DE102013003413A1

DE102013003413A1 - Method and device for separating liquid slag particles

Info

Publication number: DE102013003413A1
Application number: DE102013003413.2A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung flüssiger Schlackepartikel aus einem Heißgasstrom in einem Vergasungsreaktor einer Synthesegasgewinnungseinrichtung. Der Vergasungsreaktor weist einen konzentrisch unter der Schlackeablauföffnung angeordneten Ringbrenner 4 auf. Unterhalb des Ringbrenners 4 und spaltfrei an- diesen anschließend ist ein gekühlter ringförmiger Kühlschirm 6 mit glatter und ebener Oberfläche angeordnet, dessen offener Querschnitt größer als die Schlackeablauföffnung ist.The invention relates to a method and a device for separating liquid slag particles from a hot gas stream in a gasification reactor of a synthesis gas extraction device. The gasification reactor has a ring burner 4 arranged concentrically under the slag discharge opening. A cooled ring-shaped cooling screen 6 with a smooth and flat surface, the open cross section of which is larger than the slag drain opening, is arranged below the ring burner 4 and without gaps thereafter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung flüssiger Schlackepartikel aus einem Heißgasstrom an einer Gasstromablenkeinrichtung, welche einem Vergasungsreaktor in einer Synthesegasgewinnungseinrichtung zugeordnet ist.The invention relates to a method and an apparatus for separating liquid slag particles from a hot gas stream at a gas flow deflector, which is assigned to a gasification reactor in a synthesis gas extraction device.

Bei der Gewinnung von Synthesegas aus der Hochtemperaturvergasung von Kohlenstoff haltigen Brennstoffen muss die im Vergasungsprozess entstehende Schlacke, die in Tropfenform und im flüssigen Zustand mit dem Heißgasstrom transportiert wird, aus dem Gasstrom abgetrennt werden, bevor das Rohgas weiteren Behandlungsprozessen zugeführt wird.In the recovery of synthesis gas from the high-temperature gasification of carbonaceous fuels resulting slag in the gasification process, which is transported in droplet form and in the liquid state with the hot gas stream must be separated from the gas stream before the raw gas is fed to further treatment processes.

Die Schlackeabscheidung kann je nach Verfahrensführung und Bauweise des Vergasungsreaktors bei gleichzeitiger Abkühlung (auch als „Quenchen” bezeichnet) von Gasstrom und Schlacke stattfinden oder auch nur mit einer Abkühlung der Schlacke verbunden sein. In der WO 2009/036985 A1 wird ein ausführlicher Überblick über Vergaserbauformen sowie Gas- und Schlackeführungen im Gleich- oder Gegenstrom gegeben.The slag separation can take place depending on the process control and construction of the gasification reactor with simultaneous cooling (also referred to as "quenching") of gas flow and slag or even be associated with a cooling of the slag. In the WO 2009/036985 A1 A detailed overview of carburetor types as well as gas and slag guides in cocurrent or countercurrent is given.

Zur Abkühlung der Schlacke im heißen Rohgasstrom werden häufig Quencheinrichtungen, wie Sprühquencher und/oder Tauchquencher verwendet. Ihre Anwendung bewirkt jedoch immer, dass Heißgas und Schlacke gleichermaßen gekühlt werden und danach die Trennung erfolgt. Die mitgeführte Schlacke wird dabei soweit abkühlt, dass sie nicht mehr an der metallischen Oberfläche haften kann. Derartige Quencheinrichtungen sind bereits in DD 145 860 , DD 280 975 oder in der jüngeren DE 10 2005 042 640 A1 beschrieben.For quenching the slag in the hot crude gas stream, quenching devices, such as spray quenchers and / or immersion quenchers, are frequently used. However, their application always causes hot gas and slag to be cooled equally and then to be separated. The entrained slag is cooled down so far that they can no longer adhere to the metallic surface. Such quench devices are already in DD 145 860 . DD 280 975 or in the younger one DE 10 2005 042 640 A1 described.

Die Abkühlung des Gases hat einen großen energetischen Einfluss auf das Verfahren und ist nicht immer anwendbar. So gibt es beispielsweise Prozesse, die eine Gaskühlung verbieten und dennoch eine Trennung der Schlacke vom Gasstrom erfordern.The cooling of the gas has a great energetic influence on the process and is not always applicable. For example, there are processes that prohibit gas cooling and still require separation of the slag from the gas stream.

So wird beispielsweise in der DE 10 2005 035 921 A1 ein Vergasungsverfahren und eine dazu geeignete Vorrichtung beschrieben, wobei die Schlackeabtrennung in einer Gasumlenkkammer zwischen einer exothermen Hochtemperatur-Flugstrom-Vergasungsstufe im Abwärtsstrom und einer endothermen Kohlenstoff-Reduktionssstufe im Aufwärtsstrom erfolgt. Bei dieser Verfahrensführung ist eine Gasabkühlung zwischen Vergasungs- und Reduktionsstufe unerwünscht, so dass die Schlackepartikel nach der Abtrennung aus dem Heißgasstrom separat beispielsweise in einem Wasserbad unter den Schmelzpunkt abgekühlt werden müssen.For example, in the DE 10 2005 035 921 A1 describe a gasification process and a suitable apparatus, wherein the slag separation takes place in a Gasumlenkkammer between a high-temperature exothermic downstream gasification stage in the downstream and an endothermic carbon reduction stage in the upward direction. In this procedure, a gas cooling between gasification and reduction stage is undesirable, so that the slag particles must be cooled separately after separation from the hot gas stream, for example, in a water bath below the melting point.

Die aus dem Gasstrom üblicherweise durch Gasströmungsumlenkung und Trägheitseffekte abgetrennten Schlackepartikel werden in einem Schlackebehälter aufgefangen, wobei die noch schmelzflüssige Schlacke aus einem Schlackeablauf am tiefsten Punkt eines Trichterbodens in ein Wasserbad abläuft, darin erstarrt und danach in Form von Schlackeagglomeraten ausgetragen wird. Eine Schwierigkeit bei der Prozessgestaltung besteht darin, die Schlacke nach der Abtrennung aus dem Heißgasstrom bis zur Abkühlung im Wasserbad in flüssigem Zustand zu halten oder. zumindest Wandanlagerungen zu verhindern, weil sonst Schlackeablagerungen und Querschnittsverengungen an den gas- und Schlacke führenden Anlagenteilen den Vergasungsprozess zum Erliegen bringen würden.The slag particles separated from the gas stream, usually by gas flow deflection and inertial effects, are collected in a slag tank, the still molten slag draining from a slag run at the lowest point of a funnel floor into a water bath, solidifying therein and then discharged in the form of slag agglomerates. A difficulty in the process design is to keep the slag after separation from the hot gas stream to cool in a water bath in a liquid state or. at least to prevent wall deposits, because otherwise slag deposits and cross-sectional constrictions on the gas and slag leading plant components would bring the gasification process to a standstill.

Eine Möglichkeit besteht darin, durch Isolation des Schlackeablaufes mit einer wärmefesten und innengekühlten Schutzschicht das vorzeitige Erstarren der ablaufenden Schlacke zu verhindern. Eine solche Vorrichtung ist in der DD 299 893 A7 offenbart.One possibility is to prevent the premature solidification of the effluent slag by insulating the slag process with a heat-resistant and internally cooled protective layer. Such a device is in the DD 299 893 A7 disclosed.

Herkömmlich werden Flüssigschlackeausläufe mit feuerfestem Mauerwerk ausgekleidet. Das Mauerwerk hat aber die nachteilige Eigenschaft, dass es gegenüber Schlacke empfindlich reagiert. Schlackeanhaftungen am Mauerwerk zerstören dieses fortschreitend. Erste Anhaftungen sind der Ausgangspunkt weiterer Anlagerungen, die zum Zusetzen solcher Schlackeabläufe führen können.Traditionally, liquid slag outlets are lined with refractory masonry. However, the masonry has the disadvantageous property of being sensitive to slag. Slag attachments on the masonry destroy it progressively. First attachments are the starting point for further deposits, which can lead to the clogging of such slag processes.

Falls es durch Prozessstörungen doch zu einer Abkühlung des Schlackeflusses kommt, kann durch zusätzliche Beheizung des Schlackeauslaufes ein weiterer Wärmeverlust verhindert und die Fließfähigkeit der Schlacke erhalten werden. In der DD 154 945 ist ein elektrisch innenbeheizter Formstein am Schlackeaustauf beschrieben. Der Nachteil einer Wandinnenheizung besteht in der hohen thermischen Beanspruchung des Wandmaterials (Schlackeschmelzpunkt oberhalb 1200°C) und seiner chemischen Erosion durch aggressive Schlackebestandteile. In der DE 10 2008 038 485 A1 wird deshalb eine keramische Widerstandsheizung der Abtropfkante des Schlackeablaufes vorgeschlagen, die durch eine weitere keramische Schutzschicht von der aggressiven Schlacke getrennt ist. Der Wärmeeintrag in die Schlacke wird allerdings durch die zusätzliche Isolationsschicht gehemmt. Eine Wandinnenheizung ist wegen des begrenzten Wärmeeintrages in die Schlacke nicht für das Wiederaufschmelzen der Schlacke geeignet.If, due to process disturbances, the slag flow nevertheless cools down, additional heating of the slag outlet prevents further heat loss and the flowability of the slag can be maintained. In the DD 154 945 is an electrically internally heated molded block described Schlackeaustauf. The disadvantage of a wall internal heating consists in the high thermal stress of the wall material (slag melting point above 1200 ° C) and its chemical erosion by aggressive slag constituents. In the DE 10 2008 038 485 A1 Therefore, a ceramic resistance heating of the drip edge of the slag process is proposed, which is separated by a further ceramic protective layer of the aggressive slag. However, the heat input into the slag is inhibited by the additional insulation layer. A wall internal heating is not suitable for the re-melting of the slag because of the limited heat input into the slag.

Auf dem Gebiet der Kohlevergasung sind deshalb Schlackebrenner seit Jahrzehnten bekannt, die unterhalb der Schlackeablauföffnung angeordnet und deren Flammenkegel auf den Bereich der Ablauföffnung gerichtet sind. In den US 3,218,998 , DD 254 045 A1 , DD 237 319 A1 , JP 8134472 A1 , JP 8312937 A2 sind Brennerlanzen am Reaktorumfang beschrieben, die – radial oder tangential ausgerichtet – den Bereich der Schlackeablauföffnung erwärmen und die Schlacke fließfähig halten oder nach Prozessstörungen wieder verflüssigen. Derartige Brenneranordnungen bewirken neben einer ungleichmäßigen Erwärmung des Schlackeraumes vor allem störende Gasturbulenzen auch im Gasraum oberhalb der Schlackeablauföffnung, die zur einer Beeinträchtigung der Schlackeabscheidung und zum unerwünschten Niederschlag von Schlacke in Bereichen der Reaktorwandung führen, die von den Schlackebrennern nicht mehr erreicht werden.In the field of coal gasification, therefore, slag burners have been known for decades, which are arranged below the slag discharge opening and whose flame cone is directed towards the region of the discharge opening. In the US 3,218,998 . DD 254 045 A1 . DD 237 319 A1 . JP 8134472 A1 . JP 8312937 A2 burner lances are described on the reactor circumference, which - radially or tangentially aligned - heat the area of the slag opening and keep the slag flowing or liquefy again after process disturbances. In addition to uneven heating of the slag space, such burner arrangements also cause disturbing gas turbulences in the gas space above the slag outlet opening, which lead to an impairment of the slag separation and undesirable precipitation of slag in areas of the reactor wall which are no longer reached by the slag burners.

Eine diesbezügliche Verbesserung ist durch Ringbrenner erreichbar, die aus GB 1 508 671 , DE 27 43 549 A1 , US 4,129,422 , US 5,630,853 und aktuellen Lurgi-Schlackebadvergasern bekannt sind. Die Ringbrenner weisen in der Regel zwei übereinander angeordnete Ringverteiler für Gas und Luft/Sauerstoff unterhalb der Schlackeauslauföffnung auf, die als separate Ringelemente ausgebildet oder in einem gemeinsamen Ringkammergehäuse enthalten sind, wobei jeder Ring einen Einlass und eine Vielzahl von Auslassöffnungen (Düsen) aufweist, die um den Innenumfang des Ringes herum angeordnet sind und eine waagerechte oder nach oben oder unten abweichende gemeinsame Blasrichtung besitzen. Die Düsen bilden konvergierende Brenngas- und Primärluftströme aus.An improvement in this respect is achievable by ring burners, the GB 1 508 671 . DE 27 43 549 A1 . US 4,129,422 . US 5,630,853 and current Lurgi Schlackebadvergasern are known. The ring burners typically have two superimposed gas and air / oxygen ring manifolds below the slag outlet port formed as separate ring members or contained in a common annular chamber housing, each ring having an inlet and a plurality of outlet ports (nozzles) are arranged around the inner circumference of the ring around and have a horizontal or upward or downward divergent common blowing direction. The nozzles form convergent fuel gas and primary air streams.

Nachteilig ist die bei Ringbrennern vorhandene und dem Schlackeabtropfen entgegenwirkende Radial- und Aufwärtskomponente der Brenngas- und Primärluftströme, die zu Verwirbelungen und Schlackeniederschlägen an der Reaktorwand führen.A disadvantage is the present in ring burners and the slag drainage counteracting radial and upward component of the fuel gas and primary air streams, which lead to turbulence and slag precipitates on the reactor wall.

Zur Reduzierung von turbulenzbedingten Schlackeniederschlägen an Querschnittsverengungen zwischen Reaktionsräumen und Kühlräumen (Quenchräumen) von Synthesegasreaktoren sind Leitrohre mit oder ohne Kühlung bekannt, die nach dem Durchströmen einer Querschnittsverengung radiale Geschwindigkeitskomponenten von Gas oder Schlackepartikeln reduzieren und somit als Strömungsgleichrichter wirken.In order to reduce turbulence-induced slag precipitates at cross-sectional constrictions between reaction chambers and cooling chambers (quench spaces) of synthesis gas reactors guide tubes with or without cooling are known, reduce the radial velocity components of gas or slag particles after flowing through a cross-sectional constriction and thus act as a flow straightener.

Aus der DD 288 616 A5 ist eine Vorrichtung zur Überführung von Heißgas und Schlacke aus einem Reaktionsraum in einen darunter befindlichen Kühlraum bekannt, wobei einem rohrförmigen, aus Kühlrohren gewickelten Schlackeauslauf mit feuerfester Innenschutzschicht ein koaxiales, doppelwandiges, innengekühltes Leitrohr zugeordnet ist, welches den Bereich der Abtropfkante des Schlackeauslaufes in einem Abstand nach außen konzentrisch abschirmt.From the DD 288 616 A5 a device for transferring hot gas and slag from a reaction space into a cooling chamber below it is known, wherein a coaxial, double-walled, internally cooled draft tube is associated with a tubular, wound from cooling tubes slag outlet with refractory inner protective layer, which the area of the drip edge of the slag outlet at a distance shielded concentrically to the outside.

In der WO 2006/053905 ist ein Synthesegasreaktor mit einem Quenchraum unterhalb eines Reaktionsraumes beschrieben, dessen Schlackeauslauf von einem gekühlten Diffusor umgeben ist, der aus Kühlrohren gewickelt ist und im oberen Abschnitt eine SiC-Beschichtung aufweist. Die Kühlkanäle im unteren unbeschichteten Diffusorabschnitt bilden eine ebene Innenwand aus.In the WO 2006/053905 a synthesis gas reactor is described with a quenching space below a reaction space, the slag outlet is surrounded by a cooled diffuser, which is wound from cooling tubes and having a SiC coating in the upper portion. The cooling channels in the lower uncoated diffuser section form a flat inner wall.

In der DE 10 2007 030 779 A1 wird ein ungekühltes Schlackeauslauf-Schutzrohr aus Molybdän- oder Tantallegierungen für einen Flugstromreaktor offenbart, welches auch oberhalb der maximalen Reaktortemperatur noch eine ausreichende Formstabilität und chemische Beständigkeit aufweisen soll. Nachteilig sind die hohen Materialkosten und die Gefahr von Schlackeablagerungen auf der ungekühlten Schutzrohr-Oberfläche. Die vorstehend beschriebenen Leitrohrlösungen wurden für den Einsatz in Synthesegasreaktoren entwickelt, bei denen das Heißgas zusammen mit der abzutrennenden Schlacke durch den Schlackeablauf in den darunter angeordneten Quenchraum strömt und dort gemeinsam mit der Schlacke abgekühlt wird. Da hierbei das mitströmende Heißgas die ablaufende Schlacke schmelzflüssig hält, sind diese Leitrohrlösungen für Verfahrensvarianten ungeeignet, bei denen die Schlacke nicht gemeinsam mit dem Heißgasstrom in den Quenchraum eintritt.In the DE 10 2007 030 779 A1 discloses an uncooled slag outlet protection tube made of molybdenum or tantalum alloys for a fly-back reactor, which should still have a sufficient dimensional stability and chemical resistance above the maximum reactor temperature. Disadvantages are the high material costs and the risk of slag deposits on the uncooled protective tube surface. The draft tube solutions described above were developed for use in synthesis gas reactors, in which the hot gas flows together with the slag to be separated by the slag process in the quench space arranged underneath and is cooled there together with the slag. Since in this case the flowing hot gas keeps the effluent slag molten, these guide tube solutions are unsuitable for process variants in which the slag does not enter the quench chamber together with the hot gas stream.

Ferner ist aus der GB 1 569 409 ein Kohlevergaser mit einem Schlackeauslaufelement aus Kupfer mit einer Innenkühlung bekannt, das nur in Verbindung mit unmittelbar darüber angeordneten Brennern einen stetigen Schlackefluss gewährleisten kann.Furthermore, from the GB 1 569 409 a coal gasifier with a slag outfeed element made of copper with an internal cooling known, which can ensure a steady slag flow only in conjunction with burners arranged directly above.

Ausgehend von den genannten Nachteilen der bekannten Lösungen zur Schlackeabtrennung aus Heißgasströmen in Flugstrom-Vergasern liegt der vorliegenden Lösung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zur störungsfreien Schlackeabtrennung aus dem Heißgasstrom ohne Gaskühlung derartig weiter zu entwickeln, dass Störungen im Schlackeablauf bis hin zum Zusetzen des Schlackeauslaufes durch unerwünschte Schlackeabkühlung und/oder -anlagerungen zuverlässig vermieden werden.Based on the mentioned disadvantages of the known solutions for slag separation from hot gas streams in air stream carburetors, the present invention has the object to further develop methods and apparatuses for trouble-free slag separation from the hot gas stream without gas cooling such that disturbances in the slag run up to clogging of the slag outlet be reliably avoided by unwanted slag cooling and / or deposits.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.According to the invention the object is achieved by a method having the features of claim 1 or a device having the features of claim 2.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch den Ringbrenner am Schlackeauslauf eine Abkühlung der schmelzflüssigen Schlacke nach der Abtrennung aus dem ungekühlten Gasstrom unterbunden wird, wobei mit der erfindungsgemäßen Kombination des Ringbrenners mit einem Schlacke abweisenden Kühlschirm und dem gezielten Abzug der Brennerrauchgase die Nachteile des Ringbrenners kompensiert werden, so dass ein Zusetzendes Schlackeablaufes zuverlässig verhindert werden kann. Mit der vorgeschlagenen Lösung werden daher Prozessstörungen an einem verfahrenstechnisch kritischen Reaktorbereich vermieden.The invention has the advantage that a cooling of the molten slag is prevented by the annular burner at the slag outlet after separation from the uncooled gas stream, compensated with the inventive combination of the annular burner with a slag repellent cooling screen and the targeted deduction of the burner fumes the disadvantages of the annular burner become so addicting Slag process can be reliably prevented. The proposed solution therefore process disturbances are avoided at a procedural critical reactor area.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the figure:

1: Schnittdarstellung der Gasstromablenkeinrichtung mit Ringbrenner und Kühlschirm 1 : Sectional view of the gas flow deflector with ring burner and cooling screen

Die in 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einer Gasstromablenkeinrichtung, wobei die Gasstromablenkeinrichtung (1) ein Gehäuse mit

– einem oben angeordneten Heißgaseinlass,
– einem horizontalen oder vertikalen Rohgasaustritt,
– einer die Gasstromablenkeinrichtung auf der Unterseite begrenzenden trichterförmigen Schlackesammelfläche (2),
– einer Schlackeablauföffnung mit Abtropfkante (3) in der Schlackesammelfläche,
– einem konzentrisch an der Schlackeablauföffnung angeordneten Ringbrenner (4) und
– einem Kühlmittelbad für die aus dem Heißgasstrom abgetrennte Schlacke aufweist. Unterhalb des Ringbrenners ist ein wassergekühlter ringförmiger Kühlschirm (6) angeordnet, dessen Innenfläche die Anhaftung von Schlackepartikeln reduzierende Eigenschaften besitzt und dessen offener Querschnitt größer als die Schlackeablauföffnung ist.

In the 1 The apparatus shown consists of a gas flow deflector, the gas flow deflector ( 1 ) a housing with

An overhead hot gas inlet,
- a horizontal or vertical raw gas outlet,
A funnel-shaped slag collecting surface bounding the gas flow deflecting device on the underside ( 2 )
- a slag drain opening with drip edge ( 3 ) in the slag collecting surface,
A ring burner arranged concentrically on the slag discharge opening ( 4 ) and
- Has a coolant bath for the separated from the hot gas stream slag. Below the ring burner is a water-cooled annular cooling screen ( 6 ) whose inner surface has the adhesion of slag particle reducing properties and whose open cross section is larger than the slag discharge opening.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass der Ringbrenner eine Wasserkühlung vorteilhafter Weise an der flammenzugewandten Innenseite hat und radial nach innen gerichtete Düsenöffnungen mit einem vertikalen Anstellwinkel zur Erzeugung von nach innen unterhalb der Abtropfkante gerichteten Flammenkegeln aufweist.The apparatus is preferably configured such that the annular burner advantageously has water cooling on the inside facing the flame and has radially inwardly directed nozzle openings with a vertical angle of attack for producing flame cones directed inwards below the drip edge.

Vorteilhafterweise ist der Brennerrauchgasabzug des Ringbrenners zur Beeinflussung des Strömungsfeldes und des Wärmehaushaltes sowohl nach oben durch die Schlackeablauföffnung als auch nach unten durch das Kühlmittelbad eingeregelt.Advantageously, the Brennerrauchgasabzug the ring burner for influencing the flow field and the heat balance is adjusted both up through the Schlackeablauföffnung and down through the coolant bath.

Zweckmäßigerweise kann der Ringbrenner sowohl als Vormischbrenner als auch als nicht vorgemischter Brenner eingesetzt werden.Conveniently, the ring burner can be used both as a premix burner and as non-premixed burner.

Der Ringbrenner ist bevorzugt durch Einstellung des Brenngasoxidationsmittelverhältnisses und des Oxidationsmittels wärmeleistungs- und temperaturregelbar nach Schlackeviskosität.The annular burner is preferably heat output and temperature controllable by slag viscosity by adjusting the fuel gas oxidant ratio and the oxidizing agent.

Der Kühlschirm weist mit Vorteil eine Innenkühlung mit Kühlmittel durchströmten Kühlkanälen und/oder eine Kühlmittelfilmkühlung auf der Innenfläche auf.The cooling screen advantageously has an internal cooling with cooling channels through which coolant flows and / or a coolant film cooling on the inner surface.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlschirm aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gegossen oder stranggepresst oder zumindest mit einer Kupferlegierung beschichtet oder er weist eine andere Oberfläche mit geringen Oberflächenhaftkräften für Schlackepartikel auf.According to a further embodiment of the invention, the cooling screen made of copper or a copper alloy is cast or extruded or coated at least with a copper alloy or it has another surface with low surface adhesion forces for slag particles.

Dabei kann der Kühlschirm rohrförmig oder als Diffusor ausgebildet sein.In this case, the cooling screen can be tubular or designed as a diffuser.

Zwischen Kühlschirm und Kühlmittelbad kann ein innen mit Kühlmedium benetztes Leit- oder Tauchrohr angeordnet sein.Between the cooling screen and the coolant bath, a guide or immersion tube wetted with cooling medium can be arranged.

Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abtrennung flüssiger Schlackepartikel aus einem abwärts gerichteten Heißgasstrom in einem Vergasungsreaktor einer Synthesegasgewinnungseinrichtung, wobei die Schlacke nicht gemeinsam mit dem Heißgasstrom sondern separat unter die Erstarrungstemperatur der Schlacke abgekühlt wird, wird nach dem Eintreten des Heißgasstromes in die Gasstromablenkeinrichtung zunächst durch die Querschnittserweiterung die Strömungsgeschwindigkeit des Heißgasstromes reduziert und gleichzeitig an einer Gasstromleitfläche der mit Schlackepartikeln beladene Heißgasstrom in eine horizontale oder vertikale Richtung umgelenkt. Dabei werden die Schlackepartikel durch Trägheitskräfte auf die den Heißgasstrom ablenkende Gasstromleitfläche gelenkt, wo sie nach dem Aufprall auf der Oberfläche einen schmelzflüssigen Schlackefilm bilden und somit aus dem Heißgasstrom abgetrennt sind. Der Schlackefilm fließt dann unter Schwerkrafteinfluss auf der als Schlackesammelfläche wirkenden Gasstromleitfläche zu einer tiefer gelegenen trichterförmigen Schlackeablauföffnung in der Schlackesammelfläche. Die Schlacke verlässt die Gasstromablenkeinrichtung durch die Schlackeablauföffnung und tropft im Bereich einer an der Unterseite begrenzenden Abtropfkante ab. Die erzeugten Schlacketropfen, bzw. der Schlackestrahl fallen schwerkraftbedingt durch einen Fallschacht in ein darunter angeordnetes Kühlmittelbad. Durch die schockartige Unterkühlung (quenchen) der Schlacke erfolgt eine Granulierung, wobei das Schlackegranulat am unteren Ende über einen konischen Auslass abgezogen wird. Zur Aufrechterhaltung eines fließfähigen Zustands der Schlacke bis zum Punkt des Abtropfens ist zwischen Abtropfkante und Kühlmittelbad ein Ringbrenner angeordnet. Durch die regelbare radialsymmetrische Wärmezufuhr über den Ringbrenner werden Wärmeverluste aus den Bereichen der Schlackeablauföffnung und Abtropfkante ausgeglichen. Der Brennerrauchgasabzug erfolgt regelbar bevorzugt nach unten in Richtung Schlackeflugbahn durch das Kühlmittelbad. Die Schlackeflugbahn wird dabei minimal beeinflusst. Die Brennerrauchgase werden ebenfalls im Kühlmittelbad gequencht, in einem konstruktiv getrennten Abscheideraum vom Kühlmittel separiert und abgeführt. Ein Anhaften von Schlacketropfen, welche unterhalb der Abtropfkante und des Ringbrenners radial beschleunigt auf die Innenwände des Fallschachtes treffen, wird durch einen innengekühlten Kühlschirmmit mit einer die Anhaftung von Schlackepartikeln reduzierenden glatten Oberfläche, oder durch eine Kühlmittelbenetzung der inneren Oberfläche des Fallschachtes verhindert. Das Kühlmedium wird permanent im Kreislauf gefahren, dabei gereinigt und auf Einsatztemperatur abgekühlt.For the operation of the device according to the invention:

In the method according to the invention for separating liquid slag particles from a downwardly directed hot gas stream in a gasification reactor of a synthesis gas recovery device, wherein the slag is not cooled together with the hot gas flow but separately below the solidification temperature of the slag, after the hot gas flow into the gas flow diverter first by the cross-sectional widening reduces the flow rate of the hot gas stream and simultaneously deflected at a Gasstromleitfläche loaded with slag particles hot gas stream in a horizontal or vertical direction. In this case, the slag particles are guided by inertial forces on the hot gas stream deflecting Gasstromleitfläche where they form a molten slag film on the surface after impact and are thus separated from the hot gas stream. The slag film then flows under the influence of gravity on the gas flow guide surface acting as a slag collecting surface to a lower funnel-shaped slag discharge opening in the slag collecting surface. The slag leaves the gas flow deflector through the slag discharge opening and drips in the region of a drip edge delimiting at the bottom. The generated slag drops, or the slag jet fall due to gravity through a chute in an arranged below coolant bath. The shock-like subcooling (quenching) of the slag is granulated, wherein the slag granules are withdrawn at the lower end via a conical outlet. To maintain a flowable state of the slag to the point of dripping, a ring burner is arranged between the drip edge and the coolant bath. The adjustable radial-symmetrical heat supply via the ring burner compensates for heat losses from the areas of the slag discharge opening and drip edge. The Brenner Rauchgasabzug takes place preferably preferably down in the direction Schlackeflugbahn through the coolant bath. The slag trajectory is minimally affected. The burner smoke gases are also quenched in the coolant bath, separated from the coolant in a structurally separate separation chamber and removed. An adhesion of slag drops, which hit the inner walls of the chute radially accelerated below the drip edge and the ring burner, is prevented by an internally cooled cooling screen with a smooth surface which reduces the adhesion of slag particles, or by a coolant wetting of the inner surface of the chute. The cooling medium is circulated permanently, thereby cleaned and cooled to operating temperature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102007030779 A1 [0017]
GB 1569409 [0018]

Claims

A method for separating liquid slag particles from a hot gas stream in a gasification reactor of a synthesis gas recovery device, wherein the slag is not cooled together with the hot gas stream below the solidification temperature of the slag, comprising the following steps: Reducing the flow rate and deflecting a downstream slag particle laden hot gas stream in a horizontal or vertical direction on a gas flow diverter, the slag particles being separated from the hot gas stream by inertial forces on a slag collecting surface deflecting the hot gas flow and flowing under gravity into a slag discharge opening in the slag collecting surface . Controllable radially symmetrical heat supply to the slag in the region of a drip edge delimiting the slag outlet opening from a ring burner in order to maintain a flowable state of the slag, Draining the slag into a cooling bath of a quench chamber arranged below the slag discharge opening, wherein radially accelerated slag particles impact a cooled annular cooling screen with a smooth inner surface reducing the adhesion of slag particles underneath the ring burner and are deflected into the coolant bath without permanent adhesion in the region of the slag discharge opening.

Device for carrying out the method according to claim 1 with a Gasstromablenkeinrichtung and a quenching chamber arranged underneath, wherein the Gasstromablenkeinrichtung a housing with - a top arranged hot gas inlet, - an adjoining cross-sectional widening, - a horizontal or vertical Rohgasaustritt, - a gas flow deflector on the bottom limiting funnel-shaped slag collecting surface, a slag discharge opening with drip edge in the slag collecting surface, a ring burner arranged concentrically below the slag discharge opening, and a coolant bath in the quench chamber for the slag separated from the hot gas stream, characterized in that below the ring burner and subsequently free of gaps therefrom annular cooling screen is arranged with a smooth and flat surface whose open cross-section is larger than the slag outlet opening.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the burner flue gas outlet of the annular burner for influencing the flow field and the heat balance can be deducted regulated both up through the slag outlet opening and down through the coolant bath.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the ring burner has a water cooling advantageously on the flame-facing inside and radially inwardly directed nozzle openings having a vertical angle of attack for generating directed inside below the drip edge flame cones.

Apparatus according to claim 2 or 4, characterized in that the annular burner can be used both as a premix burner and as non-premixed burner.

Apparatus according to claim 2, 3, 4 or 5, characterized in that the annular burner is heat capacity control or temperature controllable depending on the slag temperature or viscosity, by adjusting the fuel gas oxidizer ratio and the oxidizing agent.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the cooling screen has an internal cooling with preferably coolant flowed through cooling channels and / or a coolant film cooling on the inner surface.

Apparatus according to claim 2 or 7, characterized in that the cooling screen made of copper or a copper alloy is cast or extruded or coated at least with a copper alloy or has another surface with low surface adhesion forces with respect to slag particles.

Apparatus according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the cooling screen is tubular or formed as a diffuser ring.

Apparatus according to claim 2, 7, 8 or 9, characterized in that between cooling screen and coolant bath, a coolant film wetted guide or dip tube is arranged.