DE3903936A1 - Reaktor fuer allotherme kohlevergasung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor für allotherme Kohlevergasung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Derartige Reaktoren sind bekannt, so z. B. durch die DE-OS 24 23 951, 29 10 437 und 36 35 215. Bei diesen wie auch weiteren bekannten Reaktoren ist deren Innenraum in eine Pyrolysezone und meist zwei Vergasungszonen eingeteilt. In jede dieser Zonen ragen durch die Reaktordecke ein oder mehrere Heizgaszuführungs- und -ableitungsrohre, die in parallel zur Längsachse des Reaktors verlaufende Sammel- und Verteilerrohre münden, an denen mäander- oder haarnadelförmige Wärmetauscherrohre hängen. Hierdurch bedingt ergibt sich eine Vielzahl von die Reaktordecke durchsetzende Leitungen; die Vielzahl der Zuführungs- und Ableitungsrohre zu den Sammel- und Verteilerrohren bedingt für den Fall des Ausbaus der Rohrregister in den genannten Zonen ein vielfältiges Durchtrennen der Zuführungs- und Ableitungsrohre, die die Reaktordecke durchsetzen. Das sog. Blindsetzen einzelner mäander- oder haarnadelförmiger Wärmetauscherrohre ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Reaktor der oberbegrifflichen Art zu schaffen, bei dem einerseits jene Vielzahl von die Reaktordecke durchsetzenden Zuführungs- und Ableitungsrohren und die damit zusammenhängenden Dichtungsprobleme des Gassammelraums oberhalb der Rohrregister in den einzelnen Reaktorzonen vermindert wird, andererseits das Auswechseln der mäander- oder haarnadelförmigen Tauscherrohre der Rohrregister der Reaktorzonen erleichtert wird, wie auch das Blindsetzen einzelner Rohre in denkbar einfacher Weise erfolgen können soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Reaktor die Merkmale des Hauptanspruches vor. Die Merkmale der Unteransprüche dienen der Verbesserung und Weiterentwicklung der Merkmale des Hauptanspruches. -

Der erfindungsgemäße Reaktor bietet den Vorteil, daß die Reaktordecke keine Durchlässe für Heizgaszuführungs- und Heizgasableitungsrohre aufweist und insofern die Dichtungsprobleme der Reaktordecke gegenüber bekannten Ausführungsformen entfallen. - Ist der Austausch der Rohrregister in den Zonen erforderlich, so bedarf es nur des kopfseitigen Öffnens des zylindrischen Reaktors und des axialen Herausziehens des Rohrregisters mit den Sammel- und Verteilerrohren aus dem Reaktor. Das Einsetzen des Rohrregisters vollzieht sich in analoger Weise.

Ein weiterer Vorteil des Reaktors nach der Erfindung besteht darin, daß die in Längskammern unterteilten Sammel- und Verteilerrohre eine Inneninspektion sowie ein vorteilhaftes Verbinden und Lösen der Enden der mäander- und haarnadelförmigen Wärmetauscherrohre erlauben. Das Verschweißen und Lösen dieser Enden wird hierbei nicht durch benachbarte Rohre beeinträchtigt, vielmehr kann das Verschweißen und Lösen der Rohrenden an der Innenseite der Sammel- und Verteilerrohre unter Inanspruchnahme des vollen Querschnittes der jeweiligen Längskammer vorgenommen werden. Gleiches gilt für das Blindsetzen der Wärmetauscherrohre an ihren in die Sammel- und Verteilerrohre mündenden Enden. -

Die Anordnung und Ausbildung der mäander- oder haarnadelförmigen Wärmetauscherrohre kann in konventioneller Weise in bezug auf die vertikale Längsmittelebene des Reaktors derart gleichartig sein, daß zu jeder Seite der Längsmittelebene des Reaktors je ein gemeinsames Sammel- und Verteilerrohr mit daran angeordneten mäander- oder haarnadelförmigen Wärmetauscherrohren angeordnet ist.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Reaktors dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Reaktor,

Fig. 2 die Verbindung eines mäander- oder haarnadelförmigen Wärmetauscherrohres mit der Innenseite der Längskammer eines Sammel- und Verteilerrohres,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Reaktor mit der Unterteilung der Sammel- und Verteilerrohre in Längskammern,

Fig. 4-6 einen Querschnitt nach den Linien IV-IV, V-V und VI-VI der Fig. 1 durch den Innenraum eines Sammel- und Verteilerrohres,

Fig. 7 in schematischer Darstellung die Heizgasführung durch die aufeinanderfolgenden Längskammern eines Sammel- und Verteilerrohres nach einer ersten Ausbildungsform,

Fig. 8 die Unterteilung des Heizgasrohres nach einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 9 einen schematischen Längsschnitt durch das Sammel- und Verteilerrohr nach der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 4-6.

Der zylindrische Reaktor R weist den Mantel 1 auf, der eine Oberseite 2 sowie eine Unterseite 3 erkennen läßt und der einen lösbaren Abschlußdeckel 4 besitzt. -

Der Innenraum J des Reaktors ist in Längsrichtung in die Pyrolysezone I und die Vergasungszonen II, III unterteilt. Durch die Unterseite der Pyrolysezone sowie der beiden Vergasungszonen ragen Dampfzuleitungen 6, 7, 8 zu Verteilerrohren 9 der Zonen I bis III. Beidseits der Dampfzuleitungen 6 der Pyrolysezone I sind Kohlestaubzuführungsrohre 10 angeordnet.

Im oberen Abschnitt des Reaktorinnenraumes erstreckt sich beidseits der vertikalen Längsmittelebene L des Reaktors R (Fig. 3) je ein Sammel- und Verteilerrohr 12 von dem Ende 13 des Reaktors bis zum Ende 14 der Vergasungszone III, dessen Bedeutung und Ausbildung nachstehend beschrieben wird. - Infolge der gleichartigen symmetrischen Ausbildung der Sammel- und Verteilerrohre 12 zu beiden Seiten der Ebene L genügt die Darstellung und Beschreibung eines Rohres 12 sowie der daran hängenden mäanderförmigen Tauscherrohre 16 bis 19. Diese Tauscherrohre sind paarweise angeordnet (Paar 16, 17 als äußeres Rohrpaar, das Paar 18, 19 als inneres Rohrpaar) (Fig. 3). In dargestelltem Beispiel bilden acht Tauscherrohre eine zur Reaktorlängsachse rechtwinklige Rohrebene, wobei mehrere derartige Rohrebenen ein Rohrregister X, Y, Z jeder der Zonen II-IIII bilden. Die Rohrregister X und Y der Pyrolysezone I und der ersten Vergasungszone II sind durch eine Trennwand 5 voneinander getrennt. Der Ascheaustrag 15 ist unterhalb des Gasabzugs 15 a vorgesehen.

Die Enden 16 a-19 a der Tauscherrohre 16-19 ragen, wie Fig. 2 verdeutlicht, geringfügig in eine der unten noch näher beschriebenen Längskammern der Sammel- und Verteilerrohre 12. Hierbei ist der Randbereich 16 b-19 b der Tauscherrohre durch eine Schweißung 20 mit der Innenseite 21 der entsprechenden Längskammer des Verteiler­ oder Sammelrohres 12 verbunden. Das Verbinden und Lösen der Rohre 16-19 erfolgt von der Innenseite der Längskammern des Rohres 12 aus, wie auch das Blindsetzen der Öffnung 22 der Rohre 16-19 von dieser Innenseite der Längskammer des Rohres 12 aus erfolgen kann. Die beiden zueinander parallelen Sammel- und Verteilerrohre 12 haben zwei gemeinsame Heizgaszuleitungen 23 und eine ebenfalls gemeinsame Ableitung 24. (Fig. 1-3).

Die Sammel- und Verteilerrohre 12 sind in Abschnitte 25, 26 und 27 unterteilt, die den Rohrregistern X, Y, Z entsprechen, wobei der Abschnitt 25 der Pyrolysezone I, der Abschnitt 26 der ersten Vergasungszone II und der dritte Abschnitt 27 der Vergasungszone III zugeordnet ist. Diese Abschnitte weisen unterschiedliche Querschnittsunterteilung bei gleichbleibendem inneren und äußeren Querschnitt auf. Die beiden Sammel- und Verteilerrohre 12 sind beidseits der Mittelebene L in dieser Unterteilung gleich, so daß es genügt, jeweils eins dieser Rohre und deren Abschnitte 25-27 einer ersten Ausführungsform zu beschreiben.

Der in Fig. 4 gezeigte Abschnitt 25 des Sammel- und Verteilerrohres 12 weist zwei symmetrisch zur Längsmittelebene M des Rohres 12 angeordnete gleichartige Längskammern A auf. Zwischen diesen elliptischen Kammern erstreckt sich ein Innenraum, der unterteilt ist in eine Längskammer B, eine weitere Kammer C und letztlich eine Kammer D. - Der in Fig. 5 dargestellte Abschnitt 26 der Sammel- und Verteilerrohre 12 auf Höhe der Vergasungszone II weist die beiden seitlich der Längsmittelebene M des Rohres angeordneten gleichfalls elliptischen und vorzugsweise mit den Längskammern A gleichgroße Längskammern E auf. Hierbei ist jedoch in dem Abschnitt 26 der Zwischenraum zwischen den beiden Längskammern E durch zwei Längskammern G und F unterteilt. - Letztlich ist der in Fig. 6 dargestellte Abschnitt 27 der Sammel- und Verteilerrohre 12 in der Vergasungszone III nur noch in je eine seitliche Längskammer H beidseits der vertikalen Mittelebene M unterteilt, während der Raum zwischen den Längskammern H eine einzige mittlere Längskammer K bildet.

Um nun den einzelnen Abschnitten der Sammel- und Verteilerrohre frisches Heizgas zuzuführen, bzw. abgekühltes Heizgas aus diesen Abschnitten abzuführen, sind an den Übergängen zwischen den Abschnitten 25, 26 und 27 Leitblenden oder -bleche 30, 31 vorgesehen, durch die das Heizgas eine nachstehend beschriebene Führung in den Sammel- und Verteilerrohren erhält, obwohl nur zwei gemeinsame Heizgaszuführungsleitungen 23 und eine gemeinsame Heizgasableitung 24 vorgesehen ist. In Fig. 7 ist das Schema der Heizgasführung der ersten Ausführungsform in den einzelnen Abschnitten 25, 26, 27 auf Höhe der Zonen II-IIII, d. h. in den in diesen Zonen angeordneten Registern X, Y, Z dargestellt. Die beiden Kammern A der Sammel- und Verteilerrohre 12 geben ihr Gas in die Wärmetauscherrohre 16-19 des Registers X, wobei das Heizgas in der Längskammer B gesammelt wird. Den Kammern C und D wird frisches Heizgas aus den Zuführungsleitungen 23 zugeführt, wobei am Ende der Längskammer C ein Übertritt dieses frischen Heizgases (symbolisch über die Linie 100) zu der Längskammer F erfolgt.

Aus der Längskammer F tritt in dem Register Y das Heizgas über die Wärmetauscherrohre 16-19 in die Kammern E ein.

Auch in die Längskammer D wird frisches Heizgas eingeführt, das am Ende der Längskammer D in die Längskammer G überführt wird, was symbolisch durch die gestrichelte Linie 101 dargestellt ist. Am Ende der Längskammer G der Sammel- und Verteilerrohre 12 des Registers Y tritt dieses frische Heizgas in die mittlere Längskammer K des letzten Registers Z (Linie 102) ein und wird von dort über die Sammelrohre 16-19 der Vergasungszone III zu den beiden seitlichen Längskammern H geführt. Das abgeleitete Heizgas wird aus den Kammern H zum hinteren Ende (dem dem Reaktorende 13 zugekehrten Ende) der Längskammern E des Registers Y geleitet, was durch die Linie 103 versinnbildlicht wird. Vom vorderen Ende dieser Kammern E aus gelangt das in den Vergaserzonen 2 und 3 abgekühlte Heizgas in die Längskammern A des Registers X der Pyrolysezone I, was durch die Linie 104 versinnbildlicht wird. Das Abziehen von Heizgas erfolgt über die Leitung 24 aus den Kammern A.

In Fig. 9 ist ein Querschnitt durch die Rohrregister der Zonen I, II, II dargestellt, aus der die Zuführung des frischen Heizgases aus den Leitungen 23 in die Längskammern C und D und das Abführen des abgekühlten Heizgases über die Leitung 24 verdeutlicht wird.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 8 sind die Sammel- und Verteilerrohre 12 auf Höhe der Trennwand 5, d. h. am Ende der Pyrolysezone und des Registers X gegeneinander abgedichtet, so daß dem Register X eine Heizgaszuführung und -ableitung zugeordnet ist, während am hinteren Ende 14 des Reaktors eine Zu- und Abführungsleitung für die Register Y und Z der Vergasungszonen II und III vorgesehen ist. Dem Register X wird hierbei in die Längskammer Q frisches Heizgas zugeführt, das über die Wärmetauscherrohre 16, 17 und 18, 19 zu der Längskammer P geführt wird, wo es über die Leitung 24 abgezogen wird.

Die Linie F in Fig. 8 symbolisiert die Trennung zwischen den beiden genannten Rohrabschnitten der Rohre 12 in der Pyrolysezone I und der beiden Vergasungszonen II, II. Hierbei wird das frische Heizgas am Ende 14 des Reaktors dem Register Z (d. h. dem hinteren der beiden Register Y und Z) der Kammer R zugeführt, von wo aus es über die Wärmetauscherrohre 16-19 in die Kammern S gelangt.

Gleichzeitig wird auch am hinteren Ende der Längskammer T Frischgas eingeführt, das am vorderen Ende dieser Kammer in die mittlere Längskammer U des Registers Y eingeführt wird (vgl. Linie 110). Aus dieser Längskammer tritt das Heizgas über die Rohre 16, 17 und 18, 19 in die seitlichen Längskammern V über, aus denen es in die Ausgangslängskammer S überführt wird (vgl. Linie 111), in die auch das abgekühlte Heizgas aus der Längskammer R gelangt und von wo aus der Abzug über die Ableitung 24 aus den Kammern S erfolgt.

Die Heizgaszuleitungen 23 wie auch die Heizgasableitung 24 sind bei der Ausführung nach Fig. 1 an dem Ende 12 a der Sammel- und Verteilerrohre 12 angeordnet, der aus dem lösbaren Abschlußdeckel 4 herausragt. Wird dieser geöffnet, so kann nach Beseitigung der Trennwand 5 das gesamte Rohrregister mit den Leitungen 12 axial aus dem Reaktor gezogen werden. - Die Leitungen 12 stützen sich hierbei auf nicht dargestellten Lagern ab, die die genannte axiale Verschiebung der Rohre ermöglichen.

Claims (10)

1. Reaktor für allotherme Kohlevergasung mit einer Pyrolysezone und mindestens einer dieser Zone folgenden Vergasungszone, in denen in parallelen, aufeinanderfolgenden Ebenen Tauscherrohre hängend angeordnet sind, die in gemeinsame Sammel- und Verteilerleitungen münden, dadurch gekennzeichnet, daß sich über die Pyrolyse- und die Vergaserzone oder -zonen (I, II, III) für alle Tauscherrohre (16-19) mindestens ein gemeinsames Sammel- und Verteilerrohr (12) mit mindestens einer Heizgaszu- und einer -ableitung (23, 24) erstreckt, dessen Querschnitt in Längskammern (A-K; R-U) unterteilt ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskammern (A-K; R-U) in den aufeinanderfolgenden Zonen (I, II, III) unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.

3. Reaktor nach Anspruch 1 und 2, bei der die Heizgaszuführung an einem Reaktorende erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die den Abschnitt der Heizgassammelleitung bildende Längskammer (B) mit der die Verteilerleitung bildenden Längskammer (A) des ersten Rohrabschnitts in der Pyrolysezone (I) verbunden ist, in die das aus den Vergasungszonen (II) und (III) zurückströmende Heizgas eingeführt wird.

4. Reaktor nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, mit einer Pyrolysezone und zwei Vergasungszonen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des gemeinsamen Sammel- und Verteilerrohres in der Pyrolysezone (I) zwei Zuführungskammern (C, D) zu den folgenden Verteilerkammern (F, K) und eine Verteilerkammer (A) und eine Sammelkammer (B) für die Tauscherrohre (16-19) der Pyrolysezone (I) aufweist.

5. Reaktor nach Anspruch 1 und 2 mit zwei beidendigen Zugängen zu den Längskammern, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskammern (P, Q) am Ende der Pyrolysezone (I) und die Längskammern (U, V) am Anfang der Vergaserzone (II) voneinander getrennt sind.

6. Reaktor nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sammel- und Verteilerrohre (12) darstellenden Längskammern den seitlichen bzw. oberen (A, E, H, P, S, V) und den unteren bzw. mittigen (B, F, K, Q, R, U) Abschnitt des Querschnitts der Rohre (12) bilden.

7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen zu Längskammern der Vergasungszone oder -zonen (II, III) darstellenden Längskammern (D, C, G, T) im oberen Abschnitt der Sammel und Verteilerrohre (12) angeordnet sind.

8. Reaktor nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Tauscherrohre (16-19) in der Innenwand der aufeinanderfolgenden Längskammern (A, B, E, F, H, K, P, Q, R, S, U, V) befestigt sind, aus denen bzw. in die das Heizgas in unterschiedlicher Strömungsrichtung aus- bzw. eintritt.

9. Reaktor nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel- und Verteilerrohre (12) aus einem lösbaren Abschlußdeckel (4) herausragen und dort die Heizgaszuführungs- (23) und -ableitungen (24) in die Rohre (12) münden.

10. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Querschnitt der Längskammern (A, B, E, F, H, K, P, Q, R, S, U, V) für eine Begehung und für Arbeiten an den Enden wenigstens der Tauscherrohre (16-19) bemessen ist.