DE102012009265A1 - Cooled ring gas collector - Google Patents

Abstract

Bei der Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffes mit Sauerstoff und/oder Dampf im Festbett muss der unter Druck betriebene Reaktor (10) kontinuierlich mit dem Feststoff beschickt werden. Dieser Feststoff wird über eine oben und unten offene, ringförmige Schürze (1) aus einer Schleuse dem Festbett (12) zugeführt. Diese Schürze (1) weist einen Innen- und einen Außenmantel auf, so dass sich ein Kühlspalt mit wenigstens einem Zu- und/oder Abfluss für ein Kühlmedium ausbildet.In the gasification of a carbonaceous solid with oxygen and / or steam in a fixed bed, the reactor operated under pressure (10) must be continuously charged with the solid. This solid is fed via a top and bottom open, annular skirt (1) from a lock the fixed bed (12). This skirt (1) has an inner and an outer jacket, so that a cooling gap with at least one inflow and / or outflow for a cooling medium is formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschicken eines unter Druck betriebenen Reaktors mit kohlenstoffhaltigem Feststoff, in dem der Feststoff im Festbett mit Sauerstoff und/oder Dampf vergast wird, wobei die Vorrichtung eine oben und unten offene, ringförmige Schürze aufweist, welcher der Feststoff durch eine Schleuse zugeführt wird, sowie weiterhin einen Reaktor zur Festbettvergasung mit dieser Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Reaktors.The invention relates to a device for feeding a pressurized reactor with carbonaceous solid, in which the solid is gasified in a fixed bed with oxygen and / or steam, wherein the device has a top and bottom open, annular skirt which the solid through a lock and a fixed bed gasification reactor with this apparatus, and a method of operating such a reactor.

Unter Vergasung versteht man die Umsetzung eines kohlenstoffhaltigen, festen oder flüssigen Stoffes (z. B. Kohle, Biomasse oder Erdöl) mit einem Vergasungsmittel (Sauerstoff/Luft, Dampf) in sogenanntes Synthesegas. Dieses Synthesegas enthält als Hauptkomponenten Wasserstoff (H₂), Wasser (H₂O), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Methan (CH₄). CO und H₂ sind die Ausgangsstoffe für eine Vielzahl chemischer Synthesen, auf denen aufbauend dann längerkettige Produkte, wie etwa Benzin und Diesel als sog. CtL-Kraftstoff (Coal to Liquids), oder andere Wertstoffe („SNG” = Substitute Natural Gas, H₂ für Ammoniak/Düngemittel/Urea, Methanol, etc.) erzeugt werden können.Gasification means the reaction of a carbonaceous, solid or liquid substance (eg coal, biomass or petroleum) with a gasification agent (oxygen / air, steam) in so-called synthesis gas. This synthesis gas contains as main components hydrogen (H ₂ ), water (H ₂ O), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO ₂ ) and methane (CH ₄ ). CO and H ₂ are the starting materials for a variety of chemical syntheses, on which building then longer-chained products, such as gasoline and diesel as so-called. CtL fuel (coal to liquids), or other valuable materials ("SNG" = Substitute Natural Gas, H ₂ for ammonia / fertilizer / urea, methanol, etc.) can be generated.

Das Synthesegas enthält jedoch auch Schwefelwasserstoff (H₂S), Kohlenoxidsulfid (COS), Salzsäure (HCI), Ammoniak (NH₃), Blausäure (HCN), teilweise Fluorwasserstoff (HF) und ggf. auch höhere Kohlenwasserstoffe und Teeröle. Die Zusammensetzung des Gases ist abhängig von der Zusammensetzung des Einsatzstoffes, der Art und Menge der verwendeten Vergasungsmittel, den Reaktionsbedingungen sowie den durch das gewählte Vergasungsverfahren vorgegebenen kinetischen Randbedingungen der ablaufenden Reaktionen.However, the synthesis gas also contains hydrogen sulphide (H ₂ S), carbon dioxide sulphide (COS), hydrochloric acid (HCI), ammonia (NH ₃ ), hydrocyanic acid (HCN), partially hydrogen fluoride (HF) and possibly also higher hydrocarbons and tar oils. The composition of the gas depends on the composition of the starting material, the type and amount of gasification agents used, the reaction conditions and the kinetic boundary conditions of the reactions which are carried out by the chosen gasification process.

Grundsätzlich sind drei verschiedene Verfahrenstypen zur Vergasung von Feststoffen bekannt: Die Vergasung in Wirbelschichten, die Vergasung in einem aus dem Feststoff gebildeten Festbett und schließlich die Vergasung in einem Flugstromreaktor. Die verschiedenen Vergasungstechnologien stellen unterschiedliche Anforderungen an den Brennstoff, die bei der Brennstoffwahl bzw. der Konzeption der Brennstoffaufbereitung entsprechend berücksichtigt werden müssen.Basically, three different types of processes for the gasification of solids are known: the gasification in fluidized beds, the gasification in a fixed bed formed from the solid and finally the gasification in an entrained flow reactor. The various gasification technologies have different requirements for the fuel, which must be taken into account accordingly in the choice of fuel or the design of the fuel treatment.

Ist der eigentliche Reaktor als Festbettreaktor ausgestaltet, so weist er einen im Wesentlichen zylindrischen Vertikalreaktor mit äußerem Wassermantel auf. Der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff, in der Regel Kohle oder Biomasse, wird von oben durch eine Schleuse in den sich im Inneren des Reaktors befindlichen Kohleverteiler eingebracht, wobei sich ein Festbett bildet, welches auf einem im unteren Bereich des Reaktor angeordneten Drehrost ruht. Aus diesem unteren Bereich wird Sauerstoff und Dampf in das Festbett eingeblasen.If the actual reactor is designed as a fixed bed reactor, then it has a substantially cylindrical vertical reactor with outer water jacket. The solid carbonaceous fuel, usually coal or biomass, is introduced from above through a sluice in the located inside the reactor coal manifold, forming a fixed bed, which rests on a arranged in the lower part of the reactor rotary grate. From this lower area, oxygen and steam are injected into the fixed bed.

Diese heißen Gase durchströmen das Festbett von unten nach oben, während der Feststoff von oben durch das Schleusensystem nachgefüllt wird. Man spricht deshalb auch von einer Festbettvergasung im Gegenstrom. Da der nachgefüllte Feststoff eine Temperatur von etwa 40°C aufweist, hat das gesamte Festbett ein Temperaturprofil, bei dem der heißeste Teil in der Nähe des Drehrostes angesiedelt ist und die Temperatur nach oben zur Feststoffzufuhr abnimmt. Entsprechend diesem Temperaturprofil finden innerhalb des Festbettes unterschiedliche Reaktionen statt. Man spricht daher oft auch von Reaktionszonen, wobei keine klare Trennung in einzelne Bereiche vorliegt, sondern die einzelnen Zonen ineinander übergehen. Im oberen Teil des Vergasers in der Nähe des nachkommenden Feststoffes erfolgt eine Trocknung und Desorption von physisorbierten Gasen. Unterhalb der Trocknungszone befindet sich die sogenannte Reaktionszone, in deren oberen Teil eine Entgasung des Feststoffes erfolgt. An die Entgasung schließt sich die eigentliche Vergasung des Feststoffes gemäß der Boudouard-Reaktion sowie die Wassergas- und Wassergas-Shift-Reaktionen an. In der darauffolgenden Zone erfolgt die Verbrennung des Feststoffes.These hot gases flow through the fixed bed from bottom to top, while the solid is refilled from above through the lock system. Therefore, one speaks of a fixed bed gasification in countercurrent. Since the replenished solid has a temperature of about 40 ° C, the entire fixed bed has a temperature profile in which the hottest part is located in the vicinity of the rotary grate and the temperature decreases upwards for solids supply. According to this temperature profile, different reactions take place within the fixed bed. This is often referred to as reaction zones, whereby there is no clear separation into individual areas, but the individual zones merge into one another. Drying and desorption of physisorbed gases occurs in the upper part of the carburetor near the incoming solid. Below the drying zone is the so-called reaction zone, in the upper part of which a degassing of the solid takes place. At the degassing is followed by the actual gasification of the solid according to the Boudouard reaction and the water gas and water gas shift reactions. In the following zone, the combustion of the solid takes place.

Die insbesondere bei der Verbrennung entstehende Asche fällt durch den Drehrost und wird von dort weiter ausgetragen. Die nicht umgesetzten Gasanteile der Reaktanten hauptsächlich Dampf, Stickstoff und Argon werden zusammen mit dem gebildeten Synthesegas über einen oberhalb des Festbettes vorgesehenen Gasabzug abgezogen.The resulting ash in particular during combustion falls through the rotary grate and is discharged from there on. The unreacted gas fractions of the reactants, mainly steam, nitrogen and argon, are withdrawn together with the synthesis gas formed via a gas vent provided above the fixed bed.

Das Schleusensystem zum Zuführen des Brennstoffs in den Reaktor ist notwendig, da der Reaktor bei einem Druck von bis zu 100 bar, bevorzugt bis zu 60 bar, besonders bevorzugt ein Arbeitsdruck von mind. 50 bar, betrieben wird und folglich der Feststoff unter Druck eingebracht werden muss. Ein Einbringen über ein Schleusensystem erfolgt diskontinuierlich, wobei der Brennstoff zunächst unter Atmosphärenbedingungen in die vom Reaktor abgeschlossene Schleuse eingebracht, dann in dem Schleusensystem unter Druck gesetzt und unter diesem Druck in den Reaktor eingefüllt wird. Anschließend wird wieder der Reaktor gegen das Schleusensystem verschlossen. Um dennoch den Prozess unter gleichbleibenden Bedingungen im stationären Zustand fahren zu können, muss deshalb innerhalb des Reaktor ein weiteres Feststoffreservoir vorgesehen sein, das gewährleistet, dass das Festbett immer die gleiche Höhe aufweist. Dazu sind verschiedene Einbauten, beispielsweise von Lurgi^® oder VEB PKM Anlagenbau Leipzig wie etwa sogenannte Kohleverteiler bekannt. Durch verschiedene Ausführungen dieser Vorrichtungen wollte man die natürliche Entmischung des Kohle-Kornspektrums gezielt beeinflussen. Die Ergebnisse waren nur bedingt tauglich, um eine verbesserte Vergasung zu erzielen. Kornspektrum und Zerfallsverhalten sind sehr abhängig vom Typ bzw. den Eigenschaften der Kohlen.The lock system for feeding the fuel into the reactor is necessary since the reactor is operated at a pressure of up to 100 bar, preferably up to 60 bar, particularly preferably a working pressure of at least 50 bar, and consequently the solid is introduced under pressure got to. An introduction via a lock system is discontinuous, wherein the fuel is first introduced under atmospheric conditions in the closed by the reactor lock, then placed in the lock system under pressure and filled under this pressure in the reactor. Subsequently, the reactor is again closed against the lock system. Nevertheless, in order to be able to drive the process under steady state conditions in the stationary state, a further solid reservoir must be provided within the reactor, which ensures that the fixed bed always has the same height. For this purpose, various internals, such as Lurgi ^® or VEB PKM plant Leipzig, such as so-called coal distribution known. Through different versions of these devices you wanted the natural Targeted demixing of the coal grain spectrum targeted. The results were only of limited use to achieve improved gasification. Grain spectrum and decay behavior are very dependent on the type or properties of the coals.

Eine solche Vorrichtung wird beispielsweise in der DE 11 2005 002 983 T5 beschrieben. Es handelt sich um eine zylindrische oder nach innen zulaufende, d. h. hohle umgekehrt kegelstumpfförmige Schürze mit offenem Ende, die vom Kopf des Reaktors herabhängt, so dass Kohle, die von der Kohleschleuse abgelassen wird, sich entlang der Innenseite der Schürze bewegt, um im Feststoffbett verteilt zu werden. Das untere Ende der Schürze befindet sich typischerweise innerhalb des Festbettes. Zwischen Schürze und Wand des Gaserzeugers wird eine ringförmige Gassammelzone gebildet, aus welcher das sich dort sammelnde Rohgas durch einen Gasauslass seitlich abgezogen wird.Such a device is used for example in the DE 11 2005 002 983 T5 described. It is a cylindrical or inwardly tapering, ie hollow inverted frustoconical skirt with an open end which hangs down from the top of the reactor so that coal discharged from the coal sluice moves along the inside of the skirt to spread in the solids bed to become. The lower end of the skirt is typically within the fixed bed. Between skirt and wall of the gas generator an annular gas collection zone is formed, from which the raw gas collecting there is withdrawn laterally through a gas outlet.

In den größten derzeit betriebenen Anlagen werden meist Kohlen in einem Festbettvergasungsverfahren zu Synthesegas überführt, bei denen die Austritts- und Reaktionsendtemperaturen im Durchschnitt so niedrig liegen, dass das gewonnene Synthesegas mit Temperaturen zwischen 200 und 300°C (für feuchte Braunkohlen), oder zwischen 400 und 450°C (für junge Steinkohlen), aus dem Reaktor abgezogen wird. Hier ist zwischen Durchschnittstemperatur und Temperaturspitzen, verursacht durch Inhomogenitäten des Feststoffbettes, zu unterscheiden. Die Durchschnittstemperatur ist entscheidend für die Korrosion und somit die Standzeit des Bauteils. Die Temperaturspitzen bestimmen die thermische und mechanische Belastung und dürfen daher Grenzwerte nicht überschreiten.In the largest currently operated plants usually coal are transferred in a fixed bed gasification process to synthesis gas, where the exit and reaction temperatures are on average so low that the recovered synthesis gas with temperatures between 200 and 300 ° C (for wet lignite), or between 400 and 450 ° C (for young coal), is withdrawn from the reactor. Here, a distinction must be made between average temperature and temperature peaks, caused by inhomogeneities of the solid bed. The average temperature is decisive for the corrosion and thus the service life of the component. The temperature peaks determine the thermal and mechanical load and must therefore not exceed limit values.

Die Grenzwerte einer Anlage zur Kohlevergasung im Festbett mussten bisher so festgelegt werden, dass bei Temperaturspitzen von 650 bzw. 670°C Leistungseinsenkungen oder gar Abschaltungen des Reaktors notwendig wurden, um die thermische Belastung des Rohgasauslasses zu begrenzen. Schlechte Kohlequalitäten oder Eigenschaften und hohe Lasten erhöhen die Amplitude und Häufigkeit solcher Temperaturspitzen.The limit values of a coal gasification plant in a fixed bed previously had to be set in such a way that at temperature peaks of 650 and 670 ° C power reductions or even shutdowns of the reactor became necessary in order to limit the thermal load on the raw gas outlet. Poor coal qualities or properties and high loads increase the amplitude and frequency of such temperature spikes.

Durch die zunehmende Verknappung von fossilen Rohstoffen sollen Feststoffvergaser zukünftig so ausgelegt werden, dass nicht nur etwa feuchte Braunkohle oder jüngere Steinkohlen sondern auch andere Kohlen mit höheren Reaktionsendtemperaturen und schlechteren Eigenschaften vergast werden können. Zudem gewinnt die Festbettvergasung von nachwachsenden Rohstoffen oder Sekundärrohstoffen an Bedeutung, die meist in Bezug auf die Festbettvergasung schlechtere Eigenschaften aufweisen. Die hieraus resultierenden Temperaturen können jedoch zu Gasauslasstemperaturen von mindestens 700°C, bevorzugt bis zu 800°C teilweise sogar bis zu 1000°C führen. Unter diesen Temperaturen ist die verwendete Schürze einer deutlich größeren Materialbelastung ausgesetzt.Due to the increasing scarcity of fossil raw materials solid carburetors will be designed in the future so that not only about humid brown coal or younger coal, but also other coals with higher reaction end temperatures and worse properties can be gasified. In addition, the fixed bed gasification of renewable raw materials or secondary raw materials is gaining in importance, which usually have inferior properties with respect to the fixed bed gasification. However, the resulting temperatures can lead to gas outlet temperatures of at least 700 ° C, preferably up to 800 ° C and sometimes even up to 1000 ° C. Under these temperatures, the apron used is exposed to a significantly greater material load.

Zudem werden zunehmend Kohlen vergast, die hohe Anteile an Schwefel oder Halogenen erhalten. Wie bereits angesprochen, führt dies im entstehenden Rohsynthesegas zu Verbindungen wie H₂S, COS, HCI und HF. Zusammen mit Temperaturen, die über den bisher typischer Weise verwendeten Temperaturen liegen (z. B. feuchte Braunkohle ca. 250°C, junge Steinkohle ca. 450°C, im Vergleich hierzu ältere STK 450–550°C, Anthrazit 550–600°C)), führt dies zu starker Korrosion an der Schürze. Auf diese typischen Betriebstemperaturen, sind noch die Temperaturspitzen aufzuschlagen, die von der Güte und dem Kornspektrum der Kohlen abhängen. Stark zerfallende Braunkohlen z. B. verursachen aufgrund der hohen Feinkornanteile Kanalbildung, was zu CO₂- und Temperaturspitzen führt. Zum Wechsel der Schürze muss die Anlage stillgelegt werden, so dass es zu Produktionsausfällen kommt. Andererseits ist die Schürze so groß, dass die Verwendung von hochtemperaturbeständigen Materialien einen erheblichen Anstieg der Investitionskosten verursachen würde und daher unwirtschaftlich ist, zumal auch die Verwendung hochtemperaturbeständiger Materialien der Korrosion durch z. B. Halogenwasserstoffe nur bedingt vorbeugen würde.In addition, coal is increasingly gasified, which receive high levels of sulfur or halogens. As already mentioned, this leads to compounds such as H ₂ S, COS, HCl and HF in the resulting crude synthesis gas. Together with temperatures above the previously typical temperatures used (eg moist brown coal about 250 ° C, young coal about 450 ° C, compared to older STK 450-550 ° C, anthracite 550-600 ° C)), this leads to severe corrosion on the apron. At these typical operating temperatures, the temperature peaks still depend on which depend on the quality and the grain spectrum of the coals. Strong decaying brown coal z. B. cause due to the high fines proportions channeling, which leads to CO ₂ - and temperature peaks. To change the apron, the system must be shut down, so that it comes to production losses. On the other hand, the skirt is so large that the use of high temperature resistant materials would cause a significant increase in investment costs and therefore uneconomical, especially since the use of high temperature resistant materials of corrosion by z. B. hydrogen halides would only partially prevent.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die auch als Ringgassammler bezeichnete Schürze so auszugestalten, dass auch bei Vergasungstemperaturen oberhalb von 450°C und/oder dem Einsatz von Schwefel und/oder Halogene enthaltenden Brennstoffen lange Standzeiten der Anlage ermöglicht werden. Gleichzeitig sollen häufige Temperaturspitzen toleriert werden, ohne eine Lasteinsenkung oder kurz- bzw. längere Abschaltung des Reaktors zu erzwingen.It is therefore an object of the invention to design the apron also referred to as ring gas collector so that even at gasification temperatures above 450 ° C and / or the use of sulfur and / or halogen-containing fuels long service life of the system allows. At the same time frequent temperature peaks are to be tolerated without forcing a load depression or short or longer shutdown of the reactor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Beschickungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Schürze wird gekühlt und weist hierzu einen Innenmantel und einen Außenmantel auf, zwischen denen ein Kühlspalt mit wenigstens einem Zu- und Abfluss für die Zufuhr und Abfuhr eines Kühlmediums ausgebildet ist.This object is achieved with a charging device according to claim 1. The skirt is cooled and has for this purpose an inner jacket and an outer jacket, between which a cooling gap with at least one inflow and outflow for the supply and removal of a cooling medium is formed.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist die Schürze rotationssymmetrisch, insbesondere zylindrisch, konisch oder teilweise konisch ausgebildet. Eine zylindrische Form hat den Vorteil, dass der durch das Schleusensystem eingebrachte Brennstoff über den gesamten Querschnitt der Brennstoffschüttung verteilt wird. Außerdem kann so das Volumen des Kohlefüllschachtes maximiert werden, so dass dieser bei gleichem Füllvolumen eine vergleichsweise kurze Länge aufweist und die effektive Reaktorhöhe nicht entscheidend vermindert wird. Dennoch kann die Kohlemenge aufgenommen werden, die erforderlich ist, um die Zeit zwischen zwei Kohleschleusungen und möglicher zusätzlicher Unregelmäßigkeiten von Vergasung und Beschickung zu überbrücken.In a further development of the inventive concept, the skirt is rotationally symmetrical, in particular cylindrical, conical or partially conical. A cylindrical shape has the advantage that the introduced through the lock system fuel is distributed over the entire cross section of the fuel bed. In addition, so the volume of the coal hopper can be maximized so that it has a comparatively short length with the same filling volume and the effective Reactor height is not significantly reduced. Nevertheless, the amount of coal required to bridge the time between two coal sluices and possible additional irregularities of gasification and feed can be taken up.

Ist die Schürze Mantel konisch ausgebildet, so sollte sich die Beschickungsvorrichtung zum Festbett hin verjüngen. Dies hat den Vorteil, dass die freie Austrittsfläche für das Rohgas aus dem Festbett möglichst groß ist. Durch eine möglichst große Austrittsfläche kann die jeweilige Gasgeschwindigkeit und damit zusammenhängend die mitgerissene Staubmenge minimiert werden. Zudem weist der so entstehende Gassammelraum ein möglichst großes Volumen auf, so dass auch in dem Gassammelraum die Strömungsgeschwindigkeit des Rohgases sinkt und die Staubrückhaltung verbessert wird. Schließlich muss die Austrittsfläche möglichst groß gestaltet sein, damit das Rohgas gleichmäßiger über den gesamten Querschnitt der Brennstoffschüttung strömen kann und der Mitriss von Kohlepartikeln minimiert wird. Querströmungen sollten reduziert werden, um homogene Reaktionsbedingungen im gesamten Festbett sicherzustellen.If the skirt jacket is conical, then the charging device should taper towards the fixed bed. This has the advantage that the free exit area for the raw gas from the fixed bed is as large as possible. By having the largest possible exit area, the respective gas velocity and, associated therewith, the entrained amount of dust can be minimized. In addition, the gas collecting space thus created has the largest possible volume, so that the flow velocity of the raw gas also decreases in the gas collecting space and dust retention is improved. Finally, the exit surface must be designed as large as possible, so that the raw gas can flow more uniformly over the entire cross section of the fuel bed and the entrainment of carbon particles is minimized. Cross flows should be reduced to ensure homogeneous reaction conditions throughout the packed bed.

Eine teilweise konische Ausbildung, die auf einem zylindrischen Teil aufsetzt, vereint die Vorteile beider Ausführungsarten.A partially conical design, which sits on a cylindrical part, combines the advantages of both embodiments.

Der Kühlspalt wird im laufenden Betrieb mit Kühlmittel, vorzugsweise Kessel-Speise-Wasser, beschickt. Wird Wasser verwendet, muss das Wasser den Richtlinien für Dampferzeuger genügen, um Karbonat- oder Kesselsteinansätze zu verhindern. Der Kühlspalt grundsätzlich so gestaltet sein, dass der Zufluss des Kühlmittels an einem und der Abfluss des Kühlmittels an dem gegenüberliegenden Rand vorgesehen sind. Bevorzugt wird jedoch der Kühlspalt an einem Rand flüssigkeitsundurchlässig gestaltet, indem hier Innen- und Außenmantel flüssigkeitsdicht verbunden sind. Vorzugsweise ist dieser Rand dem Festbett zugewandt, also im Reaktor unten angeordnet. Die Beschickung des Kühlspaltes mit Kühlmittel kann über eine gemeinsame Zu- und Abfuhrleitung erfolgen, oder es sind wenigstens ein Zu- und ein Abfluss vorgesehen.The cooling gap is charged during operation with coolant, preferably boiler feed water. If water is used, the water must comply with the guidelines for steam generators to prevent carbonate or scale buildup. The cooling gap should in principle be designed such that the inflow of the coolant at one and the outflow of the coolant at the opposite edge are provided. Preferably, however, the cooling gap is designed to be liquid-impermeable to an edge by the inner and outer sheath are connected liquid-tight here. Preferably, this edge faces the fixed bed, so arranged in the reactor below. The feeding of the cooling gap with coolant can take place via a common supply and discharge line, or at least one inflow and one outflow are provided.

An dem dem Festbett abgewandten, also oberen Rand der Schürze wird der Kühlspalt über eine vorzugsweise ringförmige Abdeckung verschlossen, in welcher zahlreiche Öffnungen zum Einführen und Abführen des Kühlmediums vorgesehen sind. So kann Kühlmittel über den gesamten Umfang der Schürze in den Kühlspalt eingebracht werden. Wird das Kühlmedium, bspw. Wasser, durch das an der Außenseite der Schürze vorbei aufsteigende heiße Synthesegas erhitzt, so verdampft es und steigt nach oben, um durch die Öffnungen der Abdeckung aus dem Kühlspalt dampfförmig zu entweichen.On the side facing away from the fixed bed, so the upper edge of the skirt of the cooling gap is closed by a preferably annular cover, in which numerous openings for insertion and removal of the cooling medium are provided. Thus, coolant can be introduced over the entire circumference of the skirt in the cooling gap. If the cooling medium, for example water, is heated by the hot synthesis gas rising past the outside of the skirt, it evaporates and rises to escape in vapor form through the openings of the cover from the cooling gap.

Vorzugsweise verlaufen Innen- und Außenmantel parallel, da so die Vorrichtung einfach zu fertigen ist und der entstehende Kühlspalt an jeder Stelle die gleiche Breite aufweist. In gleicher Weise ist es hier auch denkbar, den Kühlspalt so auszubilden, dass er an denjenigen Stellen, an denen der Volumenstrom des Gases entlang der Schürze und somit die abzuführende Wärmemenge besonders hoch ist, eine größere Breite als an wenig durchströmten Stellen aufweist. Stark belastet ist beispielsweise der dem Gasauslass zugewandte Bereich. Damit kann sichergestellt werden, dass tatsächlich die ganze Schürze ausreichend gekühlt ist.Preferably, inner and outer sheath are parallel, since the device is easy to manufacture and the resulting cooling gap has the same width at each point. In the same way, it is also conceivable here to design the cooling gap in such a way that it has a greater width than at places with little flow through at those points where the volume flow of the gas along the skirt and thus the amount of heat to be dissipated is particularly high. For example, the area facing the gas outlet is heavily loaded. This can be ensured that actually the whole apron is sufficiently cooled.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Innen- und Außenmantel der Schürze eine Schottwand vorgesehen, die bevorzugt parallel zu Innen- und Außenmantel verläuft, um ein gleichmäßige Beschickung mit Kühlflüssigkeit zu ermöglichen. Durch die Schottwand entsteht ein innerer und ein äußerer Kühlspalt, die an wenigstens einer Stelle, vorzugsweise über den gesamten Umfang der Schürze miteinander in Verbindung stehen.In a particularly preferred embodiment of the invention, a bulkhead is provided between the inner and outer shells of the skirt, which preferably runs parallel to the inner and outer sheath to allow a uniform supply of cooling liquid. The bulkhead creates an inner and an outer cooling gap, which communicate with each other at at least one point, preferably over the entire circumference of the skirt.

Die Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Kühlspalt wird besonders einfach dadurch hergestellt, dass zwischen der Schottwand und einem den Innenmantel mit dem Außenmantel verbindenden Mantelabschnitt ein Freiraum vorgesehen ist, d. h. dass sich die Schottwand nicht bis zum Boden der Schürze erstreckt. Durch diese Ausgestaltung kann erreicht werden, dass das Kühlmittel die Schürze durchströmt, ohne dass eine Pumpe benötigt wird: Der Außenkühlspalt grenzt an den Außenmantel der Schürze, der in direktem Kontakt mit dem Gassammelraum steht und der Temperatur des aufsteigenden heißen rohen Synthesegases ausgesetzt ist, so dass er sich entsprechend aufheizt. Das Kühlmittel im Innenkühlspalt ist über den Innenmantel mit dem nachgefüllten Feststoff verbunden, welcher nur eine Temperatur von etwa 40°C hat. Das Kühlmittel im Außenkühlspalt ist daher einem deutlich höherem Wärmeübergang ausgesetzt als das Kühlmittel im Innenkühlspalt, so dass es durch Konvektion zu einer gerichteten Durchströmung des Kühlspaltes kommt.The connection between the inner and the outer cooling gap is made particularly simple by the fact that a clearance is provided between the bulkhead and a jacket portion connecting the inner shell with the outer shell, d. H. that the bulkhead does not extend to the bottom of the apron. This configuration makes it possible to ensure that the coolant flows through the skirt without the need for a pump. The outer cooling gap adjoins the outer jacket of the skirt, which is in direct contact with the gas collecting space and is exposed to the temperature of the rising, hot, crude synthesis gas that he heats up accordingly. The coolant in the inner cooling gap is connected via the inner shell with the refilled solid, which has only a temperature of about 40 ° C. The coolant in the outer cooling gap is therefore exposed to a significantly higher heat transfer than the coolant in the inner cooling gap, so that it comes by convection to a directed flow through the cooling gap.

Wird nun Wasser als Kühlflüssigkeit verwendet, so liegt der Siedepunkt des Wassers unterhalb der Temperatur des heißen rohen Synthesegases. Dies ist auch dann der Fall, wenn das Kühlsystem unter Druck betrieben wird (30 bar: Siedepunkt 234°C; 51 bar: 265°C). Der entstehende Wasserdampf wird immer nach oben zum Ausfluss strömen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird das Kühlmittel dem inneren Kühlspalt zugeführt und von dem Außenkühlspalt abgezogen. Somit durchläuft das eingeführte Kühlwasser den inneren Kühlspalt, wird dabei durch den Kontakt mit der Schottwand geringfügig aufgeheizt und gibt diese Wärme an den nachgeführten Feststoff im Innern der Schürze weiter, was geringfügig sogar zu einem Absinken der Kühlwassertemperatur führt, und gelangt dann in den Außenkühlspalt. Dort verdampft das Wasser in Folge des Kontaktes mit dem heißen Außenmantel der Schürze und entzieht so dem System Wärme. Der entstehende Dampf strömt aus dem im Außenkühlspalt vorgesehenen Dampfauslass. Durch das Entweichen des Dampfes wird kontinuierlich neues Kühlwasser von dem Innenkühlspalt in den Außenkühlspalt gefördert. In diesem System werden also Innen- und Außenkühlspalt durch natürliche Konvektion durchströmt. Die natürliche Konvektion definiert sich dabei aus dem Dichteunterschied der Wassersäule im Zulauf und der Dampf-Wassersäule im Ablauf. Daraus ergibt sich eine sogenannte Umlaufzahl als Quotient aus Dampferzeugung und Wasserumlauf, die durch den Druckverlust bei gegebener Geometrie begrenzt wird. Die Vorrichtung arbeitet besonders effektiv, wenn Ein- und Ausfluss des Kühlwassers an dem bei vertikaler Bauweise des Reaktors oberen Rand der Schürze erfolgen.Now, if water is used as the cooling liquid, the boiling point of the water is below the temperature of the hot crude synthesis gas. This is also the case when the cooling system is operated under pressure (30 bar: boiling point 234 ° C, 51 bar: 265 ° C). The resulting water vapor will always flow up to the outflow. In a particularly preferred embodiment, the coolant is supplied to the inner cooling gap and withdrawn from the outer cooling gap. Thus, the introduced cooling water passes through the inner cooling gap, is slightly heated by the contact with the bulkhead and gives this heat to the tracked solid in the interior of the apron on, which leads even slightly to a drop in the cooling water temperature, and then passes into the outer cooling gap. There, the water evaporates as a result of contact with the hot outer jacket of the skirt and thus deprives the system heat. The resulting steam flows out of the steam outlet provided in the outer cooling gap. Due to the escape of the steam, new cooling water is continuously conveyed from the inner cooling gap into the outer cooling gap. In this system, so inner and outer cooling gap are flowed through natural convection. The natural convection is defined by the density difference of the water column in the inlet and the steam-water column in the drain. This results in a so-called circulation number as a quotient of steam generation and water circulation, which is limited by the pressure loss at given geometry. The device is particularly effective when the inflow and outflow of the cooling water take place at the vertical edge of the reactor upper edge of the skirt.

Bevorzugt ist die Schottwand so auszugestalten, dass der innere Kühlspalt eine kleinere Breite als der äußere Kühlspalt aufweist. Dies hat den Vorteil, dass im äußeren Kühlspalt bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel der entstehende Dampf ausreichend Volumen zur Verfügung gestellt wird. So kann eine optimale Umlaufzahl von Wasser/Dampf ermöglicht und der Druckverlust minimiert werden.Preferably, the bulkhead is to be designed so that the inner cooling gap has a smaller width than the outer cooling gap. This has the advantage that sufficient volume is made available in the outer cooling gap when using water as a coolant, the resulting vapor. Thus, an optimal circulation rate of water / steam allows and the pressure loss can be minimized.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Reaktor zur Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffes mit Sauerstoff und Dampf mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Ein solcher Reaktor weist in Bodennähe einen Drehrost auf und am Kopf des Reaktors eine Feststoffschleuse, an welche sich die oben beschriebene Schürze anschließt.The invention also relates to a reactor for gasification of a carbonaceous solid with oxygen and steam having the features of claim 7. Such a reactor has near the bottom of a rotary grate and at the top of the reactor a solids sluice, which is followed by the apron described above.

Vorteilhafterweise ist der Reaktor so ausgebildet, dass der Zu- und/oder der Ablauf des Kühlspaltes der Schürze mit einem Kühlsystem des Reaktors selbst verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass zur Kühlung der Schürze kein eigener Kühlkreislauf installiert werden muss und so Investitionskosten gesenkt werden können, zudem werden Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit des Kühlsystems erhöht. Bevorzugt weist der Reaktor selbst ebenfalls einen Kühlmantel auf, in den der Kühlmantel der Schürze integriert ist.Advantageously, the reactor is designed so that the inlet and / or the outlet of the cooling gap of the skirt is connected to a cooling system of the reactor itself. This has the advantage that no separate cooling circuit must be installed to cool the apron and thus investment costs can be reduced, also reliability and reliability of the cooling system are increased. Preferably, the reactor itself also has a cooling jacket, in which the cooling jacket of the skirt is integrated.

Weiterhin sind Schürze und Reaktor vorzugsweise miteinander verschweißt. Dies ist dadurch möglich, dass durch die Kühlung der Vorrichtung die Temperatur von Innen- und Außenmantel im Vergleich zu einer ungekühlten Schürze deutlich abgesenkt werden kann. Wird Wasser unter 51 bar als Kühlflüssigkeit verwendet, so liegt die Siedetemperatur bei etwa 265°C und somit deutlich unter der kritischen Temperatur von 300°C, ab der es progressiv für C-Stahl zu Heißgaskorrosionen kommt. Indem durch die Kühlung die Schürze vor Korrosion aber auch Erosion infolge der sich nach unten bewegenden Kohle geschützt ist, muss sie nicht mehr regelmäßig ausgetauscht werden, so dass aufwändige, lösbare Verbindungen nicht notwendig sind.Furthermore, skirt and reactor are preferably welded together. This is possible because the cooling of the device, the temperature of the inner and outer shells can be significantly reduced compared to an uncooled apron. If water is used under 51 bar as the cooling liquid, the boiling point is about 265 ° C and thus significantly below the critical temperature of 300 ° C, from which it comes progressively for C-steel to hot gas corrosion. By protecting the apron against corrosion as well as erosion as a result of the downwardly moving coal, the cooling means that it no longer has to be replaced regularly, so that costly, detachable connections are not necessary.

Schließlich erstreckt sich der erfindungsgemäße Gedanke auch auf ein Verfahren zur Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffes mit Sauerstoff und Dampf mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Dabei wird die Vergasung im Festbett durchgeführt, wobei der Feststoff diskontinuierlich über eine Schleuse und dann kontinuierlich durch die erfindungsgemäße Beschickungsvorrichtung in das Festbett eines Reaktors eingebracht wird. In den Mantel wird ein Kühlmedium flüssig eingebracht und wenigstens teilweise dampfförmig abgezogen. Durch diese Kühlung kann die Vorrichtung effektiv vor Korrosion geschützt werden und gleichzeitig eine leichte erste Kühlung des heißen rohen Synthesegases erfolgen, so dass auch die nachfolgenden Bauteile weniger belastet sind.Finally, the idea of the invention also extends to a process for the gasification of a carbonaceous solid with oxygen and steam having the features of claim 10. The gasification is carried out in a fixed bed, wherein the solid discontinuously via a lock and then continuously through the feed device according to the invention in the Fixed bed of a reactor is introduced. In the jacket, a cooling medium is introduced liquid and at least partially withdrawn in vapor form. As a result of this cooling, the device can be effectively protected against corrosion and, at the same time, a slight first cooling of the hot crude synthesis gas take place so that the downstream components are also less stressed.

Besonders vorteilhaft ist diese Kühlung, wenn der abgezogene Dampf innerhalb des Prozesses als energetisch als Reaktant/Vergasungsmittel wieder verwendet werden kann. Der Dampf wirkt innerhalb der Festbettvergasung als „Moderator”, um die Verbrennungstemperatur so zu begrenzen, dass die Kohleasche nicht geschmolzen wird. Der Dampf muss im Überschuss zugegeben werden.This cooling is particularly advantageous if the withdrawn steam can be reused as energetically as a reactant / gasification agent within the process. The steam acts as a "moderator" within the fixed bed gasification to limit the combustion temperature so that the coal ash is not melted. The steam must be added in excess.

Ganz besonders vorteilhaft gestaltet sich die Verwendung des Dampfes, wenn als Kühlflüssigkeit Wasser verwendet wird und das dampfförmig abgezogene Kühlwasser selbst als Reaktant eingesetzt werden kann, d. h., derjenige Dampfstrom, der zur Vergasung des Feststoffes im Festbett benötigt wird, wird teilweise mit dem in der Kühlung erzeugten Dampf gespeist. Dadurch kann der Dampfbedarf des Verfahrens abgesenkt werden, was die Betriebskosten senkt. Wenn auch der Reaktor selbst einen wassergekühlten Mantel aufweist und auch hier Dampf entsteht, können durch die gesammelte Rückführung des Dampfes aus allen gekühlten Bauteilen etwa 20 Vol.-% der benötigten Gesamt-Dampfmenge eingespart werden.The use of the steam is particularly advantageous if water is used as the cooling liquid and the cooling water drawn off in vapor form can itself be used as a reactant, i. That is, that vapor stream, which is required for the gasification of the solid in a fixed bed, is partially fed with the steam generated in the cooling. Thereby, the steam demand of the process can be lowered, which reduces the operating costs. Although the reactor itself has a water-cooled jacket and steam is also produced here, the collected return of the steam from all the cooled components can save about 20% by volume of the total steam required.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.Other features, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of an embodiment and the drawings. All described or illustrated features alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their back references.

Es zeigen: Show it:

1 schematisch einen im Gegenstrom betriebenen Festbettreaktor, 1 schematically a countercurrent fixed bed reactor,

2 einen Ringgassammler gemäß der Erfindung, 2 a ring gas collector according to the invention,

3 eine Abdeckung des Ringgassammlers gemäß der Erfindung 3 a cover of the ring gas collector according to the invention

In 1 ist schematisch der Reaktor 10 dargestellt. Es handelt sich um einen im Gegenstrom betriebenen vertikalen Festbettreaktor, der in Bodennähe einen Drehrost 11 aufweist. Auf diesem Drehrost 11 baut sich im Betrieb ein Feststoffbett 12 auf. Über eine Einspeisung 13 wird Dampf und/oder ein sauerstoffhaltiges Medium, wie etwa Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder auch reiner Sauerstoff, eingebracht und gleichmäßig verteilt von unten in das Bett 12 eingedüst. Asche, die durch Reaktionen im Festbett 12 entsteht, wird durch den Drehrost 11 ausgetragen und wird über einen Ascheabzug 14 mit nachfolgender Ascheschleuse ausgeschleust. Der Reaktor 10 ist wassergekühlt und weist einen Kühlspalt 17 zwischen einem Außenmantel 18 und einem Innenmantel 19 auf (2).In 1 is schematically the reactor 10 shown. It is a countercurrent vertical fixed bed reactor near the bottom of a rotary grate 11 having. On this rotary grate 11 builds a solid bed during operation 12 on. About a feed 13 Steam and / or an oxygen-containing medium, such as air, oxygen-enriched air or even pure oxygen, introduced and evenly distributed from below into the bed 12 injected. Ashes caused by reactions in a fixed bed 12 is created by the rotary grate 11 discharged and is over a ash deduction 14 discharged with subsequent ash sluice. The reactor 10 is water cooled and has a cooling gap 17 between an outer jacket 18 and an inner jacket 19 on ( 2 ).

Oberhalb des Reaktors 10 ist eine Schleuse 20 vorgesehen, über welche Kohle oder anderer kohlenstoffhaltiger Feststoff zugeführt wird. An die Schleuse 20 schließt sich eine darunter angeordnete Schürze 30 an (2), die als Feststoffreservoir dient, so dass das Festbett 12 im Reaktor 10 einen gleichmäßigen und ausreichenden Füllstand aufweist, obwohl die Kohlebeschickung durch die Schleuse 20 diskontinuierlich erfolgt. Oberhalb des Festbettes 12 ist rund um die Schürze 30 ein freier Raum vorgesehen, in dem sich Reaktionsgase sowie unverbrauchter Dampf ansammeln. Die in diesem Gassammelraum 15 gesammelten Gase werden über einen Gasabzug 16 abgezogen.Above the reactor 10 is a lock 20 provided, via which coal or other carbonaceous solid is supplied. To the lock 20 closes an apron arranged underneath 30 at ( 2 ), which serves as a solid reservoir, allowing the fixed bed 12 in the reactor 10 has a uniform and sufficient level, although the coal feed through the lock 20 discontinuously. Above the fixed bed 12 is around the apron 30 provided a free space in which to collect reaction gases and unused steam. The in this gas collection room 15 collected gases are passed through a gas outlet 16 deducted.

2 zeigt schematisch und im Schnitt die rechte Hälfte der erfindungsgemäßen Beschickungsvorrichtung 1. Der Gasabzug 16 ist meist nur an einer Seite des Reaktors vorgesehen. 2 shows schematically and in section the right half of the charging device according to the invention 1 , The gas outlet 16 is usually provided only on one side of the reactor.

Die Beschickungsvorrichtung 1 weist eine doppelwandige Schürze 30 mit einem Innenmantel 31 und einem Außenmantel 32 auf, zwischen denen ein Kühlspalt 33 ausgebildet ist. Am unteren, dem Festbett 12 zugewandten Ende der Schürze 30 sind der Innenmantel 31 und der Außenmantel 32 durch einen Mantelabschnitt 35 flüssigkeitsdicht verbunden. Innerhalb der Schürze 30 ist zwischen dem Innenmantel 31 und dem Außenmantel 32 eine Schottwand 34 vorgesehen. Diese Schottwand 34 teilt den zwischen Innenmantel 31 und Außenmantel 32 entstehenden Kühlspalt 33 in einen inneren Kühlspalt 33i und einen äußeren Kühlspalt 33a. Der Innenkühlspalt 33i grenzt im laufenden Betrieb über den Innenmantel 31 an den in der Schürze 30 gehaltenen Feststoff, während der Außenkühlspalt 33a über den Außenmantel 32 an den Gassammelraum 15 und an das Festbett 12 grenzt.The feeder 1 has a double-walled apron 30 with an inner jacket 31 and an outer jacket 32 on, between which a cooling gap 33 is trained. At the bottom, the fixed bed 12 facing the end of the apron 30 are the inner jacket 31 and the outer jacket 32 through a shell section 35 connected liquid-tight. Inside the apron 30 is between the inner shell 31 and the outer jacket 32 a bulkhead 34 intended. This bulkhead 34 divides the between inner jacket 31 and outer jacket 32 resulting cooling gap 33 in an inner cooling gap 33i and an outer cooling gap 33a , The internal cooling gap 33i During operation, it borders over the inner jacket 31 to those in the apron 30 held solid, while the outer cooling gap 33a over the outer jacket 32 to the gas collection room 15 and to the fixed bed 12 borders.

Zwischen der Schottwand 34 und dem den Innenmantel 31 und den Außenmantel 32 verbindenden Mantelabschnitt 35 ist ein Freiraum 36 vorgesehen, durch welchen der innere Kühlspalt 33i und der äußere Kühlspalt 33a am unteren Ende der Schürze 30 miteinander verbunden werden.Between the bulkhead 34 and the inner jacket 31 and the outer jacket 32 connecting jacket section 35 is a free space 36 provided, through which the inner cooling gap 33i and the outer cooling gap 33a at the bottom of the apron 30 be connected to each other.

Die Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, wird zwischen Schottwand 34 und Innenmantel 31 eingebracht, strömt durch die Schwerkraft nach unten und steht im Wärmeaustausch mit der innerhalb der Schürze vorgesehenen kalten Kohle (ca. 40°C). Da die Schottwand 34 nicht bündig mit dem Mantelabschnitt 35 abschließt, kann das Wasser am unteren Rand der Schürze 30 in den Außenkühlspalt 33a eintreten. In dem Außenmantel 32 steht die Kühlflüssigkeit in direktem Wärmeaustausch mit dem heißen Gas im Gassammelraum 15. Durch die Temperatur des Gases von bis zu 700°C, bevorzugt bis zu 800°C, wird das Wasser auf Temperaturen des jeweiligen Siedepunktes (bei einem Betriebsdruck von 51 bar ca. 265°C) erhitzt und verdampft. Der Dampf steigt aufgrund seiner deutlich geringeren Dichte im Außenkühlspalt 33a nach oben (Konvektion) und kann am oberen Ende des Kühlspaltes 33a abgezogen werden. Die Oberflächentemperatur des Außenmantels 32 wird bis zu 30° höher (abhängig von Gastemperatur und Last) sein als die Kühlwassertemperatur, da der Wärmeübergang auf der Gasseite hoch ist. Am Außenmantel 32 stellt sich damit immer noch eine Temperatur knapp unterhalb von 300°C ein, die deutlich unterhalb der sich bei einem ungekühlten Ringgassammler ergebenden, im Wesentlichen der Gastemperatur entsprechenden Temperatur liegt. Eine Heißgaskorrosion von C-Stahl kann vermieden oder zumindest stark reduziert werden.The cooling liquid, preferably water, is between the bulkhead 34 and inner jacket 31 introduced, flows down by gravity and is in heat exchange with the provided inside the apron cold coal (about 40 ° C). Because the bulkhead 34 not flush with the shell section 35 The water can be at the bottom of the apron 30 in the external cooling gap 33a enter. In the outer jacket 32 the coolant is in direct heat exchange with the hot gas in the gas collection chamber 15 , Due to the temperature of the gas of up to 700 ° C, preferably up to 800 ° C, the water is heated to temperatures of the respective boiling point (at an operating pressure of 51 bar about 265 ° C) and evaporated. The steam increases due to its much lower density in the outer cooling gap 33a upwards (convection) and can be at the upper end of the cooling gap 33a subtracted from. The surface temperature of the outer jacket 32 will be up to 30 ° higher (depending on gas temperature and load) than the cooling water temperature as the heat transfer on the gas side is high. On the outer jacket 32 thus still sets a temperature just below 300 ° C, which is well below that resulting in an uncooled ring gas collector, essentially corresponding to the gas temperature. Hot gas corrosion of carbon steel can be avoided or at least greatly reduced.

Umfasst der Reaktor 10 selbst ebenfalls einen wassergekühlten Mantel, so wird der Kühlspalt 33 der Schürze 30 vorzugsweise derart mit dem Kühlsystem des Reaktors 10 verbunden, dass das Kühlwasser aus dem Kühlspalt 17 zwischen Außenmantel 18 und Innenmantel 19 des Reaktors 10 auch zur Beschickung des Kühlspaltes 33 der Schürze 30 genutzt werden kann.Includes the reactor 10 itself also a water-cooled jacket, so the cooling gap 33 the apron 30 preferably in such a way with the cooling system of the reactor 10 connected to the cooling water from the cooling gap 17 between outer jacket 18 and inner jacket 19 of the reactor 10 also for feeding the cooling gap 33 the apron 30 can be used.

3 zeigt eine ringförmige Abdeckung 40, die auf der Beschickungsvorrichtung 1 angebracht, vorzugsweise mit dieser verschweißt ist und gleichzeitig den Zu- und Ablauf des Kühlmittels sowie die Verbindung zum Reaktor 10 darstellt. 3 shows an annular cover 40 on the feeder 1 attached, preferably welded to it and at the same time the inlet and outlet of the coolant and the connection to the reactor 10 represents.

Im Zentrum der Abdeckung 40 ist eine kreisförmige Öffnung 41 vorgesehen, durch die der Feststoff aus dem Schleusensystem 20 in die Beschickungsvorrichtung 1 gelangen kann. Nach außen versetzt und dem Mantel der Schürze 30 zugeordnet sind auf konzentrischen Kreisen zwei Reihen von Öffnungen 42, 43 vorgesehen, über welche das Kühlmittel in den inneren Kühlspalt 33i eingebracht bzw. aus dem äußeren Kühlspalt 33a abgezogen wird. Über eine umlaufende Auskragung 44 kann die Abdeckung 40 mit dem Innenmantel 19 des Reaktors 10 verbunden, bspw. verschweißt werden (vgl. 2). In the center of the cover 40 is a circular opening 41 provided by the solid from the lock system 20 in the feeder 1 can get. Outwardly offset and the coat of the apron 30 are assigned to concentric circles two rows of openings 42 . 43 provided, via which the coolant into the inner cooling gap 33i introduced or from the outer cooling gap 33a is deducted. Over a circumferential overhang 44 can the cover 40 with the inner jacket 19 of the reactor 10 connected, for example. Welded (see. 2 ).

Bei dem erfindungsgemäßen gekühlten Ringgassammler wird durch die geringere Wandtemperatur der Abrieb am Innenmantel durch die ständig vorbeigeführte Kohle stark reduziert und die mögliche Standzeit auch hierdurch verlängert. Am Außenmantel werden durch die geringere Temperatur Heißgaskorrosionen abhängig von den Konzentrationen der korrosiven Komponenten im Rohgas vermieden oder stark reduziert. Die korrosiven Komponenten im Rohgas sind bestimmt durch die Kohlezusammensetzung.In the case of the cooled ring gas collector according to the invention, the abrasion on the inner shell is greatly reduced by the lower wall temperature due to the coal which is constantly being passed along, and the possible service life is thereby extended as well. On the outer jacket hot gas corrosion is avoided or greatly reduced depending on the concentrations of corrosive components in the raw gas due to the lower temperature. The corrosive components in the raw gas are determined by the coal composition.

Zudem wird das Gas am Außenmantel des Ringgassammlers etwas abgekühlt, woraus eine niedrigere Temperaturbelastung der darauffolgenden Anlagenteile folgt. Indem das Gas am Ringgassammler gekühlt wird, wird dem Prozess an einer Stelle Wärme entzogen und das Kühlmittel verdampft.In addition, the gas is slightly cooled on the outer jacket of the ring gas collector, resulting in a lower temperature load on the subsequent system parts follows. By cooling the gas at the ring gas collector, heat is removed from the process at one point and the coolant is vaporized.

Wird Wasser als Kühlmittel verwendet, kann der gebildete Dampf anschließend als Dampf für die Vergasung in das System eingespeist werden, wodurch die Kosten für die bereitzustellenden Reaktanten abgesenkt werden können.When water is used as the coolant, the vapor formed can then be fed into the system as vapor for gasification, which can lower the cost of the reactants to be supplied.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Beschickungsvorrichtungloader

1010

Reaktorreactor

1111

Drehrostrotary grate

1212

Festbettfixed bed

1313

Einspeisung von sauerstoffhaltigem Gas und/oder DampfInjection of oxygen-containing gas and / or steam

1414

Ascheabzugash removal

1515

GassammelraumGas collection space

1616

Gasabzuggas vent

1717

Kühlspaltcooling gap

1818

Außenmantel des ReaktorsOuter jacket of the reactor

1919

Innenmantel des ReaktorsInner jacket of the reactor

2020

Schleuselock

3030

Schürzeapron

3131

Innenmantelinner sheath

3232

Außenmantelouter sheath

3333

Kühlspaltcooling gap

33a33a

äußerer Kühlspaltouter cooling gap

33i33i

innerer Kühlspaltinner cooling gap

3434

Schottwandbulkhead

3535

Mantelabschnittshell section

3636

Freiraumfree space

4040

Abdeckungcover

4141

Öffnungopening

4242

Öffnungenopenings

4343

Öffnungenopenings

4444

Auskragungprojection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 112005002983 T5 [0009] DE 112005002983 T5 [0009]

Claims (10)

Vorrichtung (1) zum Beschicken eines unter Druck betriebenen Reaktors (10) mit kohlenstoffhaltigem Feststoff, in dem der Feststoff im Festbett (12) mit Sauerstoff und/oder Dampf vergast wird, wobei die Vorrichtung eine oben und unten offene, ringförmige Schürze (30) aufweist, welcher der Feststoff durch eine Schleuse (20) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürze (30) einen Innenmantel (31) und einen Außenmantel (32) aufweist, zwischen denen ein Kühlspalt (33) mit wenigstens einem Zu- und/oder Abfluss für die Zufuhr und Abfuhr eines Kühlmediums ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) for charging a pressurized reactor ( 10 ) with a carbonaceous solid in which the solid in the fixed bed ( 12 ) is gasified with oxygen and / or steam, wherein the device has a top and bottom open, annular skirt ( 30 ), which passes the solids through a lock ( 20 ), characterized in that the apron ( 30 ) an inner jacket ( 31 ) and an outer jacket ( 32 ), between which a cooling gap ( 33 ) is formed with at least one inlet and / or outlet for the supply and removal of a cooling medium. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürze (30) rotationssymmetrisch, insbesondere zylindrisch, konisch oder teilweise konisch ausgebildet ist.Device according to claim 1, characterized in that the apron ( 30 ) is rotationally symmetrical, in particular cylindrical, conical or partially conical. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel (31) und der Außenmantel (32) der Schürze (30) an der im Reaktor (10) dem Festbett (12) zugewandten Unterseite miteinander verbunden sind.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the inner casing ( 31 ) and the outer jacket ( 32 ) the apron ( 30 ) at the reactor ( 10 ) the fixed bed ( 12 ) facing the bottom are connected to each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlspalt (33) am dem Festbett (12) abgewandten oberen Rand der Schürze (30) über eine Abdeckung (40) verschlossen ist, die eine Vielzahl von Öffnungen (42, 43) zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling gap ( 33 ) on the fixed bed ( 12 ) facing away from the upper edge of the apron ( 30 ) via a cover ( 40 ), which has a plurality of openings ( 42 . 43 ) for supplying and discharging the cooling medium. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenmantel (31) und Außenmantel (32) der Schürze (30) eine Schottwand (34) vorgesehen ist, so dass ein innerer und ein äußerer Kühlspalt (33i, 33a) entstehen, wobei der innere und der äußere Kühlspalt (33i, 33a) an wenigstens einer Stelle miteinander in Verbindung stehen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the inner shell ( 31 ) and outer jacket ( 32 ) the apron ( 30 ) a bulkhead wall ( 34 ) is provided, so that an inner and an outer cooling gap ( 33i . 33a ), wherein the inner and the outer cooling gap ( 33i . 33a ) communicate with each other at at least one location. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere und der äußere Kühlspalt (33i, 33a) über den gesamten Umfang der Schürze (30) miteinander in Verbindung stehen.Apparatus according to claim 5, characterized in that the inner and the outer cooling gap ( 33i . 33a ) over the entire circumference of the apron ( 30 ) communicate with each other. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schottwand (34) und einem den Innenmantel (31) mit dem Außenmantel (32) verbindenden Mantelabschnitt (35) ein Freiraum (36) vorgesehen ist.Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that between the bulkhead ( 34 ) and one the inner shell ( 31 ) with the outer jacket ( 32 ) connecting jacket section ( 35 ) a free space ( 36 ) is provided. Reaktor (10) zur Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffes im Festbett mit Sauerstoff und/oder Dampf umfassend eine Beschickungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Reactor ( 10 ) for the gasification of a carbonaceous solid in a fixed bed with oxygen and / or steam comprising a charging device ( 1 ) according to any one of the preceding claims. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zu- und/oder Ablauf des Kühlspaltes (33) der Beschickungsvorrichtung (1) mit einem Kühlspalt (17) zwischen einem Innenmantel (19) und einem Außenmantel (18) des Reaktors (10) verbunden ist.Reactor according to claim 8, characterized in that the inlet and / or outlet of the cooling gap ( 33 ) of the charging device ( 1 ) with a cooling gap ( 17 ) between an inner shell ( 19 ) and an outer jacket ( 18 ) of the reactor ( 10 ) connected is. Verfahren zur Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffes mit Sauerstoff und Dampf, wobei die Vergasung in einem unter Druck betriebenen Festbettreaktor durchgeführt wird und der Feststoff über eine Schleuse durch eine Beschickungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in das Festbett eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Kühlspalt der Beschickungsvorrichtung ein Kühlmedium in flüssiger Form eingebracht und dass das Kühlmedium wenigstens teilweise dampfförmig aus dem Kühlspalt abgezogen wird.Process for the gasification of a carbonaceous solid with oxygen and steam, wherein the gasification is carried out in a pressurized fixed bed reactor and the solid is introduced into the fixed bed via a lock through a feed device according to one of claims 1 to 7, characterized in that in Cooling gap of the charging device introduced a cooling medium in liquid form and that the cooling medium is at least partially withdrawn in vapor form from the cooling gap.

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