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DE2843879C2 - Vorrichtung zum Vergasen von Kohlenstoff mittels eines Metallschmelzbades - Google Patents

Vorrichtung zum Vergasen von Kohlenstoff mittels eines Metallschmelzbades

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DE2843879C2
DE2843879C2 DE2843879A DE2843879A DE2843879C2 DE 2843879 C2 DE2843879 C2 DE 2843879C2 DE 2843879 A DE2843879 A DE 2843879A DE 2843879 A DE2843879 A DE 2843879A DE 2843879 C2 DE2843879 C2 DE 2843879C2
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gas
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Peter Dr.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Paschen
Roland Dipl.-Phys. Dr. 5000 Köln Pfeiffer
Rolf 5000 Köln Pufal
Chatty Dipl.-Ing. Dr. 5060 Bergisch Gladbach Rao
Heinz-Dieter Dipl.-Ing. Waldhecker
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Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergasen von Kohlenstoff und/oder Kohlenstoffträgern mit einem Vergasungsmittel in einem Metallbad zur Gewinnung eines im wesentlichen CO und H2 enthaltenden Gases, umfassend einen das Metallbad enthaltenden Reaktor in Form eines mit gekrümmten Wänden ausgebildeten liegenden Hohlkörpers mit horizontaler Achse und abgeflachten Stirnseiten, mit Düsen zum Zuführen von Kohlenstoff und/oder Vergasungsmittel unter die Oberfläche des Metallbades, mit einer Kammern für Metallbad und Schlacke bildenden Wand und einem zwischen diesen Kammern angeordneten Schlackenüberlauf, mit einer Schlacken- und Gasabzugsöffnung und mit Mitteln zum Schwenken des Reaktors um seine Längsachse.
Ein derartiger zylinderförmig ausgebildeter Konverter mit stirnseitigem Gasauslaß zum Vergasen feinkörniger Brennstoffe in einem feuerflüssigen Metallbad ist aus der DE-PS 4 50 460 bekannt. Bei diesem ist durch Drehen beziehungsweise Kippen um eine horizontale Achse die Tiefenlage der den Brennstoff und die Luft zuführenden Düsen unter der Badoberfläche veränderbar, und es kann bei entsprechend weitgehender Schwenkbewegung erreicht werden, daß die Düsen mundstücke aus dem Metallbad austreten. Der Konver ter ist durch eine Wand in zwei Räume geteilt, deren einer das Metallbad enthält, während der andere als Gassammeiraum dient und mit einem konzentrischen Stutzen an eine Gasleitung angeschlossen ist Im Prozeßverlauf anfallende Schlacke tritt über die Wand in den Gassammeiraum und fließt durch eine darin angebrachte Rinne ab. Diese schwefelhaltige Schlacke ist im unbehandelten Zustand nicht deponierfähig. Sie muß daher in einer nachfolgenden Prozeßstufe ent schwefelt werden. Die hierbei anfallenden Kosten stellen jedoch die Wirtschaftlichkeit des bekannten Brennstoff-Vergasungsverfahrens in Frage.
Zur Lösung des mit dem Anfall von Schwefel bei der Brennsioffvergasung sich ergebenden Problems wurde als Metall- ein Kupferbad vorgeschlagen (DE-OS 28 13 209), bei welchem die Fähigkeit des Kupfers, sich spontan mit Schwefel bis zu annähernd 20Gew.-% zu verbinden, genutzt wird. Um bei einem kontinuierlichen Prozeßverlauf ein Gleichgewicht des Schwefelgehalts im Kupferbad aufrechtzuerhalten, wurde ein Reaktor mit zwei Kammern zu beiden Seiten einer unter die Oberfläche des Kupferbades eintauchenden Wand vorgesehen, und zwar eine Kammer mit getrenntem Gasraum für Produktgas und eine andere mit getrenntem Gasraum für SO2-Gas. Beide Kammern sind mit bodenblasenden Düsen ausgestattet. Somit kann durch Einblasen von Sauerstoff an zwei Stellen gleichzeitig in das beiden Kammern gemeinsame Kupferbad unterschiedliches Gas erzeugt werden — wobei während der Kohlevergasung Schwefel vom Etrennstoff an das Kupfer gebunden — und das Kupferbad an anderer Stelle simuHan entschwefelnd verblasen wird.
Das Kupferbad ist jedoch im Verhältnis zu einem Eisenbad erheblich teurer und hat darüber hinaus den Nachteil einer wesentlich geringeren Löslichkeit für Kohlenstoff. Das hat zur Folge, daß Teile des Sauerstoffs mit Anteilen ungelösten Kohlenstoffs zu Kohlendioxid umgesetzt werden, wodurch sich ein unerwünscht hoher CO2-Gehalt im Produktgas einstellt.
Weiter ist aus der DE-OS 25 20 5il4 eine Vorrichtung zum Vergasen von Kohle in einem Eisenbadreaktor, sowie mit einem separat angeordneten Schlacken-Entschwefelungsreaktor bekannt. Beide konverterähnlichen Reaktionsräume sind im Gasraum räumlich voneinander getrennt und durch Kanäle miteinander verbunden. Zur Aufrechterhaltung eines Schlackenkreislaufes ist ein Gaslift angeordnet, welcher flüssige Schlacke im Kreislauf von einem Anlagenteil zum anderen Anlagenteil fördert.
Diese Vorrichtung ist aufwendig und schwer, sowie kompliziert im Aufbau und daher störanfällig, insbesondere wegen der langen Leitungswege für die hocherhitzten flüssigen Phasen. Aus diesem Grunde ist auch keine Kippbarkeit vorgesehen, weil wegen der enormen Gewichte und Ausdehnungen eine Kippvorrichtung mit vertretbarem Aufwand nicht mehr zu realisieren wäre.
Infolgedessen muß auch bei dieser Vorrichtung Eisenbad und Schlacke abgelassen werden, sobald eine
Revision oder Erneuerung der bodenblasenden Düsen fällig wird.
Das GB 17 10250 schließlich betrifft einen Konverter-Abgasfang, bei dem die Konvertermündung mit einer Manschette gegen Luftzutritt zum Abgassirom geschützt ist Die Manschette kann durch Gegengewichte leicht gehoben und gesenkt werden und taucht in je eine Ringwassertrasse am Abzugsrohr beziehungsweise am Abgasfang ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ι ο Vorrichtung zum Vergasen von Kohlenstoffträgern in einem Eisenbad der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern und zu vervollkommnen, daß diese unter Vermeidung der geschilderten Nachteile sowohl eine rasche Beseitigung von im Betrieb auftretenden Störungen an bodenblasenden Düsen als auch parallel zur Gaserzeugung vorzugsweise eine kontinuierliche und damit wirtschaftliche Entschwefelung der beim Proze3 anfallenden schwefelgesättigten Schlacke in einer Hitze ermöglicht Die Vorrichtung soll darüber hinaus unkompliziert und zwecks Schwenkbarkeit im Konstruktionsgewicht so leicht wie möglich ausgebildet sein.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die die Räume der Kammern trennende Wand einen Gasabschluß bildet, in welcher der Schlackenüberlauf in Form eines Syphons angeordnet ist, daß die Schlackenkammer mit wenigstens einer Düse zum Zuführen gasförmiger Reaktionsmittel wie Sauerstoff und/oder Wasserdampf unter die Oberfläche jo der Schlacke ausgestattet ist und daß jede der beiden Kammern mit einer Öffnung zum getrennten Abzug von Gasen ausgestattet ist
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergibt sich der Vorteil, daß der Vergasungsreaktor mit einer relativ J5 unkomplizierten sehr kompakten und preisgünstigen Ausgestaltung infolge seiner Schwenkbeweglichkeit sowohl eine problemlose Zugänglichkeit der bodenblasenden Düsen erlaubt, als auch infolge der Trennung seiner Gasräume eine vorteilhaft wirtschaftliche, konti- *o nuierliche entschwefelnde Verblasung der anfallenden hochschwefelhaltigen Schlacke in einer Hitze zu einem deponierfähigen Material ermöglicht. Als solches ergibt die im wesentlichen entschwefelte Schlacke einen wertvollen Rohstoff, der beispielsweise anteilige Ver- -*5 wendung als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung findet.
Dabei hat der Reaktor im Verhältnis zu seinem Anwendungsbereich ein vergleichsweise niedriges Gewicht, da seine Bauweise sehr kompakt ist, und er ">" ermöglicht infolgedessen eine unkomplizierte Schwenkeinrichtung, wodurch auch die Herstellungskosten relativ niedrig gehalten werden können.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des Reaktors ergeben sich daraus, daß auch die Düsen der Schlackenkam- " mer im bodennahen Wandbereich annähernd horizontal und gegebenenfalls einseitig angeordnet sind.
Hiermit wird vorteilhaft erreicht, daß sich eine Konvektion in der zu verblasenden Schlacke einstellt, der zufolge der Stofftransport, beschleunigt wird und *>o das örtliche Konzentrationsgefälle stärker zur Wirkung gelangt.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß an die Gasabzugsöffnungen Abzugsschächte angeschlossen und mit ortsfesten Gasleitungen über « schnelltrennbare Dichtungen verbunden sind.
Hierdurch wird vorteilhaft der zum Verschwenken des Reaktors notwendige Arbeitsaufwand beim Lösen der Dichtungen verringert
Dabei kann es zweckmäßig sein, daß eine Gusabzugsöffnung an wenigstens einer Stirnwand des Reaktors angeordnet und an einen horizontal verlaufenden Abzugsschacht angeschlossen ist, und daß die Dichtung zwischen dem horizontal verlaufenden Gasabzugsschacht und der ortsfesten Gasleitung eine Drehdichtung ist
Eine solche Drehdichtung hat den Vorteü. daß sie vor dem Verschwenken des Reaktors lediglich gelockert, nicht aber gelöst werden muß, wodurch der hierfür erforderliche Arbeitsaufwand auf das geringstmögliche Maß reduziert wird.
Im folgenden werden weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch einen Reaktor, entlang einer vertikalen Ebene,
F i g. 2 eine als Syphon ausgebildete Öffnung in einer Wand des Reaktors,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen zylinderförmigen, liegenden Raktor,
F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen mit gekrümmten Wänden ausgebildeten Reaktor,
F i g. 5 einen Querschnitt durch einen mit gekrümmten Wänden ausgebildeten Reaktor,
Fig.6 einen Abzugsschacht eine ortsfeste Gasleitung und eine Verbindungsleitung mit schnell trennbaren Dichtungen,
F i g. 7 einen Reaktor im Schnitt, gemäß Schnittebene VM-VII in F ig. 3.
Der Reaktor 20 gemäß F i g. 1 ist in seinem Innenraum 21 durch eine vertikal verlaufende Wand 22 in zwei Kammern 23 und 24 aufgeteilt. Beide Kammern 23 und 24 stehen durch eine in der Trennwand 22 angeordnete Öffnung 25 miteinander in Verbindung. Diese Öffnung 25 ist zwecks Gasabschluß in Form eines Syphons 36 ausgebildet. Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln das Übertreten von Gas von einer Kammer 23 in die andere Kammer 24 verhindert. Die Kammer 23 ist annähernd zu einem Drittel ihres Volumens mit einem Eisenbad 27 gefüllt. Im Bodenbereich der Kammer 23 sind Düsen 26 angeordnet. Durch diese Bodendüsen 26 wird feinkörnige Kohle mit einem Trägergas als Kohlenstoffträger, ferner Vergasungsmedien wie Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf sowie Schlackenbildner vom Boden her in die Metallschmelze 27 eingeblasen. Dabei wird ein CO und H2 enthaltendes Produktgas gewonnen, welches über die Abzugsöffnung 5 durch den Abzugsschacht 6 in Richtung des Pfeiles 29 abgezogen wird.
Bei diesem Vergasungsprozeß entsteht aus Schlackenbildnern und Brennstoffasche eine schwefelbindende Schlacke, die bei ansteigender Schichthöhe im Vergasungsraum der Kammer 23 durch die Öffnung 25 des Syphons in der Wand 22 in die Kammer 24 übertritt. In die schwefelgesättigte Schlacke 30 enthaltende Kammer 24 werden durch ebenfalls am Boden angeordnete Düsen 26' Sauerstoff und/oder Wasserdampf oder ein Gemisch aus beiden durch die hochschwefelhaltige Schlacke 30 geblasen. Dabei wird die Schlacke unter Freisetzung von SO2-GaS entschwefelt. Das SO2-GaS wird über die Gasabzugsöffnung 5' durch den Abzugsschacht 6' in Richtung des Pfeiles 32 aus dem Gasraum der Kammer 24 abgezogen und kann zur Gewinnung von Schwefel oder Schwefelsäure einem entsprechenden Prozeß unterworfen werden.
Durch die in der Wandung 33 der Kammer 24 angeordnete, gegebenenfalls verschließbare Schlackenabzugsöffnung 34 wird Schlacke 30 aus der Kammer 24 von Zeit zu Zeit abgezogen und beispielsweise in eine Schlackenpfanne 35 entleert. Der Reaktor 20 besitzt als Mittel zum Schwenken um seine Längsachse zwei Achsstummel 11, die in nicht näher bezeichneten, schematisch angedeuteten Lagern schwenkbar gehalten sind. Des weiteren ist ein an sich bekannter Schwenkantrieb vorgesehen, der jedoch, da ein solcher dem ι ο Fachmann hinlänglich bekannt ist, aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
In F i g. 2 ist eine als Syphon 36 ausgebildete öffnung 25 in der Wand 22 dargestellt. Die Schlacke 30 tritt über die Kante 39 in den Syphon 36 entsprechend dem Pfeil is 40 ein und bildet in dem U-förmigen Kanal 41 des Syphons 36 durch darin anstehende Schlacken-Flüssigkeit einen Gasabschluß.
Eine andere Form von Reaktoren zeigen die F i g. 3 und 4. Diese sind annähernd zylinderförmig beziehungsweise in Form von Hohlkörpern mit gekrümmten Wänden ausgebildet und auf Rollen 54,56 schwenkbeweglich gelagert. Auch diese Reaktoren 51, 53 zeigen die gleichen erfindungswesentlichen Ausbildungs-Merkmale, nämlich eine Anordnung getrennter Kammern 23, 24 zu beiden Seiten einer trennenden Wand 22, in welcher der Schlackenüberlauf 25 in Form eines Syphons 36 angeordnet ist. Ferner besitzen sie am Boden der Schlackenkammern 24 jeweils wenigstens eine Düse 26', 49' zum Zuführen gasförmiger Reaktionsmittel wie Sauerstoff und/oder Wasserdampf unter die Oberfläche der Schlacke 30, und sie besitzen für jede der beiden Kammern 23,24 öffnungen 5,5' zum getrennten Abzug für die unterschiedlichen Gase.
In ähnlicher Weise ist auch der im Querschnitt dargestellte Reaktor 52 gemäß Fig.5 durch die Wand 22 in die Kammern 23 und 24 unterteilt. Diese Wand 22 weist ebenfalls einen Gasabschluß in Form eines Syphons 36 auf. Bodenblasende Düsen 49 sind im Bereich der Vergasungskammer 23, und wenigstens eine bodenblasende Düse 49' ist im Bereich der Schlackenkammer 24 vorgesehen. Jede der beiden Kammern 23, 24 ist darüber hinaus mit einer öffnung 5, 5' zum getrennten Abzug von Gasen ausgestattet
Die Darstellungen der Reaktoren 20,51,52,53 zeigen in eindrücklicher Weise die vorteilhaft kompakte Bauart, die es darüber hinaus gestattet, daß infolge der gasseitig getrennten Kammern 23, 24 mit Hilfe der als Gasabschluß einen Syphon 36 aufweisenden Wand 22 gleichzeitig in ein und demselben Reaktor ein Gaserzeugungsprozeß in der Kammer 23 und ein Schlackenentschwefelungsprozeß in der Schlackenkammer 24 in kontinuierlicher Arbeitsweise und in einer Hitze durchgeführt werden kann.
Um den Vorteil der Reaktor-Bauart gemäß Darstellung und Beschreibung der F i g. 1 bis 5 in entsprechender Weise sinnvoll nutzen zu können, ist die vorgängig bereits erwähnte Schnelltrennbarkeit der Dichtungen zwischen den Abzugsschächten 6, 6' der schwenkbaren Reaktoren und ortsfesten Gasleitungen, an die sie angeschlossen sind, von besonderer Bedeutung. Wie Fig.6 als beispielsweise Ausführungsform einer solchen Schnelltrenndichtung zeigt, ist ein Abzugsschacht 6 mit einem ringförmigen Kragen 8 mit U-förmigem Querschnitt ausgestattet. Dieser ist mit einer Schüttung eines hitzebeständigen rieselfähigen Materials, beispielsweise Quarzsand, gefüllt. Die Gasleitung 10, die im gezeigten Beispiel mit vertikaler Achse angeordnet ist, besitzt an ihrer Mündung 9' ebenfalls einen U-förmigen Kragen 9 mit Sandfüllung. Ein bewegliches Leitungsstück 7 mit U-förmigem Querschnitt ist mit seinen Mündungspartien 7', 7" in die U-förmigen Kragen 8 beziehungsweise 9 eingelegt, und wird durch die Sandschüttungen ringsum abgedichtet. Auf diese Weise ergeben sich schnelltrennbare Dichtungen zwischen Abzugsschacht 6, ortsfester Gasleitung 10 und dem verbindenden Rohrstück 7.
Bei der Ausführung des Reaktors 51 gemäß F i g. 3 sind die öffnungen 5,5' beziehungsweise die anschließenden Abzugsschächte 6, 6' koaxial in der Rotationsachse des Reaktors 51 angeordnet. Wie hierzu aus der Schnittdarstellung gemäß F i g. 7 erkennbar, fällt das Zentrum des Schachtes 6' mit dem Zentrum des Drehkreises D der Schwenkeinrichtung 48,54 zusammen.
In diesem Falle ist der bei Verschwenkung des Reaktors 51 mitdrehende Schacht 6' mittels einer Drehdichtung an eine ortsfeste Gasleitung angeschlossen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Vergasen von Kohlenstoff und/oder Kohlenstoffträgern mit einem Vergasungsmittel in einem Metallbad zur Gewinnung eines im wesentlichen CO und Hh enthaltenden Gases, umfassend einen das Metallbad enthaltenden Reaktor in Form eines mit gekrümmten Wänden ausgebildeten, liegenden Hohlkörpers mit horizontaler Achse und abgeflachten Stirnseiten, mit Düsen zum Zuführen von Kohlenstoff und/oder Vergasungsmittel unter die Oberfläche des Metallbades, mit einer Kammer für Metallbad und Schlacke bildenden Wand, und einem zwischen diesen Kammern angeordneten Schlackenüberlauf, mit einer Schlacken- und Gasabzugsöffnung, und mit Mitteln zum Schwenken des Reaktors um seine Längsachse, dadurch gekennzeichnet, daß die die Räume der Kammern (23,24) trennende Wand (22) einen Gasabschluß bildet, in welcher der Schlackenüberlauf (25) in Form eines Syphons (36) angeordnet ist,
daß die Schlackenkammer (24) mit wenigstens einer Düse (26', 49') zum Zuführen gasförmiger Reaktionsmittel wie Sauerstoff und/oder Wasserdampf unter die Oberfläche der Schlacke (30) ausgestattet ist, und
daß jede der beiden Kammern (23, 24) mit einer Öffnung (5, 5') zum getrennten Abzug von Gasen ausgestattet ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Düse (49') der Schlackenkammer (24) im bodennahen Wandbereich annähernd horizontal und gegebenenfalls einseitig angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gasabzugsöffnungen (5, 5') Abzugsschächte (6, 6') angeschlossen und mit ortsfesten Gasleitungen (10) über schnell trennbare Dichtungen (8,9) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasabzugsöffnung (5,5') an einer Stirnwand (40,40') des Reaktors (51) angeordnet und an einen horizontal verlaufenden Abzugsschacht (6,6') angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen dem horizontal verlaufenden Abzugsschacht (6, 6') und der ortsfesten Gasleitung eine Drehdichtung ist.
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