DE2325204C3

DE2325204C3 - Gas generator with cylindrical pressure reactor

Info

Publication number: DE2325204C3
Application number: DE19732325204
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl -Phys Dr Haese Egon Dangullier Wilhelm 4630 Bochum Gernhardt
Original assignee: Dr C Otto & Co GmbH, 4630 Bochum
Filing date: 1973-05-18
Publication date: 1977-08-04

Description

3535

Die Erfindung betrifft einen Gaserzeuger für brennbare Gase aus festen Brennstoffen oder aus Mischungen fester und flüssiger Brennstoffe, mit zylindrischem Druckreaktor mit Eindüsvorrichtungen für Brennstoffe und Vergasungsmittel und einem unterhalb des durch einen zentralen Stutzen und einen diesen umgebenden ringförmigen, ein Schlackenbad aufnehmenden Behälter abgeschlossenen Reaktionsraumes liegenden Wasserbad für die flüssig ablaufende Schlacke, wobei an den Gasabzug Vorrichtungen zur Abhitzeverwertung angeschlossen sind.The invention relates to a gas generator for combustible gases from solid fuels or from Mixtures of solid and liquid fuels, with a cylindrical pressure reactor with injection devices for fuels and gasification agents and one below the through a central nozzle and one this surrounding annular, a slag receiving container closed reaction space lying water bath for the liquid draining slag, with devices for the gas exhaust Waste heat recovery are connected.

Wenn Vergasungsverfahren, die mit einer an Sauerstoff angereicherten Luft oder hochprozentigem Sauerstoff, daneben mit Wasserdampf und Kohlensäure als Vergasungsmittel arbeiten, bei so hohen Temperaturen durchgeführt werden, daß die in den Brennstoffen enthaltenen unbrennbaren Stoffe als flüssige Schlacke anfallen, so 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 werden und an kälteren Teilen der Apparate und Leitungen sich abscheiden, wodurch Verstopfungen und andere Betriebsstörungen eintreten können.When gasification processes that use oxygen-enriched air or high-percentage Oxygen, along with steam and carbonic acid, work as gasifying agents at such high temperatures be carried out that the incombustible substances contained in the fuels as liquid slag accrue, special care must be taken that the slag remains sufficiently liquid and nowhere freezes, but otherwise there is the difficulty that the gas flow entrains the finest slag particles and are deposited on colder parts of the apparatus and lines, causing blockages and other malfunctions can occur.

Um einen höheren Durchsatz zu erzielen, hat man die Vergasung der Brennstoffe schon bei höheren Drücken durchgeführt und dabei einen zylindrischen Druckreaktor benutzt. Auch ist schon ein Schlackenbadgenerator bekanntgeworden, bei dem der Abzug der flüssigen Schlacke durch eine Bodenöffnung erfolgt und Brennstoff und Vergasungsmittel im Oberteil des Reaktionsraumes eingeleitet werden. Auch die Verwendung der fühlbaren Wärme des erzeugten Gases bei Gaserzeugern mit zentralem Stutzen im Reaktorboden ist bekannt,In order to achieve a higher throughput, the fuel is gasified at higher pressures carried out using a cylindrical pressure reactor. There is also a slag bath generator became known, in which the withdrawal of the liquid slag takes place through a bottom opening and fuel and gasifying agents are introduced into the upper part of the reaction space. Also the use of the sensible heat of the gas generated in gas generators with a central nozzle in the reactor bottom known,

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen mit hoher Temperatur arbeitenden Druckreaktor so auszubilden, 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.It is the aim of the present invention to design a high temperature pressure reactor so that high gas throughputs can be achieved, and that initially occurring in liquid form during gasification Slag is not exposed to the risk of freezing and is deposited in such a way that Damage to downstream equipment is not to be feared.

Gemäß der Erfindung befinden sich bei einem Gaserzeuger mit zylindrischem Druckreaktor und einem unterhalb des durch einen zentralen Stutzen und einen diesen umgebenden ringförmigen, ein Schlackenbad aufnehmenden Behälter abgeschlossenen Reaktionsraumes liegenden Wasserbad für die flüssig ablaufende Schlacke die Eindüsvorrichtungen im Oberteil des Reaktors; den im Reaktorboden befindlichen Stutzen, durch den das Gas abgezogen wird, umgibt ein im Behälter liegendes Eisenbad; oberhalb der Unterkante des Stutzens ist seitlich am Gehäuse des Gaserzeugers ein als Gasabzug dienender Stutzen angeschlossen, und an diesen ist ein Wirbelbettreaktor zum Vorerhitzen der Brennstoffe angeschlossen.According to the invention are in a gas generator with a cylindrical pressure reactor and one below the through a central nozzle and a surrounding this ring-shaped, a slag bath receiving container closed reaction space lying water bath for the liquid draining slag the injection devices in the upper part of the reactor; the one located in the bottom of the reactor The nozzle through which the gas is drawn off surrounds an iron bath located in the container; above the lower edge of the nozzle, a nozzle serving as a gas vent is connected to the side of the housing of the gas generator, and to this is connected a fluidized bed reactor for preheating the fuels.

Als Vergasungsmittel kann in einem solchen Druckreaktor in an sich bekannter Weise 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.More or less can be used as gasification agent in such a pressure reactor in a manner known per se enriched oxygen in connection with water vapor, possibly with the addition of carbonic acid, serve. The product gases formed from the injected fuels and gasifying agents pull downwards and carry with them the slag that is produced in the form of fine droplets.

Durch die plötzliche Querschnitlsverminderung, die der abwärts ziehende Gasstrom beim Eintritt in den Abzugsstutzen erleidet, werden Schilacketeilchen ausgeschleust. Die ausgeschiedenen Schlacketeilchen folgen der Abwärtsbewegung, des Gases in den Abzugsstutzen zum größeren Teil nicht, sondern fallen auf das Bad des flüssigen Eisens; soweit der Gasstrom noch Schlacke enthält, wird diese am 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 Schlacke in nachgeschaltete Einrichtungen vermieden wird.Due to the sudden reduction in cross-section that the downward-pulling gas flow upon entering the Suffers from the exhaust socket, shilac particles are discharged. The separated slag particles follow the downward movement, the gas in the exhaust nozzle does not for the most part, but fall on the bath of the liquid iron; if the gas stream still contains slag, this is removed from the side at the lower end deflected gas excreted and falls into the water bath. The slag also gets into this which overflows from the mirror of the iron bath and runs off the wall of the outlet nozzle. So it turns out the advantage that gas and slag are withdrawn from the same nozzle when the system is in operation and discharge of highly heated liquid slag into downstream devices is avoided.

Das gewonnene Gas tritt mit hoher Temperatur am unteren Ende des Reaktors aus und wird einem Wirbelbettreaktor zum Vorerhitzen der Brennstoffe zugeführt.The gas obtained exits at a high temperature at the lower end of the reactor and becomes a Fluidized bed reactor supplied for preheating the fuels.

In den Wirbelbettreaktor wird feinkörnige frische Kohle eingeführt und durch die Berührung mit den heißen Gasen verkokt. Es bildet sich dabei ein feinkörniger Koks oder Halbkoks, der von dem durch die Wärmelieferung an den Brennstoff stark herabgekühlten Gas in Zyklonen getrennt und im Kopf des zylindrischen Druckreaktors als Brennstoff aufgegeben wird.Fine-grained fresh coal is introduced into the fluidized bed reactor and through contact with the coked hot gases. It forms a fine-grain coke or semi-coke, which is carried by the The heat delivery to the fuel is separated from the strongly cooled gas in cyclones and in the head of the cylindrical pressure reactor is abandoned as fuel.

Um der im Druckreaktor abwärts strömenden Gassäule Längsschwingungen zu überlagern, kann in die Vorrichtungen zum Eindüsen der Vergasungsmittel ein periodisch arbeitender Unterbrecher eingebaut sein. Es ist an sich bekannt, durch periodische Unterbrechung in der Zufuhr der Vergasungsmittel in Gaserzeugern Schwingungen zu erregen.In order to superimpose longitudinal vibrations on the gas column flowing downwards in the pressure reactor, the Devices for injecting the gasification agent a periodically operating breaker can be installed. It is known per se, due to periodic interruption in the supply of gasifying agents in gas generators To excite vibrations.

Nachfolgend wird eine in der Zeichnung dargestellteThe following is one shown in the drawing

Ausführungsform des Druckreaktors gemäß der Erfindung beschrieben:Embodiment of the pressure reactor according to the invention described:

In der Abbildung 1 bedeutet 10 einen Hochtemperatur-Druckreaktor, der in nicht gezeichneter Weise innen mit einer feuerferten Verkleidung versehen ist und gekühlt wird. Am Kopf des Reaktors werden aus einem Vorratsbehälter 18 die vorgeheizten Einsatzstoffe, 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 und die Verlustwärme benötigten Wärmemengen. 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 mitgeführt wird.In Figure 1, 10 means a high temperature pressure reactor, which is provided inside with a fire-retardant lining in a manner not shown and is cooled. At the top of the reactor, the preheated starting materials are solidified from a storage container 18 Fuels or mixtures of solid and liquid fuels, as well as water vapor and oxygen suitably arranged multi-substance nozzles 19 are injected. The primary reaction of partial combustion is generated then those for the further heating of the reactants and those for the cleavage reactions with steam and the heat losses required. A downwardly directed, locally more turbulent flow arises Gas flow in which the reactions continue. This creates liquid slag in the form of fine droplets is carried along with the gas flow.

Im unteren Teil des Reaktors befindet sich über einem Boden, in dem ein zentraler Abflußstutzen 11 eingelassen ist, ein ringförmiges Eisenbad 34. Infolge ihres Impulses bzw. ihrer Trägheit werden die Schlacketeilchen oberhalb des Eisenbades aus dem zum zentralen Abflußstutzen 11 hin abgelenkten Gasstrom ausgeschieden und prallen auf das Eisenbad 34, das nach kurzer Zeit von einer Schicht flüssiger Schlacke bedeckt wird. Nicht vollständig vergaste, koksartige Feststoffteilchen werden in gleicher Weise aus dem Gasstrom ausgeschleust und schwimmen eine Zeitlang auf dem Schlackenbad, wobei sie weitere Zeit für Vergasungsreaktionen finden. Ihre Verweilzeit auf bzw. über dem Schlackenbad wird durch die unvermeidlichen Randwirbel verlängert. Die auf dem Eisenbad schwimmende flüssige Schlacke fließt durch den zentralen Abflußstutzen 11 in dem Maße ab, wie sie sich bildet. Um die Starttemperatur des Eisen- bzw. Schlackenbades zu erreichen, ist oberhalb desselben eine Startheizquelle 20 in Form einer Düsenanordnung zum Eindüsen von Brennstoff und Sauerstoff, eventuell unter Zugabe von Wasserdampf, vorgesehen.In the lower part of the reactor there is one above Bottom in which a central drainage nozzle 11 is embedded, an annular iron bath 34. As a result of their Momentum or their inertia, the slag particles above the iron bath become the central one Discharge nozzle 11 diverted gas stream excreted and impinge on the iron bath 34, which after a short Time is covered by a layer of liquid slag. Not completely gasified, coke-like solid particles are discharged from the gas stream in the same way and float on the for a while Slag bath, where they find more time for gasification reactions. Your dwell time on or above the The slag bath is lengthened by the inevitable tip vortices. The one floating on the iron bath liquid slag flows through the central drainage port 11 as it forms. To the To achieve the starting temperature of the iron or slag bath, a starting heat source 20 is located above it in the form of a nozzle arrangement for injecting fuel and oxygen, possibly with the addition of Water vapor, provided.

Der heiße Gasstrom wird ebenfalls durch den zentralen Abflußstutzen 11 nach unten abgezogen. Da die Temperatur des Gases immer oberhalb der Liquidustemperatur der Schlacke gehalten wird, kann die durch den Abflußstutzen abfließende Schlacke nicht einfrieren; sie bleibt flüssig und läuft am Innenrand des Stutzens herunter, bis sie von der Unterkante abtropft und in das darunter befindliche Wasserbad 12 fällt, wo sie granuliert. Das Wasserbad ist in nicht gezeichneter Weise an einen Speise- und Kühlkreislaut angeschlossen. Die im Wasserbad 12 granulierte Schlacke wird über die Druckschleuse 22, den Sammelbehälter 13 und die Druckschleuse 23 in zeitlichen Intervallen ausgetragen. The hot gas stream is also withdrawn through the central discharge nozzle 11 downwards. There the temperature of the gas is always kept above the liquidus temperature of the slag do not freeze the slag flowing out through the drainage nozzle; it remains fluid and runs along the inner edge of the Nozzle down until it drips from the lower edge and falls into the water bath 12 below, where it granulates. The water bath is connected to a feed and cooling circuit in a manner not shown. The slag granulated in the water bath 12 is via the pressure lock 22, the collecting container 13 and the pressure lock 23 discharged at time intervals.

Der durch den Abflußstutzen 11 abwärts strömende Gasstrom wird durch die Querschnittsverengung stark beschleunigt. Er kann noch weitere Schlackentröpfchen mit sich führen, die in Höhe der Unterkante des Abflußstutzens aus dem Gasstrom ausgeschieden werden und infolge ihres Impulses bzw. ihrer Trägheit auf das Wasserbad 12 prallen, wo sie ebenfalls granulieren, während der Gasstrom nach oben umgelenkt und durch seitliche Abzugsstutzen in Pfeilrichtung abgezogen wird. Von dort gelangt der im wesentlichen von Schlacke und unvergasten Teilchen gereinigte Gasstrom in einem Wirbelbettreaktor 14, in den 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 Mulüklon 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- bzw. Eisenbad geblasen werden. Als Treibmittel hierfür wird über den Kompressor 30 nachverdichtetes, rückgeführtes Gas verwendet. Rückführungsleitungen führen auch zu der Düsenanordnung 19 und zum Wirbelbettreaktor 14. Oberhalb des Abhitzekessels 24 ist eine Fackel 25 vorgesehen.The gas stream flowing downward through the discharge nozzle 11 becomes strong due to the cross-sectional constriction accelerated. It can also carry other slag droplets with it, which are at the level of the lower edge of the Drain nozzle are eliminated from the gas flow and due to their momentum or their inertia impinge on the water bath 12, where they also granulate, while the gas flow is deflected upwards and is pulled off through the side sear in the direction of the arrow. From there the essentially arrives from slag and ungased particles cleaned gas stream in a fluidized bed reactor 14, in the fresh Coal and, if necessary, water vapor are injected through the nozzles 21. The one in heat exchange with The semi-coke produced by the gas passes through a cyclone 15 and muluclone 16 and through pressure locks 17 into the storage container 18, from which it is fed to the high-temperature reactor. The multiclon 16 leaving gases are passed through the waste heat boiler 24, in which process steam is generated will. Remaining ash and coke particles carried along by the gas stream are deposited in the one below Cyclone 26 separated and pass through the pressure lock 27 in the collecting container 28, from which they are blown onto the slag or iron bath via the nozzle conveyor 29 and the nozzle arrangement 20. As a propellant for this purpose, recompressed, recirculated gas is used via the compressor 30. Return lines also lead to the nozzle arrangement 19 and to the fluidized bed reactor 14. A torch 25 is provided above the waste heat boiler 24.

Im Gegensatz zu den üblichen Verfahren und Einrichtungen zur Vergasung fester und/oder flüssiger Brennstoffe mit aufwärts gerichtetem Gasstrom ist ein entscheidender Vorteil der Erfindung, daß die Geschwindigkeit des abwärts gerichteten Gasstroms und damit unter gegebenen Temperatur- und Druckverhältnissen die spezifische Durchsatzleistung bzw. die Querschnittsbelastung des Reaktors gesteigert werden kann, ohne daß die Austragsrate an Schlacke und unvergasten Teilchen vergrößert wird. Mit zunehmender Gasgeschwindigkeit erhöht sich nämlich der Abfangeffekt des flüssigen Eisenbades 34 für mit dem Gasstrom mitgeführte Schlacken- und Feststoffteilchen, die zufolge ihres vertikal abwärts gerichteten Impulses aus dem abgelenkten Gasstrom ausgeschleust und von der Badoberfläche absorbiert werden, wobei ihnen bis zum Abfluß durch den Stutzen 11 weitere Zeit für Vergasungsprozesse gegeben ist.In contrast to the usual methods and devices for gasifying solid and / or liquid Fuels with upward gas flow is a key advantage of the invention that the speed of the downward gas flow and thus under given temperature and pressure conditions the specific throughput or the cross-sectional loading of the reactor can be increased can without the discharge rate of slag and ungased particles is increased. With increasing Gas velocity increases namely the interception effect of the liquid iron bath 34 for with the Gas stream entrained slag and solid particles due to their vertically downward momentum be discharged from the deflected gas stream and absorbed by the bath surface, with them up to the drainage through the nozzle 11 is given further time for gasification processes.

Die Umlenkung des Gasstromes oberhalb des Wasserbades wirkt als zweite Falle für noch mitgeführte Feststoff- oder Schlacketeilchen; auch dieser Abscheidungsprozeß steigt in seiner Wirkung mit zunel.mender spezifischer Durchsatzleistung.The diversion of the gas flow above the water bath acts as a second trap for those who are still entrained Solid or slag particles; This deposition process also increases in its effect with increasing frequency specific throughput.

Eine Optimierung der Strömungsverhältnisse im Reaktor kann durch zusätzlichen Einbau von Blenden, Schikanen u. dgl. erzielt werden.The flow conditions in the reactor can be optimized by installing additional orifices, Harassment and the like can be achieved.

Anstelle des Vergasungsmediums Wasserdampf kann auch Kohlensäure oder es können Gemische aus Wasserdampf und Kohlensäure verwendet werden. Um den die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion bestimmenden Stoffaustausch zwischen zu vergasenden Teilchen und Gasen innerhalb der strömenden Gassäule des Reaktors zu verbessern, wird der abwärts strömenden Gassäule eine Längsschwingung 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 bekannte intermittierende Injektion der Vergasungsmittel erzeugt.Instead of the gasification medium water vapor, carbonic acid or mixtures of these can also be used Steam and carbon dioxide can be used. The one that determines the speed of the overall reaction Substance exchange between particles to be gasified and gases within the flowing gas column To improve the reactor, a longitudinal oscillation is superimposed on the downward flowing gas column. The solid particles to be gasified do not take part in the oscillation due to their inertia. This results in greater relative velocities between solids and surrounding gases and thus causes larger mass transfer coefficients. The longitudinal vibrations are known by intermittent Injection of the gasification agent generated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Gas generator for flammable gases from solid fuels or from mixtures of solid and liquid fuels, with a cylindrical pressure reactor with injection devices for fuels and Gasification agent and one below the through a central nozzle and one surrounding it annular, a slag receiving container closed reaction space lying Water bath for the slag running off in liquid form, with devices for waste heat recovery on the gas exhaust are connected, characterized in that the injection devices (19) are located in the upper part of the reactor (10), the Gas extraction through the nozzle (11) located in the bottom of the reactor, the one located in the container Surrounds iron bath (34), and one above the lower edge of the connector (11) on the side of the housing connected discharge nozzle is formed, to which a fluidized bed reactor (14; 31) for preheating the Fuel is connected.

2. Gas generator according to claim 1, characterized in that the fluidized bed reactor (14) with Injection devices (21) for water vapor and fine-grained fuels are provided and a Solids separator (15,16) is connected downstream.

3. Gas generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the Injection devices (19) for the gasification agent are fitted with a periodically operating breaker.