DE2935991C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Gaskühlung und Schlackegranulierung am Austritt von Reaktoren - Google Patents

Description

— daß die flüssige Schlacke als ein kompakter Strahl aus dem Reaktor abgezogen und allseitig von dem in gleicher Richtung geführten Gasstrom umgeben durch das Fallrohr geführt wird,

— daß in einem das Fallrohr umgebenden Ringraum Wasser aufwärts strömt und dabei das Fallrohr indirekt kühlt,

— daß das gesamte Wasser am oberen Ende des Fallrohres überläuft und als zusammenhängender Film an der Innenwand des Fallrohres in das Wasserbad abfließt und

— daß das im Wasserbad aufsteigende Gas durch Verteilereinbauten ;m Ws \>erbad fein verteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gasstromes im Fallrohr zwischen etwa 8 und 10 m/s liegt.

3. Vorrichtung zur gleichzeitigen Gaskühlung und Schlackegranulierung am Austritt aus Reaktoren, in denen unter erhöhtem Druck und autotherm ballastreiche feste und oder flüssige Brennstoffe zu CO- und l-h-haltigem Gas umgesetzt werden, wobei unterhalb des Austritts für Gas und Schlacke aus dem Reaktor und koaxial zu diesem Austritt in einem Behälter ein Fallrohr angeordnet ist, das in ein Wasserbad eintaucht, der Behälter oberhalb des Wasserbades mit einem Stutzen zur Abführung von gekühltem Gas und am Boden mit einem Stutzen zum Austrag von sedimentierter, granulierter Schlacke versehen ist, dadurch gekennzeichnet,

— daß das Fallrohr (2) von einem Mantelrohr (12) umgeben ist und der zwischen dem Fallrohr (2) und dem Mantelrohr (12) gebildete Ringraum (11) mit einem Wasseranschluß (6) verbunden ist,

— daß das Fallrohr (2) an seinem oberen Ende eine Überlauföffnung für das aufsteigende Wasser aufweist, welches an der Innenwand des Fallrohres (2) einen geschlossenen Wasserfilm bildet, und

— daß im Bereich des Wasserbades (3) zwischen der Wand des Behälters (9) und dem Mantelrohr (12) Verteilereinbauten (4) zur Verteilung des aufsteigenden Gases im Wasserband angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Gaskühlung und Schlackegranulierung am Austritt aus Reaktoren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Gattung.

Bei der Vergasung von ballastreichen in Gas suspendierten staubförmigen oder flüssigen Brennstoffen ist es unter Berücksichtigung der hohen Reaktionstemperaturen notwendig, die Ballaststoffe (Asche) in den flüssigen Zustand zu überführen, um ein Ansintern und damit eine Verengung der Strömungswege und des Reaktionsrauines zu vermeiden. Die verflüssigten Ballaststoffe können entweder gemeinsam oder auch unabhängig von den Reaktionsgasen aus dem Reaktionsraum abgeführt und anschließend durch Abschrecken in Wasser granuliert werden. Nachteilig sind die dabei entstehenden großen Mengen an zum Teil stark verunreinigtem Dampf.

In der DE-OS 27 23 6Oi ist bereits ausgeführt, daß diese Dampfbildung einen erheblichen Kühleffekt bewirkt, der zu einer Steigerung der Schlackenviskosität und damit zu Verstopfungserscheinungen der Schlakken-Ablauföffnungen führt Diesen Schwierigkeiten wird in verschiedenen Verfahren u. a. auch dadurch begegnet, daß das erzeugte Gas und die Schlacke im Gleichstrom aus dem Reaktionsraum abgeführt werden. Durch das heiße Reaktionsgas wird der Zutritt des relativ kalten Wasser dampfes zur Schlacken-Ablauföffnung verhindert und die abtropfende Schlacke auf der notwendigen Temperatur gehalten. Die Weiterbehandlung der erzeugten Gase macht es jedoch notwendig, nicht nur die Schlacke, sondern auch das Gas auf eine geeignete Temperatur abzukühlen.

Aus der US-PS 39 98 609 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung der jeweils angegebenen Gattung zur Erzeugung von Synthesegas durch Partialoxidation eines Brennstoffes bei erhöhtem Druck begannt, bei dem das im Reaktionsraum bei Temperaturen zwischen 1200 und 1540°C erzeugte Rohgas in einem dem Reaktionsraum nachgeordneten Wasserbad abgekühlt wird. Das durch Ruß und Asche verunreinigte Rohgas strömt über eine Einschnürung im unteren Teil des Reaktionsraumes ab und wird zumindest teilweise in das ins Wasserbad eintauchende Fallrohr geleitet. Das Fallrohr wird immer von einem Quench-Ring aus mit dem das Bad bildendem Wasser besprüht. In einem zwischen dem Fallrohr und der Behälterwand gebildeten Ringraum steigt das Gas im Wasserbad auf und wird dabei abgekühlt und von

so Ruß und Asche gereinigt. Aus dem freien Raum oberhalb des Wasserbades wird das gereinigte und gekühlte Gas über einen Abzugsstutzen zur weiteren Behandlung abgeführt. Die aus dem Gas abgeschiedenen Feststoffe werden ausschließlich über einen Ablaß im Boden des Wasserbades ausgetragen. Dieses Verfahren ist im wesentlichen auf die Vergasung von relativ aschearmen Brennstoffen, wie schweres Heizöl und Petrolkoks, zugeschnitten. Das erzeugte Gas enthält daher nur geringe Mengen an Asche und Ruß in Form von sehr fein verteilten Feststoff-Partikeln. Schmelzflüssigc Phasen aus Ballaststoffen sollen z. B. durch Umhüllung mit festen Kohlenstoffpartikeln vermieden werden, so daß sich kein zusammenhängender Schmelzfluß oder schmelzflüssigs Tropfen im Gas ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Druck-Vergasung von ballastreichen Brennstoffen das Ansetzen der verflüssigten Ballaststoffe an die Wände des Reaktionsraumes und der Austragsleitungen zu vermeiden und

ohne gefährliche Überhitzungen einzelner Bauteile gleichzeitig das erzeugte Gas abzukühlen und die Schlacke zu granulieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Führung der Schlacke in Form eines kompakten, von Heißgas umhüllten Strahls sowie durch den zusammenhängenden Wasserfilm an der Innenwand des Fallrohrs gemäß der Erfindung wird die Häufigkeit von unmittelbaren Kontakten flüssiger oder teigiger Schlakke mit der Fallrohrwand stark vermindert und die besonders nachteiligen Schlackeanbackungen an der Fallrohrwand werden durch din Wasserfilm vermieden.

Es hat sich gezeigt daß bei zu hohen Gasgeschwindigkeiten im Fallrohr der kompakte Schlackenstrahl zerteilt wird und daß Schlackenteilchen trotz des Wasserfilms bis zur Fallrohrwand gelangen können. Bei zu geringen Gasgeschwindigkeiten wiederum kann das Rückströmen von kaltem Wasserdampf in das Fallrohr bis zum Ablauf des Reaktors nicht vermieden werden, wodurch dann unerwünschte Kühieffekte vntstehen. Die Abmessungen des Fallrohrs müssen demzufolge dem Gasvolumenstrom angepaßt sein und die Gasgeschwindigkeiten im Fallrohr sollen zweckmäßig zwischen 8 und 10 m/sec liegen.

Unter diesen Bedingungen reicht die Kühlwirkung des Fallrohrs im allgemeinen nicht aus, um die Schlacke und das Gas im genügenden Umfang abzukühlen. Für beide Medien erfolgt die Restkühlung nach Eintritt in das Wasserbad, wobei die Schlacke durch Benetzung mit Wasser erstarrt und im Wasserbad sedimentiert, während das aufsteigende Gas in einer zusätzlichen Vorrichtung auf die Temperatur des Wasserbades gekühlt wird. Durch unbemerkte Schwankungen im Betriebsablauf des Reaktors, z. B. durch Druckschwankungen verursachte Gasrnengenänderungen oder durch Schwankungen der zulaufenden Wassermenge, kann der Wasserfilm im Fallrohr örtlich aufreißen und dadurch die Rohrwand vom heißen Gasstrom überhitzt und zerstört werden. In einem solchen Fall könne u. U. ungekühltes Gas unter Umgehung der Tauchung in die für niedrige Betriebstemperaturen ausgelegten Anlageteile strömen und dort Zerstörungen verursachen. Bei einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneten Vorrichtung wird dieser Gefahr dadurch begegnet, daß das Fallrohr von einem Mantelrohr umgeben ist und der zwischen dem Fzllrohr und dem Mantelrohr gebildete Ringraum mit einem Wasseranschluß verbunden ist. Bei dieser Vorrichtung weist das Fallrohr an seinem oberen Ende eine Überlauföffnung für das aufsteigende Wasser auf. welches an seiner Innenwand einen geschlossenen Wasserfilm bildet. Im Bereich des Wasserbades zwischen der Wand des Behälters und dem Mantelrohr sind Verteilereinbauten zur Verteilung des aufsteigenden Gases im Wasserbad angeordnet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben, die eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Gaskühlung und Schiackegranulierung am Austritt eines Reaktors im schematischen Vertikalschnitt zeigt.

Aus einem Druckreaktor tritt ein Strom eines Rohgasgemisches von 12 00OmVh mit einer Temperatur von 1300°C und eiiiTn Druck von 25 bar in die obere öffnung 1 eines Fallrohrs 2 ein. Parallel zum Rohgasstrom fließt Schlacke in ;iner Menge von 2000 kg/h in einem kompakten Strahl ohne Wandberührung ebenfalls in die obere öffnune 1 des Fallrohrs 2 ein.

Das Fallrohr 2 hat einen Innendurchmesser von 640 mm und die effektive Strömungsgeschwindigkeit des Rohgases beträgt ca. 10 m/sec. Unter diesen Bedingungen wird der Schlackestrahl vom parallel strömenden Rohgas nicht aufgerissen bzw. zerteilt Das Fallrohr 2 taucht etwa 1200 mm tief in ein Wasserbad 3 ein. Der Gasstrom verdrängt das Wasser aus dem unteren Teil des Fallrohrs, verteilt sich am Fallrohrende auf seinen Umfangsbereich und tritt in das Wasserbad ein, in dem

ίο es durch gesonderte Verteilereinbauten 4 zur weiteren Abkühlung fein verteilt wird

Parallel zum Gasstrom und Schlackestrom fließt an der Innenwand des Fallrohrs 2 ein Wasserfilm nach unten, der die Fallrohrwandung kühlt und das Anbacken von Schlacke an der Wand verhindert

Das Fallrohr 7 ist von einem Mantelrohr 12 umgeben und an den zwischen beiden Rohren gebildeten Ringraum 11 ist ein Wasseranschluß 6 angeschlossen, über den eine Wassermenge von ca. 80 000 kg/h mit einer Temperatur von ca. 150^cC zugeführt -vird. Das im Ringraum 11 aufsteigende Wasser schützt die Fallrohr-Wand vor Überhitzungen, falls der innenseitige Wasserfilm aufreißen sollte.

Der Schlackestrahl tritt nach Durchfallen des FaII-rohrs 2 nur geringfügig abgekühlt in das Wasserbad ein und wird dort granuliert. Das entstehende Granulat wird über einen Stutzen 8 aus dem Wasserbad-Behälter 9 abgezogen. Das durch das Wasserbad getretene Gas hat sich nahezu auf die Temperatur des Wassers abgekühlt und sammelt sich im Gasraum des Behälters 9, aus dem es durch Gasstutzen 10 seiner weiteren Verwendung zugeführt wird. Dabei hat sich das Gas bis zum Siededruck des Wassers mit Dampf gesättigt, was in den nachgeschalteten Verfahrensstufen ausgenutzt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur gleichzeitigen Gaskühlung und Schlackegranulierung am Austritt aus Reaktoren, in denen unter erhöhtem Druck und autotherm ballastreiche feste und/oder flüssige Brennstoffe zu CO- und Hrhaltigen Gasen umgesetzt werden, wobei Gas und flüssige Schlacke gemeinsam nach unten aus einem Reaktionsraum über ein in ein Wasserbad tauchendes Fallrohr abgezogen werden, die flüssige Schlacke im Wasserbad granuliert und sedimentiert wird und das Gas sich am unteren Ende des Fallrohres verteilt, im Wasserbad aufsteigt, dabei sich abkühlt und oberhalb des Wasserbades gesammelt und über einen Stutzen abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,