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DE102009035051B4 - Vergasungsreaktor zur Herstellung von Rohgas - Google Patents

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Abstract

Bei einem Vergasungsreaktor zur Herstellung von CO- oder H-haltigem Rohgas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche, wobei innerhalb eines Druckbehälters ein von einer kühlmediumdurchflossenen Membranwand gebildeter Reaktionsraum, anschließend ein Übergangsbereich sowie ein Quenchraum vorgesehen sind mit in Schwerkraftrichtung nachfolgendem Schlacke-/Wasserbad, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der insbesondere dem Schlackebehälter eine wirtschaftlich günstige Gestaltung bei gleichzeitiger Vervielfältigung der Funktionsweise gegeben wird. Dies wird dadurch erreicht, dass im Schlacke-/Wasserbad (13) ein trichterförmiger Schlackesammelbehälter (12) vorgesehen ist, der in Einfallrichtung der Schlacke (Pfeil 18) mit einem zweiten trichterförmigen Einsatz (15) als Abscheidekonus ausgerüstet ist, dessen Trichterwand zum Schlackesammelbehälter (12) einen umlaufenden Ringspalt (17) bildet und dessen freie Randkante (16) oberhalb der freien Randkante (14) des Schlackesammelbehälters (12) positioniert ist.

Description

  • Die Erfindung richtet sich auf einen Vergasungsreaktor zur Herstellung von CO- oder H2-haltigem Rohgas der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.
  • Ein derartiger Vergasungsreaktor ist beispielsweise aus der WO 2009/036985 A1 der Anmelderin bekannt, wobei in dieser Literaturstelle eine Fülle von weiterem Stand der Technik genannt ist, wie beispielsweise die US 4 474 584 , die insbesondere die Kühlung des heißen Synthesegases behandelt.
  • Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit Problemen, die bei derartigen Reaktoren auftauchen, wobei die Erfindung nicht auf den speziell hier angesprochenen Vergasungsreaktor beschränkt ist, sie richtet sich auch auf Apparate, bei denen ähnliche, weiter unten näher beschriebene Probleme auftauchen können.
  • Ein derartiger Apparat muss geeignet sein, um Verfahren der Druckvergasung/Verbrennung von fein verteilten Brennstoffen zu ermöglichen, wozu die partielle Oxidation der Brennstoffe Kohlenstaub, fein verteilte Biomasse, Öl, Teere od. dgl. in einem Reaktor gehört. Hierzu gehört auch der getrennte oder gemeinsame Abzug von Schlacke oder Flugasche und erzeugtem Synthese- bzw. Rauchgas. Es muss eine Kühlung der Reaktionsprodukte (Gas und Schlacke/Flugasche) möglich gemacht werden, etwa durch Sprühquenchen, Gasquenchen, Strahlungsquenchen, Konvektionsheizflächen od. dgl., je nach Art des eingesetzten Verfahrens, wobei schließlich auch ein Augenmerk auf die Ausschleusung der Reaktionsprodukte aus dem Druckbehälter gerichtet werden muss.
  • In der oben schon erwähnten, gattungsbildenden WO 2009/036985 A1 ist bereits eine Maßnahme beschrieben, um auch gröbere Partikel zu kühlen und eine Umlaufströmung zu induzieren, um Ablagerungen zu vermeiden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere dem Schlackebehälter eine wirtschaftlich günstige Gestaltung bei gleichzeitiger Vervielfältigung der Funktionsweise zu geben.
  • Bei einem Vergasungsreaktor der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Schlackesammelbehälter in Einfallrichtung der Schlacke mit einem zweiten trichterförmigen Einsatz als Abscheidekonus ausgerüstet ist, dessen Trichterwand zum Schlackesammelbehälter einen umlaufenden Ringspalt bildet und dessen freie Randkante oberhalb der freien Randkante des Schlackesammelbehälters positioniert ist.
  • Da permanent ein Gas/Schlacke/Kühlwasser-Gemisch von oben in den trichterförmigen Schlackesammelbehälter einströmt, wird durch die erfindungsgemäße, teilweise Doppelwandigkeit des Trichterbereiches eine Überlaufströmung aus dem trichterförmigen Einsatz in das umgebende Wasserbad erzeugt.
  • Dadurch, dass die freie Randkante des Innenkonus die Trichterwand überragt, wird zusätzlich erreicht, dass etwaige Turbulenzen der Wasseroberfläche bei Anfallen größerer Schlackepartikel nicht dazu führen, dass dann Kühlwasser mit zu großen Schlackepartikeln nach außen in das umgebende Wasserbad eingetragen werden.
  • In Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der den Quenchraum umschließende Zylinder einen geringeren Durchmesser aufweist als der den Abscheidekonus bildende trichterförmige Einsatz.
  • Damit wird gewährleistet, dass das einfallende, oben schon erwähnte Gas/Schlacke/Wasser-Gemisch mit Sicherheit in den inneren trichterförmigen Einsatz gelenkt wird, wobei das Gas im Freiraum zwischen Randkante des den Quenchraum umschließenden Zylinders einerseits und der Flüssigkeitsoberfläche im trichterförmigen Einsatz in den umgehenden freien Ringraum andererseits strömen kann.
  • Die Erfindung sieht auch vor, dass der durch den konischen Schlackesammelbehälter und den Abscheidekonus gebildete Ringspalt derart bemessen ist, dass nur Partikel vorbestimmter maximaler Größe über die Überlaufkante im Schlackesammelbehälter in das im Niveau niedriger liegende Wasserbad überfließen können.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in
  • 1 eine prinzipielle Schnittzeichnung durch einen erfindungsgemäßen Vergasungsreaktor sowie in
  • 2 eine schematische, vergrößerte Ansicht des unteren Teiles des Vergasungsreaktors mit Schlacke-/Wasserbad.
  • Der in 1 dargestellte, allgemein mit 1 bezeichnete Vergasungsreaktor weist einen Druckbehälter 2 auf, in dem von oben nach unten ein durch eine Membranwand 3 umschlossener Reaktionsraum 4 auf Abstand zum Druckbehälter 3 angeordnet ist. Die die Membranwand 3 beaufschlagende Kühlmittelzuleitung ist mit 5 bezeichnet. Dabei geht die Membranwand 3 über einen unteren Konus 6 in einen verengten Kanal als Teil eines mit 8 bezeichneten Übergangsbereiches über, wobei im verengten Übergangskanal 7 Drallbremsen 9 angedeutet sind. Mit 10a ist eine Abtropfkante im Übergangsbereich 8 für die flüssige Asche im Übergangsbereich im Abstand zur ersten Abtropfkante 10 am Ende des Übergangskanales 7 bezeichnet.
  • An den Übergangsbereich 8 schließt sich ein Quenchraum bzw. Quenchkanal 11, gefolgt von einem Schlackesammelbehälter 12 in einem Wasserbad 13 an.
  • Wie aus 2 ersichtlich, befindet sich bei der hier beschriebenen Ausführung im Wasserbad 13 ein trichterförmiger Schlackesammelbehälter 12, dessen freie Randkante 14 das Flüssigkeitsniveau im Wasserbad 13 überragt.
  • Konzentrisch in diesem trichterförmigen Schlackesammelbehälter 12 ist zur Bildung eines Abscheidekonus ein weiterer trichterförmiger Einsatz 15 positioniert, dessen freie obere Randkante 16 wiederum den trichterförmigen Schlackesammelbehälter 12 überragt.
  • Zwischen dem trichterförmigen Einsatz 15 und der Wand des Schlackesammelbehälters 12 ist ein umlaufender Ringspalt 17 ausgebildet. Da beim Betrieb des Reaktors 1 aus dem Quenchkanal 11 laufend ein Gas/Schlacke/Wasser-Gemisch nach unten strömt, was in 2 durch den Pfeil 18 angedeutet ist, wird das Kühlwasser durch den Ringspalt 17 nach oben bewegt und strömt über die Randkante 14 in das Wasserbad 13.
  • Aufgrund der geometrischen Abmessungen, d. h. insbesondere aufgrund der Gestaltung der Breite des Ringspaltes 17, sind die Partikel, die durch diesen Ringspalt mitgerissen werden, in ihrer Größe eingeschränkt, so dass nur entsprechende Feststoffe mit einer nach oben begrenzten Größe durch diesen Ringspalt in das Wasserbad gelangen, um nicht Pumpen oder sonstige Fördermittel unnötig zu belasten oder zu beschädigen.
  • Da die Randkante 16 des trichterförmigen Einsatzes 15 über dem Flüssigkeitsniveau des Schlackesammelbehälters 12 liegt, verhindert diese Gestaltung, dass bei Anfallen größerer Schlackebrocken und damit Beunruhigung der Flüssigkeitsoberfläche größere Partikel über die Randkante 16 ggf. in das Schlacke-/Wasserbad 13 gelangen können.
  • Die Strömung des Gases um die Endkante 20 des Quenchkanales 11 ist mit 19 bezeichnet. Das Austragen der abgekühlten Schlacke stellt ein Pfeil 21 symbolisch dar.
  • Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen, so ist die Erfindung insbesondere nicht auf die geometrische Form des Schlackesammelbehälters mit trichterförmigem Einsatz beschränkt, hier kann eine runde Querschnittsform ebenso vorgesehen sein, wie eine vieleckige Querschnittsform u. dgl. mehr.

Claims (3)

  1. Vergasungsreaktor (1) zur Herstellung von CO- oder H2-haltigem Rohgas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche, wobei innerhalb eines Druckbehälters (2) ein von einer kühlmediumdurchflossenen Membranwand gebildeter Reaktionsraum (4), anschließend ein Übergangsbereich sowie ein Quenchraum (11) vorgesehen sind mit in Schwerkraftrichtung nachfolgendem Schlacke-/Wasserbad (13) und wobei im Schlacke-/Wasserbad (13) ein trichterförmiger Schlackesammelbehälter (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlackesammelbehälter (12) in Einfallrichtung der Schlacke (Pfeil 18) mit einem zweiten trichterförmigen Einsatz (15) als Abscheidekonus ausgerüstet ist, dessen Trichterwand zum Schlackesammelbehälter (12) einen umlaufenden Ringspalt (17) bildet und dessen freie Randkante (16) oberhalb der freien Randkante (14) des Schlackesammelbehälters (12) positioniert ist.
  2. Vergasungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Quenchraum (11) umschließende Zylinder einen geringeren Durchmesser aufweist als der den Abscheidekonus bildende trichterförmige Einsatz (15).
  3. Vergasungsreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den konischen Schlackesammelbehälter (12) und den Abscheidekonus (15) gebildete Ringspalt (17) derart bemessen ist, dass nur Partikel vorbestimmter maximaler Größe über die Überlaufkante (14) des Schlackesammelbehälters (12) in das im Niveau niedriger liegende Wasserbad (13) überfließen können.
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