DE3540304A1 - Reactor and process for the manufacture of synthesis gas - Google Patents
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Abstract
Description
Reaktor und Verfahren zum Erzeugen von Synthesegas Reactor and process for generating synthesis gas
Die Erfindung betrifft einen Reaktor und ein Verfahren zum Erzeugen eines Synthesegases durch teilweise Verbrennung eines Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffes. The invention relates to a reactor and a method for producing it of a synthesis gas by partially burning a fuel containing carbon.
Solche Reaktoren und Verfahren sind bekannt, und bei Ihnen verwendete Kohlenstoff enthaltende Brennstoffe sind Steinkohle, Braunkohle, Torf, Erdöl oder Produkte von diesem. Die teilweise Verbrennung findet statt mit der Hilfe von Sauerstoff oder eines Sauerstoff enthaltenden Gases, beispielsweise Luft. Das auf diese Weise erzeugte Synthesegas umfaßt im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff, und es kann geringere Mengen an Kohlendioxid, Methan und Wasserdamf enthalten. Such reactors and processes are known and used by them Fuels containing carbon are hard coal, lignite, peat, or petroleum Products from this. Partial combustion takes place with the help of oxygen or an oxygen-containing gas, for example air. That way The synthesis gas produced essentially comprises carbon monoxide and hydrogen, and it may contain minor amounts of carbon dioxide, methane and water vapor.
Die oben genannten Brennstoffe enthalten alle Arten von anorganischen Substanzen, die nach der Verbrennung als Ascheteilchen übrig bleiben. Einige der Ascheteilchen werden von dem durch die Raktion gebildeten Synthesegas mitgenommen. The above fuels contain all kinds of inorganic ones Substances that remain as ash particles after combustion. Some of the Ash particles are carried along by the synthesis gas formed by the reaction.
Da die Temperatur des Synthesegases in dem Reaktor sehr hoch ist, werden die feinen bzw. kleinen Ascheteilchen vollständig oder teilweise flüssig und daher klebrig. Diese klebrigen flüssigen oder halbflüssigen Ascheteilchen haben das Bestreben, sich an Teilen des Reaktors anzulagern, insbesondere an der Innenfläche der Wand des Reaktorraumes, was letztlich zu einem Blockieren des Reaktors führen kann.Since the temperature of the synthesis gas in the reactor is very high, the fine or small ash particles become completely or partially liquid and therefore sticky. These sticky liquid or semi-liquid ash particles have the tendency to accumulate on parts of the reactor, especially on the inner surface the wall of the reactor space, which ultimately lead to a blockage of the reactor can.
Ein Zweck der Erfindung ist es, dieses Problem zu lösen durch Schaffung eines Reaktors der oben genannten Art, wobei ein Reaktor gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um entlang wenigstens eines Teiles der Innenfläche der Wand des Reaktorraumes eine Wasserschicht zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. One purpose of the invention is to solve this problem by creating a reactor of the type mentioned above, wherein a reactor according to the invention thereby is characterized in that means are provided to along at least one Part of the inner surface of the wall of the reactor room to generate a layer of water and maintain.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Reaktors gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Wasserverteilungsvorrichtung aufweist, die in dem oberen Teil des Reaktorraumes angeordnet ist. An advantageous embodiment of the reactor according to the invention is characterized in that the device is a water distribution device having, which is arranged in the upper part of the reactor space.
Die Wasserverteilungsvorrichtung kann als ein Uberlauf ausgeführt sein, der nahe der Innenfläche der Wand des Reaktorraumes angeordnet ist. The water distribution device can be designed as an overflow be, which is arranged near the inner surface of the wall of the reactor space.
Es ist auch möglich, die Wasserverteilungsvorrichtung als eine Sprühvorrichtung auszuführen. It is also possible to use the water distribution device as a spray device to execute.
Ein Reaktor gemäß der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. A reactor according to the invention is illustrated below with reference to the drawing for example explained.
Fig. 1 ist eine schematische senkrechte Schnittansicht eines Reaktors, der mit einer Wasserverteilungsvorrichtung versehen ist, die als ein Uberlauf ausgeführt ist; Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 zeigt schematisch eine senkrechte Schnittansicht eines Teiles eines Reaktors, in welchem eine Wasserverteilungsvorrichtung angeordnet ist, die als Sprühvorrichtung ausgeführt ist und ein mit einem Schlitz versehenes Kreisrohr aufweist; Fig. 4 zeigt schematisch eine senkrechte Schnittansicht eines Teiles eines Reaktors, in welchem eine Wasserverteilungsvorrichtung angeordnet ist, die als Sprühvorrichtung ausgeführt ist und ein Kreisrohr aufweist, welches mit einer Wand versehen ist, die aus einem porösen Material besteht.Fig. 1 is a schematic vertical sectional view of a reactor, which is provided with a water distribution device designed as an overflow is; Fig. 2 is a sectional view taken along line II-II of Fig. 1; Fig. 3 shows schematically a vertical sectional view of part of a reactor in which a Water distribution device is arranged, which is designed as a spray device and one with a slot has provided circular tube; Fig. 4 schematically shows a vertical sectional view a part of a reactor in which a water distribution device is arranged is, which is designed as a spray device and has a circular tube, which is provided with a wall made of a porous material.
In den Fig. 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Reaktorraum bezeichnet, der von einer Seitenwand 2, einer Oberwand 3 und einer Bodenwand 4 begrenzt ist. Das Oberende des Reaktors ist mit einemAuslaß 5 für Abgabe des erzeugten Synthesegases aus dem Reaktorraum 1 versehen. Der Boden des Reaktors ist ebenfalls mit einem Auslaß 6 versehen, durch welchen hindurch Wasser und Ascheteilchen aus dem Reaktorraum 1 entfernt werden können. In FIGS. 1 and 2, the reference numeral 1 denotes a reactor space, which is delimited by a side wall 2, a top wall 3 and a bottom wall 4. The top of the reactor is provided with an outlet 5 for discharging the generated synthesis gas provided from the reactor chamber 1. The bottom of the reactor is also provided with an outlet 6 provided, through which water and ash particles from the reactor space 1 can be removed.
Der Reaktor ist mit vier Brennern 7 versehen, von denen jeder mit Zufuhrleitungen 8 und 9 für die Zufuhr von Brennstoff bzw. Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltendem Gas versehen ist. Im oberen Teil des Reaktorraumes 1 ist eine Wasserverteilungsvorrichtung angeordnet, die in diesem Fall als ein Trog 10 ausgeführt ist, der in der Wand 2 angebracht ist, wobei die Oberkante 13 einer senkrechten Wand 11 als Überlauf wirkt. Der Trog 10 ist mit einer Zufuhrleitung 12 versehen, durch welche hindurch dem Trog 10 Wasser zugeführt werden kann. The reactor is provided with four burners 7, each with Supply lines 8 and 9 for the supply of fuel or oxygen or a Oxygen-containing gas is provided. In the upper part of the reactor space 1 is a water distribution device is arranged, in this case as a trough 10 is carried out, which is mounted in the wall 2, the upper edge 13 of a vertical Wall 11 acts as an overflow. The trough 10 is provided with a supply line 12, through which the trough 10 water can be supplied.
Die Pfeile a, b und c in den Fig. 1 und 2 zeigen das Fließen des Wassers, welches über die Wasserverteilungsvorrichtung 10, 11, 13 dem Reaktor zugeführt wird. The arrows a, b and c in Figs. 1 and 2 show the flow of the Water, which is supplied to the reactor via the water distribution device 10, 11, 13 will.
In den Fig. 3 und 4 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet. In Figs. 3 and 4, the same parts are given the same reference numerals as indicated in FIGS. 1 and 2.
Gemäß Fig. 3 ist die Wasserverteilungsvorrichtung als eine Sprühvorrichtung ausgeführt, welche die Form eines Kreisrohres 15 hat, das in der Wand 2 angeordnet ist. Das Kreisrohr 15 ist mit einem Wasserdurchgang versehen, der in diesem Fall die Form eines Schlitzes 16 hat. Anstelle mit einem Schlitz 16 kann das Kreisrohr 15, falls dies gewünscht wird, mit einer Reihe von nicht dargestellten Öffnungen versehen sein. Das Kreisrohr 15 ist mit einer Zufuhrleitung 17 versehen, durch welche hindurch dem Kreisrohr 15 Wasser zugeführt werden kann. According to Fig. 3, the water distribution device is designed as a spray device executed, which has the shape of a circular tube 15, which is arranged in the wall 2 is. The circular pipe 15 is provided with a water passage, which in this case has the shape of a slot 16. Instead of a slot 16, the circular tube 15 with a series of openings, not shown, if so desired be provided. The circular tube 15 is provided with a supply line 17 through which water can be supplied through the circular pipe 15.
In Fig. 3 zeigen die Pfeile d und e das Fließen des Wassers über das Kreisrohr 15 zu dem Reaktor an. In Fig. 3, arrows d and e show the flow of water over the circular tube 15 to the reactor.
Gemäß Fig. 4 ist die Wasserverteilungsvorrichtung als eine Sprühvorrichtung ausgeführt, die die Form eines Kreisrohres 20 hat und in der Wand 2 angeordnet ist. Das Kreisrohr 20 ist mit einem Wasserdurchgang versehen, der in diesem Fall durch einen Teil der Wand des Kreisrohres 20 gebildet ist, die aus einem porösen Material besteht. Dieser Teil der Wand ist mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Das Kreisrohr 20 ist mit einer Zufuhrleitung 22 versehen, durch welche hindurch dem Kreisrohr 20 Wasser zugeführt werden kann. According to Fig. 4, the water distribution device is designed as a spray device executed, which has the shape of a circular tube 20 and is arranged in the wall 2. The circular pipe 20 is provided with a water passage, which in this case through a part of the wall of the circular tube 20 is formed, which is made of a porous material consists. This part of the wall is denoted by the reference number 21. The circular pipe 20 is provided with a supply line 22 through which the circular tube 20 water can be supplied.
In Fig. 4 zeigen die Pfeile f und g das Fließen des Wassers an, welches über das Kreisrohr 20 dem Reaktor zugeführt wird. In Fig. 4, the arrows f and g indicate the flow of water, which is fed via the circular tube 20 to the reactor.
Die Arbeitsweise des Reaktors gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. The operation of the reactor according to the invention is as follows described with reference to the drawing.
Ein Kohlenstoff enthaltender Brennstoff, beispielsweise pulverförmige Kohle, wird über die Rohre 8 den Brennern 7 zugeführt. Gleichzeitig wird Sauerstoff oder ein anderes Sauerstoff enthaltendes Gas über die Rohre 9 den Brennern 7 zugeführt. Falls gewünscht, kann auch Dampf den Brennern 7 zugeführt werden. Mittels der Brenner 7 wird die gewünschte teilweise Verbrennung in dem Reaktorraum 1 durchgeführt. Das gebildete Synthesegas wird aus dem Reaktorraum 1 durch den Auslaß 5 hindurch abgegeben. A fuel containing carbon, for example in powder form Coal is fed to the burners 7 via the tubes 8. At the same time becomes oxygen or another gas containing oxygen is fed to the burners 7 via the tubes 9. If desired, steam can also be fed to the burners 7. By means of the burner 7, the desired partial combustion is carried out in the reactor space 1. That The synthesis gas formed is discharged from the reactor space 1 through the outlet 5.
Wasser wird über das Rohr 12 dem Trog 10 zugeführt. Das Wasser fließt über die Oberkante 13 der senkrechten Wand 11 in den Reaktorraum 1, wie es durch die Pfeile a angegeben ist. Das Wasser fließt dann entlang der Innenfläche 14 der Wand 2 in der Weise, wie es durch die Pfeile b angedeutet ist. Schließlich fließt das Wasser entlang der inneren Fläche 18 der Bodenwand 4 gemäß den Pfeilen c zum Auslaß 6. Water is fed to the trough 10 via the pipe 12. The water flows over the upper edge 13 of the vertical wall 11 into the reactor space 1, as it is through the arrows a is indicated. The water then flows along the inner surface 14 of the Wall 2 in the way as indicated by arrows b. Finally flows the water along the inner surface 18 of the bottom wall 4 according to the arrows c to Outlet 6.
Auf diese Weise bildet das Wasser eine Wasserschicht oder einen Wasserfilm entlang der inneren Flächen 14 und 18 der Wand 2 bzw. 4 des Reaktorraumes 1. Die Wasserschicht fängt flüssige oder halbflüssige Ascheteilchen ein und bewirkt, daß diese Teilchen sich verfestigen und ihre Klebrigkeit verlieren. Diese festen Ascheteilchen werden dann mit dem Wasser zu dem Auslaß 6 mitgenommen und dadurch aus dem Reaktorraum 1 entfernt. Hierdurch ist verhindert, daß die klebrigen Ascheteilchen sich an den Innenflächen der Wände 2 und 4 anlagern, wodurch diese Wände 2 und 4 geschützt sind und ein Blockieren des Reaktorraumes 1 verhindert ist. Das Wasser gewährleistet auch ein wirksames Kühlen der Wände 2 und 4. Aufgrund der hohen Temperaturen, die in dem Reaktorraum 1 herrschen, wird ein Teil des dem Reaktorraum 1 zugeführten Wassers zu Dampf umgewandelt. Dieser Dampf nimmt wenigstens teilweise an der Reaktion in dem Reaktorraum 1 teil. Wenn die Wärmeerzeugung in dem Reaktorraum 1 sich erhöht, wird aus dem zugegebenen Wasser mehr Dampf gebildet. Diese zusätzliche Dampfmenge, die auf die beschriebene Weise gebildet wird, wirkt als Moderator, so daß die Temperatur in dem Reaktorraum 1 das Bestreben hat, etwas zu fallen.In this way the water forms a layer or film of water along the inner surfaces 14 and 18 of the wall 2 and 4 of the reactor space 1. The Water layer traps liquid or semi-liquid ash particles and causes these particles solidify and lose their stickiness. These solid ash particles are then taken with the water to outlet 6 and thereby out of the reactor space 1 removed. This prevents the sticky ash particles from adhering to the Attach the inner surfaces of the walls 2 and 4, whereby these walls 2 and 4 are protected and blocking of the reactor space 1 is prevented. The water guaranteed also effective cooling of walls 2 and 4. Due to the high temperatures that prevail in the reactor space 1, a part of the reactor space 1 is supplied Water converted to steam. This vapor takes part at least in part in the reaction in the reactor room 1 part. When the heat generation in the reactor room 1 increases, more steam is generated from the added water. This additional Amount of steam that is formed in the manner described acts as a moderator, so that the temperature in the reactor space 1 tends to drop somewhat.
Das über den Auslaß 6 abgegebene Wasser kann nach Entfernung der Ascheteilchen aus ihm wieder umlaufen gelassen werden. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 bildet die Wand 2 des Reaktors einen kleinen Winkel mit der Senkrechten von beispielsweise 3°, was zu dem Vorteil führt, daß gewährleistet ist, daß die Wasserschicht sich von der Innenfläche 14 der Wand 2 nicht ablöst. The water discharged through the outlet 6 can after removal of the Ash particles from it are circulated again. In the embodiment according to 1 and 2, the wall 2 of the reactor forms a small angle with the vertical of, for example, 3 °, which has the advantage that it is ensured that the The water layer does not come off the inner surface 14 of the wall 2.
Wenn die Wasserverteilungsvorrichtung gemäß Fig. 3 verwendet wird, wird Wasser über das Rohr 17 dem Kreisrohr 15 zugeführt. Dieses Wasser fließt dann über den Schlitz 16 zur Innenfläche 14 der Wand 2, wie es durch die Pfeile d angezeigt ist. Danach fließt das Wasser entsprechend den Pfeilen e entlang der Innenfläche 14 der Wand 2 des Reaktorraumes 1 in Abwärtsrichtung in der gleichen Weise, wie es in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben ist. If the water distribution device according to Fig. 3 is used, water is supplied to the circular pipe 15 via the pipe 17. This water then flows via the slot 16 to the inner surface 14 of the wall 2 as indicated by the arrows d is. The water then flows along the inner surface according to the arrows e 14 of the wall 2 of the reactor space 1 in the downward direction in the same way as it is described in connection with Figs.
Wenn die Wasserverteilungsvorrichtung gemäß Fig. 4 verwendet wird, wird Wasser über das Rohr 22 dem Kreisrohr 20 zugeführt. Dieses Wasser fließt dann über die poröse Wand 21 zur Innenfläche 14 der Wand 2, wie es durch die Pfeile f dargestellt ist. Danach fließt das Wasser entsprechend den Pfeilen g entlang der Innenfläche 14 der Wand 2 des Reaktorraumes 1 in Abwärtsrichtung in der gleichen Weise, wie es in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben ist. If the water distribution device according to Fig. 4 is used, water is supplied to the circular pipe 20 via the pipe 22. This water then flows via the porous wall 21 to the inner surface 14 of the wall 2, as indicated by the arrows f is shown. Then the water flows according to the arrows g along the Inner surface 14 of the wall 2 of the reactor space 1 in a downward direction in the same Manner as described in connection with Figs.
Vorstehend wurden nur einige mögliche Ausfthrungsformen einer Wasserverteilungsvorrichtung gemäß der Erfindung beispielsweise erläutert. Es sind jedoch viele andere Ausführungsformen für die Wasserverteilungsvorrichtung möglich. Only a few possible embodiments of a water distribution device have been described above explained according to the invention for example. However, there are many other embodiments possible for the water distribution device.
Die Hauptsache dieser Wasserverteilungsvorrichtung ist es, daß sie so ausgeführt ist, daß eine Wasserschicht erzeugt und aufrechterhalten wird, die sich entlang wenigstens eines Teiles der Innenfläche der Wand des Reaktorraumes erstreckt.The main thing about this water distribution device is that it is designed so that a water layer is created and maintained, the along at least part of the inner surface of the wall of the reactor space extends.
Der oben beschriebene Reaktor ist an seinem Oberende mit einem Auslaß versehen, um erzeugtes Synthesegas aus dem Reaktorraum abzugeben. Es sind jedoch auch Reaktoren bekannt, die an ihrem Boden mit einem Auslaß für das erzeugte Synthesegas versehen sind. Auch für Reaktoren dieser Art kann die Einrichtung gemäß der Erfindung vorteilhaft verwendet werden, um eine Wasserschicht entlang weniqstens eines Teiles der Innenfläche der Wand des Reaktorraumes zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. The reactor described above has an outlet at its top provided to discharge generated synthesis gas from the reactor space. However, there are also known reactors, which at their bottom with an outlet for the synthesis gas produced are provided. The device according to the invention can also be used for reactors of this type can advantageously be used to create a layer of water along at least one part the inner surface of the wall of the reactor room to generate and maintain.
Für die Wasserschicht ist es nicht erforderlich, daß sie sich entlang der gesamten Innenfläche der Wand des Reaktorraumes erstreckt. Es ist beispielsweise für die Wasserschicht möglich, daß sie sich nur entlang der Innenfläche der Wand des Reaktorraumes erstreckt, die unterhalb der Höhe liegt, auf der sich die Brenner befinden. In diesem Fall wird die Einrichtung zum Erzeugen und Aufrechterhalten der Wasserschicht auch unter der Höhe der Brenner angeordnet. The water layer does not need to be along it the entire inner surface of the wall of the reactor space extends. It is for example for the water layer it is possible that it extends only along the inner surface of the wall of the reactor space extends below the level at which the burner is located are located. In this case, the facility for creating and maintaining it the water layer is also located below the level of the burner.
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