[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer feinkörnigen und heißen Feststoffschüttung aus einer Kohlevergasung bei gleichzeitigem Austausch des darin enthaltenen Lückenraumgases, wobei diese Vorrichtung prinzipiell auch zur Herunterkühlung von Feststoffschüttungen aus anderen Rohgaserzeugungsprozessen genutzt werden kann, insbesondere aber für die Herunterkühlung von Flugasche geeignet ist, die bei Kohlevergasungsprozessen anfällt, da die Flugasche noch Anteile an Kohlevergasungsgas oder Rohgas zwischen und in den Partikeln enthält, welches durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entfernt werden kann, wobei der zu kühlende Feststoff gleichzeitig von einem Gas umströmt wird, welches eine fortgesetzte Rieselfähigkeit des zu kühlenden Feststoffes, welcher typischerweise als Schüttung vorliegt, sicherstellt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herunterkühlung von heißen Feststoffen, wobei dieses Verfahren insbesondere für abgeschiedene Flugasche aus einem Kohlevergasungsprozess nutzbar ist.

[0002] Bei der Vergasung von Kohle oder kohlenstoffhaltigen Feststoffen wird der Ausgangsfeststoff durch ein Sauerstoff- oder Sauerstoff- und wasserdampfhaltiges Gas in Synthesegas umgesetzt, welches überwiegend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht und welches Feststoffe in Form von Flugstaub enthält, die überwiegend aus der in der Kohle enthaltenen Asche und/oder verfestigter Schlacke besteht. Je nach eingesetztem Brennstoff schwankt der Gehalt an Feststoffen. Zur Erzeugung des Synthesegases ist es prinzipiell möglich, auch andere kohlenstoffhaltige Brennstoffe als Kohle einzusetzen. Andere geeignete kohlenstoffhaltige Brennstoffe, die für eine Vergasung zur Herstellung von Synthesegas geeignet sind, sind beispielsweise Torf, Hyd- rierrückstände, Reststoffe, Abfälle, Biomassen oder Mischungen aus diesen Stoffen und Mischungen mit Kohle. Je nach eingesetztem Brennstoff erhält man in dem durch Vergasung hergestellten Synthesegas einen wechselnden Anteil an Feststoffen, der durch geeignete Vorrichtungen abgeschieden wird und heruntergekühlt werden muss.

[0003] Geeignete Vorrichtungen zur Abscheidung sind beispielsweise Zyklone, FiI- ter oder Elektroabscheider. Der überwiegend aus Flugasche bestehende Feststoff fällt in heißer Form, typischerweise als Schüttung an und muss vor einer weiteren Verwendung oder Entsorgung heruntergekühlt werden. Eine Schüttung wird dabei insbesondere als eine dichte Mischung von Feststoffpartikeln mit dazwischen enthaltenem Gas verstanden. Zudem enthält der abgeschiedene Feststoff in den Zwischenräumen zwi- sehen den Partikeln und in den Lücken der Partikel noch nennenswerte Mengen ungereinigten und toxischen Synthesegases, welches vor einer Weiterverwendung oder Entsorgung des Feststoffes entfernt werden muss.

[0004] Für den Zweck der Feststoffkühlung gibt es im Stand der Technik Fest- stoffkühler, die typischerweise aus Behältern bestehen, die von der zu kühlenden Fest- stoffschüttung durchrieselt werden, und die im Inneren quer zur Strömungsrichtung angeordnete Rohre enthalten, welche von einer wärmeübertragenden Flüssigkeit durchströmt werden, und welche das daran vorbeirieselnde Feststoffgut auf eine niedrigere Temperatur herunterkühlen. Geeignete Kühlvorrichtungen sind auch gekühlte Prallflä- chen oder von einer wärmeübertragenden Flüssigkeit durchströmte Leitungen, die einen rechteckigen Querschnitt besitzen. Diese sind beispielsweise in Form von flüssigkeitsführenden Hohlkörpern ausgeführt.

[0005] Die DE 102006045807 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Herunterkühlen von fluidisierten oder rieselfähigen Schüttgütern, wobei diese Vorrichtung als Wärme- tauscher geartet ist, der die zu kühlenden Schüttgüter durch flüssigkeitsführende Rohre auf eine niedrigere Temperatur herunterkühlt. Die Rohre sind dabei in aufeinanderfolgenden Rohrreihen versetzt zueinander angeordnet. Die Rohre fluchten durch die Rohrreihen hindurch schräg zu den Rohrreihen, wobei diese von geeigneten Kühl- o- der Heizmitteln durchströmt werden. An einem Ende sind an den Rohrreihen Vorrich- tungen zur Zufuhr von Heiz- oder Kühlmittel vorhanden, und am äußeren Ende Vorrichtungen zu dessen Abfuhr. Das zu kühlende Schüttgut wird quer zu den Rohrreihen durch den Wärmetauscher geführt. Die Rohrreihen sind in Form von Modulen gruppiert, wobei diese Module beim Aufeinanderfügen durch die Queranordnung der Rohre in den Rohrreihen zahnförmig ineinandergreifen. Dies ermöglicht eine praktische hori- zontale oder vertikale Stapelung der Module zur Anpassung an verschiedene Leistungsanforderungen im Betrieb.

[0006] Die EP 934498 B1 beschreibt einen Schachtkühler für körnige oder rieselfähige Schüttgüter, der aus einer Zufuhreinheit, einer Kühleinheit und einer Abzugseinheit für den zu kühlenden Feststoff aufgebaut ist. Die Kühleinheit ist typischerweise aus einem quaderförmigen Behälter aufgebaut, in welchem quer zur Strömungsrichtung angeordnete Rohre verlaufen, welche sich im Inneren der Kühleinheit von zwischen zwei gegenüberliegenden Wänden erstrecken, und durch die ein Kühlmittel wie Luft oder Wasser geleitet wird. Die Rohre sind dabei in Form von Rohrbündeln gruppiert, die horizontal zwischen den gegenüberliegenden seitlichen Wänden verlaufen und welche in mehreren übereinanderliegenden Reihen angeordnet sind. [0007] Die beschriebenen Vorrichtungen sind zur Feststoffkühlung effektiv, besitzen jedoch den Nachteil, dass das Lückenraumgas, welches in und zwischen den Partikeln enthalten ist, nicht ausgetauscht oder entfernt wird. Die beschriebenen Vorrichtungen sind außerdem anfällig gegenüber Pfropfenbildung, falls nicht frei rieselfähige Feststoffschüttungen zum Einsatz kommen.

[0008] Die im Stand der Technik aufgeführten Schachtkühler mit Rohrbündeln oder Hohlkörpern setzen in allen Fällen eine rieselfähige Feststoffschüttung voraus. Die für die vorliegende Erfindung im Fokus befindliche Flugasche weist jedoch deutlich unterschiedliche Eigenschaften auf, denen in besonderem Maße Rechnung getragen werden muss, um einen störungsfreien Betrieb einer Kühlvorrichtung gewährleisten zu können. Die Flugasche ist gekennzeichnet durch eine kleine mittlere Partikelgröße, z.B. im Bereich von 2 bis 6 Mikrometer, zusätzlich mit einer Partikelgrößenverteilung versehen, die erheblich kleinere Partikel enthalten kann. In der von Geldart (D. Geldart, Powder Techn. 7, 285-293, 1973) vorgenommenen Klassifizierung von Gas- Feststoff Systemen, die zur Beschreibung des Fluidisierverhaltens dient, würde die Flugasche typischerweise zur Geldart-Gruppe C oder im Übergang zur Geldart-Gruppe A liegen.

[0009] Zur Geldart-Gruppe C gehören Materialien, die merklich kohäsiv sind. Übliche Fluidisierung ist extrem schwierig. In kleinen Rohren wird die gesamte Schüttung durch das Gas angehoben. Das Gas bläst lediglich einzelne Kanäle frei. Bei größeren Behältern wird die Schüttung nicht angehoben und es kommt zum lokalen Durchbrechen von Kanälen, vorzugsweise in Wandnähe. Dies rührt daher, dass die Haftkräfte zwischen den Partikeln größer sind als die Kräfte, die das Gas ausüben kann. In der Geldart-Gruppe A sind Materialien mit kleiner Korngröße und/oder geringer Dichte (z.B. Crack-Katalysatoren) zusammengefasst. Wirbelschichten dieser Partikelgruppe expandieren merklich oberhalb der Minimalfluidisierung, bevor Blasen entstehen. Wird die Gaszufuhr abgeschaltet, kollabiert das Bett sehr langsam und ein deutliches Gashaltevermögen ist kennzeichnend. Die üblicherweise als rieselfähig bezeichneten Partikel sind durch die Geldart-Gruppe B und D repräsentiert. Geldart-Gruppe D sind Ma- terialien mit groben und/oder schweren Partikeln. Der Geldart-Gruppe B entsprechen die meisten Materialien. Beide Klassen sind einfach zu fluidisieren und es liegt kein Gashaltevermögen vor.

[0010] Die DE 1583505 C3 lehrt eine Kühleinrichtung für das aus einem Drehofen austretende heiße Gut zum Brennen oder Sintern ungeformter oder körniger Massen, bestehend aus einem Kühlschacht nach Patent DE 1558609 A, dadurch gekennzeich- net, dass oberhalb der die Gutsäule im Kühlschacht abstützenden Brechwalzen Grobbrechwalzen zur Zerkleinerung größerer Brocken angeordnet sind, die gegebenenfalls Kühlung erhalten können. In einer Ausführungsform der Erfindung sind oberhalb der Grobbrechwalzen dachförmige Profile, beispielsweise mit Dreieckquerschnitt, zur Druckentlastung von ersteren angeordnet, die erforderlichenfalls eine Kühlung durch Luft oder Wasser erhalten können. Eine Möglichkeit zur indirekten Kühlung mit einem Kühlmedium wird nicht beschrieben. Die Kühlluft wird über eine Zuleitung am unteren Ende der Kühleinrichtung zugeführt, so dass ein effektiver Gasaustausch des Gases in den Zwischenräumen der Partikeln nicht möglich ist. [0011] Die DE 3922764 A1 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von Feststoff aus einem heißen Gas mit einem nicht-zentrifugalen Abscheider mit einem darunter angeordneten Sammelbunker. Der sich in dem Sammelbunker angesammelte, abgetrennte Feststoff wird von einem Gas durchströmt und direkt gekühlt. Das aufgeheizte Gas wird zusammen mit dem von dem Feststoff befreiten Gas ge- meinsam durch den Abscheider geführt. Das offenbarte Verfahren und die Vorrichtung geben keinerlei Möglichkeit, eine indirekte Kühlung des Feststoffes vorzunehmen. Auch ist die Zuführung des kühlenden Gases nicht stets so möglich, dass eine Fluidi- sierung des Feststoffes erfolgt und ein Verbacken verhindert werden kann.

[0012] Die US 2276496 A beschreibt ein Verfahren zur Kühlung von Material zur Wärmebehandlung, wozu beispielsweise Kalzinierung und Sinterung gehören, in Rotationsöfen, wie sie in der Kalkstein-, Zement- oder verwandten Industrien eingesetzt werden, und betrifft im Besonderen Mittel, das kalzinierte oder gesinterte Material, wie es aus dem Ofen entnommen werden kann, zu kühlen. Zur Kühlung kann Luft oder ein gasförmiges Medium in mehreren Stufen in den zu kühlenden Feststoff eingedüst wer- den. Möglichkeiten zur indirekten Kühlung mit einem Kühlmedium werden nicht gelehrt. Auch ist es nicht möglich, das Verfahren zur Entfernung von Synthesegas zu nutzen, da das gasförmige Medium Luft ist und ein inertes Gas nicht zuführbar ist. Schließlich wird zur Ausführung des Verfahrens eine Vorrichtung eingesetzt, die stationär eingesetzt wird und deshalb nicht mit jeder Anlagenform kompatibel ist. [0013] Die genannten Vorrichtungen oder Verfahren ermöglichen zwar eine Verdrängung eines Teils des Lückenraumgases, sind jedoch für die genannten Feststoffarten nicht geeignet. Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine heiße Feststoffschüttung, die in den Zwischenräumen und in den Lücken der Partikel zu entfernendes Rohgas enthält, herunterkühlt und einen Aus- tausch oder eine Entfernung des darin enthaltenen Rohgases ermöglicht. Die Vorrich- tung soll an unterschiedliche Leistungsanforderungen eines Kohlevergasungsreaktors angepasst werden können und soll auch insbesondere dann verwendet werden können, wenn es sich bei der zu kühlenden Feststoffschüttung um ein feinkörniges oder staubförmiges, mit schlechten Fließeigenschaften versehenes Schüttgut handelt. Die Vorrichtung soll unempfindlich gegen hohe Temperaturen sein und keine Korrosionsneigung bei eventuell in der zu kühlenden Feststoffschüttung enthaltenen aggressiven Schadstoffen aufweisen. Die Vorrichtung soll zudem universell einsetzbar sein, obwohl eine Kühlung für aus Kohlevergasungsprozessen stammende Feststoffschüttungen die bevorzugte Anwendung ist. [0014] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung, bestehend aus einem Behälter, der in die Bereiche Zufuhrteil für die heiße Feststoffschüttung, Kühlungsteil und Abzugsteil für den gekühlte Feststoffschüttung unterteilt wird und der von der zu kühlenden Feststoffschüttung durchströmt wird. Der Kühlungsteil wird quer zur Strömungsrichtung von Leitungen durchsetzt, die in zwei Sorten aufgeteilt sind, wobei die eine Sorte von Leitungen konventionell von einem wärmeübertragenden Medium oder Kühlmedium durchströmt werden, und die andere Sorte von Leitungen in das Behälterinnere gasdurchlässig ist, so dass ein Gas in das Behälterinnere und in das Feststoffbett strömen kann.

[0015] Das so in die Schüttung eingebrachte Gas bewirkt folgendes:

• An den gasdurchlässigen Flächen wird durch das zugeführte Gas die

Wandreibung der Feststoffschüttung herabgesetzt. Der Feststoff kann an den gasdurchlässigen Flächen abfließen oder diese einfach umfließen.

• Durch die Gaszufuhr findet eine lokale Auflockerung der Schüttung statt, die je nach Gasmenge bis hin zur lokalen Fluidisierung führen kann.

Durch die Gaszufuhr und die damit verbundene Auflockerung und Verdünnung verbessern sich die Fließeigenschaften des Schüttguts, so dass auch die hier betrachtete sehr feine Flugasche die Apparatur durchströmen kann.

• Durch das zugeführte Gas wird das vorhandene Lückenraumgas und damit auch noch vorhandene Rohgaskomponenten zwischen den Partikeln verdünnt und ausgetauscht.

[0016] Das Abzugsteil umfasst Zuführstutzen für weiteres Gas, wobei dieses eine Riesel- oder Fließfähigkeit der ausfließenden Feststoffschüttung sicherstellt. [0017] Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich weiterhin so ausgestalten, dass die wärmeübertragenden Leitungen oder die gasdurchlässigen Leitungen beispielsweise als Leitungen oder Leitungselemente geartet sind, die im Querschnitt rechteckig sind oder als medium- oder gasführende Hohlkörper geformt sind, so dass die Vorrichtung an veränderte Feststoffeigenschaften oder veränderte Leistungsanforderungen des Feststoffkühlers angepasst werden kann.

[0018] Die Erfindung betrifft insbesondere einen Feststoffkühler als Vorrichtung zur Kühlung einer heißen, feinkörnigen Feststoffschüttung bei gleichzeitigem Austausch des zwischen den Schüttungspartikeln und in deren Poren enthaltenen Lücken- raumgases, umfassend

• einen Behälter, der als Kühlungsteil dient, wobei an der einen Seite mindestens eine Öffnung zur Aufnahme und auf der ihr gegenüberliegenden Seite mindestens ein Abzug von durchströmender Feststoff- schüttung angeordnet ist, wobei

• der Behälter im Inneren eine erste Sorte von Leitungen enthält, die gegenüber dem Inneren des Behälters geschlossen sind, und die von einem Medium durchströmt werden, so dass ein indirekter Wärmeaustausch der feinkörnigen Feststoffschüttung und des sie umgebenden Lückenraumgases mit dem die Leitungen durchströmenden Medium ermöglicht wird, und

• der Behälter im Inneren eine zweite Sorte von Leitungen enthält, die in das Innere des Behälters gasdurchlässig sind, und die von einem Gas durchströmt werden, welches durch Öffnungen in das Innere des Behälters hineinströmt, und

• der Behälter einen Gasentlastungsstutzen für das aus der zweiten Sorte von Leitungen in das Innere des Behälters eingebrachte Gas sowie das dadurch verdrängte Lückenraumgas aufweist.

[0019] Die mediumführenden Leitungen oder die gasführenden Leitungen sind bevorzugt Rohre, deren Querschnittsfläche rund ist. Es ist aber auch denkbar, dass die mediumführenden Leitungen oder die gasführenden Leitungen Rohre sind, deren Querschnitt eckig ist. Dieser kann auch auf jeweils zwei Seiten verlängert sein, so dass sich ein rechteckiger oder abgeflachter Querschnitt bildet. Der Querschnitt beider Leitungen kann schließlich beliebig geformt sein. In einer besonderen Ausführung lassen sich die Leitungen mit einem rechteckigen oder abgeflachten Querschnitt auch als me- dium- oder gasführende Hohlkörper bezeichnen oder gestalten. Das Medium oder das Gas können auch durch verschiedene Leitungen geführt werden oder durch eine beliebige Kombination dieser Leitungen geleitet werden. Im Wesentlichen durch die Fließeigenschaften der Feststoffschüttung und die zur Wärmeabfuhr benötigte Wärme- überträgerfläche bestimmt, kann eine vorteilhafte Ausführung aus einer Kombination von Leitungen mit rundem oder rechteckigem Querschnitt bestehen.

[0020] Der Behälter besitzt in einer typischen Ausführungsform eine Wand, die als Doppelmantel ausgeführt ist und die ebenfalls mit einem Wärmeüberträgermedium beaufschlagt wird. Dadurch ist diese Wand mit einer Mantelkühlung versehen. In einer ty- pischen Ausführungsform fließt das kühlende Medium aus dem Doppelmantel in die kühlenden Leitungen.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform setzt sich der Behälter aus einem Zufuhrteil, einem Kühlungsteil und einem Abzugsteil für die zu kühlende Feststoffschüttung zusammen. Bei dem Zufuhrteil und dem Abzugsteil oder bei beiden Teilen handelt es sich bevorzugt um konische Bauteile, die jeweils mit der größeren Öffnung mit dem Kühlungsteil zusammengesetzt sind. Denkbar sind aber auch andere Bauelemente, wie sie üblicherweise im Behälterbau eingesetzt werden. Denkbar sind beispielhaft Klöpperböden, Korbbogenböden, oder für das Zufuhrteil Flachdeckel. Im Zufuhrteil befindet sich stets mindestens ein Gasauslassstutzen als Gasentlastungsstutzen, der be- zweckt, dass das durch die Feststoffschüttung verdrängte Gas aus dem Zufuhrteil entweichen kann. In einer typischen Ausführungsform sind der Gasentlastungsstutzen und die Aufnahme der Feststoffschüttung auf derselben Seite angeordnet. Es ist möglich, dass sich in Feststoffflussrichtung vor oder hinter dem Behälter mindestens ein Gaszufuhrstutzen für zuzuführendes Gas befindet. [0022] Die Anordnung der Leitungen in dem Kühlungsteil ist so vorzunehmen, dass eine optimale Kühlung, ein optimaler Gasaustausch zwischen den Partikeln und ein optimaler Feststofffluss ermöglicht wird. So können beispielsweise die erste Sorte mediumführender Leitungen und die zweite Sorte gasführender Leitungen im Inneren des Behälters, im Behälter-Querschnitt gesehen, reihenförmig in Feststoff ström ungs- richtung angeordnet sein, wobei sich die Reihen der ersten Sorte mediumführender Leitungen und die der zweiten Sorte gasführender Leitungen in Strömungsrichtung der Feststoffschüttung, im Behälter-Querschnitt gesehen, abwechseln. [0023] Die erste Sorte mediumführender Leitungen und die zweite Sorte gasführenden Leitungen im Inneren des Behälters, im Behälter-Querschnitt gesehen, können auch reihenförmig gegenüber der Feststoffströmungsrichtung schräg angeordnet sein, wobei sich die Reihen der mediumführenden Leitungen und die der gasführenden Lei- tungen schräg zur Strömungsrichtung der Feststoffschüttung, im Behälter-Querschnitt gesehen, abwechseln. Schließlich können die erste Sorte mediumführender Leitungen und die zweite Sorte gasführender Leitungen im Inneren des Behälters, im Behälter- Querschnitt gesehen, gegenüber der Feststoffströmungsrichtung reihenförmig in Zickzackform angeordnet sein, wobei sich die Reihen der mediumführenden Leitungen und der gasführenden Leitungen in Strömungsrichtung der Feststoffschüttung abwechseln.

[0024] Die mediumführenden Leitungen zum Wärmeaustausch und die gasführenden Leitungen zur Gaszufuhr sind vorteilhaft so angeordnet, dass ein optimaler Wärmeaustausch und eine optimale Gaszufuhr in der Feststoffschüttung möglich wird, wodurch zum Einen der Austausch des Lückenraumgases erfolgt und zum Anderen das Fließverhalten der Feststoffschüttung günstig beeinflusst wird. Dies gilt auch für die Leitungen selbst, die in Formgebung und Durchmesser so ausgestattet sind, dass ein optimaler Wärmeaustausch und Gaszufuhr möglich ist. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Verbesserung die zweite Sorte gasführender Leitungen im Durchmesser kleiner ist als die erste Sorte mediumführender Leitun- gen.

[0025] Eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist so gestaltet, dass mindestens eine mediumführende Leitung im Inneren des Behälters im eigenen Querschnitt in Feststoffströmungsrichtung erweitert wird, so dass eine im Querschnitt abgeflachte Leitung gebildet wird. Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrich- tung ist so gestaltet, dass eine gasführende Leitung im Inneren des Behälters im eigenen Querschnitt in Feststoffströmungsrichtung erweitert wird, so dass eine im Querschnitt abgeflachte Leitung gebildet wird. Es ist auch möglich, diese Leitungen als Leitungen zu gestalten, deren Querschnitt rechteckig ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dann so gestaltet, dass mindestens eine Leitung im Inneren des Behälters ei- nen rechteckigen Leitungsquerschnitt mit in Feststoffströmungsrichtung verlängerten Seiten aufweist. Schließlich ist es auch möglich, sowohl mindestens eine mediumführende Leitung als auch eine gasführende Leitung als Leitung mit abgeflachtem oder mit rechteckigem Querschnitt zu gestalten. [0026] Generell kann es sich bei den im Querschnitt eckigen Leitungen um Rohre mit nicht-rundem Querschnitt handeln, oder um eine Ausführung in Form von Hohlkörpern, durch die das Wärmeüberträgermedium oder das Gas strömt. Im letzteren Fall sind die gasführenden Hohlkörper oder die gasführenden Rohre mit nicht rundem Querschnitt zumindest teilweise gasdurchlässig auszuführen, um eine Gaszufuhr in die Feststoffschüttung zu erreichen.

[0027] Die mit abgeflachtem oder rechteckigem Querschnitt geformten Leitungen können im Inneren mäanderförmig gestaltet sein, um den Fluss des Mediums oder Gases zu verbessern. Dies trifft insbesondere für eine vorteilhafte Gestaltung von Leitun- gen mit abgeflachtem oder rechteckigem Querschnitt zu, die als medium - oder gasführende Hohlkörper ausgeführt sind. Es ist möglich, dass mindestens eine medium- und mindestens eine gasführende Leitung im Inneren des Behälters den eigenen Querschnitt parallel zur Feststoffströmungsrichtung erweitert, so dass die von Medium durchströmten Leitungen im Querschnitt abgeflacht oder rechteckig geformt sind. Es ist auch möglich, dass mindestens eine gas- und mediumführende Leitung im Inneren des Behälters im eigenen Querschnitt in Feststoffströmungsrichtung erweitert wird, wobei sich medium- und gasführende Leitungen quer zur Feststoffströmungsrichtung abwechseln.

[0028] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, einen Teil der Leitungen als im Querschnitt runde Leitungen zu gestalten und einen anderen Teil der Vorrichtung als im Querschnitt rechteckige Leitungen. Hierzu ist es beispielsweise möglich, dass sich zwischen den mediumführenden Leitungen, deren Querschnitt in

Feststoffströmungsrichtung abgeflacht ist, quer zur Feststoffströmungsrichtung weitere

Leitungen befinden, deren Querschnitt rund ist, wobei sich die im Querschnitt runden gas- oder mediumführenden Leitungen in Feststoffströmungsrichtung abwechseln.

Auch die Reihenfolge und die Zahl der Leitungen kann beliebig sein.

[0029] In einer Ausführungsform der Erfindung sind die medium- oder gasführenden Leitungen, welche im Querschnitt in Feststoffströmungsrichtung abgeflacht sind, in Feststoffströmungsrichtung mehrfach vorhanden. So ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, dass zwischen den medium- oder gasführenden Leitungen, welche im Querschnitt in Feststoffströmungsrichtung abgeflacht und mehrfach vorhanden sind, in Feststoffströmungsrichtung mindestens eine gasführende oder mediumführende Leitung angeordnet ist, deren Querschnitt rund ist. Diese können sich in Feststoffströmungsrichtung auch abwechseln. [0030] Die gasführenden Leitungen oder die gasführenden hohlen Leitungen sind aus einem Material gestaltet, welches es ermöglicht, einen Gaseintritt in die Feststoff- schüttung zu erreichen. Dies ist bevorzugt ein poröses Material, welches eine Porengröße besitzt, die einen Gaseintritt in die zu kühlende Feststoffschüttung ermöglicht, aber undurchlässig für die Feststoffschüttung in die gasführenden Leitungen ist. In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem porösen Material um Sinterkeramik, poröse Keramik, um einen porösen Kunststoff oder um gasdurchlässiges Sintermetall. Es ist ebenso möglich, die gasführenden Leitungen zur Einleitung des Gases in die Feststoffschüttung mit Löchern, Bohrungen, Aussparungen, Schlitzen oder dergleichen zu versehen. Die Leitungen werden aus herkömmlichem, gasundurchlässigem Material angefertigt und mit Bohrungen, Löchern, Schlitzen etc. für den Gasdurchtritt versehen. Außerdem ist es möglich, dass die gasführenden Leitungen nur stellen- oder abschnittsweise mit einem porösen Material versehen sind und der Rest der Leitung aus herkömmlichen gasundurchlässigem Material besteht. [0031] Die mediumführenden Leitungen oder der Reaktor sind aus einem Material gestaltet, welches es ermöglicht, eine Kühlung durch einen guten Wärmeübergang durchzuführen, ohne zu korrodieren. Die Materialauswahl des Behälters und der mediumführenden Leitungen erfolgt in Abhängigkeit der Eintrittstemperatur der Feststoffschüttung und der sich im Lückenvolumen befindlichen Rohgaskomponenten und kann beispielsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Stahl gefertigt werden.

[0032] Das Verhältnis der äußeren Flächen der gasführenden Leitungen und der mediumführenden Leitungen im Inneren des hohlen Behälters ist bevorzugt gleich. Es ist jedoch auch möglich, das Verhältnis der äußeren Flächen der gasführenden Leitungen und der mediumführenden Leitungen ungleich zu gestalten. So ist es möglich, dass das Verhältnis der äußeren Flächen der gasführenden Leitungen zu den mediumführenden Leitungen im Inneren des hohlen Behälters 20 bis 50 Prozent beträgt. Die optimale Auswahl hängt von der Kühlaufgabe und den Fließeigenschaften der Feststoffschüttung ab. Handelt es sich um ein vergleichsweise gut fließendes Schüttgut bei hoher Temperatur, so wird der Anteil der Wärmeüberträgerfläche erhöht und der Anteil der Gaszufuhrflächen reduziert. Handelt es sich dagegen um eine nicht frei fließende Feststoffschüttung, wird die Bestimmung der Flächen durch die benötigte Zufuhr von Gas vorgegeben, um jederzeit einen Feststofffluss gewährleisten zu können.

[0033] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, mit dem ein feinkörniger, heißer Feststoff, der vorzugsweise als Schüttung vorliegt, gekühlt wird, wobei es gleichzeitig zu einem Austausch der Gase zwischen den Partikeln und in den Lücken der Partikel kommt.

[0034] Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Kühlung einer feinkörnigen und heißen Feststoffschüttung bei gleichzeitigem Austausch des zwischen den Schüttungspartikeln und in deren Poren enthaltenen Lückenraumgases, wobei

• die zu kühlende Feststoffschüttung in einen Leitungen enthaltenen Behälter geführt wird, und

• die Feststoffschüttung kontinuierlich durch den Behälter bewegt wird, wobei

• eine erste Sorte von Leitungen mit einem gegenüber der Feststoffschüttung kühleren Medium zur Wärmeübertragung durchströmt wird, so dass ein indirekter Wärmetausch zwischen Feststoffschüttung und Wärmeträgermedium erfolgt, und

• eine zweite Sorte von Leitungen gasdurchlässig gestaltet ist, durch die ein zugeführtes Gas in den Behälter und in die Feststoffschüttung geführt wird, und

• das zwischen den Schüttungspartikeln und in deren Poren enthaltene Lückenraumgas durch das zugeführte Gas verdrängt und abgeführt wird. [0035] Bevorzugt handelt es sich bei dem Prozess der Gaserzeugung um eine Kohlevergasung, so dass die Feststoffschüttung im Wesentlichen aus Flugasche und verfestigter Schlacke besteht. Prinzipiell ist es jedoch möglich, den Feststoffkühler für jeden beliebigen Prozess zu verwenden, bei dem eine zu kühlende Feststoffschüttung anfällt, dessen Zwischenraum- oder Lückengas ausgetauscht oder entfernt werden muss.

[0036] Bei dem Medium zum Wärmeaustausch, welches durch die mediumführenden Leitungen strömt, handelt es sich bevorzugt um eine Flüssigkeit, obwohl auch ein Gas oder ein Fluid als wärmeübertragende Medien denkbar sind. Ein besonders bevorzugtes Medium zum Wärmeaustausch ist Wasser. [0037] Auch die Förderung der Feststoffschüttung durch den Kühler kann prinzipiell beliebig durchgeführt werden. So ist es möglich, die Feststoffschüttung durch Schwerkrafteinwirkung durch den Feststoffkühler fließen zu lassen. In einer Ausführung der Erfindung ist es ebenfalls möglich, dass die Feststoffschüttung durch Schwerkraft oder durch einen Druckgradienten oder durch beides in Kombination durch den Feststoffkühler bewegt wird. Zur Erzeugung des Druckgradienten kann beispielsweise ein Gas in den Kühler gebracht werden.

[0038] Die zu kühlende Feststoffschüttung kann prinzipiell eine beliebige Temperatur besitzen, wenn sie in den Feststoffkühler gefördert wird. In einer Ausführung der Erfindung besitzt die Feststoffschüttung beim Einströmen in den Feststoffkühler eine Temperatur von 200 bis 400 ⁰ C. Die Herunterkühlung erfolgt dann auf eine Tempera- tur, in der eine Entsorgung oder Weiterverwendung des Feststoffes problemlos möglich ist. In einer beispielhaften Ausführungsform besitzt die Feststoffschüttung beim Abzug aus dem Feststoffkühler eine Temperatur von 50 bis 150 ⁰ C.

[0039] Bei dem zugeführten Gas, welches zum Austausch des Lückenraumgases dient, handelt es beispielhaft um Stickstoff, Kohlendioxid, Luft oder um eine Mischung aus diesen Gasen. Dieses wird dann im Gemisch mit dem Rohgas aus dem Kühler ausgeführt. In einer Ausführung der Erfindung wird das zugeführte Gas auf bis zu der Temperatur der zugeführten Feststoffschüttung vorgewärmt.

[0040] Die Durchflussmenge des durch die gasdurchlässigen Leitungen in den Behälter geführten Gases wird bevorzugt so geregelt, dass die Geschwindigkeit des zugeführten Gases an der Austrittsoberfläche der gasdurchlässigen Leitung größer oder gleich der minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit der Feststoffschüttung ist. Die gasführenden Leitungen können einzeln oder in Gruppen mit unterschiedlich in der Menge regelbarem Gas versorgt werden. Die zugeführte Gasmenge kann in einer anderen Weise so bemessen sein, dass sich in den freien Querschnitten zwischen den Leitungen eine Gasgeschwindigkeit des zugeführten Gases größer oder gleich der minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit der Feststoffschüttung einstellt.

[0041] In einer Ausführungsform der Erfindung werden die gasführenden Leitungen in Feststoffströmungsrichtung von unten nach oben und/oder in zeitlicher Abfolge mit Gasimpulsen durchströmt, so dass einer Festsetzung der Feststoffschüttung im Feststoffkühler entgegengewirkt wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die aus dem Behälter ausströmende Feststoffschüttung durch mindestens einen Gaseinlassstutzen im Auslaufbereich mit weiterem Gas aufgelockert, so dass am Aus- lassstutzen ein von Restgas nahezu befreiter, gekühlter und aufgelockerter Feststoff erhalten wird.

[0042] In einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, Gasimpulse einzusetzen, so dass die Poren oder gasdurchlässigen Stellen der gasführenden Leitungen von Pfropfen gereinigt oder befreit werden. Diese Impulse bestehen aus Wellen erhöhten Gasdrucks, durch die Pfropfen oder Feststoffbrocken oder gebildete Brücken durch den erhöhten Gasdruck von den gasführenden Leitungen entfernt werden können.

[0043] Dies sind Ausführungsformen der Erfindung, die sich aus der beschriebenen Vorrichtung mit Zufuhrteil, Kühlungsteil und Abfuhrteil mit wärmeaustauschenden mediumführenden Leitungen und gasaustauschenden, gasführenden Leitungen ergeben. Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass eine Feststoffschüttung, die aus einer Gaserzeugung und insbesondere aus einer Kohlevergasung abgeschieden wird, wirkungsvoll heruntergekühlt werden kann, wobei gleichzeitig das in der Feststoffschüttung enthaltene Gas entfernt und die Feststoffschüttung einer Weiterverwendung oder Entsor- gung zugeführt werden kann.

[0044] Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Feststoffkühlers wird anhand von elf Zeichnungen genauer erläutert, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.

[0045] FIG. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Feststoffkühler, der aus einem Zu- fuhrteil (6), einem Kühlungsteil (5) und einem Abzugsteil (16) besteht. Die Feststoffschüttung (1) strömt in Fließrichtung g durch den konischen Zufuhrteil (6) ein, und kommt mit zwei Sorten von Leitungen (2,3) in Kontakt, wobei die eine Sorte von Leitungen (2) von mediumführenden Leitungen gebildet wird, die zum Wärmeaustausch und zur Kühlung der Feststoffschüttung dienen, und die andere Sorte von Leitungen (3) gasdurchlässig sind und zur Gaszufuhr in die Feststoffschüttung (1) dienen. Diese düsen ein Gas in die Feststoffschüttung ein, so dass das in den Partikeln enthaltene Restgas gegen das Gas ausgetauscht wird und gleichzeitig eine Auflockerung der Partikel erreicht wird. Die Wand (13) des Kühlungsteils (5) ist wärmeleitfähig und ist mit einem Mantel versehen, durch den Kühlungsmedium (14) strömt. Das Zufuhrteil (6) ent- hält einen Gasentlastungsstutzen (7), über den das Gas aus dem Zufuhrteil (6) bei Einströmen der Feststoffschüttung entweichen kann. Das Abzugsteil (16) ist mit weiteren Gaseinleitungsöffnungen (8,10) versehen, über die weiteres Gas (9,11) zur Auflockerung der Feststoffschüttung strömen kann. Die gekühlte und gereinigte Feststoffschüttung (12) wird aus dem konischen Abzugsteil (16) entnommen. Die mediumführenden Leitungen (2) und die gasführenden Leitungen (3) im Inneren des Kühlungsteils (5) sind in Leitungsreihen reihenförmig in Feststoffströmungsrichtung schräg angeordnet, wobei sich die Leitungsreihen (4) der mediumführenden Leitungen (2) und der gasführenden Leitungen (3) schräg zur Strömungsrichtung der Feststoffschüttung abwech- sein. Durch die Integration der Gaszufuhrleitungen wird zwar die Wärmeüberträgerfläche bei vorgegebener Rohranordnung reduziert, gleichzeitig wird aber der Schüttgut- fluss sichergestellt. Bei klassischen Schachtkühlern ist bekannt, dass sich die Feststoffschüttung mit sehr geringer Quervermischung durch die Rohrreihen bewegt und sich bereits gekühlte Strähnen ohne Quervermischung von oben nach unten bewegen, so dass ein nennenswerter Teil der noch heißen Partikel nicht oder erst sehr spät Kontakt zum Wärmeüberträger bekommt. Das führt dazu, dass die Wärmeübertragung nicht so hoch ist, wie sie theoretisch abgeschätzt werden kann. In der vorgeschlagenen Anordnung in Fig. 1 ist zwar weniger Wärmeüberträgerfläche vorhanden, da ein Teil der Rohre zur Gaszufuhr verwendet wird. Andererseits bewirkt die Gaszufuhr eine lo- kale Auflockerung und damit auch Quervermischung, so dass sich eine deutlich effektivere Abkühlung des Schüttguts an den als Leitung (2) gearteten Wärmeüberträgerflächen erreichen lässt.

[0046] FIG. 2 zeigt denselben erfindungsgemäßen Feststoffkühler, der als Schnitt A-A der FIG. 1 gezeigt ist. Zu sehen sind das Zufuhrteil (6), das Kühlungsteil (5) und das Abzugsteil (16). Die mediumführenden Leitungen (2) und die gasführenden Leitungen (3) sind im Querschnitt durch den Behälter (5) verlaufend zu sehen.

[0047] FIG. 3 zeigt nur das Innere des Kühlungsteiles (5) des erfindungsgemäßen Feststoffkühlers. Zu sehen sind die mediumführenden Leitungen (2), die in das Innere des Kühlungsteils undurchlässig sind und die gasführenden Leitungen (3), die in das Innere des Kühlungsteils (5) gasdurchlässig sind und die sich in Leitungsreihen (4) quer zur Feststoffströmungsrichtung abwechseln. Diese werden von einem Gas (15) oder einem Kühlmedium (14) durchströmt.

[0048] FIG. 4 zeigt nur das Innere des Kühlungsteiles (5) des erfindungsgemäßen Feststoffkühlers. Zu sehen sind die Anordnung der mediumführenden Leitungen (2) und der gasführenden Leitungen (3), wobei die mediumführenden Leitungen (2) und die gasführenden Leitungen (3) im Inneren des Kühlungsteils reihenförmig in Feststoffströmungsrichtung schräg angeordnet sind, und sich die Leitungsreihen der mediumführenden Leitungen (2) und der gasführenden Leitungen (3) schräg zur Strömungsrichtung der Feststoffschüttung (1) abwechseln. [0049] FIG. 5 zeigt nur das Innere des Kühlungsteiles (5) des erfindungsgemäßen Feststoffkühlers. Die mediumführenden Leitungen (2) und die gasführenden Leitungen (3) im Inneren des Kühlungsteils (5) sind in Strömungsrichtung reihenförmig in Zickzackform angeordnet, wobei sich die Reihen der mediumführenden Leitungen (2) und der gasführenden Leitungen (3) in Strömungsrichtung der Feststoffschüttung abwechseln.

[0050] FIG. 6 zeigt nur das Innere des Kühlungsteiles (5) des erfindungsgemäßen Feststoffkühlers. Die mediumführenden Leitungen (2) und die gasführenden Leitungen (3) im Inneren des Kühlungsteils (5) sind in Feststoffströmungsrichtung reihenförmig in Zickzackform angeordnet, wobei sich die Reihen der mediumführenden Leitungen (2) und der gasführenden Leitungen (3) in Strömungsrichtung der Feststoffschüttung abwechseln. Die gasführenden Leitungen (3), die in das Innere des Kühlungsteils (5) gasdurchlässig sind, sind im Durchmesser kleiner als die mediumführenden Leitungen (2). Dadurch entsteht bei vorgegebener Rohranordnung ein größerer Zwischenraum und eine größere freie Passage zwischen den Rohren für den Feststofffluss.

[0051] FIG. 7 zeigt das Innere des erfindungsgemäßen Feststoffkühlers mit Zufuhrteil (6), Kühlungsteil (5) und Abzugsteil (16). Die mediumführenden (2) und gasführenden (3) Leitungen sind als im Querschnitt abgeflachte Leitungen geartet, hier beispielsweise als Hohlkörper, wobei die mediumführenden Leitungen (2) in das Innere des Kühlungsteils (5) undurchlässig sind und die gasführenden Leitungen (3) in das Innere des Kühlungsteils (5) gasdurchlässig sind.

[0052] FIG. 8 zeigt denselben erfindungsgemäßen Feststoffkühler (5), der als Schnitt A-A der Fig. 7 gezeigt ist. Zu sehen sind das Zufuhrteil (6), das Kühlungsteil (5) und das Abzugsteil (16). Der Kühlungsteil (6) enthält eine Leitung (2), die im Quer- schnitt abgeflacht, hier beispielsweise als Hohlkörper, und im Inneren mäanderförmig strukturiert ist. Diese Struktur zur gezielten Führung des Kühlmediums (14) kann innerhalb der Wärmeüberträgerflächen vorliegen.

[0053] FIG. 9 zeigt das Innere des erfindungsgemäßen Feststoffkühlers (5) mit Zufuhrteil (6), Kühlungsteil (5) und Abzugsteil (16). Ein Teil der mediumführenden Leitun- gen (2), deren Querschnitt abgeflacht ist, ist hier als mediumführender Hohlkörper ausgeführt. Zwischen und neben den mediumführenden Leitungen (2), die im Querschnitt abgeflacht sind, sind parallel zur Strömung medium- (2) und gasführende (3) Leitungen angeordnet, deren Querschnitt rund ist, wobei sich die im Querschnitt runden gas- und mediumführenden Leitungen (2,3) in Feststoffströmungsrichtung abwechseln. [0054] FIG. 10 zeigt das Innere des erfindungsgemäßen Feststoffkühlers (5) mit Zufuhrteil (6), Kühlungsteil (5) und Abzugsteil (16). Die mediumführenden Leitungen (2) sind als Leitungen geartet, deren Querschnitt rechteckig ist, hier beispielsweise als Hohlkörper ausgeführt. Zwischen und neben den mediumführenden Leitungen (2) sind parallel zur Strömung ausgerichtete, gasführende Leitungen (3) angeordnet, deren Querschnitt rund ist. Die Gaszufuhrrohre (2) sind hier vor Eintritt der Feststoffschüttung in die Wärmetauscherzone angeordnet, sowie nochmals zwischen der folgenden Anordnung von mediumführenden Hohlkörpern. Schüttungen aus sehr feinen Partikeln sind durch gewisses Gashaltevermögen gekennzeichnet, dass sich in der Regel auch in der hier betrachteten Flugasche feststellen lässt. Aufgrund des Gashaltevermögens des Feststoffs erfolgt eine Fluidisierung und Auflockerung vor Eintritt in die Spalte zwischen den mediumführenden Hohlkörpern. In Abhängigkeit des Gashaltevermögens, der Feststoffgeschwindigkeit und der Apparategröße kann es, wie in Figur 10 beispielhaft dargestellt, erforderlich sein, eine oder mehrere weitere Zwischenfluidisierungen vorzunehmen.

[0055] FIG. 11 zeigt das Innere des erfindungsgemäßen Feststoffkühlers mit Zufuhrteil (6), Kühlungsteil (5) und Abzugsteil (16). Die mediumführenden Leitungen (2) und die gasführenden Leitungen (3), deren Querschnitt rund ist, sind im Inneren des Behälters (5) reihenförmig in Strömungsrichtung schräg angeordnet, wobei beispielhaft jede vierte Leitung einer Leitungsreihe (4) eine gasführende Leitung (3) ist. Hier erfolgt analog zur Fig. 10 eine Auflockerung der Feststoffschüttung vor Eintritt in die Wärmetauscherzone. In welchen Abständen eine weitere Gaszufuhrreihe (hier im Beispiel jede 4.) notwendig wird, hängt vom Gashaltevermögen der Feststoffschüttung und der Feststoffgeschwindigkeit im Behälter ab und muss für den jeweiligen Fall bestimmt werden.

[0056] Bezugszeichenliste

1 Einströmender zu kühlender Feststoff, Feststoffschüttung

2 Mediumführende Leitungen

3 Gaszuführende Leitungen

4 Leitungsreihe

5 Kühlungsteil oder Behälter

6 Zufuhrteil

7 Gasentlastungsstutzen

8 Gaszufuhrstutzen

9 Zugeführtes Gas

10 Gaszufuhrstutzen

11 Zugeführtes Gas

12 Gekühlter Feststoff

13 Wand als Wärmeüberträgerfläche

14 Medium oder Kühlmedium

15 Gas

16 Abzugsteil

g Fließrichtung der Feststoffschüttung