KR20150014909A

KR20150014909A - Cooled annular gas collector

Info

Publication number: KR20150014909A
Application number: KR1020147028299A
Authority: KR
Inventors: 오스만 투르나; 프레드리끄 쥐다스; 미하엘 크레쓰; 무케쉬 쿠마르; 외르크 베트너
Original assignee: 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2015-02-09
Also published as: UA114197C2; KR102032589B1; DE102012009265B4; IN2014MN01843A; CN104321413B; DE102012009265A1; CN104321413A; EA027447B1; ZA201405930B; AU2013258337A1; WO2013167341A1; AU2013258337B2; EA201401239A1

Abstract

고정층에서 산소 및/또는 스팀으로 탄소질 고형물들을 가스화할시, 압력하에서 작동되는 반응기 (10) 는 고형물들로 연속적으로 충전되어야 한다. 이러한 고형물들은 상부 및 바닥에서 개방되는 링 형상의 에이프런 (1) 을 통하여 잠금부로부터 고정층 (12) 에 공급된다. 에이프런 (1) 은 내부 자켓과 외부 자켓 (32) 을 포함하고, 그리하여 냉각 매체용 적어도 하나의 입구 및/또는 출구를 가진 냉각 갭이 형성된다.When gasifying the carbonaceous solids with oxygen and / or steam in the fixed bed, the reactor (10) operated under pressure must be continuously charged with solids. These solids are supplied from the lock portion to the fixation layer 12 through the ring-shaped apron 1 which is open at the top and bottom. The apron 1 includes an inner jacket and an outer jacket 32, thus forming a cooling gap with at least one inlet and / or outlet for the cooling medium.

Description

냉각된 환형 가스 집속기 {COOLED ANNULAR GAS COLLECTOR}[0001] COOLED ANNULAR GAS COLLECTOR [0002]

본원은 압력하에서 작동되는 반응기를 탄소질 고형물들로 충전하는 충전 장치에 관한 것으로서, 상기 고형물들은 고정층에서 산소 및/또는 스팀으로 가스화되고, 상기 충전 장치는 상부 및 하부에서 개방되는 링 형상의 에이프런 (apron) 을 포함하며, 상기 고형물들은 잠금부를 통하여 상기 에이프런에 공급되고, 그리고 또한 상기 충전 장치에 의한 고정층 가스화를 위한 반응기 및 이러한 반응기를 작동시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a charging apparatus for charging a reactor operated under pressure with carbonaceous solids, wherein the solids are gasified into oxygen and / or steam in a fixed bed, the charging apparatus comprising a ring-shaped apron apron, the solids being supplied to the apron through a lock, and also to a reactor for fixed bed gasification by the filling device and to a method of operating such a reactor.

가스화는 탄소질 고형물 또는 액체 물질 (예를 들어, 석탄, 바이오매스 또는 석유) 을 가스화 매체 (산소/공기, 스팀) 에 의해 소위 합성 가스로 전환시키는 것으로 이해된다. 주요 성분들로서, 상기 합성 가스는 수소 (H₂), 물 (H₂O), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO₂), 및 메탄 (CH₄) 을 포함한다. CO 및 H₂ 는 다수의 화학 합성물들을 위한 시작 물질들이고, 그 후 이에 기초하여 장쇄 생성물들, 예를 들어 소위 CtL (Coal to Liquids) 연료들이라고 하는 디젤과 가솔린, 또는 다른 유가 재료들 (SNG = Substitute Natural Gas, 암모니아/비료/요소를 위한 H₂, 메탄올 등) 을 생성할 수 있다.Gasification is understood to convert carbonaceous solid or liquid material (e.g. coal, biomass or petroleum) into so-called syngas by means of a gasification medium (oxygen / air, steam). As a main component, the synthesis gas comprises hydrogen (H _2), water (H ₂ O), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO _2), and methane (CH _4). CO and H ₂ are starting materials for a number of chemical compounds and then based thereon diesel and gasoline or other valuable materials (SNGs), such as long chain products, for example so-called Coal to Liquids (CtL) Substitute Natural Gas, H ₂ for ammonia / fertilizer / urea, methanol, etc.).

하지만, 합성 가스는 또한 황화수소 (H₂S), 카본 옥사이드 설파이드 (COS), 염산 (HCl), 암모니아 (NH₃), 시안화수소산 (HCN), 부분 플루오르화 수소 (HF) 와 가능하다면 또한 고 탄화수소들 및 타르유들을 포함한다. 가스의 조성은 공급물의 조성, 사용된 가스화 매체의 종류와 양, 선택된 가스화 공정에 의해 특정되는 바와 같이 발생하는 반응들의 반응 조건들과 운동학적 경계 조건들에 따른다.However, syngas can also contain hydrogen sulfide (H ₂ S), carbon oxide sulfide (COS), hydrochloric acid (HCl), ammonia (NH ₃ ), hydrocyanic acid (HCN), partially hydrogen fluoride And tar oils. The composition of the gas depends on the composition of the feed, the type and amount of the gasification medium used, the reaction conditions and kinematic boundary conditions of the reactions occurring as specified by the selected gasification process.

주로, 고형물들을 가스화하기 위한 3 개의 상이한 유형의 공정들: 유동층들에서의 가스화, 고형물들로 형성된 고정층에서의 가스화, 및 최종적으로 혼입층 (entrained-bed) 반응기에서의 가스화가 알려져 있다. 상이한 가스화 기술들은 연료에 대하여 상이한 요건들을 부과하고, 이러한 요건들은 그에 따라 연료의 선택 또는 연료 처리의 개념의 선택시에 고려되어야 한다.Mainly, three different types of processes for gasifying solids are known: gasification in fluidized beds, gasification in a fixed bed formed with solids, and finally gasification in an entrained-bed reactor. Different gasification techniques impose different requirements on the fuel, and these requirements must therefore be taken into consideration in the selection of the fuel or the concept of fuel treatment accordingly.

실제 반응기가 고정층 반응기로서 구성되면, 이 실제 반응기는 외부 워터 자켓을 가진 실질적으로 원통형의 수직 반응기를 포함한다. 고형물 탄소질 연료, 일반적으로 석탄 또는 바이오매스는 위에서부터 잠금부를 통하여 반응기의 내부에 존재하는 석탄 분배기에 도입되고, 고정층이 형성되며, 이 고정층은 반응기의 하부 영역에 배열된 회전 화격자에 놓인다. 상기 하부 영역으로부터, 산소 및 스팀이 고정층으로 송풍된다.When an actual reactor is constructed as a fixed bed reactor, this actual reactor comprises a substantially cylindrical vertical reactor with an outer water jacket. The solid carbonaceous fuel, generally coal or biomass, is introduced from above into the coal distributor existing in the interior of the reactor through the lock, and a fixed bed is formed, which is placed in a rotating grate arranged in the lower region of the reactor. From the lower region, oxygen and steam are blown into the fixed bed.

이러한 고온 가스들은 하부로부터 고정층을 통하여 상부로 유동하는 반면, 고형물들은 위에서부터 잠금 시스템을 통하여 재충전된다. 그리하여, 역류 (counterflow) 고정층 가스화를 또한 참조하면 된다. 재충전된 고형물들은 약 40℃ 의 온도를 갖기 때문에, 전체 고정층은 회전 화격자 주변에 가장 고온부가 위치되고 그리고 고형물들 공급부 쪽으로 상방으로 온도가 감소되는 온도 프로파일을 가진다. 이러한 온도 프로파일에 대응하여, 고정층 내부에서 상이한 반응들이 일어난다. 그리하여, 개별 영역들로의 명확한 분리는 없지만 개별 구역들을 서로 합치는 반응 구역들을 종종 참조하면 된다. 재충전된 고형물들의 주변의 가스화기의 상부에서는, 물리흡착된 가스들의 건조 및 탈착 (desorption) 이 실시된다. 건조 구역 아래에는 소위 반응 구역이 위치되고, 이 반응 구역의 상부에서는 고형물들의 탈기 (degassing) 가 실시된다. 탈기 다음에 Boudouard 반응 뿐만 아니라 물 가스 및 물-가스 시프트 반응들에 따른 고형물들의 실제 가스화가 따른다. 후속의 구역에서, 고형물들의 연소가 실시된다.These hot gases flow upward from the bottom through the fixed bed, while solids are recharged from above through the lock system. Thus, reference is also made to counterflow fixed bed gasification. Because the recharged solids have a temperature of about 40 캜, the entire fixation layer has a temperature profile in which the hottest portion is located around the rotating grate and the temperature is reduced upward toward the solids feed. Corresponding to this temperature profile, different reactions occur within the fixation layer. Thus, it is often necessary to refer to reaction zones that do not have a clear separation into individual zones, but merge individual zones together. At the top of the gasifier around the recharged solids, drying and desorption of the physically adsorbed gases is carried out. A so-called reaction zone is located below the drying zone, and degassing of the solids is carried out at the top of the reaction zone. Following deaeration is followed by actual gasification of the solids as a function of Boudouard reactions as well as water gas and water-gas shift reactions. In the subsequent zone, the combustion of solids is carried out.

특히 연소시 얻은 회분 (ash) 은 회전 화격자를 통하여 낙하하고 그리고 추가로 여기에서 배출된다. 반응물들, 주로 스팀, 질소 및 아르곤의 전환되지 않은 가스 분획물들은, 형성된 합성 가스와 함께, 고정층 위에 제공된 가스 인출부 (gas draw) 를 통하여 배출된다.In particular, the ash obtained during combustion falls through the rotating grate and is further discharged therefrom. Unreacted gas fractions of reactants, mainly steam, nitrogen and argon, are discharged through the gas draw provided on the fixed bed, along with the syngas formed.

반응기는 특히 바람직하게는 적어도 50 barg 의 작동 압력에서 최대 100 barg, 바람직하게는 최대 60 barg 의 압력에서 작동되어 고형물들을 압력하에서 도입해야 하므로 반응기에 연료를 공급하기 위한 잠금 시스템이 필요하다. 잠금 시스템을 통한 도입이 불연속적으로 실시되는데, 먼저 반응기에 의해 종단된 잠금부에 대기 조건하에서 연료가 공급된 후, 잠금 시스템에서 가압되고 그리고 이러한 압력하에서 반응기에 충전된다. 그 후에, 반응기는 다시 잠금 시스템에 대하여 폐쇄된다. 그리하여, 그럼에도 불구하고 일정한 조건하에서 정적 상태로 공정을 작동할 수 있도록, 또한 반응기 내부에 고형물 저장기가 제공되어야 하고, 이는 고정층이 항상 동일한 높이를 갖도록 보장해준다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어 Lurgi® 또는 VEB PKM Anlagenbau Leipzig 로부터의 다양한 내장물, 예를 들어 소위 석탄 분배기들이 알려져 있다. 이러한 장치들의 다양한 구성들에 의해 석탄 입자 스펙트럼의 자연적인 분리에 선택적으로 영향을 주려는 시도를 하였다. 그 결과 개선된 가스화를 달성하는 제한된 범위에만 적합하였다. 입자 스펙트럼 및 붕괴 (disintegration) 거동은 석탄들의 종류와 특성들에 매우 의존적이다.The reactor is particularly preferably operated at a pressure of at most 100 barg, preferably at most 60 barg at an operating pressure of at least 50 barg, so that solids are introduced under pressure, so that a locking system is required to supply fuel to the reactor. Introduction through the lock system is carried out discontinuously, after the fuel is first supplied to the lock terminated by the reactor under atmospheric conditions, then it is pressurized in the lock system and charged to the reactor under this pressure. Thereafter, the reactor is again closed against the locking system. Thus, nonetheless, a solids reservoir must be provided inside the reactor to ensure that the process can be operated in a static state under certain conditions, ensuring that the fixed bed always has the same height. For this purpose, various constructions, for example so-called coal distributors, for example from Lurgi® or VEB PKM Anlagenbau Leipzig are known. Attempts have been made to selectively influence the natural separation of the coal particle spectra by the various configurations of these devices. Resulting in only a limited range of achieving improved gasification. Particle spectra and disintegration behavior are highly dependent on the types and properties of coal.

이러한 장치는 예를 들어 DE 11 2005 002 983 T5 에 개시되어 있다. 이는 원통형 또는 내부로 테이퍼진, 즉 단부가 개방된 중공의 역절두원뿔형 에이프런이고, 이러한 에이프런은 반응기의 헤드로부터 아래로 매달려 있어서, 석탄 잠금부로부터 배출되는 석탄은 고형물들 층에 분배되도록 에이프런의 내측을 따라서 이동한다. 에이프런의 하단부는 통상적으로 고정층 내부에 위치된다. 가스 가스화기의 벽과 에이프런 사이에는 링 형상의 가스 집속 구역이 형성되고, 이 가스 집속 구역으로부터 집속된 원료 가스는 가스 출구를 통하여 측방향으로 배출된다.Such a device is disclosed, for example, in DE 11 2005 002 983 T5. This is a hollow, inverted truncated conical apron tapered or internally tapered, with the apron hanging down from the head of the reactor, so that the coal discharged from the coal lock is distributed to the inner side of the apron . The lower end of the apron is typically located inside the fixed bed. A ring-shaped gas concentration zone is formed between the wall and the apron of the gas-gasifier, and the raw material gas converged from the gas concentration zone is discharged laterally through the gas outlet.

현재 작동되는 가장 큰 플랜트들에서, 석탄은 대부분 고정층 가스화 공정에서 합성 가스로 전환되고, 이 공정에서 출구 및 반응 단부의 온도들은 평균적으로 낮아서, 얻어진 합성 가스는 200 ~ 300℃ (습기 갈탄들에 대해서) 또는 400 ~ 500℃ (신생 (young) 경질 석탄들에 대해서) 의 온도로 반응기로부터 배출된다. 여기에서 고정층의 불균질성으로 유발되는 온도 피크들과 평균 온도 사이에는 구별을 해야 한다. 평균 온도는 구성품의 부식 및 그로 인한 수명에 결정적이다. 온도 피크들은 열적 및 기계적 부하를 결정하고 그리하여 한계값들을 초과하지 않아야 한다.In the largest currently operated plants, coal is mostly converted to syngas in a fixed bed gasification process where the temperatures at the outlet and reaction ends are on average low, and the resulting syngas is heated to 200 to 300 ° C ) Or 400 to 500 ° C (for young hard coal). Here, distinctions must be made between the temperature peaks induced by the heterogeneity of the fixed bed and the average temperature. The average temperature is crucial to the corrosion and hence the service life of the components. The temperature peaks shall determine the thermal and mechanical load and shall not exceed the limits.

고정층에서 석탄 가스화용 플랜트의 한계값들은, 아직까지, 650 또는 670℃ 의 온도 피크들에서, 원료 가스 출구의 열적 부하를 제한하기 위해서, 전력 감소 또는 심지어 반응기의 셧다운이 필요해지도록 규정되어야 한다. 열악한 석탄 품질들이나 특성들 및 높은 부하들은 이러한 온도 피크들의 진폭과 주파수를 증가시킨다.The limits of the coal gasification plant in the fixed bed should still be specified so as to limit the thermal load of the feed gas outlet at temperature peaks of 650 or 670 ° C so that a power reduction or even a shutdown of the reactor is required. Poor coal quality or characteristics and high loads increase the amplitude and frequency of these temperature peaks.

증가하는 화석 원료들의 부족으로 인해, 고형물들 가스화기들은 장래에 예를 들어 습기 갈탄 또는 신생 경질 석탄들 뿐만 아니라 더 높은 반응 단부 온도와 열악한 특성들을 가진 다른 석탄들이 가스화될 수 있도록 구성되어야 한다. 추가로, 재생가능한 원료들 또는 이차적인 원료들의 고정층 가스화는 중요해지고 있고, 이는 대부분 고정층 가스화에 비하여 열악한 특성들을 가진다. 그 결과 온도들은 적어도 700℃, 바람직하게는 최대 800℃, 심지어 부분적으로 최대 1000℃ 의 가스 출구 온도에 이를 수 있다. 이러한 온도들에서, 사용된 에이프런은 현저히 더 큰 재료 응력에 노출된다.Due to the increasing lack of fossil feedstocks, solids gasifiers must be configured in the future to be able to gasify, for example, moisture coal or new hard coal as well as other coal with higher reaction end temperatures and poorer characteristics. In addition, fixed-bed gasification of renewable raw materials or secondary raw materials is becoming important, and it has poorer characteristics than most fixed bed gasification. As a result, the temperatures can reach a gas outlet temperature of at least 700 캜, preferably at most 800 캜, and even partly at most 1000 캜. At these temperatures, the apron used is exposed to significantly higher material stresses.

또한, 고함량의 황 또는 할로겐들을 가진 석탄들은 증가하는 정도로 가스화된다. 이미 언급 한 바와 같이, 이는 그 결과 생긴 원료 합성 가스에 H₂S, COS, HCl 및 HF 등의 화합물들을 유도한다. 통상적으로 지금까지 사용된 온도들 (예를 들어, 오래된 경질 석탄 450 ~ 550℃, 무연탄 550 ~ 600℃ 에 비하여, 습기 갈탄은 약 250℃, 신생 경질 석탄은 약 450℃) 이상에 있는 온도들과 함께, 이는 에이프런에서 더 강한 부식을 유도한다. 이러한 통상적인 작동 온도들에 온도 피크들이 또한 추가되어야 하고, 이 온도 피크들은 석탄들의 품질 및 입자 스펙스럼에 따른다. 많이 분해되는 갈탄들은, 예를 들어 고함량의 미세한 입자로 인해 채널링을 유발하고, 이는 CO₂ 및 온도 피크들을 유도한다. 에이프런 변경을 위해서, 플랜트는 셧다운되어야 하고, 그리하여 생산 손실들이 발생한다. 다른 한편으로는, 에이프런은 너무 커서 고온 저항성 재료들의 사용으로 투자 비용에 있어서 상당한 증가를 유발하여 비경제적이고, 더욱이 고온 저항성 재료들의 사용으로 예를 들어 할로겐화 수소들에 의한 부식을 제한된 정도로만 방지한다.Also, coal with a high content of sulfur or halogens is gasified to an increased extent. As already mentioned, this leads to compounds such as H ₂ S, COS, HCl and HF in the resulting feed syngas. (For example, about 450 deg. C for old hard coal, about 250 deg. C for moisture brown coal, and about 450 deg. C for new hard coal) compared to temperatures used up to now Together, it induces stronger corrosion on the apron. Temperature peaks also have to be added to these typical operating temperatures, and these temperature peaks depend on the quality and particle spectra of the coals. Highly dissociated lignites, for example, lead to channeling due to high content of fine particles, which leads to CO ₂ and temperature peaks. To change the apron, the plant must be shut down, thus causing production losses. On the other hand, the aprons are too large to cause a significant increase in investment costs through the use of high temperature resistant materials, which is uneconomical and furthermore prevents the corrosion by, for example, hydrogen halides to a limited extent with the use of high temperature resistant materials.

따라서, 본 발명의 목적은, 심지어 450℃ 초과의 가스화 온도들에서 그리고/또는 황 및/또는 할로겐들을 함유하는 연료들을 사용할 때, 플랜트의 긴 수명이 가능하도록 환형 가스 집속기라고 하는 에이프런을 구성하는 것이다. 동시에, 부하 저감 또는 반응기의 단기간 또는 장기간 셧다운을 실시하지 않고 빈번한 온도 피크들이 허용되어야 한다.It is therefore an object of the present invention to provide an apron which is called an annular gas collector to enable the long life of the plant, even when using fuels containing sulfur and / or halogens at gasification temperatures exceeding 450 DEG C will be. At the same time, frequent temperature peaks must be allowed without load reduction or short or long term shutdown of the reactor.

본원에 따라서, 상기 목적은 청구항 1 에 따른 충전 장치로 해결된다. 에이프런은 냉각되고 그리고 이러한 목적을 위해 내부 자켓과 외부 자켓을 포함하고, 내부 자켓과 외부 자켓 사이에는 냉각 매체의 공급 및 배출을 위한 적어도 하나의 입구와 출구를 가진 냉각 갭 (cooling gap) 이 형성된다.According to the present application, this object is solved by a charging device according to claim 1. The apron is cooled and includes an inner jacket and an outer jacket for this purpose and a cooling gap is formed between the inner jacket and the outer jacket with at least one inlet and outlet for supply and discharge of the cooling medium .

본원의 개량에 따라서, 에이프런은 회전 대칭, 특히 원통형, 원뿔형 또는 부분 원뿔형으로 형성된다. 원통형 형상은 잠금 시스템을 통하여 도입된 연료가 연료층의 전체 단면에 걸쳐 확산되는 장점을 가진다. 추가로, 그리하여 연료 피더 슈트 (feeder chute) 의 용적이 최대화될 수 있어서, 동일한 충전 용적으로 연료 피더 슈트는 비교적 짧은 길이를 가지며 그리고 유효 반응기 높이가 결정적으로 감소되지 않게 된다. 그럼에도 불구하고, 2 개의 석탄 잠금 작동들 사이의 시간 및 가스화와 공급의 가능한 불규칙성을 메우는데 필요한 석탄의 양을 취할 수 있다.According to an improvement of the present application, the apron is formed in rotational symmetry, especially cylindrical, conical or part conical. The cylindrical shape has the advantage that the fuel introduced through the locking system diffuses over the entire cross section of the fuel layer. In addition, the volume of the fuel feeder chute can thus be maximized, so that the fuel feeder chute has a relatively short length and the effective reactor height is not reduced significantly with the same filling volume. Nevertheless, the amount of coal required to fill the time between two coal lock operations and the possible irregularities of gasification and supply can be taken.

에이프런 자켓이 원뿔형일 때, 충전 장치는 고정층 쪽으로 테이퍼져야 한다. 이는 고정층으로부터 원료 가스를 위한 자유 출구면이 가능한 한 넓게 되는 장점을 가진다. 가능한 한 넓은 출구면을 제공함으로써, 각각의 가스 속도 및 그로 인해 혼입된 먼지의 양이 최소화될 수 있다. 추가로, 그 결과로 인한 가스 집속 공간은 가능한 한 넓은 용적을 가지고, 그리하여 원료 가스의 유동 속도가 또한 가스 집속 공간에서 감소되고 그리고 먼지 유지가 향상된다. 마지막으로, 출구면은 가능한 한 넓게 구성되어야 하고, 그리하여 원료 가스는 연료층의 전체 단면에 걸쳐 보다 균일하게 유동할 수 있고 그리고 석탄 입자들의 혼입이 최소화된다. 교차 유동들은 전체 고정층에서 균질한 반응 조건들을 보장하도록 저감되어야 한다.When the apron jacket is conical, the filling device must be tapered toward the fixed bed. This has the advantage that the free exit surface for the raw material gas from the fixed bed is as wide as possible. By providing as wide a outlet face as possible, the respective gas velocities and hence the amount of entrained dust can be minimized. In addition, the resulting gas focussing space has as large a volume as possible, so that the flow rate of the source gas is also reduced in the gas focussing space and the dust retention is improved. Finally, the outlet surface should be constructed as wide as possible, so that the feed gas can flow more uniformly over the entire cross section of the fuel layer and the incorporation of coal particles is minimized. Crossflows must be reduced to ensure homogeneous reaction conditions across the entire fixed bed.

원통부에 장착되는 부분 원뿔형 형상은 2 가지 구성들의 장점들을 결합한다.The partial conical shape mounted on the cylindrical portion combines the advantages of the two configurations.

진행중인 작동에서, 냉각 갭은 냉매, 특히 보일러 공급 물로 충전된다. 물이 사용되면, 탄산염 또는 보일러 스케일의 퇴적들을 방지하기 위해서, 물은 스팀 발생기들을 위한 가이드라인들을 만족해야 한다. 원칙적으로, 냉각 갭은 일 가장자리에서 냉매의 유입이 제공되고 그리고 반대의 가장자리에서 냉매의 유출이 제공되도록 구성되어야 한다. 하지만, 바람직하게는 냉각 갭은, 내부 자켓과 외부 자켓이 여기에서 액밀 방식으로 연결되도록, 일 가장자리에서 액체 불투과성으로 구성된다. 바람직하게는, 이 가장자리는 고정층에 대향하고, 즉 반응기의 바닥에 배열된다. 냉각 갭을 냉매로 충전하는 것은, 공통의 공급 및 배출 도관을 통하여 실시될 수 있거나 또는 적어도 하나의 입구 및 하나의 출구가 제공된다.In an ongoing operation, the cooling gap is filled with refrigerant, particularly a boiler feed. If water is used, water must meet the guidelines for steam generators to prevent deposits of carbonate or boiler scale. In principle, the cooling gap should be configured such that the inlet of the refrigerant is provided at one edge and the outlet of the refrigerant is provided at the opposite edge. Preferably, however, the cooling gap is made liquid impermeable at one edge so that the inner jacket and the outer jacket are here connected in a liquid-tight manner. Preferably, the edges are opposite the fixed bed, i.e., arranged at the bottom of the reactor. The filling of the cooling gaps with the refrigerant can be effected through a common supply and discharge conduit, or at least one inlet and one outlet are provided.

고정층으로부터 멀리 대향하는 에이프런의 가장자리에서, 즉 상부 가장자리에서, 냉각 갭은 바람직하게는 링 형상의 커버에 의해 폐쇄되고, 이 커버에는 냉각 매체를 도입 및 배출하기 위해 다수의 개구들이 제공된다. 그 후, 냉각 매체는 에이프런의 전체 원주에 걸쳐 냉각 갭에 도입될 수 있다. 냉각 매체, 예를 들어 물이 에이프런 외측을 통하여 상승하는 고온 합성 가스에 의해 가열되면, 냉각 매체는 증발되고 그리고 냉각 갭으로부터 커버의 개구를 통하여 증기 형태로 빠져나가도록 상부로 상승한다.At the edge of the apron facing away from the fixed bed, i. E. At the top edge, the cooling gap is preferably closed by a ring-shaped cover, which is provided with a plurality of openings for introducing and discharging the cooling medium. The cooling medium may then be introduced into the cooling gap over the entire circumference of the apron. When a cooling medium, such as water, is heated by the hot syngas rising through the outside of the apron, the cooling medium evaporates and rises upwardly to escape in vapor form through the opening of the cover from the cooling gap.

바람직하게는, 장치는 그에 따라 쉽게 제조될 수 있고 그리고 그 결과 생긴 냉각 갭은 각각의 지점에서 동일한 폭을 갖기 때문에, 내부 자켓과 외부 자켓은 평행하게 연장된다. 동일한 방식으로, 에이프런을 따른 가스의 용적 유동 및 그에 따른 소산될 열량이 특히 높은 상기 지점들에서, 약간 가로지로는 지점들에서보다 더 큰 폭을 갖도록 냉각 갭을 형성하는 것을 상정할 수도 있다. 예를 들어, 가스 출구에 대향하는 영역에는 큰 하중이 가해진다. 따라서, 실제로는 전체 에이프런이 충분히 냉각됨을 보장할 수 있다.Preferably, the inner jacket and the outer jacket extend parallel, since the device can be easily manufactured accordingly and the resulting cooling gaps have the same width at each point. In the same way, it may be assumed that the volumetric flow of the gas along the apron and thus the calories to be dissipated, at these points particularly high, form a cooling gap with a width greater than at some transversal points. For example, a large load is applied to the region facing the gas outlet. Thus, in practice, it can be ensured that the entire apron is sufficiently cooled.

본원의 특히 바람직한 양태에 있어서, 에이프런의 내부 자켓과 외부 자켓 사이에는 벌크헤드가 제공되고, 이 벌크헤드는 바람직하게는 냉각 액체에 의한 균일한 충전을 위해 제공되도록 내부 자켓과 외부 자켓에 평행하게 연장된다. 벌크헤드에 의해서, 내부 냉각 갭과 외부 냉각 갭이 형성되고, 이 내부 냉각 갭과 외부 냉각 갭은 바람직하게는 에이프런의 전체 원주에 걸쳐 적어도 일 지점에서 서로 연결된다.In a particularly preferred embodiment of the present application, a bulkhead is provided between the inner jacket and the outer jacket of the apron, which preferably extends parallel to the inner jacket and the outer jacket so as to provide for uniform charging by the cooling liquid do. By the bulkhead, an inner cooling gap and an outer cooling gap are formed, which are preferably connected to each other at least at one point over the entire circumference of the apron.

내부 자켓과 외부 자켓을 연결하는 자켓부와 벌크헤드 사이에는 자유 공간이 제공되고, 즉 벌크헤드가 에이프런의 하부로 아래로 연장되지 않는다는 점에서, 내부 냉각 갭과 외부 냉각 갭 사이의 연결은 특히 용이하게 실시된다. 이러한 구성으로 펌프가 필요하지 않고 냉매를 에이프런을 통하여 유동시키는 것을 달성할 수 있다. 외부 냉각 갭은, 가스 집속 공간과 직접 접촉하고 그리고 상승하는 고온 원료 합성 가스의 온도에 노출되는 에이프런의 외부 자켓에 인접하여, 그에 따라 가열된다. 내부 자켓을 통하여, 내부 냉각 갭에서의 냉매는 오직 약 40 ℃ 의 온도를 가진 재충전된 고형물들과 연결된다. 그리하여, 외부 냉각 갭에서의 냉매는 내부 냉각 갭에서의 냉매보다 현저히 더 높은 열전달에 노출되어, 냉각 갭을 통한 방향성 유동이 대류로 인해 발생한다.The connection between the inner cooling gap and the outer cooling gap is particularly advantageous in that the free space is provided between the jacket connecting the inner jacket and the outer jacket and the bulkhead, i.e. the bulkhead does not extend downwardly to the bottom of the apron . With this arrangement, it is possible to achieve a refrigerant flow through the apron without the need for a pump. The outer cooling gap is heated adjacent to an outer jacket of the apron that is in direct contact with the gas fog space and exposed to the temperature of the rising hot raw syngas. Through the inner jacket, the refrigerant in the inner cooling gap is connected to the recharged solids with a temperature of only about 40 ° C. Thus, the refrigerant in the outer cooling gap is exposed to significantly higher heat transfer than the refrigerant in the inner cooling gap, so that the directional flow through the cooling gap occurs due to convection.

이제 냉매 액체로서 물이 사용되면, 물의 비등점은 고온 원료 합성 가스의 온도 이하에 놓여 있다. 이는 또한 냉각 시스템이 압력 (30 bara: 비등점 234℃; 51 bara: 265℃) 하에서 작동되는 경우이다. 그 결과 생긴 스팀은 항상 출구로 상방으로 유동할 것이다. 특히 바람직한 양태에 있어서, 냉매는 내부 냉각 갭으로 공급되고 그리고 외부 냉각 갭으로부터 배출된다. 그리하여, 도입된 냉각수는 내부 냉각 갭을 통과하고, 벌크헤드와의 접촉에 의해 약간 가열되며, 에이프런 내부에서 재충된 고형물들에 상기 열을 통과시키고, 이는 심지어 경미한 정도로 냉각수의 온도 감소를 유도한 후, 외부 냉각 갭으로 간다. 에이프런의 고온 외부 자켓과의 접촉으로 인해, 물은 여기에서 증발되어 시스템으로부터 열을 배출한다. 그 결과 생긴 스팀은 외부 냉각 갭에 제공된 스팀 출구 외부로 유동한다. 스팀의 배출로 인해, 새로운 냉각수는 내부 냉각 갭으로부터 외부 냉각 갭으로 계속 운반된다. 따라서, 이러한 시스템에서, 내부 냉각 갭과 외부 냉각 갭은 자연적인 대류에 의해 횡단된다. 자연적인 대류는 입구에서의 물 칼럼과 출구에서의 스팀-물 칼럼의 밀도차에 의해 규정된다. 이는 스팀 발생 및 물 순환의 지수 (quotient) 로서 소위 순환수 (circulation number) 를 유발하고, 이는 소정의 형상에 의한 압력 손실에 의해 제한된다. 반응기의 수직 구조를 가진 에이프런의 상부 가장자리에서 냉각수의 유입 및 유출이 실시되면 장치는 특히 효율적으로 작동된다.When water is now used as the refrigerant liquid, the boiling point of water lies below the temperature of the high temperature raw material synthesis gas. This is also the case when the cooling system is operated under pressure (30 bara: boiling point 234 DEG C; 51 bara: 265 DEG C). The resulting steam will always flow upward into the outlet. In a particularly preferred embodiment, the refrigerant is fed to the inner cooling gap and out of the outer cooling gap. Thus, the introduced cooling water passes through the inner cooling gap, is slightly heated by contact with the bulkhead, passes the heat through the solidified material inside the apron, which even leads to a slight reduction in the temperature of the cooling water , And goes to the external cooling gap. Due to the contact of the apron with the hot outer jacket, the water is here evaporated and discharges heat from the system. The resulting steam flows out of the steam outlet provided in the external cooling gap. Due to the discharge of steam, the new cooling water continues to be conveyed from the internal cooling gap to the external cooling gap. Thus, in such a system, the internal cooling gap and the external cooling gap are traversed by natural convection. Natural convection is defined by the difference in density between the water column at the inlet and the steam-water column at the outlet. This causes a so-called circulation number as a quotient of steam generation and water circulation, which is limited by the pressure loss due to the predetermined shape. The apparatus is particularly efficient when the inflow and outflow of cooling water is carried out at the top edge of the apron with the vertical structure of the reactor.

바람직하게는, 상기 벌크헤드는 내부 냉각 갭이 외부 냉각 갭보다 더 작은 폭을 갖도록 구성되어야 한다. 이는, 냉매로서 물을 사용하는 경우, 그 결과로 생긴 스팀이 외부 냉각 갭에 충분한 용적을 제공하는 장점을 가진다. 따라서, 물/스팀의 최적의 순환수가 가능하게 될 수 있고, 압력 손실은 최소화될 수 있다.Preferably, the bulkhead should be configured such that the inner cooling gap has a smaller width than the outer cooling gap. This has the advantage that, when water is used as the refrigerant, the resulting steam provides a sufficient volume for the external cooling gap. Thus, an optimal circulation rate of water / steam can be made possible, and the pressure loss can be minimized.

본원의 주제는 청구항 7 의 특징들을 가진, 산소 및 스팀으로 탄소질 고형물들을 가스화하는 반응기이다. 이러한 반응기는 하부의 주변에서 회전 화격자 및 반응기의 헤드에서 고형물들 잠금부를 포함하고, 그 후에 전술한 에이프런이 따른다.The subject matter of the present application is a reactor for gasifying carbonaceous solids with oxygen and steam, having the features of claim 7. These reactors include a rotating grate at the periphery of the bottom and a solids lock at the head of the reactor, followed by the apron described above.

유리하게는, 반응기는 에이프런의 냉각 갭의 입구 및/또는 출구가 반응기 자체의 냉각 시스템과 연결되도록 형성된다. 이는 에이프런을 냉각하기 위해서, 별도의 냉각 회로가 설치되지 않아야 하고 그리하여 투자 비용도 낮춰질 수 있으며, 추가로 냉각 시스템의 신뢰성 및 작동 안전성이 증가되는 장점을 가진다. 바람직하게는, 반응기 자체는 마찬가지로 에이프런의 냉각 자켓이 일체화되는 냉각 자켓을 가진다.Advantageously, the reactor is formed such that the inlet and / or outlet of the cooling gaps of the apron are connected to the cooling system of the reactor itself. This has the advantage that no separate cooling circuit should be installed to cool the apron, thus lowering the investment cost and further increasing the reliability and operational safety of the cooling system. Preferably, the reactor itself also has a cooling jacket in which the cooling jacket of the apron is integrated.

더욱이, 에이프런 및 반응기는 바람직하게는 서로 용접된다. 이는, 장치를 냉각시킴으로써 내부 자켓과 외부 자켓의 온도는 냉각되지 않은 에이프런에 비하여 현저하게 낮춰질 수 있다는 점에서 가능해진다. 냉각 액체로서 51 bara 미만의 물이 사용되면, 비등점은 약 265℃ 이고, 그리하여 구별되도록 300℃ 의 임계 온도 미만에 있으며, 이로부터 탄소강에 대하여 고온 가스 부식이 점진적으로 발생한다. 냉각으로 인해 에이프런은 부식에 대하여 보호되고, 하방으로의 석탄 이동으로 인해 부식에 대해서도 보호된다는 점에서, 더이상 규칙적으로 교체되지 않아도 되고, 그리하여 값비싸고, 신뢰가능한 연결들이 불필요하다.Moreover, the aprons and the reactor are preferably welded together. This is possible in that the temperature of the inner jacket and the outer jacket can be significantly lowered compared to the uncooled apron by cooling the device. If less than 51 bara of water is used as the cooling liquid, the boiling point is about 265 ° C, so that it is distinctively below the critical temperature of 300 ° C, from which the hot gas corrosion progressively occurs to carbon steel. The cooling prevents the aprons from being replaced regularly in that the aprons are protected against corrosion and are protected against corrosion due to the downward movement of the coal so that costly and reliable connections are unnecessary.

최종적으로, 본원에 따른 아이디어는 또한 청구항 10 의 특징들을 가진, 산소 및 스팀으로 탄소질 고형물들을 가스화하는 방법으로 확장된다. 고정층에서 가스화가 실시되고, 고형물들은 잠금부를 통하여 그 후 본원에 따른 충전 장치를 통하여 연속적으로 배치방식으로 반응기의 고정층에 도입된다. 냉각 매체는 액체 형태로 자켓에 도입되고 그리고 증기 형태로 적어도 부분적으로 배출된다. 이러한 냉각에 의해, 장치는 부식에 대하여 효과적으로 보호될 수 있고, 동시에 고온 원료 합성 가스의 약간의 제 1 냉각이 실시될 수 있어서, 후속의 구성품들에 또한 부하가 덜 가해진다.Finally, the idea according to the present application also extends to a method of gasifying carbonaceous solids into oxygen and steam, with the features of claim 10. Gasification is carried out in the fixed bed and the solids are introduced into the fixed bed of the reactor through the locking part and then in a continuous manner via the filling device according to the invention. The cooling medium is introduced into the jacket in liquid form and is at least partially exhausted in vapor form. By such cooling, the device can be effectively protected against corrosion, and at the same time, a slight first cooling of the high-temperature raw material synthesis gas can be carried out, so that the load on the subsequent components is also less.

이러한 냉각은, 배출된 스팀을 공정 내측에서 반응물/가스화 매체로서 효과적으로 재사용될 수 있을 때 특히 유리하다. 고정층 가스화 내측에서, 석탄 회분이 용융되지 않도록 연소 온도를 제한하도록, 스팀은 "감속제 (moderator)" 로서 작용한다. 스팀은 과잉 첨가되어야 한다.This cooling is particularly advantageous when the exhausted steam can be effectively reused as a reactant / gasification medium inside the process. Inside the fixed bed gasification, steam acts as a "moderator" to limit the combustion temperature so that the coal ash is not melted. Steam should be added in excess.

냉각 액체로서 물이 사용되고 그리고 증기 형태로 배출된 냉각수 자체가 반응물로서 사용될 수 있을 때, 즉 고정층에서 고형물들을 가스화하는데 필요한 스팀 스트림이 냉각시 발생되는 스팀과 함께 부분적으로 공급될 때, 스팀의 사용은 매우 특히 유리한 것으로 판명났다. 그리하여 공정의 스팀 요건은 낮아질 수 있고, 이는 작동 비용을 낮춘다. 반응기 자체가 또한 수냉식 자켓을 포함하고 여기에서 스팀이 또한 형성되면, 모든 냉각된 구성품들로부터 스팀의 집속 재순환에 의해 필요한 전체 스팀양의 약 20 부피% 가 절감될 수 있다.When water is used as the cooling liquid and the cooling water itself discharged in the form of vapor can be used as a reactant, i. E. When the steam stream required to gasify the solids in the fixed bed is supplied in part with steam generated during cooling, It proved to be very particularly advantageous. Thus, the steam requirement of the process can be lowered, which lowers operating costs. If the reactor itself also includes a water-cooled jacket, where steam is also formed, about 20 vol% of the total amount of steam needed by the recirculation of the steam from all the cooled components can be saved.

본원의 다른 특징들, 장점들 및 가능한 적용들은 또한 예시적인 실시형태의 이하의 설명 및 도면으로부터 알 수 있다. 개시된 또는 도시된 모든 특징들은 청구범위 또는 이들의 역인용시 이들의 내포와는 별개로, 자체로 또는 조합하여 본원의 주제를 이룬다.Other features, advantages and possible applications of the present invention are also apparent from the following description and drawings of the exemplary embodiments. All the features disclosed or shown, whether themselves or in combination, constitute the subject matter of the present invention, apart from their inclusion in the claims or their recitals.

도 1 은 역류에서 작동되는 고정층 반응기를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본원에 따른 환형 가스 집속기를 도시한다.
도 3 은 본원에 따른 환형 가스 집속기의 커버를 도시한다.Figure 1 schematically shows a fixed bed reactor operated in countercurrent flow.
Figure 2 shows an annular gas concentrator according to the present invention.
3 shows a cover of an annular gas collector according to the present invention.

도 1 은 반응기 (10) 를 개략적으로 도시한다. 이 반응기는 바닥의 주변에서 회전 화격자 (11) 를 포함하는, 역류에서 작동되는 수직한 고정층 반응기이다. 이러한 회전 화격자 (11) 에서 고형물들 층 (12) 이 작동시 형성된다. 피더 (13) 를 통하여, 스팀 및/또는 산소 함유 매체, 예를 들어 공기, 산소 농후 공기 또는 순수 산소도 균일하게 분포된 하부로부터 층 (12) 에 도입 및 주입된다. 고정층 (12) 에서 반응물들에 의해 형성되는 회분은, 회전 화격자 (11) 를 통하여 배출되고 그리고 후속의 회분 잠금부에 의하여 회분 인출부 (14) 를 통하여 제거된다. 반응기 (10) 는 수냉식이고 그리고 외부 자켓 (18) 과 내부 자켓 (19) 사이의 냉각 갭 (17) 을 포함한다 (도 2).Figure 1 schematically shows a reactor 10. This reactor is a vertical fixed bed reactor operated in countercurrent, including rotating grate 11 at the periphery of the bottom. In this rotary grate 11 a layer of solids 12 is formed in operation. Through the feeder 13, steam and / or an oxygen-containing medium, such as air, oxygen-enriched air or pure oxygen, is also introduced and injected into the layer 12 from a uniformly distributed lower portion. The ash formed by the reactants in the fixed bed 12 is discharged through the rotating grate 11 and removed through the ash draw-out 14 by the subsequent ash lock. The reactor 10 is water cooled and includes a cooling gap 17 between the outer jacket 18 and the inner jacket 19 (FIG. 2).

반응기 (10) 위에는 잠금부 (20) 가 제공되고, 이 잠금부를 통하여 석탄 또는 다른 탄소질 고형물들이 공급된다. 잠금부 (20) 뒤에는 도 2 에 도시된 에이프런 (30) 이 따르고, 이 에이프런은 고형물들 저장기로서 사용되어, 이 잠금부 (20) 를 통하여 불연속적으로 석탄 충전을 실시하더라도, 반응기 (10) 에서의 고정층 (12) 은 균일하고 충분한 충전 레벨을 가진다. 고정층 (12) 위에서 에이프런 (30) 주변에 자유 공간이 제공되고, 이 자유 공간에서 반응 가스들 뿐만 아니라 미사용된 스팀이 집속된다. 이 가스 집속 공간 (15) 에 집속된 가스들은 가스 인출부 (16) 를 통하여 배출된다.Above the reactor 10, a lock 20 is provided through which coal or other carbonaceous solids are fed. The apron 30 shown in FIG. 2 is followed by the lock portion 20 which is used as a solids reservoir so that even if the coal is charged discontinuously through the lock portion 20, Lt; / RTI > has a uniform and sufficient fill level. A free space is provided around the apron 30 on the fixed layer 12, and the unused steam as well as the reaction gases are concentrated in this free space. The gases collected in the gas concentration space 15 are discharged through the gas outlet 16.

도 2 에서는 본원에 따른 충전 장치 (1) 의 우측 절반부의 단면을 개략적으로 도시한다. 가스 인출부 (16) 는 주로 반응기의 일측에만 제공된다.Fig. 2 schematically shows a cross section of the right half of the filling device 1 according to the invention. The gas outlet portion 16 is mainly provided on only one side of the reactor.

충전 장치 (1) 는 내부 자켓 (31) 과 외부 자켓 (32) 을 가진 이중벽 에이프런 (30) 을 포함하고, 내부 자켓과 외부 자켓 사이에는 냉각 갭 (33) 이 형성된다. 고정층 (12) 에 대향하는 에이프런 (30) 의 하단부에서, 내부 자켓 (31) 과 외부 자켓 (32) 은 자켓부 (35) 에 의해 액밀 방식으로 연결된다. 에이프런 (30) 내측에서, 내부 자켓 (31) 과 외부 자켓 (32) 사이에는 벌크헤드 (34) 가 제공된다. 이 벌크헤드 (34) 는 내부 자켓 (31) 과 외부 자켓 (32) 사이에 형성된 냉각 갭 (33) 을 내부 냉각 갭 (33i) 과 외부 냉각 갭 (33a) 으로 분할한다. 계속되는 작동에서, 내부 냉각 갭 (33i) 은 내부 자켓 (31) 을 통하여 에이프런 (30) 에 유지되는 고형물들에 인접한 반면, 외부 냉각 갭 (33a) 은 외부 자켓 (32) 을 통하여 가스 집속 공간 (15) 과 고정층 (12) 에 인접한다.The charging apparatus 1 includes a double wall apron 30 having an inner jacket 31 and an outer jacket 32 and a cooling gap 33 is formed between the inner jacket and the outer jacket. The inner jacket 31 and the outer jacket 32 are connected in a liquid-tight manner by the jacket portion 35 at the lower end portion of the apron 30 opposed to the fixed layer 12. [ Between the inner jacket 31 and the outer jacket 32, a bulkhead 34 is provided inside the apron 30. The bulkhead 34 divides the cooling gap 33 formed between the inner jacket 31 and the outer jacket 32 into an inner cooling gap 33i and an outer cooling gap 33a. In subsequent operation, the inner cooling gap 33i is adjacent to the solids held in the apron 30 through the inner jacket 31, while the outer cooling gap 33a is connected to the gas focusing space 15 ) And the fixed layer (12).

내부 자켓 (31) 과 외부 자켓 (32) 을 연결하는 자켓부 (35) 와 벌크헤드 (34) 사이에는 자유 공간 (36) 이 제공되고, 이 자유 공간에 의해 내부 냉각 갭 (33i) 과 외부 냉각 갭 (33a) 은 에이프런 (30) 의 하단부에서 서로 연결된다.A free space 36 is provided between the jacket 35 connecting the inner jacket 31 and the outer jacket 32 and the bulkhead 34 and the inner cooling gap 33i and the outer cooling The gaps 33a are connected to each other at the lower end of the apron 30.

냉각 액체, 바람직하게는 물은 벌크헤드 (34) 와 내부 자켓 (31) 사이에 도입되고, 중력에 의해 하방으로 유동하며, 에이프런의 내측에 제공된 차가운 석탄 (약 40℃) 과 열교환한다. 벌크헤드 (34) 가 자켓부 (35) 와 동일한 높이에서 종단되지 않기 때문에, 물은 에이프런 (30) 의 하부 가장자리에서 외부 냉각 갭 (33a) 으로 유입할 수 있다. 외부 자켓 (32) 에서, 냉각 액체는 가스 집속 공간 (15) 에서 고온 가스와 직접적으로 열교환한다. 최대 700℃, 바람직하게는 최대 800℃ 의 가스 온도로 인해, 물은 각각의 비등점 (51 bara 의 작동 압력에서 약 265℃) 의 온도로 가열되어 증발된다. 물의 현저히 낮은 밀도로 인해, 스팀은 외부 냉각 갭 (33a) 에서 상방으로 상승 (대류) 하고 그리고 냉각 갭 (33a) 의 상단부에서 배출될 수 있다. 가스측에서 열전달이 높기 때문에, 외부 자켓 (32) 의 표면 온도는 최대 30°(가스 온도 및 부하에 따라서) 만큼 냉각수 온도보다 더 높을 것이다. 외부 자켓 (32) 에서, 300℃ 약간 미만의 온도를 여전히 얻을 수 있고, 이 온도는 가스 온도에 실질적으로 대응하는 냉각되지 않은 환형 가스 집속기에서 얻어진 온도 이하에 명확하게 있다. 탄소강의 고온 가스 부식은 방지될 수 있거나 또는 적어도 크게 저감될 수 있다.A cooling liquid, preferably water, is introduced between the bulkhead 34 and the inner jacket 31, flows downward by gravity and heat exchanges with cold coal (about 40 ° C) provided inside the apron. Because the bulkhead 34 is not terminated at the same height as the jacket 35, water can flow into the external cooling gap 33a at the lower edge of the apron 30. In the outer jacket 32, the cooling liquid directly exchanges heat with the hot gas in the gas focussing space 15. Due to the gas temperature of up to 700 ° C, preferably up to 800 ° C, the water is heated to a temperature of the respective boiling point (about 265 ° C at the operating pressure of 51 bara) and evaporated. Due to the remarkably low density of water, steam can be raised upward (convection) from the outer cooling gap 33a and exhausted from the upper end of the cooling gap 33a. Because of the high heat transfer at the gas side, the surface temperature of the outer jacket 32 will be higher than the cooling water temperature by a maximum of 30 degrees (depending on the gas temperature and load). At the outer jacket 32, a temperature of slightly below 300 [deg.] C can still be obtained, which is clearly below the temperature obtained in the uncooled annular gas collector which substantially corresponds to the gas temperature. Hot gas corrosion of the carbon steel can be prevented or at least greatly reduced.

반응기 (10) 자체가 마찬가지로 수냉식 자켓을 포함하면, 반응기 (10) 의 외부 자켓 (18) 과 내부 자켓 (19) 사이의 냉각 갭 (17) 으로부터의 냉각수가 에이프런 (30) 의 냉각 갭 (33) 을 충전하는데 또한 사용될 수 있도록, 에이프런 (30) 의 냉각 갭 (33) 은 반응기 (10) 의 냉각 시스템과 연결되는 것이 바람직하다.The cooling water from the cooling gap 17 between the outer jacket 18 and the inner jacket 19 of the reactor 10 is supplied to the cooling gap 33 of the apron 30 when the reactor 10 itself also includes a water- The cooling gap 33 of the apron 30 is preferably connected to the cooling system of the reactor 10 so that it can also be used to charge the reactor 10.

도 3 은 충전 장치 (1) 에 장착되는, 바람직하게는 충전 장치에 용접되는 링 형상의 커버 (40) 를 도시하고 또한 동시에 냉매의 유입 및 유출 뿐만 아니라 반응기 (10) 로의 연결을 나타낸다.Fig. 3 shows a ring-shaped cover 40, which is mounted on the charging device 1, preferably welded to a charging device, and also shows the connection to the reactor 10 as well as the inflow and outflow of refrigerant.

커버 (40) 의 중심에는 원형 개구 (41) 가 제공되고, 이 원형 개구를 통하여 고형물들이 잠금 시스템 (20) 으로부터 충전 장치 (1) 로 가게 될 수 있다. 에이프런 (30) 의 자켓에 연관되고 그리고 외부측으로 오프셋되는, 2 열의 개구들 (42, 43) 은 동심원들에 제공되고, 이러한 동심원들을 통하여 냉매가 내부 냉각 갭 (33i) 안으로 도입되고 외부 냉각 갭 (33a) 으로부터 각각 배출된다. 커버 (40) 는 원주방향 돌출부 (44) 를 통하여 연결될 수 있고, 예를 들어 반응기 (10) 의 내부 자켓 (19) 에 용접될 수 있다 (도 2 참조).A circular opening 41 is provided in the center of the cover 40 through which solids can go from the locking system 20 to the filling device 1. Two rows of openings 42 and 43 associated with the jacket of the apron 30 and offset to the outside are provided in concentric circles through which coolant is introduced into the inner cooling gap 33i and the outer cooling gap 33a. The cover 40 can be connected through the circumferential projection 44 and welded to the inner jacket 19 of the reactor 10, for example (see FIG. 2).

본원에 따른 냉각된 환형 가스 집속기에 있어서, 연속적으로 통과하는 석탄으로 인해 내부 자켓에서의 마멸은 낮은 벽 온도에 의해 크게 저감되고, 그리하여 가능한 수명이 연장된다. 낮은 온도로 인해, 원료 가스에서의 부식 성분들의 농도와는 별개로, 외부 자켓에서의 고온 가스 부식은 방지되거나 또는 크게 저감될 수 있다. 원료 가스에서의 부식 성분들은 석탄 조성에 의해 결정된다.In the cooled annular gas collector according to the present application, the wear in the inner jacket due to the successively passing coal is greatly reduced by the low wall temperature, thus extending the possible service life. Due to the low temperature, high temperature gas corrosion in the outer jacket can be prevented or significantly reduced, independent of the concentration of corrosive components in the source gas. Corrosion components in the feed gas are determined by the coal composition.

추가로, 환형 가스 집속기의 외부 자켓에서 가스가 약간 냉각되고, 그럼으로써 후속의 플랜트 섹션들에서의 낮은 온도 부하를 유발한다. 환형 가스 집속기에서 가스를 냉각시킴으로써, 일 지점에서 공정으로부터 열이 배출되고, 냉매는 증발된다.In addition, the gas is slightly cooled in the outer jacket of the annular gas collector, thereby causing a low temperature load in subsequent plant sections. By cooling the gas in the annular gas collector, heat is released from the process at one point, and the refrigerant is evaporated.

냉매로서 물을 사용하면, 그 후에 형성되는 스팀은 가스화용 스팀으로서 시스템에 공급될 수 있고, 그럼으로써 생성될 반응물들에 대한 비용이 저감될 수 있다.If water is used as the refrigerant, the steam formed thereafter can be supplied to the system as steam for gasification, thereby reducing the cost for the reactants to be produced.

1 : 충전 장치
10 : 반응기
11 : 회전 화격자
12 : 고정층
13 : 산소 함유 가스 및/또는 스팀의 공급
14 : 회분 인출부
15 : 가스 집속 공간
16 : 가스 인출부
17 : 냉각 갭
18 : 반응기의 외부 자켓
19 : 반응기의 내부 자켓
20 : 잠금부
30 : 에이프런
31 : 내부 자켓
32 : 외부 자켓
33 : 냉각 갭
33a : 외부 냉각 갭
33i : 내부 냉각 갭
34 : 벌크헤드
35 : 자켓부
36 : 자유 공간
40 : 커버
41 : 개구
42 : 개구들
43 : 개구들
44 : 돌출부1: Charging device
10: Reactor
11: Rotating grate
12: fixed layer
13: supply of oxygen-containing gas and / or steam
14:
15: Gas collecting space
16:
17: cooling gap
18: outer jacket of the reactor
19: inner jacket of the reactor
20:
30: Apron
31: inner jacket
32: Outer jacket
33: cooling gap
33a: external cooling gap
33i: Internal cooling gap
34: Bulkhead
35: Jacket portion
36: free space
40: cover
41: opening
42:
43:
44:

Claims

압력하에서 작동되는 반응기 (10) 를 탄소질 고형물들로 충전하는 충전 장치 (1) 로서, 상기 고형물들은 고정층 (12) 에서 산소 및/또는 스팀에 의해 가스화되고,
상기 충전 장치는 상부 및 하부에서 개방되는 링 형상의 에이프런 (apron; 30) 을 포함하며, 상기 고형물들은 잠금부 (20) 를 통하여 상기 에이프런에 공급되고,
상기 에이프런 (30) 은 내부 자켓 (31) 과 외부 자켓 (32) 을 포함하고,
상기 내부 자켓과 상기 외부 자켓 사이에는, 냉각 매체를 공급 및 배출하기 위한 적어도 하나의 입구 및/또는 출구를 가진 냉각 갭 (33) 이 형성되는 것을 특징으로 하는, 충전 장치.A charging device (1) for charging a reactor (10) operated under pressure with carbonaceous solids, the solids being gasified by oxygen and / or steam in a fixed bed (12)
The charging device includes a ring-shaped apron (30) open at the top and bottom, the solids are supplied to the apron through a lock (20)
The apron 30 includes an inner jacket 31 and an outer jacket 32,
Characterized in that a cooling gap (33) is formed between the inner jacket and the outer jacket, the cooling gap (33) having at least one inlet and / or outlet for supplying and discharging a cooling medium.

제 1 항에 있어서,
상기 에이프런 (30) 은 회전 대칭, 특히 원통형, 원뿔형 또는 부분 원뿔형으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 충전 장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the apron (30) is formed to be rotationally symmetrical, in particular cylindrical, conical or part conical.

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 에이프런 (30) 의 상기 내부 자켓 (31) 과 상기 외부 자켓 (32) 은 상기 반응기 (10) 에서 상기 고정층 (12) 에 대향하는 하부측에서 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 충전 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that the inner jacket (31) and the outer jacket (32) of the apron (30) are connected to each other at the lower side of the reactor (10) opposite the fixed layer (12).

제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정층 (12) 에 대향하는 상기 에이프런 (30) 의 상부 가장자리에서, 상기 냉각 갭 (33) 은 상기 냉각 매체를 공급 및 배출하기 위한 다수의 개구들 (42, 43) 을 포함하는 커버 (40) 에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 충전 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
At the top edge of the apron 30 facing the fixation layer 12 the cooling gap 33 includes a cover 40 comprising a plurality of openings 42 and 43 for feeding and discharging the cooling medium, Is closed.

제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에이프런 (30) 의 상기 내부 자켓 (31) 과 상기 외부 자켓 (32) 사이에는 벌크헤드 (34) 가 제공되어, 내부 냉각 갭 (33i) 과 외부 냉각 갭 (33a) 이 형성되고, 상기 내부 냉각 갭 (33i) 과 상기 외부 냉각 갭 (33a) 은 적어도 일 지점에서 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 충전 장치.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
A bulkhead 34 is provided between the inner jacket 31 and the outer jacket 32 of the apron 30 to form an inner cooling gap 33i and an outer cooling gap 33a, Characterized in that the gap (33i) and said external cooling gap (33a) are connected to each other at least at one point.

제 5 항에 있어서,
상기 내부 냉각 갭 (33i) 과 상기 외부 냉각 갭 (33a) 은 상기 에이프런 (30) 의 전체 원주에 걸쳐 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 충전 장치.6. The method of claim 5,
Characterized in that the inner cooling gap (33i) and the outer cooling gap (33a) are connected to each other over the entire circumference of the apron (30).

제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 내부 자켓 (31) 과 상기 외부 자켓 (32) 을 연결하는 자켓부 (35) 와 상기 벌크헤드 (34) 사이에는 자유 공간 (36) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 충전 장치.The method according to claim 5 or 6,
Characterized in that a free space (36) is provided between the bulkhead (34) and the jacket (35) connecting the inner jacket (31) and the outer jacket (32).

탄소질 고형물들을 고정층에서 산소 및/또는 스팀으로 가스화하는 반응기 (10) 로서, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 충전 장치 (1) 를 포함하는, 반응기. A reactor (10) for gasifying carbonaceous solids into oxygen and / or steam in a fixed bed, comprising a charging device (1) according to any one of claims 1 to 7.

제 8 항에 있어서,
상기 충전 장치 (1) 의 냉각 갭 (33) 의 입구 및/또는 출구는 상기 반응기 (10) 의 외부 자켓 (18) 과 내부 자켓 (19) 사이의 냉각 갭 (17) 과 연결되는 것을 특징으로 하는, 반응기.9. The method of claim 8,
Characterized in that the inlet and / or the outlet of the cooling gap (33) of the charging device (1) is connected to a cooling gap (17) between the outer jacket (18) and the inner jacket (19) of the reactor , A reactor.

탄소질 고형물들을 산소 및 스팀으로 가스화하는 방법으로서,
상기 가스화는 압력하에서 작동되는 고정층 반응기에서 실시되고, 상기 고형물들은 잠금부를 개재하여 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 충전 장치를 통하여 고정층으로 도입되며,
상기 충전 장치의 냉각 갭으로 액체 형태의 냉각 매체가 도입되고, 상기 냉각 매체는 상기 냉각 갭으로부터 적어도 부분적으로 증기 형태로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.A method for gasifying carbonaceous solids into oxygen and steam,
Said gasification being carried out in a fixed-bed reactor operated under pressure, said solids being introduced into the fixed bed through a filling device according to any one of claims 1 to 7 via a locking part,
Characterized in that a cooling medium in the form of a liquid is introduced into the cooling gap of the charging device and the cooling medium is discharged at least partially from the cooling gap in the form of vapor.