-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
und Kühlung von Gasen, wie sie bei der Vergasung von festen
brennbaren Materialien durch Erhitzen mit einem sauerstoff- und wasserdampfhaltigen
Vergasungsmittel unter Druck entstehen.
-
Beim
Erhitzen von festen staubförmigen oder feinkörnigen
Brennstoffen mit einem sauerstoff- oder wasserdampfhaltigen Vergasungsmittel
oder Reaktionsgas erhält man ein gasförmiges Vergasungsprodukt,
das je nach Ausgangsstoff im wesentlichen Synthesegascharakter besitzt
und flüssige Bestandteile wie Asche und Schlacke enthält.
Diese Feststoffvergasung wird im Wesentlichen als Flammenreaktion
durchgeführt. Als Brennstoff wird häufig Kohle
eingesetzt, mögliche Brennstoffe können aber auch
Petrolkoks oder biologische Brennmaterialien sein. Der eingesetzte
Brennstoff wird weitgehend umgesetzt und man erhält feste
Begleitstoffe wie Schlacke oder Flugasche, die nur einen geringen
Anteil an unvergastem Kohlenstoff enthalten. Das erhaltene Nutzgas
kann gereinigt werden und für verschiedene Zwecke weiterverwendet
werden. Das erhaltene Nutzgas findet insbesondere Anwendung in synthetischen
Prozessen.
-
Die
eigentliche Vergasungsreaktion findet bei Temperaturen statt, die
oberhalb des Erstarrungspunktes der Asche liegen. Typische Reaktionsführungen
der genannten Prozesse liegen bei Temperaturen von 1200 bis 2500°C
und Drücken von 0,3 bis 7,0 MPa. An der Reaktorwand wird
Schlacke abgeschieden, die entlang der Wand abwärts fließt.
Ein Teil der feinkörnigen Asche verlässt den Reaktor
mit dem Nutzgas.
-
Der
Reaktionsraum ist meist zylinderförmig gestaltet und besitzt
sowohl Einrichtungen zum Zuführen des Brennstoffes als
auch des Reaktionsgases. Der zylinderförmige Brennraum
befindet sich häufig in einem druckdichten Mantelgefäß,
in dem es durch Einrichtungen zur Aufhängung oder Lagerung installiert
ist. Das Mantelgefäß nimmt auch die Konstruktion
des sogenannten Misch- oder Quenchrohres auf, das sich an den Vergasungsreaktor
anschließt und das mit Heiz- oder Kühleinrichtungen versehen
sein kann.
-
Fast
alle Vergasungsprozesse der genannten Art haben gemeinsam, dass
das gasförmige Vergasungsprodukt nach Durchführung
der Vergasung in ein Misch- oder Quenchrohr geführt wird,
in dem es mit einem Fremdgas oder einer Flüssigkeit vermischt wird
und dadurch seine hohe innere Energie dissipativ abgeben kann. Dieser
Prozess wird auch als Quenchen bezeichnet. Im Verlaufe dieses Prozesses wird
das gasförmige Vergasungsprodukt auf niedrigere Temperaturen
heruntergekühlt, wobei die als feinverteilte Schmelze mitgeführten
Bestandteile teilweise ausfallen und vom Nutzgas abgetrennt werden können.
Die Abführung des Vergasungsproduktes aus dem Reaktor durch
das Quenchrohr kann aus diesem herausführend sowohl in
aufwärts gerichteter als auch in abwärts gerichteter
Strömung erfolgen.
-
Bei
einer aufwärts gerichteten Strömung gestaltet
sich die Trennung der mitgeführten flüssigen Bestandteile
vom Reaktionsgas relativ einfach. Das ausströmende Gas,
das nur feine Schlackepartikel enthält, wird nach Austritt
aus dem Reaktor mit dem Quenchgas vermischt, so dass die Schlackepartikel erstarren
und in den nachgeschalteten Apparaten vom Gas abgetrennt werden
können.
-
DE911313 beschreibt eine
Einrichtung zur Vergasung fester Brennstoffe, in der die eigentliche Vergasungsreaktion
in einem speziell geformten kugel- oder birnenförmigen
Reaktor durchgeführt wird, der in ein System von feuerfestem
Mauerwerk eingelassen ist. Das Vergasungsmittel wird durch seitlich angeordnete
Düsen eingedüst und der Brennstoff mittels einer
Förderschnecke in den Reaktor befördert. Das erzeugte
Nutzgas wird vertikal nach oben durch ein Rohr abgeführt,
das mit einem Kühlmantel und mit Zuführungseinrichtungen
für ein Kühl- oder Quenchgas versehen ist. Ein
Teil der Schlacke fließt durch eine auf der unteren Seite
des Reaktors angeordnete Öffnung ab.
-
EP400740 A1 beschreibt
einen Vergasungsreaktor mit einem speziellen Längen-/Durchmesser-Verhältnis,
der mit Brennern aus einem tangentialen Winkel befeuert wird. Mit
dieser Anordnung lässt sich eine Verringerung der Flugaschemenge
erreichen. Auf der oberen Seite des Reaktors befindet sich ein Rohr
zur vertikalen, aufwärts gerichteten Abführung
des Nutzgases. Auf der unteren Seite befindet sich ein Auslass für
flüssige Vergasungsprodukte, die insbesondere in Form von
geschmolzener Schlacke anfallen.
-
US5441547 beschreibt eine
Einrichtung zur Vergasung fester Brennstoffe, in der die eigentliche Vergasungsreaktion
in einem zylinderförmigen Reaktor durchgeführt
wird. Der Reaktor ist durch Aufnahmevorrichtungen in einem speziellen
Mantelgefäß verankert. Die Konstruktion dieses
Mantelgefäßes begrenzt die erfindungsgemäße
Vorrichtung in der Regel auch nach außen. Das Nutzgas wird über
einen Auslass nach oben in vertikal aufwärts gerichteter
Strömung durch ein Rohr geführt, das direkt über dem
Auslass mit Zuführungseinrichtungen für ein Quench-
oder Kühlgas versehen ist.
-
Alle
Reaktoren mit einem aufwärts gerichteten Gasstrom zur Abführung
des Nutzgases besitzen den Nachteil, dass Konstruktionen mit einer
großen Höhe errichtet werden müssen,
weil die Weglänge für die Vermischung mit Quenchmittel
und die Erstarrung der Schlacke relativ groß ist. Die Umlenkung
findet stets nach dem Quenchprozess statt, damit keine Ablagerungen
durch klebrige Aschepartikel entstehen. Das so erhaltene Rohgas
wird durch geeignete Wärmetauscheinrichtungen, Filter oder
Wäscher weiterbehandelt.
-
Bei
einer abwärts gerichteten Strömung zur Abführung
des Nutzgases aus dem Reaktor wird das gasförmige Vergasungsprodukt
durch ein unten am Reaktor konstruiertes Quenchrohr vertikal aus
dem Vergaser abgeführt. Bei dieser Vorgehensweise fällt die
beim Quenchen anfallende Schlacke durch Einwirkung der Schwerkraft
abwärts in ein Schlackebad. Das abgekühlte Gas
kann durch geeignete Führungs- oder Umlenkeinrichtungen
vor dem Schlackebad umgelenkt werden, wo das so erhaltene Rohgas durch
geeignete Wärmetauscheinrichtungen oder Wäscher
weiterbehandelt werden kann.
-
DE4001739 A1 beschreibt
eine Einrichtung zur Vergasung fester Brennstoffe, die die Vergasungsprodukte
aus dem Reaktor in vertikal nach unten führender Strömung
abführt. Über konzentrisch angeordnete Düsen
wird der heiße, staubbeladene Gasstrom nach Verlassen des
Reaktors im Wesentlichen radial mit Wasser besprüht, so
dass feste Vergasungsprodukte gebunden werden und der Gasstrom gleichzeitig
gekühlt wird. Das Gas wird dann in einem breiten Mischzylinder
von groben festen Bestandteilen befreit und über Leitbleche
zur Weiterbehandlung geleitet. Die groben festen Bestandteile werden
mit einer schleusenden Vorrichtung aus dem System ausgeschleust.
-
US4494963 beschreibt eine
Einrichtung zur Vergasung fester Brennstoffe, die die Vergasungsprodukte
aus dem Reaktor in vertikal nach unten führender Strömung
in aufeinanderfolgenden Kontaktzonen quencht, durch Wärmeaustausch
mit einer Kühlflüssigkeit herunterkühlt
und gleichzeitig von mitgeführten groben Feststoffen befreit.
Das Rohr zur Führung des Quench- und Nutzgases mündet über eine
Tauchglocke in ein Reservoir einer Kühlflüssigkeit,
in der das gequenchte Gas von Feststoffen befreit und heruntergekühlt
wird.
-
Alle
Reaktoren mit einem abwärts gerichteten Gasstrom zur Abführung
des Nutzgases besitzen den Nachteil, dass die Schlacke bei dieser
Reaktionsführung den Rohrleitungsweg vom Reaktor zu nachgeschalteten
Apparaten leicht zusetzen oder verstopfen kann, da das Gas auch
gröbere Schlackepartikel enthält, die nur langsam
erstarren und mit klebriger Oberfläche durch Turbulenzen
und Umlenkungen an die Wände gelangen. Häufig
werden breite Mischräume und Rohrleitungen oder hohe Konstruktionen
erforderlich, um betriebsfremde Ablagerungen zu vermeiden. Die bekannten
Vergasungsanlagen mit Gasaustritt abwärts sind ähnlich
hoch wie Vergasungsanlagen mit Austritt aufwärts, da die
Zonen Vergasung, Quenchbereich und Schlackeausschleusung in beiden
Varianten ähnlich hoch sind und nur die Reihenfolge, in
der sie übereinander zusammengebaut werden, anders ist.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung
zu finden, in der das gasförmige Produkt eines Vergasungsprozesses
mit einem Quenchgas auf niedrigere Temperaturen gebracht wird. Die
festen abgeschiedenen Reaktionsprodukte sollen leicht aus dem Prozess
ausschleusbar sein und nicht zur Reaktionsführung wichtige Leitwege
durch Ablagerung oder Verkrustung zusetzen. Die Konstruktion soll
relativ einfach sein und trotzdem eine optimierte Reinigung und
Kühlung des Nutzgases gewährleisten. Die Vorrichtung
soll weiterhin zur Vereinfachung des Aufbaus eine im Vergleich zu
herkömmlichen Apparaten niedrige Aufbauhöhe besitzen.
-
Die
vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung
zur Kohlevergasung, in der die Vermischung des gas- und staubförmigen
Vergasungsproduktes mit Quenchgas in einer vertikal aus dem Reaktor
nach unten führenden Rohrleitung in einer im wesentlichen
abwärts gerichteten Strömung ausgeführt
wird. Ein wesentlicher Teil der Schlacke wird durch eine spezielle
Gestaltung des Reaktors bereits an den Seitenwänden des
Reaktors abgeschieden. Der Reaktor wird bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit separaten Seitenöffnungen zur Abführung
der Schlacke versehen, über die die bereits im Reaktor
abgeschiedenen Feststoffe diesen verlassen, um in einer mit Wasser
gefüllten Vorrichtung abgekühlt und danach ausgeschleust
werden zu können. Um den Druckbehälter vor den
hohen Temperaturen der Schlacke zu schützen, ist der Gasraum unter
dieser Öffnung von einer Abschirmung umgeben, die mehrschichtig
sein kann und als gekühlte Membranwand ausgeführt
werden kann. Das Nutzgas wird über eine zweite Austrittsöffnung
separat in ein Abführungsrohr zur Vermischung mit Quenchgas geleitet.
-
Die
Austrittsöffnung für das Nutzgas ist in einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Reaktorinnenseite
vorteilhaft mit einer kragenförmigen oder trichterförmigen
Ausbuchtung ausgestattet, um ein Abfließen der flüssigen
Schlacke in das Gasaustrittsrohr zu verhindern. Um die Bildung einer
festen Schlackeschicht in der Ausbuchtung zu verhindern, kann die
genannte Ausbuchtung an ihrem unteren Teil keramisch ausgekleidet
oder bestiftet und mit einer keramischen Stampfmasse bedeckt sein.
Hinter dem Eintritt des Nutzgases in das Mischrohr befindet sich
eine Einrichtung zur Zuführung des Quenchmediums. Durch
die separate Abführung von flüssigen Vergasungsprodukten
und Nutzgas ist die Menge der Schlackepartikel im aus dem Reaktor
ausströmenden Gas erheblich geringer. Die Kühlung
und Entstaubung des Gases ist einfacher und die Verschmutzungsneigung
des Mischrohres wird stark verringert.
-
In
einer Ausführung der Erfindung mündet die Austrittsöffnung
zur Abführung der flüssigen Schlacke in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in eine Vorrichtung, die mit Wasser gefüllt
ist und in der die Schlacke abkühlen kann. Über
eine geeignete Schleusenvorrichtung kann die Schlacke entspannt und
aus der mit Wasser gefüllten Vorrichtung und damit aus
dem Prozess ausgeschleust werden. Optional befindet sich über
der Abführungseinrichtung für Schlacke ein zusätzlicher
Gasbrenner zum Verflüssigen sich verfestigender Schlacke.
-
Beansprucht
wird insbesondere ein Verfahren zur Vergasung von festen staubförmigen
oder feinkörnigen Brennstoffen unter Druck, das sich dadurch
auszeichnet, dass
- • die für
die Vergasung eingesetzten Brennstoffe bei einer Temperatur von
1200°C bis 2500°C und einem Druck von 0,3 bis
7,0 MPa mit einem sauerstoff- oder wasserdampfhaltigen Material
in einem gekühlten Vergasungsreaktor vergast werden, und
- • die erhaltenen gasförmigen Vergasungsprodukte
durch eine separate Sammeleinrichtung und Öffnung und die
erhaltenen flüssigen und festen Vergasungsprodukte durch
eine separate Sammeleinrichtung und Öffnung aus dem Vergaser abgeführt
werden, und
- • die erhaltenen flüssigen Vergasungsprodukte
in eine Wasser enthaltende Vorrichtung überführt werden
und dann durch eine druckentlastende Vorrichtung ausgetragen werden
können, und
- • die erhaltenen gasförmigen Vergasungsprodukte
aus dem Reaktor in im Wesentlichen in vertikal abwärts
gerichteter Strömung geführt werden, und
- • die gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem Reaktor
in ein Misch- oder Quenchrohr gelangen, wo sie zur Abgabe ihrer
hohen inneren Energie mit einem Fremdmedium gemischt und dadurch heruntergekühlt
werden.
-
In
einer Ausführung der Erfindung wird als Brennstoff Kohle
in feinkörniger oder staubförmiger Konsistenz
eingesetzt. Die Brennstoffpartikel haben vorzugsweise einen Durchmesser
unter 0,5 mm.
-
In
einer weiteren Ausführung der Erfindung werden als Brennstoffe
biologische Materialien in feinkörniger oder staubförmiger
Konsistenz eingesetzt. Die Brennstoffpartikel haben vorzugsweise
einen Durchmesser unter 0,5 mm.
-
In
einer weiteren Ausführung der Erfindung werden als Brennstoffe
organische Materialien wie z. B. Kunststoffe oder Petrolkoks in
feinkörniger oder kleinteiliger Form eingesetzt. Die Brennstoffpartikel haben
vorzugsweise einen Durchmesser unter 0,5 mm.
-
Beansprucht
wird außerdem eine Vorrichtung, die sich zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet und dadurch
gekennzeichnet ist, dass
- • die Vorrichtung
ein zylinderförmiges oder ellipsoides Reaktorgefäß umfasst,
und
- • das Reaktorgefäß zur Abführung
der flüssigen und festen Vergasungsprodukte eine separate Sammeleinrichtung
und Öffnung besitzt, und
- • sich an diese Öffnung ein Raum zur Abführung anschließt,
durch das die flüssigen und festen Vergasungsprodukte abgeführt
werden können,
- • sich unter dem Raum zur Abführung der flüssigen
und festen Vergasungsprodukte eine Vorrichtung befindet, in die
Wasser eingefüllt werden kann oder die sich zur Aufnahme
einer weiteren Vorrichtung eignet, in die Wasser eingefüllt
werden kann, so dass die flüssigen und festen Vergasungsprodukte
in diese Wasser enthaltende Vorrichtung gelangen können,
und
- • sich unter der Wasser enthaltenden Vorrichtung für
die flüssigen und verfestigten Vergasungsprodukte eine
Vorrichtung zum Ausschleusen dieser Produkte befindet, und
- • der Vergasungsbrennstoff und das Reaktionsgas entweder
durch mindestens zwei seitlich am Reaktor befindliche Brenner oder
durch einen Brenner an der Decke zugeführt werden, und
- • die Brenneröffnungen der seitlichen Brenner waagrecht
in den Brennraum oder aufwärts mit einem Winkel von 0° bis
45° oder sekantial mit einem Winkel von 0° bis
10° in den Brennraum gerichtet sind, und
- • das Reaktorgefäß zur Abführung
der gasförmigen Vergasungsprodukte eine separate Öffnung und
Sammeleinrichtung besitzt, an die sich ein in vertikaler Richtung
im Wesentlichen abwärts führender Quenchraum anschließt,
und
- • an dem Quenchraum Zuführungseinrichtungen für
Fremdmedien montiert sind und der Quenchraum durch besondere Einrichtungen
von außen gekühlt werden kann, und
- • das Reaktorgefäß von einem druckdichten
Mantelgefäß umschlossen ist, durch das die gesamte Konstruktion
begrenzt wird.
-
Das
eigentliche Reaktionsgefäß ist in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bevorzugt zylinderförmig gestaltet, kann aber
zur besseren Konstruktionsausführung eine ellipsoide Form
besitzen. Ein Reaktor für das erfindungsgemäße
Verfahren besitzt in der Regel mindestens zwei Brenner, obwohl auch
eine Fahrweise mit einem Brenner möglich ist. Die Brenner
beheizen den Reaktor durch Zuführung von Reaktionsgas und
gemahlenem Brennstoff und können seitlich installiert sein
oder auch an der Decke des Reaktors. Bei einer seitlichen Installation
ist es vorteilhaft, den Brenner über eigens hierfür
vorgesehene Aufhängungen am druckdichten Mantelgefäß zu stützen.
Bei einer seitlichen Installation kann der Brenner sowohl waagrecht
in den Brennraum gerichtet sein als auch aufwärts mit einem
Winkel von 0° bis 45° oder sekantial mit einem
Winkel von 0° bis 10°.
-
Zur
Verbesserung der Vergasungsreaktion und der Befeuerungsführung
können die Reaktionspartner und insbesondere das Brenngas
mit einem Drall versehen werden. Hierzu eignen sich bei an der Decke
befindlichen Brennern kleine Leitbleche am Brennerausgang oder spezielle
Brennerformen.
-
Je
nach Ausführungsart kann der Brennstoff auf verschiedene
Art in den Reaktor eingeführt werden. So kann der feste
Brennstoff in Staubform über ein separates Zuführungsrohr über
den Brenner in den Reaktor geführt werden. Es ist jedoch
auch möglich, den Brennstoff über eine am Deckel
angebrachte separate Öffnung in den Reaktor einzutragen.
Besonders vorteilhaft befindet sich dazu vor der Öffnung eine
geeignete Fördereinrichtung, die den Brennstoff über
die Öffnung in den Reaktor drückt. Zu einer solchen
Förderung kann man beispielsweise eine Förderschnecke
benutzen. Diese Zuführungsart eignet sich besonders für
Stoffe, die sich schlecht in Staubform in den Reaktor bringen lassen.
Als Beispiel seien hier Kunststoffe oder organische Schadstoffe
genannt.
-
In
einer Ausführung der Erfindung wird der Reaktor an der
Innenwand gekühlt. Die Innenwände des Reaktorgefäßes
sind in der Regel mit Metallstiften und keramischer Masse bedeckt.
Die Innenwände des Reaktors können auch mit Siedewasser
berieselt werden. Die Zuführung des Brennmaterials erfolgt
bevorzugt in feinteiliger oder staubförmiger Konsistenz.
Das sauerstoff- oder wasserdampfhaltige Reaktionsgas wird über
Brenner zugeführt, die an den Seiten oder am Deckel des
Reaktionsgefäßes montiert werden. Als Reaktionsgas
kann auch reiner Sauerstoff verwendet werden. Die Vergasungsreaktion
wird gewöhnlich in einer Staubwolke durchgeführt.
-
In
einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die im Nutzgas
enthaltene Schlacke nach dem Austritt aus dem Vergaser durch den
Quenchprozess abgekühlt und dadurch verfestigt. Als Quenchgase können
verschiedene Gase eingesetzt werden, bevorzugt als Quenchgas werden
insbesondere gekühltes Nutzgas, Wasserdampf, Stickstoff
oder ein Edelgas oder ein Gemisch dieser Gase. Auch ein flüssiges
Quenchmittel, z. B. aus dem Prozess zurückgeführtes
Wasser, kann eingesetzt werden. Die Länge des Quenchrohres
richtet sich in der Regel nach der Größe des Reaktors.
Als Richtlinie gilt, dass die Entfernung der obersten Stelle der
Einspeisung des Quenchmediums im Rohr vom Reaktorboden kleiner als
10 Reaktordurchmesser sein soll.
-
Trifft
das heiße Nutzgas auf das Quenchmedium, so erfährt
dieses durch den Prozess der dissipativen Energieabgabe einen starken
Wärmeverlust. Dies ist mit einem Verfestigen mitgeführter
flüssiger Vergasungsprodukte verbunden. Zur besseren Intensivierung
der Vermischung kann das Quenchrohr in seinem Verlauf mit einem
oder mehreren trichterförmigen Einschnürungen
versehen sein, durch die sich der Durchmesser des Mischrohres verringert.
Es ist auch möglich, das Quenchrohr zu diesem Zweck von innen
mit Vorrichtungen zu versehen, durch die der Gasstrom trichterförmig
gebündelt wird. Dies können beispielsweise eine
ringförmige Metallschürze oder eine ringförmige
Keramikblende sein. Dadurch wird die Vermischung mit dem Quenchmedium
und das Verfestigen mitgeführter flüssiger Vergasungsprodukte
erleichtert. Um die Wände des Quenchraums vor flüssigen
Partikeln zu schützen, kann die Eindüsung des
Quenchmediums entlang des Quenchraumes in mehreren Ebenen erfolgen.
-
Zur
weiteren Kühlung des Nutzgases kann in den Gasstrom ein
flüssiges Kühlungsmedium eingesprüht
werden. Oberhalb der trichterförmigen Einschnürung
wird das Kühlungsmedium vorteilhaft als Flachstrahl parallel
zu der Trichteroberfläche eingedüst. Unterhalb
der trichterförmigen Einschnürung ist es vorteilhaft,
das flüssige Kühlungsmedium als Spray parallel
zum Nutzgasstrom einzusprühen. Die Eindüsung des
Kühlungsmediums kann entlang des Quenchraumes ebenfalls
in mehreren Ebenen erfolgen.
-
In
einer Ausführung der Erfindung befindet sich unter dem
Mischrohr eine Vorrichtung, die Wasser enthält oder zur
Aufnahme einer Vorrichtung geeignet ist, die Wasser enthält,
in das ein Teil der bei dem Quenchprozess verfestigten festen Be standteile des
Nutzgases durch Einwirkung der Schwerkraft und Trägheit überführt
werden kann. Die in der mit Wasser gefüllten Vorrichtung
anfallenden festen Bestandteile oder das feststoffbeladene Wasser
können gegebenenfalls mit Pumpen aus dem Prozess ausgeschleust
werden.
-
In
einer weiteren Ausführung befindet sich zur Abführung
des gereinigten Nutzgases über der mit Wasser gefüllten
Vorrichtung ein Austrittsrohr, das das Nutzgas umlenkt und weiterführt.
Dieses Gas enthält dann nur noch Feststoffpartikel von
geringer Korngröße. Die Umlenkung des Gasstroms
zur Weiterführung erfolgt vom Quenchraum ausgehend mit
einem oder mit mehreren Rohren bevorzugt in einem Winkel von über
90°. Es ist auch möglich, den Winkel zur Umlenkung
des Rohrs für das Nutzgas kleiner zu gestalten. In diesem
Fall ist jedoch der Feststoffanteil an dem weitergeführten
Gas leicht erhöht. Der Quenchraum kann zur Entfernung von
gröberen Feststoffanteilen insbesondere vor Einmündung
in der mit Wasser gefüllten Vorrichtung mit einer Sichtereinrichtung
versehen sein. Durch die Installation von solchen Einrichtungen,
wobei hier beispielhaft ein Strahlumlenksichter genannt ist, lässt
sich gröberes Schlacke- oder Aschematerial aus dem Quenchraum
ausführen.
-
In
einer weiteren Ausführung der Erfindung mündet
das Austrittsrohr nach der Umlenkung in ein System zur weiteren
Abkühlung und Reinigung des Nutzgases. Zur Befreiung des
Nutzgases von Verunreinigungen kann das Umlenkungsrohr in oder in
unmittelbarer Umgebung der Umlenkungsstelle mit einer Vorrichtung
zur Entfernung von Flüssigkeitstropfen versehen sein. Beispiele
hierfür sind Tropfenabscheider oder Gitterböden.
-
Die
weitere Abkühlung und Reinigung des Nutzgases nach der
Ausführung aus dem System erfolgt vorzugsweise durch Vermischung
mit Wasser. Die direkte Kühlung des Gases mit Wasser bewirkt gleichzeitig
eine Teilverdampfung von Wasser, wodurch der Wasserdampfgehalt im
gekühlten Vergasungsprodukt erhöht wird. Die Vorgehensweise
umfasst häufig den Einsatz von Wäschern, bei denen das
zu kühlende Gas insbesondere im Gegenstrom mit Wasser bedüst
oder berieselt werden kann. Dadurch wird die Temperatur des Gases
zurückgeführt und das Gas gleichzeitig von festen
Verunreinigungen und flüssigen oder gasförmigen
wasserlöslichen Substanzen befreit.
-
Der
aus dem System ausgeleitete Gasstrom kann nach der Reinigung und
Kühlung einer katalytischen Konvertierung von oxidierbaren
toxischen Gasen (COS, CO, HCN) und/oder einer Sorption von sauren
oder basischen korrosiven Gasen (HCl, NH3, H2S) unterzogen werden. Zur Verbesserung der
Energieausbeute des Prozesses kann vom Vergasungsgasstrom nach dem
Austritt aus dem Vergaser wenigstens ein Teilstrom einem Wärmetauscher
zugeführt werden. Die Durchführung durch den Wärmetauscher
kann an einer beliebigen Stelle nach dem Austritt aus dem Vergaser
durchgeführt werden. Bevorzugt wird dieser Prozess nach
der Durchführung des Quenchprozesses ausgeführt,
um den Vorgang des Wärmetausches nicht durch mitgeführte
Schlacke zu behindern.
-
Optional
kann dem Prozess beim Anfahren ein Gas, wie Wasserdampf oder CO2 zugeführt werden. Dadurch ist
es je nach Prozessführung möglich, die Ausbeute
an erwünschten Nutzgas zur erhöhen oder die Reaktionsführung
der Vergasungsreaktion zu erleichtern.
-
Zur
Ermöglichung einer regelmäßigen Inspektion
und zur Erleichterung der Instandhaltung des Reaktorsystems ist
insbesondere der Ringraum zwischen dem Reaktorgefäß und
der druckdichten Mantelkonstruktion begehbar. Hierzu befinden sich
in den oberen Böden des Druckbehälters und in
der Seitenwand des Druckbehälters unterhalb des Vergaserbodens
Mannlöcher. Auch das Reaktionsgefäß kann
zur Ermöglichung einer Begehung Mannlöcher enthalten.
-
Die
beschriebene erfindungsgemäße Konstruktion weist
den Vorzug einer einfachen Abtrennung von festen und gasförmigen
Reaktionsprodukten eines Vergasungsprozesses auf. Dadurch ist die Konstruktion,
insbesondere im Vergleich mit Konstruktionen im Stand der Technik,
preiswerter herzustellen und effizienter in der Reinigung des herzustellenden
Nutzgases. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist
insbesondere deutlich niedrigere Aufbauhöhen im Vergleich
zu herkömmlichen Apparaten auf, die dem Stand der Technik
entsprechen.
-
Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung
zur Vergasung fester Brennstoffe wird anhand von drei Zeichnungen
genauer erläutert, wobei das erfindungsgemäße
Verfahren nicht auf diese Ausführungsform beschränkt
ist.
-
1 zeigt
beispielhaft eine erfindungsgemäße Ausführungsart
eines Vergasungsreaktors. Die eigentliche Vergasung findet im Reaktionsraum 1 bei Temperaturen
von 1200 bis 2500°C und einem Druck von 0,3 bis 7,0 MPa
statt. Der Reaktionsraum oder Reaktor selbst wird durch die Vergaserinnenwand 2 abgeschlossen.
Die gesamte Reaktorvorrichtung ist in einen Druckbehälter 3 integriert,
der sowohl als Halterungseinrichtung dient als auch die Aufrechterhaltung
des hohen Druckes ermöglicht. Das Reaktionsgas wird über
die Brenner 4 zugeführt. Die Vergasung liefert
flüssige Vergasungsprodukte, die sich an den Seitenwänden 2 des
Reaktors niederschlagen und über die Austrittsöffnung 5 ausfließen
können. Die Austrittsöffnung 5 mündet
in eine mit Wasser gefüllte Vorrichtung 9, durch
die die abgekühlten festen Vergasungsprodukte zu einer
Schleuse 10 gelangen und ausgeschleust werden können.
Die gasförmigen Vergasungsprodukte oder das Nutzgas werden über die
Austrittsöffnung 6 aus dem Reaktor ausgeführt. Diese Öffnung
besitzt in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf der
Reaktorinnenseite 2 eine kragenförmige Ausbuchtung 6a,
so dass die Schlacke nicht in diese Austrittsöffnung 6 gelangen kann.
Auf der Außenseite des Reaktors 2 befindet sich
an der Austrittsöffnung 6 eine Zuführungseinrichtung 7 für
das Quenchgas. Dieses wird mit dem Nutzgas vermischt und gelangt
in das Mischrohr 8. Hier kühlt sich das Nutzgas
ab, so dass mitgeführte Schmelzen und Dämpfe in
den festen Aggregatzustand übergehen und durch die Wirkung
der Schwerkraft und Trägheit teilweise in die mit Wasser
gefüllte Vorrichtung 14 überführt
werden. Vor dieser mit Wasser gefüllten Vorrichtung befindet
sich ein Umlenkungsrohr 12, durch das das Nutzgas zur Weiterbehandlung
geleitet werden kann. Das gequenchte und gereinigte Nutzgas wird über
das Ausführungsrohr 13 abgeführt. Soll
ein mit Umweltschadstoffen kontaminierter Brennstoff im Vergaser
entsorgt werden, so kann der Brennstoff auch über eine
Zuführungseinrichtung 11 zugegeben werden.
-
2 zeigt
beispielhaft eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsart
eines Vergasungsreaktors. Die eigentliche Vergasung findet im Reaktionsraum 1 bei
Temperaturen von 1200 bis 2500°C und einem Druck von 0,3
bis 7,0 MPa bar statt. Der Reaktionsraum oder Reaktor selbst wird
durch die Vergaserinnenwand 2 abgeschlossen. Die gesamte Reaktorvorrichtung
ist in einen Druckbehälter 3 integriert, der sowohl
als Halterungseinrichtung dient als auch die Aufrechterhaltung des
hohen Druckes ermöglicht. Das Reaktionsgas wird über
die Brenner 4 zugeführt. Die Vergasung liefert
flüssige Vergasungsprodukte, die sich an den Seitenwänden 2 des
Reaktors niederschlagen und über die Austrittsöffnung 5 ausfließen
können. Die Austrittsöffnung 5 mündet
in eine mit Wasser gefüllte Vorrichtung 9, wonach
die abgekühlten festen Vergasungsprodukte zu einer Schleuse 10 gelangen
und ausgeschleust werden. Die gasförmigen Vergasungsprodukte
oder das Nutzgas werden über die Austrittsöffnung 6 aus
dem Reaktor ausgeführt. Diese Öffnung besitzt
in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf der Reaktorinnenseite 2 eine
kragenförmige Ausbuchtung 6a, so dass die Schlacke
nicht in diese Austrittsöffnung gelangen kann. Auf der
Außenseite des Reaktors 2 befindet sich an der
Austrittsöffnung 6 eine Zuführungseinrichtung 7 für
das Quenchgas. Dieses wird im Wesentlichen parallel zu der Mischleitung
eingespeist und im Mischrohr 8 mit dem Nutzgas vermischt. Über
den Austragsstutzen 13 wird das Nutzgas einer Weiterverarbeitung
zugeführt. Soll ein mit Umweltschadstoffen kontaminierter
Brennstoff im Vergaser entsorgt werden, so kann der Brennstoff auch über
eine Zuführungseinrichtung 11 zugegeben werden.
-
3 zeigt
beispielhaft eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsart
eines Vergasungsreaktors. Die eigentliche Vergasung findet im Reaktionsraum 1 bei
Temperaturen von 1200 bis 2500°C und einem Druck von 0,3
bis 7,0 MPa bar statt. Der Reaktionsraum oder Reaktor selbst wird
durch die Vergaserinnenwand 2 abgeschlossen. Die gesamte Reaktorvorrichtung
ist in einen Druckbehälter 3 integriert, der sowohl
als Halterungseinrichtung dient als auch die Aufrechterhaltung des
hohen Druckes ermöglicht. Das Reaktionsgas wird über
die Brenner 4 zugeführt. Die Vergasung liefert
flüssige Vergasungsprodukte, die sich an den Seitenwänden
des Reaktors 2 niederschlagen und über die Austrittsöffnung 5 ausfließen
können. Die Austrittsöffnung 5 mündet
in eine mit Wasser gefüllte Vorrichtung 9, wonach
die abgekühlten festen Vergasungsprodukte zu einer Schleuse 10 gelangen
und ausgeschleust werden. Um den Druckbehälter 3 vor
zu hoher Temperatur zu schützen, kann der Gasraum unter
der Öffnung 5 durch eine ein- oder mehrschichtige
Abschirmung 16 umgeben sein. Die gasförmigen Vergasungsprodukte
oder das Nutzgas werden über die Austrittsöffnung 6 aus
dem Reaktor ausgeführt. Diese Öffnung besitzt in
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine kragenförmige
Ausbuchtung 6a, so dass die Schlacke nicht in diese Austrittsöffnung
gelangen kann. Auf der Außenseite des Reaktors 2 befinden sich
an der Austrittsöffnung 6 Zuführungseinrichtungen 7 für
das Quenchgas. Zusätzlich kann das Nutzgas direkt nach
dem Quenchprozess noch zur Kühlung mit einem Wasserdampfspray
aus seitlich angeordneten Düsen 7a bedüst
werden. Dieses wird im Wesentlichen parallel zu der Mischleitung
eingespeist und im Mischrohr 8 mit dem Nutzgas vermischt.
Die verfestigten Bestandteile werden in eine mit Wasser gefüllte
Vor richtung 14 überführt. Zur Abscheidung
der beigemischten Flüssigkeitstropfen und Trocknung des
Nutzgases wird dieses durch einen Dampf- oder Tropfenabscheider 15 geleitet. Schließlich
erhält man über den Austragsstutzen 13 das
gereinigte und gekühlte Nutzgas. Soll ein mit Umweltschadstoffen
kontaminierter Brennstoff im Vergaser entsorgt werden, so kann der
Brennstoff auch über eine Zuführungseinrichtung 11 zugegeben werden.
-
- 1
- Reaktionsraum
mit Vergasungsreaktion
- 2
- Reaktorgefäß
- 3
- Druckdichtes
Mantelgefäß
- 4
- Brenner
- 5
- Austrittsöffnung
für die flüssigen Vergasungsprodukte
- 6
- Austrittsöffnung
für die gasförmigen Vergasungsprodukte
- 6a
- Kragenförmige
Ausbuchtung des Mischrohres auf der Innenseite des Reaktors
- 7
- Zugabe
des Quenchgases
- 7a
- Zugabe
des Wassersprays
- 8
- Misch-
oder Quenchrohr
- 9
- Wasser
enthaltende Vorrichtung für feste Produkte der Vergasungsreaktion
(Schlacke)
- 10
- Ausschleusvorrichtung
für feste Vergasungsprodukte (Schlacke)
- 11
- Zuführungsvorrichtung
für Brennstoff
- 12
- Umlenkrohr
- 13
- Ausführungsrohr
für gasförmige Vergasungsprodukte (Nutzgas)
- 14
- Wasser
enthaltende Vorrichtung
- 15
- Tropfenabscheider
- 16
- Leitblech
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 911313 [0007]
- - EP 400740 A1 [0008]
- - US 5441547 [0009]
- - DE 4001739 A1 [0012]
- - US 4494963 [0013]