Vorrichtung und Verfahren zum Schlackeaustrag aus einem Vergasungsreaktor

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schlackeaustrag aus einem Vergasungsreaktor zur Synthesegasgewinnung, sowie einen mit einer derartigen Vorrichtung ausgebildeten Vergasungsreaktor.

Bei der Herstellung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in

Vergasungsreaktoren fallen Schlacken an. Diese werden in der Regel in einem im unteren Bereich des Reaktors vorgesehenen Wasserbad als Feststoffe ausgeschleust.

Da in Reaktoren Überdruck herrscht, ist es notwendig, die auszutragende Schlacke zunächst über eine Druckschleuse aus dem Reaktor auszutragen. Hierzu werden bislang sogenannte Behälterschleusen eingesetzt, welche in Schwerkraftrichtung unterhalb des Reaktors angeordnet sind. Diese sind mit entsprechenden Ventilen bzw. Absperrorganen ausgebildet, um ein taktweises Öffnen und Schließen der

Behälterschleuse bereitstellen zu können, so dass die anfallende Schlacke

chargenweise aus, dem Wasserbad des Reaktors in die Behälterschleuse zu überführen, und anschließend aus dieser heraus, transportiert werden kann. Derartige Behälterschleusen sind beispielsweise in der PCT/EP2009/005295 beschrieben.

Als nachteilig bei derartigen Behälterschleusen wird angesehen, dass sie eine relativ große Bauhöhe aufweisen, und aufgrund des intermittierenden Betriebes der verwendeten Ventile (Einlassventile und Auslassventile) einem hohen Verschleiß unterliegen. Außerdem erweist sich aufgrund der typischerweise variablen

auszutragenden Schlackemengen eine Steuerung derartiger Behälterschleusen als relativ aufwendig.

Mit der Erfindung wird angestrebt, einen leicht steuerbaren Schlackeaustrag zur Verfügung zu stellen. EP2014/001499

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Die Erfindung schlägt zu diesem Zwecke eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , einen Vergasungsreaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 vor. Mittels des erfindungsgemäßen Einsatzes einer in ein Wasserbad eines

Nassentschlackers eingetauchten Zellradschleuse ist ein kontinuierlicher

Schlackeaustrag zur Verfügung gestellt. Die Drehzahl einer derartigen Zellradschleuse ist in einfacher Weise steuerbar, so dass eine Anpassung des Schlackeaustrags an konktrete Gegebenheiten (Schlackenmengen) in einfacher Weise möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltugen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zweckmäßigerweise weist der Nassentschlacker eine Fördereinrichtung auf, über welche in den Nassentschlacker transportierte Schlacke austragbar ist. Als besonders geeignet erweisen sich in diesem Zusammenhang Förderbänder, welche auch derart steuerbar sind, dass in den Nassentschlacker geförderte Schlacke beispielsweise auf eine Transporteinrichtung förderbar ist.

Es erweist sich als zweckmäßig, dass der Nassentschlacker einen Abwasserkanal aufweist, über den Wasser aus seinem Wasserbad in die Umgebung abgeführt werden kann.

Es ist besonders bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen der

Zellradschleuse vorgeschalteten Schlackebrecher aufweist. Mittels derartiger

Schlackebrecher können Schlackekörner der Zellradschleuse mit einer voreinstellbaren Maximalgröße zugeführt werden, wodurch ein sicherer Betrieb der Zellradschleuse gewährleistet werden kann.

Vorteilhafterweise weist der Nassentschlacker ein geschlossenes Gehäuse auf, wobei ein Gebläse vorgesehen ist, mittels dessen Gase aus dem Nassentschlacker entfernbar sind. Mit dieser Maßnahme können insbesondere giftige Gase, die in dem Wasser, welches zusammen mit der durch die Zellradschleuse geförderten Schlacke in gelöstem Zustand vorliegen und in den Nassentschlacker gelangen,, und aufgrund des niedrigeren Druckes im Nassentschlacker aus dem Wasserbad des Nassentschlackers ausgasen, in sicherer Weise aus dem System entfernt werden. Betriebsmäßige Emissionen von giftigen Gasen können somit vermieden werden.

Zur Unterstützung eines derartigen Ausgasens ist es möglich, eine Einrichtung zur Bereitstellung eines Unterdrucks in dem geschlossenen Gehäuse des

Nassentschlackers bereitzustellen. Hiermit kann die Ausgasung bzw. die Entgasung des Wassers weiter gesteigert werden, womit eine besonders umweltfreundliche Ableitung beispielsweise von überschüssigem Wasser in den Abwasserkanal möglich ist.

Ein Vergasungsreaktor mit einem Vergaser und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zweckmäßigerweise mit einer Pumpe ausgebildet, mittels der Wasser aus dem Nassentschlacker in ein Wasserbad des Vergasers gefördert werden kann. Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Fig. 1 zeigt eine schematische seitliche Ansicht einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung, welche stromabwärtig eines Vergasers eines

Vergasungsreaktors angeordnet ist, zusammen mit dem unteren Teil des Vergasers. Ausführungsform der Erfindung

Ein Vergasungsreaktor, welcher einen Vergaser 1 10 aufweist, ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Figur lediglich der untere Teil des Vergasers 110 dargestellt ist, in dem ein Wasserbad 112 bereitgestellt ist, in welches granulierte Schlacke 114 aus dem Reaktionsbereich des Vergasers, welcher nicht im Einzelnen dargestellt ist, unter dem Einfluss der Schwerkraft eingetropft ist. In dem Vergaser 110 herrscht ein Überdruck. T/EP2014/001499

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Stromabwärtig des Vergasers 110 ist ein Nassentschlacker angeordnet.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Vergaser 1 10 und dem Nassentschlacker ein Schlackebrecher 130 vorgesehen, in dem aus dem Wasserbad 1 12

heraustransportierte Schlacke 1 14 zerkleinert werden kann, so dass gewährleistet ist, dass die einzelnen Schlackekörner eine voreinstellbare Maximalgröße nicht

überschreiten. Zwischen dem Vergaser 1 10 und dem Schlackebrecher 130 ist ein Ventil 132 geschaltet, welches beispielsweise im Falle einer Wartung des Reaktors geschlossen werden kann. Im Normalbetrieb des Reaktors ist dieses Ventil 132 geöffnet.

Der Nassentschlacker 120 ist mit einem fluiddichten Gehäuse 122 ausgebildet, in welchem eine Zellradschleuse 140, eine als Förderband ausgebildete

Fördereinrichtung 150 und ein Anschluss 151 für einen Abwasserkanal 152

vorgesehen sind. Ferner ist eine Pumpe 160 vorgesehen, mittels der über eine Leitung 162 Wasser aus einem Wasserbad 124 des Nassentschlackers 140 in das Wasserbad 1 12 des Vergasers gefördert werden kann.

Zur Steuerung der so geförderten Wassermenge ist ein Ventil 164 in die Leitung 162 eingebracht, welches mittels einer Standregelungseinrichtung (Level Control) 166 steuerbar ist. Insbesondere ist diese Standregelungseinrichtung in der Lage, den Stand des Wasserbades 112 festzustellen. Das Ventil 164 ist zweckmäßigerweise als

Kugelhahnventil ausgebildet.

Die Zellradschleuse 140 ist wenigstens teilweise, insbesondere vollständig in das Wasserbad 124 des Nassentschlackers 120 eingetaucht.

Anfallende Schlacke 1 14 wird zunächst (bei geöffnetem Ventil 132) dem

Schlackebrecher 130 zugeführt, wodurch die Körner, falls notwendig, auf eine gewünschte Größe verkleinert werden können.

Anschließend gelangen die Schlackekörner in einen Einlauf 142 der Zellradschleuse 140. Der Einlauf 142 befindet sich auf der Hochdruckseite der Zellradschleuse 140, wobei hier im Wesentlichen der gleiche Druck wie in dem Vergaser 110 und den Schlackebrecher 130 herrscht. Durch Rotation des symbolisch dargestellten

Zellenrades der Zellradschleuse 140 gelangt die in den Einlauf geförderte Schlacke an den Auslauf 144 der Zellradschleuse 140, wo die Schlacke in das Wasserbad 124 der Zellradschleuse abgegeben wird. Der Auslauf 144 befindet sich auf der

Niederdruckseite der Zellradschleuse 140. Aufgrund der Schwerkraft sinkt die Schlacke auf den Boden des Gehäuses 122 des Nassentschlackers 120, und wird von dort mittels des Förderbandes 150 aus dem Nassentschlacker 120 ausgetragen. Insgesamt ist hierdurch ein kontinuierlicher Schlackeaustrag aus dem Vergaser 110 zur Verfügung gestellt. Es sei angemerkt, dass zusammen mit der aus dem Wasserbad 1 12 des Vergasers ausgetragenen Schlacke 114 auch Wasser über den Schlackebrecher 113 und die Zellradschleuse 140 in das Wasserbad 124 gelangt. Aufgrund des in dem Vergaser 110 herrschenden hohen Druckes bzw. Überdrucks sind in diesem Wasser

Synthesegase gelöst. Insbesondere ist hier auf CO hinzuweisen, welches sehr gut in Wasser löslich und gleichzeitig giftig ist.

Aufgrund des in dem Wasserbad 124 des Nassentschlackers 120 herrschenden niedrigeren Druckes kommt es zu einem Ausgasen der gelösten Synthesegase, insbesondere von CO. Diese Gase werden durch das Gehäuse 122 an einem unkontrollierten Entweichen gehindert, und können mittels eines Gebläses 170 kontrolliert und sicher aus dem Nassentschlacker 140 entfernt werden.

Durch Erzeugung eines Niederdrucks in dem Nassentschlacker 140 kann erreicht werden, dass ein Großteil dieser gelösten Gase aus dem Wasser in den dem

Wasserbad 124 ausgegast, und über das Gebläse 170 abgeführt werden kann. Mit dieser Maßnahme kann gewährleistet werden, dass das im Wasserbad 124 befindliche Wasser ohne weitere Reinigungsmaßnahmen in das Abwassersystem (über den Abwasserkanal 152) abgeleitet werden kann. Für den Fall, dass aufgrund sehr geringer Toleranzen zwischen dem Zellenrad und dem Gehäuse der Zellradschleuse 140 keine oder nur eine geringe Leckage von Wasser in das Wasserbad 124 hinein auftritt, fördert die Zellradschleuse Wasser von dem Wasserbad 124 in den Vergaser bzw. das Wasserbad 112. Dies liegt darin begründet, dass zunächst im Einlauf eine Zelle des Zellenrades der Zellradschleuse teilweise mit Schlacke und teilweise mit Wasser befüllt ist. Nach Abgabe der Schlacke im Auslauf 144 ist eine Zelle, die vom Auslauf zum Einlauf zurück geführt wird, vollständig mit Wasser befüllt, welches somit in das Wasserbad 1 12 des Vergasers 1 10 abgegeben wird.. Insgesamt produziert das System einen Wasserüberschuss, da im Laufe des Prozesses heißes Synthesegas abgekühlt wird, wobei wassergesättigtes Gas kondensiert. Dieses Kondensat führt zu einer Zunahme des Wassers im Wasserbad 1 12 des Vergasers 110. Überschüssiges Wasser kann mittels des Ventils 165 in den Nassentschlacker 120 abgeführt werden. Damit ist es möglich je nachdem, ob der Wasserschlupf durch die Zellradschleuse oder die Kondensation im Wasserbad und das Hochfördern von Wasser mittels Zellradschleuse überwiegen, Wasser vom Vergaser in den Nassentschlacker oder vom Nassentschlacker in den Vergaser zu fördern. In der Praxis wirkt die Zellradschleuse 140 aufgrund ihrer tatsächlichen Undichtigkeit wie eine Stauscheibe, und verhindert hierbei, dass das zur Abkühlung der Schlacke benötigte Wasserbad 1 12 nicht unkontrolliert ausströmt.