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DE2325204A1 - Zylindrischer druckreaktor zur erzeugung eines brennbaren gases - Google Patents

Zylindrischer druckreaktor zur erzeugung eines brennbaren gases

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DE2325204A1
DE2325204A1 DE2325204A DE2325204A DE2325204A1 DE 2325204 A1 DE2325204 A1 DE 2325204A1 DE 2325204 A DE2325204 A DE 2325204A DE 2325204 A DE2325204 A DE 2325204A DE 2325204 A1 DE2325204 A1 DE 2325204A1
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reactor
pressure reactor
cylindrical pressure
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devices
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DE2325204A
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DE2325204B2 (de
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Paul Dipl Phys Dr Gernhardt
Egon Haese
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Dr C Otto and Co GmbH
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Dr C Otto and Co GmbH
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Publication date
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Description

Dr. W. P. Rajdt
DipL-Ing. E. E. Rnkener -qt. C. Otto & Comp.
DipL-Ing. W. ßrnesti . Gesellschaft mit beschränkter
Patentanwälte Haftung
463 Bochum ι\γ-!Γ\ ώ ^. Λ Ti << -m
Heinrid-König-Straße^ 4650 B O C Il U Bl
Fernspj&daey- 415 50, 4 23 27
Telegrammadresse:. Radtpatent Bochum
22/73 . '■■."..
WPR/EP
Zylindrischer Druckreaktor zur Erzeugung eines brennbaren Gases
Die Erfindung betrifft einen Druckreaktor zur Erzeugung eines brennbaren Gases durch Vergasung fester Brennstoffe oder einer Mischung fester und flüssiger Brennstoffe.
Bekanntlich führt der Schwefelgehalt fester Brennstoffe vielfach dazu, sie nicht unmittelbar zu verwenden, sondern daraus brennbare Gase "zu erzeugen und aus diesen vor der weiteren Verwendung die Schwefelverbindungen abzuscheiden.
Die Vergasungsverfahren, die vielfach mit einer an Sauerstoff angereicherten Luft oder hochprozentigem Sauerstoff daneben mit Wasserdampf und Kohlensäure als Vergasungsmittel arbeiten, werden teilweise bei so hohen Temperaturen durchgeführt, daß die in den Brennstoff en enthaltenen unbrennbaren Stoffe als flüssige Schlacke anfallen. Hierbei muß besonders darauf geachtet werden, daß die Schlacke genügend flüssig bleibt und nirgends einfriert, im übrigen aber ergibt sich die Schwierigkeit, daß vom Gasstrom feinste Schlacketeilchen mitgeführt und an kälteren Teilen der Apparate und Leitungen sich abscheiden, wodurch Verstopfungen und andere Betriebsstörungen eintreten können.
Um einen höheren Durchsatz zu erzielen, hat man die Vergasung der Brennstoffe schon bei höheren Drucken durchgeführt und-dabei einen zylindrischen Druckreaktor benutzt.
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen mit hoher Temperatur arbeitenden Druckreaktor so auszubilden •und zu betreiben, daß hohe Gasdurchsätze erzielt werden, und die bei der Vergasung zunächst in flüssiger Form auftretende Schlacke nicht der Gefahr des Einfrierens ausgesetzt ist und in solcher Weise abgeschieden wird, daß Schädigungen nachgeschalteter Apparate nicht zu befürchten sind.
Gemäß der Erfindung sind im Oberteil des zylindrischen Druckreaktors Vorrichtungen zum Eindüsen des Brennstoffes und der Vergasungsmittel und im Unterteil ein zentraler Abzugsstutzen angeordnet, der gegenüber dem Reaktor im Querschnitt erheblich verengt ist; den Abzugsstutzen umschließt ein ringförmiger Behälter, der ein Eisenbad aufnimmt, und unterhalb des Abzugs stutz ens ist ein Wasserbad angeordnet j oberhalb der Unterkante des Stutzens befindet sich ein seitlicher Abzug des Gases in eine der Ausnutzung der fühlbaren Gaswärme dienende Vorrichtung.
Als Vergasungsmittel kann in einem solchen Druckreaktor mehr oder weniger angereicherter Sauerstoff in Verbindung mit Wasserdampf, gegebenenfalls auch unter Zusatz von Kohlensäure, dienen. Die aus den eingedüsten Brennstoffen und Vergasungsmitteln gebildeten Produktgase ziehen abwärts und führen die in Form feiner Tropfen anfallende Schlacke mit sich.
Durch die plötzliche Querschnittsverminderung, die der abwärts ziehende Gasstrom beim Eintritt in den Abzugsstutzen erleidet, werden Schlacketeilchen ausgeschleust. Die ausgeschiedenen Schlacketeilchen folgen der Abwärtsbewegung des Gases in den Abzugsstutzen zum größeren Teil nicht, sondern fallen auf das Bad des flüssigen Eisens j soweit der Gasstrom noch Schlacke enthält, wird diese am
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unteren Ende aus dem seitlich abgelenkten Gas ausgeschieden und fällt in das Wasserbad. In dieses gelangt auch diejenige Schlacke, die vom Spiegel des Eisenbades überläuft und an der Wandung des Abzugsstutzens abläuft. Es ergibt sich also der Vorteil, daß beim Betrieb der Anlage Gas und Schlacke aus dem gleichen Stutzen abgezogen werden und ein Austrag hocherhitzter flüssiger S hlacke in nachgeschaltete Einrichtungen vermieden wird.
Das gewonnene Gas tritt mit hoher Temperatur am unteren Ende des Reaktors aus und wird einer Vorrichtung zur Ausnutzung der fühlbaren Gaswärme zugeführt. Hierfür können mehrere Vorrichtungen bzw. Verfahren infrage kommen.
Wenn eine zusätzliche Gewinnung von methahreichen Gasen durch Spaltung flüssiger Kohlen-Wasserstoffe vorgesehen ist, so kann das im Reaktor gewonnene Gas einem Wirbelbettreaktor zugeführt werden, der mit Vorrichtungen zum Eindüsen der flüssigen Brennstoffe und des Wasserdampfes oder eines anderen bei der Spaltung der flüssigen Brennstoffe mitwirkenden Mittels versehen ist. In einem Wirbelbettreaktor, in dem sich ein endothermer Prozeß abspielt, wird das im Reaktor gewonnene Gas auf Temperaturen abgekühlt, mit denen es beispielsweise Abhitzekesseln zugeführt werden kann« Das genügend heruntergekühlte Gas kann dann einem der üblichen Entschwefelungßverfahren unterworfen werden.
Die Ausnutzung der fühlbaren Gaswärme kann auch so erfolgen, daß das im Reaktor erzeugte Gas einer Einrichtung zugeführt wird, in der feinkörnige frische Kohlejf eingeführt und durch die Berührung mit den heißen Gasen verkokt wird. Es bildet sich dabei ein feinkörniger Koks oder Halbkoks, der von dem durch die Wärme lief erung an den Brennstoff stark herabgekühlten Gas in Zyklonen getrennt und gegebenenfalls im Kopf des zylindrischen
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Druckreaktors als Brennstoff aufgegeben wird.
Um der im Druckreaktor abwärts strömenden Gassäule Längsschwingungen zu überlagern, kann in die Vorrichtungen zum Eindüsen der "Vergasungsmittel ein periodisch arbeitender Unterbrecher eingebaut sein.
Nachfolgend sind zwei Ausführungsformen des Druckreaktors gemäß der Erfindung dargestellt.
In Figur 1 bedeutet ΊΟ einen Hochtemperatur-Druckreaktor, der in nicht gezeichneter Weise innen mit einer feuerfesten Auskleidung versehen und gekühlt wird. Am Kopf des Reaktors werden aus einem Vorratsbehälter 18 die vorgeheizten Einsatζstoffe, feste Brennstoffe oder Gemische aus festen und flüssigen Brennstoffen, sowie Wasserdampf und Sauerstoff durch geeignet angeordnete Mehrstoffdüsen 19 eingedüst. Die Primärreaktion der partiellen Verbrennung erzeugt dann die für die weitere Aufheizung der Reaktanten sowie die für die Spaltreaktionen mit Wasserdampf benötigten Wärmemengen und die Verlustwärmen. Es entsteht ein abwärts gerichteter örtlich turbulenter Gasstrom, in dem sich die Reaktionen fortsetzen. Dabei entsteht flüssige Schlacke, die in Form feiner Tropfen mit dem Gasstrom mit geführt wird.
Im unteren Teil des Reaktors befindet sich über einem gekühlten Boden, in dem ein zentraler Abfluß stutz en 11 eingelassen ist, ein ringförmiges Eisenbad 34-· Zufolge ihres Impulses bzw. ihrer Trägheit werden die Schlacketeilchen oberhalb des Eisenbades aus dem zum zentralen Abflußstutzen 11 hin abgelenkten Gasstrom ausgeschleust und prallen auf das Eisenbad 3^, cLas nach kurzer Zeit von einer Schicht flüssiger Schlacke bedeckt wird. Nicht vollständig vergaste koksartige Feststoffteilchen werden
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in gleicher Veise aus dem Gasstrom ausgeschleust und schwimmen eine zeitlang auf dem S hlackenbads wobei sie weitere Zeit für Vergasungsreaktionen findeno Ihre Verweilzeit auf bzwo über dem Schlackenbad wird durch die unvermeidlichen Eandwirbel verlängerte Die auf dem Eisenbad schwimmende flüssige Schlacke fließt durch den zentralen Abflußstutzen 11 in dem Maße ab9 wie sie sich bildete um die Starttemperatur des Eisen bzwe Schlackenbades zu erreichen, ist oberhalb desselben eine Startheizquelle 20 in lOrm einer Düsenanordnung zum Eindüsen von Brennstoff und Sauerstoff, evtl« unter Zugabe von Wasserdampf, vorgesehene .
Der heiße Gasstrom wird ebenfalls durch den zentralen Abflußstutzen 11 nach unten abgezogene Da die Temperatur des Gases immer oberhalb der Liquidustemperatur der Schlacke gehalten wird« kann die durch den Abflußstutzen abfließende Schlacke nicht einfrieren5 sie bleibt flüssig und läuft am Innenrand des Stutzens herunter9 bis sie voa der Unterkante abtropft und in das darunter befindliche Wasserbad 12 fällt9 wo sie granulierte Das Wasserbad ist in nicht gezeichneter Weise an einen Speise= und Kühlkreislauf angeschlossene Die im Wasserbad 12 granulierte Schlacke wird-über die Druckschleuse 22 9 den Sammelbehälter 13 und die Druckschleuse 23 in zeitlichen Intervallen ausgetragene
Der durch den Abflußstutzen 11 abwärts strömende Gasstrom wird durch die Querschnittsverengung stark beschleunigte Er kann noch weitere Schlackentröpfchen mit sich führen9 die in Höhe der Unterkante des Abflußstutzens aus dem Gasstrom ausgeschleust werden und zufolge ihres Impulses bzwo ihrer !Trägheit auf das Wasserbad 12 prallen9 wo sie ebenfalls granulieren, x-jährend der Gasstrom nach oben um= gelenkt und durch seitliche Abzugsstutzen in Pfeilrichtung abgezogen wirdo Von dort gelangt der im wesentlichen von
S hlacke und unvergasten Teilchen gereinigte· Gasstrom in eine Wirbelkammer 14-, in die frische Kohle und erforderlichenfalls Wasserdampf über die Düsen 21 injiziert werden. Der im Wärmetausch mit dem Gas entstehende Halbkoks gelangt über einen Zyklon 15 und Multiklon 16 und über Druckschleusen 17 in den Vorratsbehälter 18, von dem aus er dem Hochtemperaturreaktor zugeführt wird.» Die den Multiklon 16 verlassenden Gase werden durch den Abhitzekessel 24· geleitet, in dem Prozeßdampf erzeugt wird. !Restliche vom Gasstrom mitgeführte Asche- und Koksteilchen werden in dem darunter befindlichen Zyklon 26 ausgeschieden und gelangen über die Druckschleuse 27 in den Sammelbehälter 28, von dem aus sie über Düsenförderer 29 und die Düsenanordnung 20 auf das Schlacken- bzwo Eisenbad geblasen werden«, Als Treibmittel hierfür wird über den Kompressor 30 nachverdichtetes rückgeführtes Gas verwendet. Rückführungsieitungen führen auch zu der Düsenanordnung 19 und zum Wirbelbettreaktor 14-o Oberhalb des Abhitzekessels 24· ist eine Fackel 25 vorgesehen«
Figur 2 zeigt die Version der Vergasungseinrichtung, bei der ein Teil der latenten Wärme des heißen Produktgases für weitere Spaltprozesse verwendet wird® Das Prinzipschema ist im wesentlichen dadurch charakterisiert, daß die in Bild 1 dargestellten Anlageteile 15 und 16 fortfallen» Das heiße Produktgas aus dem Hochtemperaturreaktor 10 durchströmt den Wirbel- oder Fließbettreaktor 31, der mit inerten und/oder katalytisch wirkenden keramischen Wärmeträgern gefüllt isto Die Wärmeträger können in ansich bekannter Weise in einem nicht gezeichneten Sekundärkreislauf regeneriert werden,, In dieses Wirbel- oder Fließbett werden über Düsen 32 flüssige Kohlenwasserstoffe, etwa Rohöl oder Restöle9 zusammen mit Wasserdampf injeziert und unter Ausnutzung eines Teils der latenten Wärme des heißen'Produktgases gespalten«, Dem Hochtemperaturreaktor 10 wird Frisch-
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kohle oder auf unabhängige Weise erzeugter Halbkoks bei 32 zugeführtο
Im Gegensatz zu den üblichen Verfahren und Einrichtungen zur Vergasung fester und/oder flüssiger Brennstoffe mit aufwärts gerichtetem Gasstrom ist ein entscheidender Vor·= teil der Erfindung, daß die Geschwindigkeit des abxfärts gerichteten Gasstroms und damit unter gegebenen Tempera= tür- und Druekverhältniasen die spezifische Durchsatzleistung bzw. die Querschnittsbelastung des Reaktors gesteigert werden kann, ohne daß die Austragsrate an Schlacke und unvergasten Teilchen vergrößert wirdo Mit zunehmender Gasgeschwindigkeit erhöht sich nämlich der Abfangeffekt des flüssigen Bades 34- für mit dem Gasstrom mitgeführte Schlacken= und Feststoffteilchen, die zufolge ihres vertikal-abwärts gerichteten Impulses aus dem abgelenkten Gasstrom ausgeschleust und von der Badoderfläche absorbiert werden, wobei ihnen bis zum Abfluß durch den Stutzen 11 weitere Zeit für Vergasungs= prozesse gegeben isto
Die Umlenkung des Gasstromes oberhalb des Wasserbades wirkt als zweite Falle für noch mitgeführte Feststoffoder Schlacke teilchen -j auch dieser Abscheidungsprozeß steigt in seiner Wirkung mit zunehmender spezifischer Durchsatzleistungο.
Eine Optimierung der Strömungsverhältnisse im Reaktor kann durch zusätzlichen Einbau von Blenden, Schikanen und dergleichen erzielt werden a
Anstelle des Vergasungsmediums Wasserdampf kann auch Kohlensäure oder es können Gemische aus Wasserdampf und Kohlensäure verwendet werdeno In einer Weiterführung des Erfindergedankens wird, um die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion bestimmende Stoffaustausch zwischen zu vergasen=
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den Teilchen und Gasen innerhalb der strömenden Gassäule des Reaktors zu verbessern, der abwärts strömenden Gassäule eine Längs schwingung überlagert. Die zu vergasenden Feststoffteilchen nehmen zufolge ihrer Trägheit nicht an der Schwingung teil. Hierdurch werden größere Relativgeschwindigkeiten zwischen Feststoffen und umgebenden Gasen und damit größere Stoffaustauschkoeffizienten bewirkt. Die Längsschwingungen werden durch intermittierende Injektion der Vergasungsmittel erzeugt.
Patentansprüche
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Claims (2)

Patentansprüche
1. Zylindrischer Druckreaktor zur Erzeugung brennbarer Gase durch Vergasung fester Brennstoffe oder Mischungen fester und flüssiger Brennstoffe, dadurch ge«. kennzeichnet , daß im. Oberteil des Eeaktors Vorrichtungen zum Eindüsen des Brennstoffes und der Vergasungsmittel und im. Unterteil um den gegenüber dem Heak« tor im Querschnitt erheblich verengten,, zentralen Abzugs= stutzen ein ringförmiger Behälter zur Aufnahme eines Eisenbades und unterhalb des Abzugsstutzens ein Hasserbad an= geordnet ist und sich oberhalb der Unterkante des Stutzens ein seitlicher Abzug des Gases in eine der Ausnutzung der fühlbaren Gaswärme dienende Vorrichtung befindete
2. Zylindrischer Druckreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausnutzung der fühlbaren Gaswärme ein ¥irbelbettreaktor mit Vorrichtungen zum Eindüsen von Wasserdampf und feinkörnigen Brennstoffen vorgesehen und diesem ein Peststoffabscheider nachgeschaltet isto
3ο Zylindrischer Druckreaktor nach Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausnutzung der fühlbaren Gaswärme ein Reaktor mit Vorrichtungen zum Eindüsen von flüssigen Brennstoffen und einem Vergasungsmittel vorgesehen isto
4, Zylindrischer Druckreaktor nach einem der vorhergehen= den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vorrich= tungen zum Eindüsen der Vergasungsmittel ein periodisch arbeitender Unterbrecher eingebaut,isto
40 98 49/054
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