂-Anteil versetzt und die gewünschte Mörtelkonsistenz mit Wasser eingestellt. Das Verlegen der SiC-Steine erfolgt danach in der üblichen Weise. Der Mörtel hat im Mauerwerk eine hohe Festigkeit und am Innenmantel eine gute Haftung. Das SiO₂ des Mörtels ist durch die Mullitbindematrix vor Oxidation geschützt. Dadurch wird eine gute Wärmeabführung aus dem Mauerwerk gewährleistet. Durch den geringen Tonanteil des Mörtels, die Verhinderung der Bildung von freiem SiO₂ aus dem SiC und die geringeren Temperaturen des Innenmantels wird die Reaktion der ± geschmolzenen Asche mit dem Feuerfestmaterial stark behindert und die Standfestigkeit der Feuerfestauskleidung verlängert. Der Vergasungsprozeß kann ohne das Entstehen von Schlackeansätzen bei einem Dampf/Sauerstoff-Verhältnis von 6,5 kg/m³ i.N. durchgeführt werden.

Ausführungsbeispiel 2 Ein Festbettdruckvergaser wird mit ton· oder mullitgebundenen SiC-Steinen zugestellt, woboi der Mörtel im trockenen Zustand

folgende Zusammensetzung hat:

75% Siliciumcarbid, Kornfraktion <0,5mm 5% feuerfester Bindeton 20% feingemahlene Tonerde, Halbwertskorngröße 2,5μπι (a-AI₂O₃-Gehalt 85-95%).

Der Mörtel wird vor der Verarbeitung mit 30% Kieselsol, das einen SiO₂-Anteil von ca. 30% hat, versetzt, wodurch die nötige Konsistenz des Mörtels erreicht wird. Die Vermörtelung der Steine erfolgt in der üblichen Weise. Die im Ausführungsbeispiel 1 geschilderten positiven Auswirkungen dieser Zustellungsart werden durch den höheren Anteil an Kieselsol und Tonerde sowie den Wegfall des Bindetons noch übertroffen. Der Vergasungsprozeß kann ohne das Entstehen von SchlackeansäUen bei einem Dampf/Sauerstoff-Verhältnis < 6,5 kg/m³ i.N. durchgeführt werden.

Claims (1)

1. Siliciumcarbid-Mörtel für die Feuerfestzustellung auf der Basis von feinkörnigem Siliciumcarbid mit einem Anteil von 70-90%, 5-15% feuerfestem Bindeton und/oder -kaolin, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich
   5-20% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95%, die durch in der Keramikindustrie übliche Aggregate auf hohe Feinheiten (Halbwertskorngröße um 2,5 μητι) äufgemahlen ist

   und

   5-30% Kieselsol mit einem Gehalt von ca. 30% amorphem SiO₂ enthalten sind.