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DE60312015T2 - Gefäss zur lagerung von teilchenmaterial und abführvorrichtung zur verwendung damit - Google Patents

Gefäss zur lagerung von teilchenmaterial und abführvorrichtung zur verwendung damit Download PDF

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DE60312015T2
DE60312015T2 DE60312015T DE60312015T DE60312015T2 DE 60312015 T2 DE60312015 T2 DE 60312015T2 DE 60312015 T DE60312015 T DE 60312015T DE 60312015 T DE60312015 T DE 60312015T DE 60312015 T2 DE60312015 T2 DE 60312015T2
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Germany
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flange
vessel
shell
outer shell
wall
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Wouter Detlof Berggren
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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SHELL INT RESEARCH
Shell Internationale Research Maatschappij BV
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  • Containers And Packaging Bodies Having A Special Means To Remove Contents (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Gefäß zum Speichern von teilchenförmigem Material, wie pulverisierter Kohle oder Flugasche, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Gefäße werden u.a. zur (temporären) Lagerung von pulverisierter Kohle und Flugasche in Kohlevergasungsanlagen angewendet. Die Kohlevergasung ist im Stand der Technik bekannt und umfaßt die teilweise Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien, wie Kohle oder Erdölkoks. Das primäre Produkt ist Synthesegas, ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, das häufig zur Herstellung von reinem Wasserstoff und zur Synthese von Ammoniak, Methanol, Oxochemikalien und ihren Derivaten, wie Ureadünger und synthetischem Kohlenwasserstoffbrennstoffen, verwendet wird. Synthesegas kann auch direkt als Brennstoff verwendet werden, um Hitze, Dampf oder Elektrizität zu erzeugen.
  • In der BE-A-881146 ist ein Gefäß zum Speichern von teilchenförmigem Material beschrieben. Das Gefäß umfaßt einen Hauptteil und in seinem Bodenteil eine Abgabevorrichtung. Die Abgabevorrichtung weist eine konvergierende äußere Schale und eine durchlässige konvergierende innere Schale auf. Die äußere Schale ist mit dem Hauptteil über einen ersten Flansch an oder nahe dem unteren Rand des Bodenteiles des Hauptteiles und einen zweiten Flansch an oder nahe dem oberen Rand der äußeren Schale verbunden. Die innere Schale wird durch Klemmen eines Flansches, der einen oberen Rand der inneren Schale bildet, zwischen Verbindungsflanschen der äußeren Schale und dem Hauptteil an Ort und Stelle gehalten.
  • Das US-Patent 5,129,766 (im Namen der Shell Oil Company) offenbart ein Gefäß mit einem Zuführtrichter (Bezugszeichen 11 in 1) und einem konusförmigen „Aufnahmemittel 7". Gemäß der US 5,129,766 ist es bei der Herstellung von Synthesegas von besonderer Wichtigkeit, daß teilchenförmiger Brennstoff den Brennern innerhalb des Vergasers in gleichmäßiger Weise zugeführt wird. Fluktuationen in der Durchsatzmasse der Kohle, die den Brennern des Vergasers zugeführt wird, erweisen sich nachteilig für dessen Leistung.
  • 2 der US 5,129,766 zeigt ein Aufnahmemittel (7), das mit einer Auskleidung oder inneren Schale (8) ausgekleidet werden kann, deren Wände für gasförmige Fluide, die zum Belüften des Gemisches aus teilchenförmigen Feststoffen und Gas verwendet werden, welches in dem Aufnahmemittel vorhanden ist, durchlässig bzw. porös sind. Ein Mantel (13) umgibt die Auskleidung (8) und ist so montiert, daß er einen im wesentlichen umschlossenen Raum zwischen den Wänden (12) und der Auskleidung (8) sowie dem Mantel (13) bildet. Wie aus 2 hervorgeht, umfassen die Aufnahmemittel (7) einen Flansch, der mittels Bolzen an einen Flansch an der Bodenseite des Zuführtrichters angeschlossen ist. Die Auskleidung (8) wird durch Klemmen eines Flansches, welcher den oberen Rand der Auskleidung (8) bildet, zwischen den Flanschen der Aufnahmemittel (7) und der Zuführtrichter (11) an Ort und Stelle gehalten.
  • Infolge dieser Konstruktion werden zusätzliche Leckpfade von dem (unter Druck stehenden) Zuführtrichter zur Atmosphäre erzeugt, und kleine Abweichungen in der Position der Auskleidung oder der Flansche können die Auskleidung nachteiligen Biegespannungen unterwerfen, speziell während des Festziehens der Bolzen.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, zumindest einen dieser Effekte zu reduzieren.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Gefäß zum Speichern von teilchenförmigem Material, wie pulverisierter Kohle oder Flugasche, geschaffen, mit einem Hauptteil und an dessen Bodenabschnitt zumindest einer Austragvorrichtung, die eine konvergierende äußere Schale und eine durchlässige konvergierende innere Schale aufweist, die in der äußeren Schale positioniert ist, wobei die Austragvorrichtung mit dem Hauptteil über einen ersten Flansch an oder nahe dem unteren Rand des Bodenabschnittes des Hauptteiles und einen zweiten Flansch an oder nahe dem oberen Rand der äußeren Schale verbunden ist, wobei die innere Schale an oder nahe ihrem oberen Rand mit der inneren Wand der äußeren Schale der Austragvorrichtung verbunden ist, wobei die innere Schale an der inneren Wand des zweiten Flansches angebracht ist, und wobei ein Element vorgesehen ist, um die innere Wand des Hauptteiles des Gefäßes an die innere Wand der inneren Schale anzugleichen, wobei das Element an der inneren Wand des ersten Flansches angebracht ist.
  • Auf diese Weise wird die Anzahl von Dichtungen zwischen den Flanschen reduziert, vorzugsweise auf eine einzige Dichtung, womit zusätzliche Leckpfade reduziert oder vermieden werden, und/oder die Positionierung der inneren Schale, zumindest hinsichtlich des Festziehens der Flansche, weniger kritisch wird.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die innere Wand des zweiten Flansches mit zumindest einem Ansatz oder einem Ring versehen, und die innere Schale ist an diesem Ansatz oder Ring befestigt. Somit besteht kein Erfordernis für einen individuell ausgebildeten Flansch, der befähigt ist, die innere Schale aufzunehmen, und man kann statt dessen einen standardisierten (ANSI, DIN, MSS etc.) Flansch verwenden. Individuell ausgebildete Flansche müssen gesondert in einer Schmiede hergestellt werden und erfordern entsprechende Werkzeuge.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Gefäß zum Speichern von teilchenförmigem Material, bei welchem die äußere Schale an ihrem Bodenabschnitt einen dritten Flansch aufweist, und wobei der untere Teil der inneren Schale zylindrisch und mit der zentralen Öffnung des dritten Flansches ausgerichtet positioniert ist und/oder sich durch diese Öffnung erstreckt. Somit kann die Konstruktion der Abgabevorrichtung geradliniger gehalten werden. Das heißt, der zylindrische untere Teil kann mit Hilfe einer relativ einfachen Dichtung abgedichtet werden, z.B. einem oder mehreren nicht-metallischen O-Ringen, welche den unteren Teil umgeben. Außerdem kann als dritter Flansch ein Standardflansch verwendet werden, und die freie Wärmedehnung der inneren Schale wird erleichtert.
  • Speziell für Gefäße, die bei höheren Temperaturen arbeiten, z.B. über 200°C, wird bevorzugt, daß eine Stopfbüchsenanordnung zwischen dem zylindrischen unteren Teil der inneren Schale und der äußeren Schale vorgesehen wird. Diese Art von Dichtungsvorrichtung wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Abgabevorrichtung zur Verwendung in einem Gefäß zum Speichern von teilchenförmigem Material, wie pulverisierter Kohle oder Flugasche, mit einer konvergierenden, vorzugsweise konischen oder im wesentlichen konischen äußeren Schale und einer durchlässigen, konvergierenden inneren Schale, die in der äußeren Schale positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schale an der Innenwand der äußeren Schale befestigt ist. Wie vorstehend ausgeführt wird bevorzugt, daß die Vorrichtung einen Flansch aufweist, der den oberen Rand der äußeren Schale bildet, und daß die innere Schale an der inneren Wand dieses Flansches befestigt ist.
  • Es sei bemerkt, daß die US 4,941,779 „ein Gefäß offenbart, das nach unten konvergierende Wände am unteren Ende desselben hat, die einen Teil aus porösem Material bilden, der zumindest einen Scheitel zum Belüften der Feststoffe innerhalb des Gefäßes hat, um eine gleichmäßige Massendurchsatzrate der Feststoffe und des Gasgemisches, das an einen Vergaser abgegeben wird, aufrechtzuerhalten". Wie schematisch in den 1 und 2 gezeigt ist, umgibt ein Mantel (13) das poröse Material. Die US 4,941,779 erwähnt nicht oder regt nicht die Verwendung von Flanschen an, noch erwähnt sie bzw. regt sie die Art und Weise an, in welcher das poröse Material innerhalb des Mantels oder des Trichters befestigt ist.
  • Obzwar die Erfindung nachfolgend hauptsächlich unter Bezugnahme auf pulverisierte Kohle beschrieben wird, werden die Gefäße und Abgabevorrichtungen gemäß der Erfindung auch für anderes teilchenförmiges pulverisiertes und/oder pulverförmiges Feststoffmaterial, wie Harze, Katalysatoren, Flugasche, Anthrazit, Braunkohle, Ruß, Erdölkoks u.dgl., geeignet sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen des Gefäßes und der Abgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Gefäß gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Abgabevorrichtung, die sich zur Verwendung in dem Gefäß nach 1 eignet; und
  • 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Abgabevorrichtung, die sich zur Verwendung in dem Gefäß nach 1 eignet.
  • Es sei bemerkt, daß die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und daß Details, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht notwendig sind, weggelassen sein können. Es versteht sich auch, daß die Erfindung nicht auf die besonders dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist. Die Zeichnungen zeigen auch keine Hilfsausrüstung, wie Pumpen, Kompressoren, Reinigungsvorrichtungen etc.
  • Die 1 und 2 zeigen ein Gefäß 1 zum temporären Lagern von pulverisierter Kohle, wobei das Gefäß 1 einen Hauptteil aufweist, in diesem Fall einen sogenannten Zuführtrichter 2, und an seiner Bodenseite eine Abgabevorrichtung 3. Der Zuführtrichter 2 umfaßt von oben nach unten einen Einlaß 4, der mit einem Flansch 5 versehen ist, um den Zuführtrichter 2 an eine Zuführleitung (nicht gezeigt) anzuschließen, einen domförmigen oberen Abschnitt 6, einen kreiszylindrischen mittleren Abschnitt 7 und einen kegelstumpfförmigen unteren Abschnitt 8, der mit einem ersten Flansch 9 versehen ist. Bei diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel werden alle Komponenten 4–9 um eine zentrale Achse A drehsymmetrisch ausgebildet. Es sind aber auch andere Konstruktionen, z.B. mit zwei Abgabevorrichtungen, möglich.
  • Die Abgabevorrichtung 3 umfaßt eine äußere Schale 10, die mit einem zweiten Flansch 11 versehen ist, der mit dem ersten Flansch 9 mittels Bolzen angeschlossen ist. Die äußere Schale 10 weist ferner an ihrer Bodenseite einen dritten Flansch 12 auf, um die Abgabevorrichtung 3 an eine Zuführleitung (nicht gezeigt), z.B. eines Vergasers, anzuschließen. Ein Metallring 13 ist an die Innenwand des zweiten Flansches 11 geschweißt, wobei der Ring 13 mit z.B. Gewindelöchern oder Gewindeenden ausgestattet ist, die gleichmäßig über den Ring 13 verteilt sind, um Befestigungsmittel für eine innere Schale 14 zu bilden.
  • Die innere Schale 14 umfaßt einen geflanschten oberen Rand 15, der mit an diesem befestigten Bolzen oder Muttern versehen ist, die mit den Gewindelöchern oder Gewindeenden im Ring 13 in Eingriff stehen. Eine Dichtung 13' ist zwischen dem Ring 13 und dem oberen Rand 15 vorgesehen, um die Verbindung leckdicht zu machen. Der obere Rand 15 der inneren Schale 14 erstreckt sich im wesentlichen in Fluchtung mit der Fläche des zweiten Flansches 11, um das (horizontale) Entfernen der Abgabevorrichtung 3, z.B. zu Wartungszwecken, zu erleichtern. Die innere Schale 14 weist ferner einen konischen Abschnitt 16 und einen unteren kreiszylindrischen Abschnitt 17 auf. Die Wand des konischen Abschnittes 16 ist zum größeren Teil aus porösem Material hergestellt, wie rostfreier Sinterstahl, Sinterkeramik oder gewebter rostfreier Stahl, abhängig von den Betriebsbedingungen und der Art von Kohle, die verwendet wird, und ist mittels eines Metallringes 18 verstärkt. An seinem unteren Ende weist der konische Abschnitt 16 einen festen Metallring 19 auf, mit welchem dieser Abschnitt 16 an den kreiszylindrischen Abschnitt 17 der inneren Schale 14 geschweißt ist. Die äußere Schale 10 weist ferner einen Einlaß 10' zum Zuführen von Druckgas in den Hohlraum 20 auf, der durch die äußere Schale 10 und die innere Schale 14 definiert wird. Dieser Einlaß 10' verläuft im wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse des Gefäßes, d.h. horizontal, um die Verbindung der Abgabevorrichtung 3 mit einer Zuführleitung zu erleichtern. Die Gastype sowie ihre Temperatur, ihr Druck und der Strömungsdurchsatz hängen von den Betriebsbedingungen ab. Im allgemeinen dient die Belüftung dazu, Reibungskräfte zwischen der inneren Schale 14 und den in dieser enthaltenen Feststoffen zu überwinden, sowie der Reibung zwischen den Teilchen. Für detaillierte Informationen betreffend diesen Gegenstand wird auf die US 4,941,779 und die US 5,129,766 Bezug genommen.
  • Der Innendurchmesser des kreiszylindrischen Abschnittes 17 entspricht jenem des dritten Flansches 12. Ein Metallring 21 umgibt den kreiszylindrischen Abschnitt 17 und ist mit der konischen Innenwand der äußeren Schale 10 verschweißt. Der Ring 21 schafft eine glatte Dichtungsfläche für O-Ringe, die in Nuten der Außenwand des kreiszylindrischen Abschnittes 17 installiert sind. Außerdem ist diese Außenwand nahe ihrem unteren Rand ebenfalls konisch, wodurch eine (zyklische) Wärmedehnung der inneren Schale 14 ohne Behinderung und ohne dem Aufbau von Abfall in den Hohlräumen zwischen ihren Komponenten gestattet wird.
  • Die Innenwand des Zuführtrichters 2 ist an jene der inneren Schale 14 mittels eines ringförmigen Elementes 22 angepaßt, das an die Innenwand des ersten Flansches 9 geschweißt ist. Die Konizität der Innenwand dieses Elementes 22 entspricht jener der Außenwände, wodurch ein gleichförmiger Massendurchsatz erleichtert und eine Brückenbildung von Kohle oder Asche verhindert wird.
  • 3 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgabevorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, die speziell für den Betrieb bei höheren Temperaturen, z.B. über 200°C, geeignet ist. Der kreiszylindrische Abschnitt 17 der inneren Schale 14 dieses bevorzugten Ausführungsbeispieles ist mit einer sogenannten Stopfbüchsenanordnung 23 versehen, die an sich bekannt ist. Die Dichtung 23 umfaßt einen ringförmigen Metallring 24, der an die Innenwand des dritten Flansches 12 geschweißt ist und weist einen ringförmigen Rücksprung auf, der eine Dichtung 25 enthält, z.B. aus einem geeignet gefloch- tenen Faserdichtungsmaterial, wie einem Kord oder einem kordähnlichen Aufbau aus Graphit oder Keramikfasern. Die Dichtung 25 kann mittels eines weiteren Ringes 26 zusammengedrückt werden, der einen sich nach oben erstreckenden ringförmigen Vor sprung aufweist, der in der Ausnehmung aufgenommen ist und der mit Hilfe der Gewindeenden 27 festgezogen werden kann.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß die ersten und zweiten Flansche dazu bestimmt sind, eine Verbindung mit den Wänden des Druckgefäßes herzustellen, wodurch die Leckdichtheit verbessert wird, und daß die innere Schale durch zugeordnete Mittel an ihrem Platz gehalten wird, wodurch die Positionierung der inneren Schale in der äußeren Schale erleichtert wird. Außerdem sind alle Flansche 9, 11 und 12, die vorstehend beschrieben wurden, Standard(ANSI)-Flansche, und es sind keine individuell ausgebildeten Flansche erforderlich.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche in einer Anzahl von Wegen variiert werden können.

Claims (8)

  1. Gefäß (1) zum Speichern von teilchenförmigem Material, wie pulverisierter Kohle oder Flugasche, mit einem Hauptteil (2) und an dessen Bodenabschnitt zumindest einer Austragvorrichtung (3), die eine konvergierende äußere Schale (10) und eine durchlässige konvergierende innere Schale (14) aufweist, die in der äußeren Schale (10) positioniert ist, wobei die Austragvorrichtung (3) mit dem Hauptteil (2) über einen ersten Flansch (9) an oder nahe dem unteren Rand des Bodenabschnittes des Hauptteiles (2) und einen zweiten Flansch (11) an oder nahe dem oberen Rand der äußeren Schale (10) verbunden ist, wobei die innere Schale (14) an oder nahe ihrem oberen Rand mit der inneren Wand der äußeren Schale (10) der Austragvorrichtung (3) verbunden ist, und wobei die innere Schale (14) an der inneren Wand des zweiten Flansches (11) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element (22) vorgesehen ist, um die innere Wand des Hauptteiles (2) des Gefäßes (1) an die innere Wand der inneren Schale (14) anzugleichen, wobei das Element an der inneren Wand des ersten Flansches (9) angebracht ist.
  2. Gefäß (1) nach Anspruch 1, bei welchem die innere Wand des zweiten Flansches (11) mit zumindest einem Ansatz oder einem Ring (13) versehen ist, und die innere Schale (14) an diesem Ansatz oder Ring (13) befestigt ist.
  3. Gefäß (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der obere Rand (15) der inneren Schalen (14) zumindest im wesentlichen mit der Oberfläche des zweiten Flansches (11) fluchtet.
  4. Gefäß (1) nach einem der Ansprüche 1–3, bei welchem die Verbindung zwischen der inneren Schale (14) und der äußeren Schale (10) mittels eines Dichtungsringes (13') abgedichtet ist.
  5. Gefäß (1) nach Anspruch 1, bei welchem die innere Schale (14) an oder nahe ihrem oberen Rand an der inneren Wand der äußeren Schale (10) der Austragvorrichtung (3) befestigt ist, um das Klemmen eines Flansches zu vermeiden, welcher den oberen Rand der inneren Schale (14) zwischen dem ersten Flansch (9) und dem zweiten Flansch (11) bildet.
  6. Gefäß (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die äußere Schale (10) an ihrem Bodenabschnitt einen dritten Flansch (12) aufweist, und wobei der untere Teil (17) der inneren Schale (14) zylindrisch und mit der zentralen Öffnung des dritten Flansches (12) ausgerichtet positioniert ist und/oder sich durch diese Öffnung erstreckt.
  7. Gefäß (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem alle Flansche (9, 11, 12) genormte Flansche sind.
  8. Gefäß (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die äußere Schale (10) mit zumindest einem Einlaß (10') zum Eintragen von Gas in den Hohlraum (20) versehen ist, der durch die äußere Schale (10) und die innere Schale (14) definiert wird, wobei der Einlaß (10') im wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse (A) des Gefäßes (1) verläuft.
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