DE3332970A1 - Reaktor fuer die erzeugung von reaktionsgasen - Google Patents
Reaktor fuer die erzeugung von reaktionsgasenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Reaktor für die Erzeugung von
Reaktionsgasen, Insbesondere von CO und H2, der aus einem Gefäß besteht, das zumindest teilweise mit einem Katalysator gefüllt
ist.
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Hierbei ist auch ein solcher Reaktor für die Erzeugung von
Reaktionsgasen, wie z.B. CO und H2, insbesondere aus Kohle und Sauerstoff, betroffen, der aus einem Gefäß besteht, das zumindest
teilweise mit einer Roheisenschmelze gefüllt ist, wobei Zuführungsrohre
für Kohle und Sauerstoff sowie weitere Aktions- bzw. Reaktionsstoffe vorgesehen sind.
Den weltweiten Bemühungen um einen verbesserten Umweltschutz bei gleichzeitiger wirtschaftlicher Energieerzeugung liegen die Verbrennung
von Abfällen, wie z.B. Müll und Klärschlamm, sowie von überproduzierter Kohle zugrunde.
Es wird versucht, auch minderwertige Abfälle und mit erheblichen Ballaststoffen vorkommende Kohlearten der Gewinnung von
brauchbaren Gasen zuzuführen.
Diese Bemühungen zielen teilweise ausschließlich auf die Energiegewinnung
und teilweise auf Systemkopplungen mit anderen Technologien, wie z.B. einer Gasgewinnung in Verbindung mit
Hüttenwerken, oder wie z.B. einer Gasgewinnung und anschließenden
Weiterverarbeitungsverfahren für das gewonnene Gas. Ein solches Weiterverarbeitungsverfahren für Kohlenoxidgas bildet die
Grundlage für die Erzeugung von Wasserstoffgas oder flüssigen
In diesem Zusammenhang widmen sich andere Weiterverarbeitungsverfahren
der Gaszusammensetzung für die Direktreduktion von Eisenerzen.
Die Wirtschaftlichkeit aller dieser Verfahren hängt u.a. von der
Haltbarkeit der verwendeten Gefäße ab. Die Auskleidung der Gefäße soll einesteils den hohen Temperaturen und anderenteils den
chemischen Einflüssen der in eine gebildete Schlacke überführten Ballaststoffe widerstehen. Außerdem sollen die Gefäße
grundsätzlichen Verfahrensweisen der Badführung, der Schlackenführung,
der Prozeßführung allgemein, der Abgasbehandlung und dgl.
gerecht werden. Der in kürzeren Abständen erforderliche Wechsel der Schlacken und/oder des Katalysators ist ebenfalls zu
berücksichtigen. Ferner hängt die wirtschaftliche Erzeugung von Gasen bzw. Reaktionsgasen, wie z.B. CO, H2, von Faktoren wie Druck
und Temperatur im Reaktor ab.
Es ist bekannt (DE-Patentschrift 25 20 584), für ein Verfahren zum
Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor ein vollkommen
ausgemauertes Gefäß mit einem Entschwefelungsraum durch einen Schlackenabzugskanal zu verbinden und als insgesamt
stationäres Gefäß auszubilden. Ein solches Gefäß ist nicht nur sehr schwer, sondern wird auch durch den hohen Ausmauerungsgrad,
bezogen auf seinen tatsächlichen Reaktionsraum, sehr teuer und
arbeitet daher wenig wirtschaftlich.
Es ist zwar auch schon bekannt (DE-Patentschrift 25 20 938), ein
Konvertergefäß zur Stahlerzeugung für die Kohlevergasung im Roheisenbad
zu benutzen. Nachteilig daran ist die Ausmauerung des Gefäßes einschließlich der an der Konvertermündung angeschlossenen
Gasabzugsleitung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für alle in Betracht
kommenden Brennstoffe geeignetes Gefäß zu schaffen, das geringe Betriebskosten durch einen geringen Aufwand erfordert und das
verfahrenstechnisch allen in Betracht zu ziehenden Prozeßabschnitten gerecht wird.
Die gestellte Aufgabe wird für beliebige Brennstoffe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das Gefäß aus einem den Katalysator aufnehmenden, mit resistentem Material ausgekleideten
Gefäßunterteil und einem gekühlten, metallischen Gefäßoberteil besteht, wobei zwischen Gefäßoberteil und Gefäßunterteil eine
ringförmige Dichtung vorgesehen ist und wobei an dem metallischen
Gefäßoberteil eine Gasabzugsleitung angeschlossen ist. Die Vorteile dieser Lösung sind insgesamt geringere Kosten für die
Gefäßauskleidung, eine höhere Haltbarkeit des den höheren
Temperaturen ausgesetzten Gefäßoberteils, eine höhere verfahrenstechnische
Beweglichkeit durch geringere zu bewegende Massen sowie die Möglichkeit der Gewinnung exotherm anfallender Wärme des
betreffenden Prozesses. Ferner ist das Gefäß geeignet, unter Druck zu arbeiten, um den thermischen Wirkungsgrad des jeweiligen
Die gestellte Aufgabe wird für Kohle als Vergasungsbrennstoff ferner dadurch gelöst, daß das Gefäß aus einem die Roheisenschmelze
aufnehmenden, mit Feuerfestmaterial ausgekleideten Gefäßunterteil und einem gekühlten, metallischen Gefäßoberteil besteht,
wobei zwischen Gefäßoberteil und Gefäßunterteil eine ringförmige
Dichtung vorgesehen ist und wobei an dem metallischen Gefäßoberteil eine Gasabzugsleitung angeschlossen ist. Diese Lösung verbindet
ebenfalls die geschilderten Vorteile.
Zwecks Chargierung mit dem Katalysator, wie z.B. mit Roheisen, zwecks Abstechens des Katalysators oder der verbrauchten
Schlacken, ist es vorteilhaft, daß das Gefäßoberteil und das
Gefäßunterteil relativ zueinander auseinanderbewegbar sind und daß die ringförmige Dichtung aufhebbar ist.
Hierbei wird noch Betriebsenergie gespart, indem nur der leichtere
Gefäßteil zu bewegen ist, wobei in Ausgestaltung der Erfindung
entweder das Gefäßoberteil heb- und senkkbar oder das Gefäßunterteil heb- und senkbar ist.
Die Arbeltsräume fur geeignete Vorrichtungen werden außerdem
dadurch erweitert, indem das Gefäßunterteil um eine horizontale Kippachse schwenkbar ist.
Die Temperaturbeständigkeit des Gefäßes wird dadurch gewährleistet,
daß das gekühlte, metallische Gefäßoberteil mit von
Kühlmittel durchflossenen Rohrelementen bestückt ist. Von
besonderem Vorteil ist hierbei die Erweiterung der Verfahrenstechnik, von der Kühlung des Gefäßes beliebig zur Wärmerückgewinnung
durch Dampferzeugung überzugehen.
Nach einer weiteren Verbesserung der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß das kippbare Gefäßunterteil mit einer seitlichen Ausgießschnauze versehen ist. Diese Anordnung gestattet, eine separate
Entfernung der Schlacke durchzuführen, ohne gleichzeitig den Katalysator mit abzustechen.
Um auch noch den Katalysator bzw. die Metall- oder Roheisenschmelze
auszutauschen, wird ferner vorgeschlagen, daß das Gefäßunterteil
mit einer Bodenabstichvorrichtung versehen ist, die ein Bodenverschlußorgan aufweist. Diese Gestaltung getattet eine
schlackenfreie Entfernung des Katalysators.
Die Reaktion kann überdies durch die Gestaltung des Gefäßes selbst
beeinflußt werden. Diesbezüglich ist vorgesehen, daß das Gefäßunterteil trogförmig, wannenförmig oder rinnenförmig ausgebildet
ist.
Die Temperaturbeständigkeit des Gefäßes kann außerdem dadurch günstig beeinflußt werden, indem das Gefäßunterteil mit einer
Kühleinrichtung für den Gefäßmantel und/oder für das resistente
Material versehen 1st.
Eine für Großgefäße und mittlere Gefäßgrößen gleichermaßen wirtschaftliche
Herstellung des Gefäßes auf vorhandenen Einrichtungen mit entsprechenden Blechdicken von 30 mm und mehr wird dadurch
ermöglicht, daß das Gefäßunterteil rotationssymmetrisch
ausgebildet ist.
Mehre Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch das Gefäß mit Gasabzugsleitung in Betriebsstellung,
Gefäßunterteil,
15
15
Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt durch ein alternativ ausgebildetes
Gefäß,
Fig. 4 das Gefäß gemäß Fig. 3 in Chargierstellung für den Katalysator
und
Fig. 5 das Gefäßunterteil in senkrechtem Querschnitt in einer gekippten Stellung, in der der Katalysator und/oder die
Schlacke abgestochen werden.
Der Reaktor 1 weist ein Gefäßunterteil 2 auf, das mit dem Katalysator
3, z.B. Roheisen, bis zum Badspiegel 4 im Betriebszustand
gefüllt ist, ferner ein Gefäßoberteil 5. Der Katalysator 3 kann sowohl aus flüssigen als auch pulverisierten Stoffen bestehen. Das
Gefäßoberteil 5 wird nur durch einen gekühlten, in Leich ti) auwei se
gefertigen Blechmantel 5a gebildet, währenddem das Gefäßunterteil 2 an der Innenseite des Blechmantels 2a mit einem gegen Wärme und
chemische Einflüsse restistentem Material ausgekleidet ist. Als resistentes Material 6 kommt z.B. eine feuerfeste Ausmauerung zur
Anwendung. Das Gefäßunterteil 2 und das Gefäßoberteil 5 sind
während des Betriebes der Gaserzeugung hermetisch gegeneinander mittels der ringförmigen Dichtung 7 abgeschlossen, wobei die
Dichtung 7 aus einem Dichtring (linke Hälfte, Fig. 1) oder aus einer Wasser- bzw. Sandtassendichtung (rechte Hälfte der Fig. 1)
gebildet wird. Das erzeugte Gas wird durch die dicht an das Gefäßoberteil 5 anschließende Gasabzugsleitung 8 abgeführt. Die
Zuführungsrohre für Kohle und Sauerstoff sind nur in Form von Sinnbildern dargestellt und mit C bzw. 02 bezeichnet. Diese
Zuführungen für C bzw. 02 sind nach dem bekannten sog. Mantelgasprinzip
ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, den Sauerstoff mittels üblicher Blaslanzen von oben auf das Schmelzbad zu blasen
und den Kohlenstoff oder andere Reagenzien von unten bzw. seitlich
in das Schmelzbad bzw. den Katalysator 3 einzubringen.
Das Gehäuseunterteil 2 ist um die horizontale Kippachse 9 in einem
üblichen Kippgestell gelagert. Für den Abstich des Katalysators 3 befindet sich im Bodenbereich des Gefäßunterteils 2 eine Bodenabstichvorrichtung
10 mit einem Bodenverschlußorgan 11, das in Stopfen-, Schieber- oder Klappenverschlußbauart ausgeführt sein
kann.
Das Gefäßoberteil 5 trägt innen und/oder außen mit Kühlmittel, wie
z.B. Wasser oder Luft beaufschlagbare Rohrelemente 12, die an ein
Versorgungssystem mit Zu- und Ablaufleitungen, ähnlich wie bei sog. Konverterhutkühlungen, angeschlossen sind. Im allgemeinen
wird unter die Badoberfläche pulverisierte Kohle in Verbindung mit
Sauerstoff eingebracht. Bei der Verbrennung von Müll oder Klärschlamm kann auf das Schmelzbad ein Kohlenstoffträger in
Verbindung mit Sauerstoff oder eine Sauerstoffverbindung aufgebracht werden, um wie gewünscht, CO-Gase bzw. H2-Gase zu
erzeugen.
Währenddem nach dem Ausführungsbeispiel gemäß F1g. 1, das Gefäßunterteil
2 zu heben und zu senken 1st, um die Dichtung 7 in ihrer Wirkung aufzuheben, wonach die entsprechenden Kippbewegungen
ausgeführt werden können, aufgrund deren entweder die Schlacke und/oder der Katalysator entfernt werden, 1st nach einer abgeänderten
Ausführungsform (Fig. 2) die Gasabzugsleitung 8 in eine heb- und senkbar gelagerte bzw. antreibbare Gassammei haube 13
eingefügt. Das Gefäßoberteil 5 kann insgesamt mit der Gassammeihaube
13 heb- und senkbar sein, so daß das um die Kippachse 9 gekippte Gefäßunterteil 2 mit seinem Gefäßrand 14 eine großzügige
Öffnung bildet. Gemäß dieser Ausführungsform bleibt daher die horizontale Kippachse 9 unveränderbar feststehend. Beim Kippen
wird die jeweilige Schlacke durch die seitlich am Gefäßunterteil 2
^angeordnete Ausgießschnauze 15 abgestochen. Für den Fall, daß auf
die Ausgießschnauze 15 verzichtet wird, besteht die Möglichkeit, den Gefäßrand 14 als Abstichkante für Schlacke und/oder Katalysator
zu benutzen, wobei ein gewisser Verschleiß des Gefäßrandes 14 in Kauf genommen werden muß. Ein solcher Verschleiß kann allerdings
auch durch eine entsprechend verstärkte Ausmauerungs- bzw. Auskl eidungszone ausgeglichen werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 2 ist eine Betriebsphase dargestellt, in der aus der Gießpfanne 16 mittels der Kipprinne 17 ein neuer Katalysator, d.h.
entsprechend C-haltiges Roheisen in das Gefäßunterteil 2 eingegossen
wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Reaktors 1st in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Das Prinzip der Erfindung,
Gefäßoberteil 5 und Gefäßunterteil 2 unterschiedlich zu gestalten und beide durch die ringförmige Dichtung 7 druckdicht zu machen,
ist auch hier beibehalten. In Weiterbildung dieses Prinzips verbleibt jedoch das Gefäßoberteil 5 mit dem Gefaßunterteil 2 1n
einer dauernd dichtenden Position, so daß der Reaktor insgesamt bei den einzelnen Verfahrensphasen gekippt wird. Der Katalysator
3 bzw. die Roheisenschmelze 3a bzw. die Schlacke 3b
gelangen durch eine gesonderte Öffnung 18 im Gefäßoberteil 5 aus dem Reaktor, wobei die Öffnung 18 mittels eines Deckels 19
■ verschließbar ist. Hier ist, wie beschrieben, das Gefäßoberteil 5
beständig über die Dichtung 7 mit dem Gefäßunterteil 2 verbunden. Die Schlacke 3b wird, sobald sich der CO-Anteil bzw. H2-Anteil des
Abgases ändert, entsprechend einem Abgasanalyse-System in den sich daraus ergebenden Abständen abgekippt, wobei der Deckel 19
geöffnet und dann wieder geschlossen wird. Der Deckel 19 ist gemäß Fig. 4 angehoben, so daß die Kipprinne 17 zum Einbringen von
Roheisenschmelze 3a mittels der Kipprinne 17 benutzt werden kann.
Dieses System eignet sich besonders für das druck- bzw. temperaturabhängige Vergasen der entsprechenden Brennstoffe, wie
Müll, Klärschlamm oder Kohlenstaub.
Die Bodenabstichvorrichtung 10 ist nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
(Fig. 5) entbehrlich, indem Schlacke über den Gefäßrand 14 und der flüssige Katalysator 3 bzw. die Roheisenschmelze
3a durch die Ausgießschnauze 15 abgestochen werden. Die Herstellung des Gefäßunterteils 2 kann insbesondere bei Verzicht
auf die Bodenabstichvorrichtung 10 trogförmig, wannenförmig oder rinnenförmig erfolgen.
Währenddem das Gefäßoberteil 5 gemäß Fig. 1 mittels von Kühlmittel
durchflossenen Rohrelementen 12 gekühlt ist, weist gegebenenfalls
das Gefäßunterteil 2 ebenfalls eine Kühleinrichtung 20 für den
Gefäßmantel 2a und/oder für das resistente Material 6, d.h. für die Auskleidung auf. Hierbei können die kühlmittel führenden
Rohre 21 auf dem Gefäßmantel 2a oder innerhalb des Gefäßmantels 2a, d.h. in Berührung mit der Ausmauerung bzw. Auskleidung angeordnet
sein.
Der erfindungsgemäSe Reaktor eignet sich in einer der alternativen
Ausführungsformen für alle C- bzw. H2-haltigen zu verbrennenden Stoffe, wie Müll, Klärschlamm, pulverisierte Kohle und dgl., wobei
eine gewünschte Reaktionsgas-Zusammensetzung durch Zuführen von weiteren Kohlenstoff- bzw. Wasserstoffverbindungen in Form von
Mantel gasen oder unmittelbar durch Blasrohre erhalten werden kann.
Claims (11)
- Mannesmann Aktiengesellschaft 29. Aug. 1983Mannesmannufer 2 22 960 - Fl/SchiDussel dorf ."■■'...Reaktor für die Erzeugung von ReaktionsgasenPatentansprücheReaktor für die Erzeugung von Reaktionsgasen, insbesondere von CO und H2, der aus einem Gefäß besteht, das zumindest teilweise mit einem Katalysator gefüllt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gefäß (1) aus einem den Katalysator (3) aufnehmenden, mit resistentem Material (6) ausgekleideten Gefäßunterteil (2) und einem gekühlten, metallischen Gefäßoberteil (5) besteht, wobei zwischen Gefäßoberteil (5) und Gefäßunterteil (2) eine ringförmige Dichtung (7) vorgesehen ist und wobei an dem metallischen Gefäßoberteil (5) eine Gasabzugsleitung (8) angeschlossen ist. - 2. Reaktor für die Erzeugung von Reaktionsgasen, wie z.B. CO und H2, insbesondere aus Kohle und Sauerstoff, der aus einem Gefäß besteht, das zumindest teilweise mit einer Roheisenschmelze gefüllt ist, wobei Zuführungsrohre für Kohle und Sauerstoff sowie weitere Aktions- bzw. Reaktionsstoffe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,daß das Gefäß (1) aus einem die Roheisenschmelze (3a) aufnehmenden mit Feuerfestmaterial (6) ausgekleideten Gefäßunterteil (2) und einem gekühlten, metallischen Gefäßoberteil (5) besteht, wobei zwischen Gefäßoberteil (5) und Gefäßunterteil (2) eine ringförmige Dichtung (7) vorgesehen ist und wobei an dem metallischen Gefäßoberteil (5) eine Gasabzugsleitung (8) angeschlossen 1st.
- 3. Reaktor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß das Gefäßoberteil (2) und das Gefäßunterteil (5) relativ zueinander auseinanderbewegbar sind und daß die ringförmige Dichtung (7) aufhebbar ist.
- 4. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,daß entweder das Gefäßoberteil (5) heb- und senkbar oder das Gefäßunterteil (2) heb- und senkbar ist. - 5. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß das Gefäßunterteil (2) um eine horizontale Kippachse (9) schwenkbar ist.
- 6. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,daß das gekühlte, metallische Gefäßoberteil (5) mit von Kühlmittel durchflossenen Rohrelementen (12) bestückt ist.
- 7. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,daß das kippbare Gefäßunterteil (2) mit einer seitlichen Ausgießschnauze (15) versehen 1st. 5
- 8. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,daß das Gefäßunterteil (2) mit einer Bodenabstichvorrichtung (10) versehen ist, die ein Bodenverschlußorgan (11) aufweist. 10
- 9. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet,daß das Gefäßunterteil (2) trogförmig, wannenförmig oder rinnenförmig ausgebildet ist. 15
- 10. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäßunterteil (2) mit einer Kühleinrichtung (20) für den Gefäßmantel (2a) und/oder für das resistente Material (6) versehen ist.
- 11. Reaktor nach den Anspüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,daß das Gefäßunterteil (2) rotationssymmetrisch ausgebildet ist. 25
Priority Applications (6)
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