(57)【要約】  本発明は、スラグを含む高温ガス流を処理するための装置および方法と、装置を備えた噴流床ガス化設備に関する。装置は、上側に配置された高温ガス流（１）用入口（２）と、この入口（２）が開口する、ハウジング（１３）内に同心的に垂直に配置された浸漬管（３）と、この浸漬管（３）の下側区間が浸漬されている冷却媒体浴（１４）と、冷却されかつスラグを除去された生ガスのための少なくとも１個の生ガス出口（２０）とをハウジング（１３）内に備えている。浸漬管（３）の下側区間は冷却媒体浴（１４）内で半径方向に拡張したガス分配用鐘形部材（１２）として形成されている。このガス分配用鐘形部材（１２）は下方へ向かって広がる横断面を有するほぼ円錐状の外周壁面によって形成され、この外周壁面は多数のガス通過穴（１２’）を有し、このガス通過穴（１２’）はガス分配用鐘形部材（１２）の周りに分配されている。その際、ガス通過穴（１２’）の寸法は冷却媒体浴（１４）内の浸漬深さと共に増大している。
2013543523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側に配置された高温ガス流（１）用入口（２）と、
この入口（２）が開口する、ハウジング（１３）内に同心的に垂直に配置された浸漬管（３）と、
この浸漬管（３）の下側区間が浸漬されている冷却媒体浴（１４）と、
冷却されかつスラグを除去された生ガスのための少なくとも１個の生ガス出口（２０）とを備え、
前記浸漬管（３）の下側区間が前記冷却媒体浴（１４）内で半径方向に拡張したガス分配用鐘形部材（１２）として形成されている、
前記ハウジング（１３）内でスラグを含む高温ガス流（１）を処理するための装置において、
前記ガス分配用鐘形部材（１２）が下方へ向かって広がる横断面を有するほぼ円錐状の外周壁面によって形成され、
この外周壁面が多数のガス通過穴（１２’）を有し、このガス通過穴（１２’）が前記ガス分配用鐘形部材（１２）の周りに分配され、前記ガス通過穴（１２’）の寸法が前記冷却媒体浴（１４）内の浸漬深さと共に増大していることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記浸漬管（３）がその全長にわたって二重壁状に形成され、前記浸漬管（３）の内管（３’）と外管（３″）の間に環状隙間（４）が設けられ、
前記浸漬管（３）の内壁に冷却媒体フィルム（７）を発生するために、前記浸漬管（３）の上端に冷却媒体環状室（６）が配置され、
前記環状隙間（４）が前記冷却媒体環状室（６）に接続され、
前記環状隙間（４）に接続された冷却媒体供給管（５）が前記浸漬管（３）の下側区間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ガス通過穴（１２’）と前記冷却媒体浴（１４）を流通する際のガス圧力損失の合計が前記冷却媒体浴（１４）内のガスの流路に依存しないでほぼ一定のままになるように、前記ガス通過穴（１２’）の寸法が下方に向けて増大していることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記浸漬管（３）の直径に対する、前記ガス分配用鐘形部材（１４）の最大直径の比が１．５〜３であることを特徴とする請求項１〜３の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項５】
集合ホッパー（１５）が前記ハウジング（１３）の底に配置されたスラグ排出部（１６）から前記ハウジング（１３）の内壁まで円錐状に延在し、前記ガス分配用鐘形部材（１２）の下側エッジが前記集合ホッパー（１５）内に達するように、前記ガス分配用鐘形部材（１２）と前記集合ホッパー（１５）が相互配置されていることを特徴とする請求項１〜４の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項６】
それぞれ前記ハウジング（１３）の外側の冷却媒体供給管（１０、１８）に流体接続されかつガス流れの方に向いた少なくとも２個の噴霧ユニットが、前記浸漬管（３）の周りに同心的に配置され、少なくとも第１の噴霧ユニットが前記浸漬管内部に向けられ、第２の噴霧ユニットが前記浸漬管（３）と前記ハウジング（１３）の間に形成された中間室（２１）内に向けられていることを特徴とする請求項１〜５の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１噴霧ユニットが前記浸漬管（３）の上側３分の１内に、少なくとも１個のノズルリング（８）、好ましくは２個のノズルリング（８、９）を備え、前記の各ノズルリング（８、９）が前記浸漬管（３）の周りに配置され、かつ前記二重壁を通って前記浸漬管（３）内へ延在するノズルを備えていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ノズルリング（８、９）の前記ノズルが半径方向内側に向けられ、水平に対してある角度、好ましくは０〜３０°の範囲の角度だけ下側へ傾斜していることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記の第２噴射ユニットが特に下向きの主噴霧方向を有するノズルリング（１７）として形成され、かつ前記中間室（２１）の上側範囲内に配置され、前記ハウジング（１３）の前記内壁と前記外管（３″）が前記ノズルリング（１７）によって冷却媒体でほぼ完全に湿らすことが可能であることを特徴とする請求項６、７または８の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの生ガス出口（２０）が前記ハウジング（１３）の上側３分の１内に配置され、多数の出口（２０）が前記ハウジング（１３）の上側３分の１内の異なる高さ位置に配置可能であることを特徴とする請求項１〜９の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項１１】
噴流床ガス化設備が噴流床ガス化装置と請求項１〜１０の少なくとも一項に記載の装置を備え、この装置が噴流床ガス化装置の下流に配置され、高温ガス流（１）のための入口（２）が噴流床ガス化装置の高温ガス出口に流体接続されていることを特徴とする噴流床ガス化設備。
【請求項１２】
高温ガス流（１）が入口（２）を経てハウジング（１３）内の浸漬管（３）に流入し、
前記浸漬管（３）の上端で冷却媒体フィルム（７）が前記浸漬管（３）の内壁に発生し、
前記浸漬管（３）に沿って流れる高温ガス流（１）が前記浸漬管（３）の内壁の前記冷却媒体フィルム（７）に接触して予備冷却される、
スラグを含む前記高温ガス流（１）を処理するための方法において、
予備冷却された前記高温ガス流（１）を、下側区間が冷却媒体浴（１４）に浸漬している前記浸漬管（３）を通って、前記冷却媒体浴（１４）に流入させるステップと、
前記浸漬管（３）に接続する円錐状のガス分配用鐘形部材（１２）の、浸漬深さに依存する寸法を有するガス通過穴（１２’）によって、前記ガス流を前記冷却媒体浴（１４）内で分散させるステップと、を特徴とする方法。
【請求項１３】
前記浸漬管（３）の内管（３’）と外管（３″）の間の環状隙間（４）に冷却媒体を供給するステップと、
前記冷却媒体で前記浸漬管（３）を内部冷却し、その際冷却媒体が前記環状隙間（４９内を上方へ流れるステップと、
前記浸漬管（３）の前記内部冷却によって前記冷却媒体フィルム（７）を冷却するステップと、
前記環状隙間から出て、内部冷却のために使用される冷却媒体によって、前記浸漬管（３）の上端で前記冷却媒体フィルム（７）を発生するステップと、を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記高温ガス流（１）が、前記浸漬管（３）を流通する間に、冷却媒体を噴霧することによって付加的に冷却されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却媒体浴（１４）から出る生ガス流が冷却媒体の噴霧によって冷却されることを特徴とする請求項１２〜１４の少なくとも一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグを含む高温ガス流を処理するための装置と方法に関する。本発明はさらに、本発明に係る装置を備えた噴流床ガス化設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラグを含む高温の反応ガスを冷却するためおよびスラグを分離するために、工業的に生産される反応ガスはそれ自体公知の方法で冷却媒体に接触させられる。この場合、そのために、高温ガス流内への冷却液の噴霧（自由空間急冷）および／または冷却媒体浴を通しての反応ガスの通過案内（浸漬急冷）が利用される。この両急冷方法は利点と欠点を有する。自由空間急冷は冷却水の高い品質を前提とするが、浸漬急冷では、固体成分またはその特性に依存して冷却媒体を何度も利用することができる。一方または他方の急冷方法の使用は、手前で行われるプロセスの外部条件と使用製品の特性に依存する。しばしば、急冷装置の実際の使用中に初めて、急冷装置の選択が最適に行われたかどうかが分かった。方法管理の計画策定の基礎である方法条件は時間の経過と共に変化する。これによって、使用製品の変化する品質が決まる。従って、自由空間急冷と浸漬急冷の組み合わせが知られている。この組み合わせの利点は、変化する使用条件への適合可能性にある。
【０００３】
以下において、用語「冷却媒体」はガス急冷のために適したすべての流動性冷却媒体または冷却媒体混合物、特に水を代表して用いられる。
【０００４】
特許文献１は、スラグまたは粉塵を含む高温ガスを冷却および浄化するための方法と装置を開示している。そのために、冷却および浄化すべきガスは、自由噴流として急冷装置内に流れる。この急冷装置内に冷却媒体浴が設けられ、この冷却媒体浴内でスラグ粒子が分離される。ガス入口の高さ位置で、下向きの高温ガス自由噴流の影に、３個までのノズルリングが配置されている。このノズルリングの噴霧ノズルは高温のガス噴流を噴射方向に対してほぼ直角に噴霧する。この場合、第３のノズルリムがガスの再循環流れ内へ下方に向けられているので、ノズルの汚れが回避される。
【０００５】
特許文献２には、粒子を急冷し、廃熱を取り出すことによって、灰を含む燃料から合成ガスを発生するための方法と装置が開示されている。急冷室はガス化反応器の下方に垂直に配置されている。このガス化反応器において、冷却媒体の噴射または低温ガスの供給によって、自由空間急冷が生じるので、一緒に運ばれる液状スラグが、もはや反応器壁の金属表面に付着できないほど冷却される。
【０００６】
特許文献３は、２つの冷却領域によってガス冷却および灰分離するための方法を開示している。この場合、２つの流出方向を有するノズルリングユニット内への浸漬管のガス入口において、冷却水フィルムが浸漬管内壁に発生し、同時に冷却水が約４５°の角度をなして浸漬管内のガス流の中に下方へ噴霧される。予備冷却されたガスは、下側にぎざぎざを形成した浸漬管を経て浸漬浴内に流入し、浸漬浴表面に新たに方向変換した後で急冷室から排出される。
【０００７】
特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７により、ガスを急冷するガス化方法と装置が知られている。この場合、急冷室に流入するガスが、異なる高さ位置に配置されたノズルを介して、冷却液を側方からガス流に噴霧することによって冷却され、その際分離されたスラグが浸漬浴内に集められる。
【０００８】
特許文献８により、圧力ガス化からの反応ガスを処理するための方法と装置が知られている。この圧力ガス化は特に、ガスの水蒸気飽和と共に、直接的な冷却と粒子粉塵化を同時に行うことを目指している。そのために、処理すべき生ガスはガス供給管を通って、冷却媒体浴内に吊るされた鐘形部材内に供給され、そこから流出穴によって鐘形部材の上側で冷却媒体浴内に均一に分配される。上昇するガスを案内するために、流出穴の上方に、露出配置された案内管が設けられている。この案内管の上方で、露出配置されたフードが冷却媒体表面の沸騰を防止する。この装置によって、少ない装置コストおよびエネルギーコストで、反応器壁上における固体の堆積が回避される。
【０００９】
特許文献９には、高温合成ガスを冷却して、高温合成ガスからスラグを取り除くための方法が開示されている。この高温ガスは第１領域において浸漬管の内壁上の冷却媒体フィルムに接触させられ、第２領域において浸漬管横断面内に噴霧された冷却媒体に接触させられ、第３領域において冷却媒体浴を通って流れ、そして第４領域において噴霧された冷却媒体に改めて接触させられる。浸漬管は一定の横断面を有し、気泡を浸漬浴内に均一に分配するためのぎざぎざのついた下側エッジを備えている。方法に適した装置は、高温ガス入口の下方に、冷却媒体フィルムによって冷却される浸漬管と、この浸漬管の下側の３分の１内において浸漬管内部の方に向けて浸漬管上に設けたノズルリムと、浸漬浴と、生ガス出口の下方において浸漬管上に配置した下向きの外側の噴霧装置とを備えている。
【００１０】
これらの解決策の欠点は、急冷されたガスの特性がガスの装入量によって不所望なほど変化することにある。公知の急冷装置はフレキシビリティが不十分であるので、装置の急冷作用（ガス冷却とスラグ分離）が不所望なほどガス装入量に左右される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＤＤ２８０９７５Ｂ３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００５０４２６４０Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第４，４６６，８０８号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第０２８４７６２Ａ２号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２００５０４１９３０Ａ１号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２００６０３１８１６Ａ１号明細書
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２００８０３５２９５Ａ１号明細書
【特許文献８】ＤＤ１４５８６０号明細書
【特許文献９】欧州特許第０１２７８７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
これらの従来技術から出発して、本発明の根底をなす課題は、高温ガス流の装入量の変動時にも、ほぼ一定のスラグ分離とほぼ一定のガス冷却が達成され、それによって装入されたガス量にほとんど左右されない品質の生ガスが生じる、スラグを含む高温ガス流を処理するための装置を提供することである。
【００１３】
さらに、スラグを一緒に運ぶ高温ガス流の冷却中にスラグの改善された分離を行うべきであるので、生産されるガス量に左右されない品質を有する、スラグを除去した生ガスが生じる。同時に、装置と方法は、プロセス障害と頻繁な清掃サイクルをもたらす、接触面におけるスラグ付着の防止が不十分であるという他の欠点を除去すべきである。それによって、寿命が長くなり、清掃コストが少なくて済み、そして冷却媒体の多重利用が可能になる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、請求項１の特徴を有する装置によってあるいは請求項１１の特徴を有する噴流床ガス化設備によって解決される。対応する方法を提供するという課題は、請求項１２の特徴を有する方法によって解決される。装置と方法の発展形態は従属請求項に記載されている。
【００１５】
スラグを含む高温ガス流を処理するための本発明に係る装置は、ハウジング内に、上側に配置された高温ガス流用入口を備え、この高温ガス流用入口はハウジング内に同心的に垂直に配置された浸漬管に開口している。装置はさらに、浸漬管の下側区間が浸漬されている冷却媒体浴と、冷却されかつスラグを除去された生ガスを排出するためにハウジング側壁に設けることができる１つまたは複数の生ガス出口とを備えている。その際、浸漬管の下側区間は冷却媒体浴内で半径方向に拡張したガス分配用鐘形部材として形成され、しかも下方へ向かって広がる横断面を有するほぼ円錐状の外周壁面によって形成されている。この外周壁面は多数のガス通過穴を有し、このガス通過穴はガス分配用鐘形部材の周囲に分配されている。ガス通過穴の寸法は冷却媒体浴内の鐘形部材の浸漬深さと共に増大している。
【００１６】
浸漬管からのガス出口領域内の高温ガス用浸漬管の流れ横断面積を拡張するガス分配用鐘形部材の円錐状外周壁面によっておよびガス分配用鐘形部材の周囲にほぼ均一に分配されかつ順番に段階的に上側から下側へ増大している直径を有する、外周壁面内の多数のガス通過穴によって、高温ガスの流路に関係なく一定の流通条件が作られる。ガス通過穴によって冷却媒体浴内での均一なガス分配が促進され、かつ生じた気泡の大きな表面積のために良好な洗浄作用が促進されると有利である。この洗浄作用は、ガス分配用鐘形部材の円錐状の形成と、浸漬深さと共に増大する、ガス分配用鐘形部材内のガス通過穴の大きさとによって、高温ガス流量が異なる場合にもほぼ一定である。というのは、ガス分配用鐘形部材の外周壁面が下方に向かって広がっているために、ガス装入量が多く、それによってガス分配用鐘形部材内の冷却媒体レベルが下がる場合に、周囲のガス通過穴のより大きな全体穴横断面積が使用可能であるからである。
【００１７】
さらに、深さと共に増大するガス通過穴の幅と、それによって低下する絞り作用とによって、冷却媒体浴を流通する際の、増大する浸漬深さと共に増える圧力損失が相殺されるので、ガスの装入量にほとんど関係なく、浸漬浴の一定の流れ抵抗が得られる。通過穴と冷却媒体浴を流通する際のガス圧力損失の合計は、下方に向かって通過穴の寸法が増大することによって、ほぼ一定に保たれる。
【００１８】
浸漬管の直径はガス分配用鐘形部材と比べて小さいが、これはガス分配用鐘形部材が広がっていることによって初めて可能になる。この浸漬管の直径は、一定の浸漬管直径を有する公知の変形例と比べて重要な利点がある。ハウジングと浸漬管の間の冷却媒体浴のより大きな表面積に基づいて、表面の乱流が小さい。従って、冷却媒体レベルの変動がきわめて小さく、冷却される生ガスと一緒に運ばれる冷却媒体の割合、ひいては浸漬急冷のための冷却媒体消費が低減可能である。
【００１９】
従って、高温ガス流の流量が変動しても、スラグのほぼ一定の分離とほぼ一定のガス冷却が達成可能であり、装入されたガス量にほとんど左右されない品質を有する生ガスを生じることができる。
【００２０】
一実施形では、本発明に係る装置の浸漬管が上端に冷却媒体環状室を備え、この冷却媒体環状室によって浸漬管の内壁に冷却媒体フィルムが発生する。その際、浸漬管はその全長にわたって二重壁状に形成され、内管と外管の間に環状隙間が設けられ、この環状隙間が冷却媒体環状室に接続されている。その際、環状隙間に接続された冷却媒体供給管は浸漬管の下側区間に配置されている。
【００２１】
浸漬管がその全長にわたって二重壁状に形成され、環状隙間が内管の内壁に冷却フィルムを発生するために冷却媒体環状室に接続され一方、環状隙間に接続された冷却媒体供給管が浸漬管の下側区間に配置されているが、この浸漬管の二重壁状の形成によって、浸漬管の強制冷却と、浸漬管内の高温ガス流と浸漬急冷後の冷却された生ガスとの間の良好な熱的分離とが達成される。強く熱負荷された浸漬管が、提案した解決策によって、従来技術によって知られている冷却媒体フィルムを有する浸漬管よりも強力に冷却されるという利点がある。それによって、ガス入口で発生した、浸漬管内面上の冷却媒体フィルムの蒸発が遅くなり、従って冷却媒体フィルムがほぼ浸漬管全長にわたって延在するので、浸漬管に対するスラグ付着が大幅に低減される。
【００２２】
有利な変形では、ガス通過穴が同一形に、特に円形に形成され、ガス分配用鐘形部材の周囲にほぼ均一に分配されている。
【００２３】
浸漬管の直径に対する、ガス分配用鐘形部材の最大直径の比は１．５〜３とすることができる。
【００２４】
さらに、装置が集合ホッパーを備え、この集合ホッパーがハウジングの底に配置されたスラグ排出部からハウジングの内壁まで円錐状に延在している。その際、ガス分配用鐘形部材と集合ホッパーは、ガス分配用鐘形部材の下側エッジが集合ホッパー内に達するように相互配置されている。
【００２５】
本発明に係る装置の他の実施形は、冷却媒体フィルムを用いた予備急冷と、冷却媒体浴内の浸漬急冷と、浸漬管内と浸漬管とハウジングの間の中間室内における自由空間急冷との組み合わせに関する。この自由空間急冷は２個以上の噴霧ユニットによって実施され、この噴霧ユニットはそれぞれハウジングの外側からの冷却媒体供給管に流体接続され、かつ浸漬管の周りに同心的に配置されている。噴霧ユニットはガス流の方へ向けられている。この場合、第１の噴霧ユニットは浸漬管内部に向けられ、第２の噴霧ユニットは中間室内に向けられている。
【００２６】
噴霧ユニットの有利な実施形では、第１噴霧ユニットが浸漬管の上側３分の１内に、少なくとも１個のノズルリング、好ましくは２個のノズルリングを備えている。ノズルリングは浸漬管の周りに配置され、かつ二重壁を通って浸漬管内へ延在するノズルを備えている。ノズルリングのノズルは半径方向内側に向けられ、水平に対してある角度、好ましくは０〜３０°の範囲の角度だけ下側へ傾斜させることができる。
【００２７】
第２噴射ユニットは同様にノズルリングとして形成可能であり、このノズルリングは中間室の上側範囲内に配置され、その主噴霧方向が下方に向いているので、ハウジングの内壁と外管がノズルリングによって冷却媒体でほぼ完全に湿らすことが可能である。
【００２８】
さらに、少なくとも第１噴霧ユニット用冷却媒体と第２噴霧ユニット用冷却媒体が、異なる冷却媒体供給装置から供給され、この場合第２噴霧ユニット用冷却媒体が第１噴霧ユニット用冷却媒体よりも小さな粒子を含んでいる。
【００２９】
冷却媒体が水である場合、第１噴霧ユニットのために、前もって処理しないプロセス水が使用可能であり、第２噴霧ユニットのために、ガス凝縮液および／または浄化排水が使用可能である。
【００３０】
冷却媒体フィルムによる予備急冷と、浸漬管内の自由空間急冷と、冷却媒体浴内の浸漬急冷と、ガス集合室内または浸漬急冷の後の中間室内の再度の自由空間急冷とを組み合わせることにより、ガス急冷をガス特性にフレキシブルに合わせることができるという利点がある。さらに、冷却媒体フィルムを発生するための冷却媒体環状室と噴霧ユニットにより、急冷室の接触面全体が冷却液で湿らされ、それによってスラグ堆積がほぼ完全にまたは完全に回避可能である。
【００３１】
他の実施形では、生ガス出口がハウジングの上側３分の１内に配置されている。多数の出口が設けられている場合、この出口はハウジングの上側３分の１内の異なる高さ位置に配置可能である。
【００３２】
装置の他の有利な実施形では、浸漬管の直径を高温ガス入口の直径の２〜５倍とすることができる。
【００３３】
従って、スラグを含む高温ガス流を処理するための本発明に係る装置は、スラグを含む高温ガス流を発生する装置の後に接続配置するために適している。これは特に噴流床ガス化装置であってもよいので、噴流床ガス化設備は噴流床ガス化装置のほかに、その上流に、本発明に係る装置を備えている。その際、装置の高温ガス流のための入口は、噴流床ガス化装置の高温ガス出口に流体接続されている。
【００３４】
ガス冷却とスラグ分離を含み、ガス装入量にほとんど左右されない急冷作用を有する、スラグを含む高温ガス流を処理するための本発明に係る方法の実施形は、高温ガス流が入口を経てハウジング内の浸漬管に流入し、浸漬管の上端で冷却媒体フィルムが浸漬管の内壁に発生し、浸漬管に沿って流れる高温ガス流が下側区間を冷却媒体浴に浸漬させた浸漬管の内壁上の冷却媒体フィルムに接触して予備冷却される。続いて、浸漬急冷が本発明に従って、浸漬管を通って冷却媒体浴に流入した予備冷却された高温ガス流を、浸漬管に接続する円錐状のガス分配用鐘形部材のガス通過穴によって、冷却媒体浴内で分散させることによって行われる。この場合、ガス通過穴の寸法は浸漬深さに依存している。
【００３５】
浸漬管の二重壁状の形成によって、浸漬管の壁部を内部冷却することができると有利である。それによって、浸漬管自体だけでなく、その上に形成された冷却媒体フィルムも冷却され、浸漬管内壁上にスラグがほとんどないかまたはないまでに分離される。さらに、冷却媒体の供給が浸漬管の下側区間で行われるので、冷却媒体は先ず上向き流れによって、浸漬管の内管と外管の間に形成された環状隙間を通って、浸漬管の全長にわたって内部冷却し、そして環状隙間を通過した後で、浸漬管の上端の冷却媒体環状室内に入り、冷却媒体フィルムに供給するために使用される。浸漬管内壁におけるスラグ堆積を低減することにより、寿命が長くなり、清掃費用が少なくなる。
【００３６】
方法の発展形態では、高温ガス流が、冷却媒体フィルムによる予備急冷のほかに、浸漬管を流通する間に、冷却媒体の噴霧によるフラッシュ急冷によって付加的に冷却される。最後に、冷却媒体浴から出る生ガス流は他の自由空間急冷ステップで冷却媒体の噴霧によって冷却される。
【００３７】
次に、提案した解決策を例示的に説明する。
【００３８】
図は、本発明のきわめて有利な実施の形態を概略的にかつ例示的に示すものであると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】高温ガス流を浸漬急冷するための本発明に係る装置を側方から見た断面図である。
【図２】他の急冷装置と組み合わせた本発明に係る装置を側方から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１と２に示した、スラグを含む高温ガス流を処理するための装置はハウジング１３を備え、このハウジングは上側に配置した、高温ガス流１のための入口２を有する。この入口はハウジングに対して同心的に垂直に配置された浸漬管３に開口している。スラグを含む高温ガスのための入口２の端部は浸漬管３の上側区間内にスラグ滴下エッジを有する。浸漬管３の直径は入口２の２〜５倍にすることができる。
【００４１】
浸漬管３の上端、すなわち浸漬管３のガス入口には、公知の冷却媒体環状室６が配置されている。この冷却媒体環状室はその下側に、大きな出口６’を有する。この出口は浸漬管３の内壁に沿って延在し、浸漬管３の内壁上を下方に流れ落ちる、好ましくは閉じた冷却媒体フィルム７を発生する働きをする。
【００４２】
端面側のカラー面が浸漬管３に接続することにより、冷却媒体環状室６が浸漬管３の内側へのカラー状拡張部によって形成されていると有利である。このカラー面は曲げられた内側の円筒区間と共に冷却媒体環状室６を出口６’まで画成している。出口６’はほぼ周方向につながっていてもよいし、浸漬管３の周りに分配された多数の穴によって形成してもよい。
【００４３】
冷却媒体環状室６に冷却媒体を供給するために、ハウジング１３を通って浸漬管３まで案内された半径方向の冷却媒体供給管５が冷却媒体環状室６に配置されている。図１では、冷却媒体供給管５が冷却媒体環状室６内に直接注いでいる。
【００４４】
図２に示した装置の実施の形態では、浸漬管３がその全長にわたって二重壁状に形成されている。この二重壁は内管３’と外管３″によって形成されている。この内管と外管は同心的に配置され、環状隙間４を包囲している。この環状隙間は上端が冷却媒体環状室６に接続しており、それによってこの環状隙間４から出る冷却媒体は冷却媒体環状室６内に達する。環状隙間４はさらに、冷却媒体供給管５に接続され、この冷却媒体供給管は浸漬管３の下側区間に配置されている。
【００４５】
両図の冷却媒体レベルＮから分かるように、浸漬管３の下側区間は冷却媒体浴１４内に浸漬している。浸漬管３の下端には、ガス分配用鐘形部材１２が配置され、この鐘形部材はほぼ連続して下方へ円錐状に広がる横断面を有する。外周壁をその全高にわたって円錐状に形成する必要はない。流れ状態を急冷プロセスに良好に適合させるために、例えばガス分配用鐘形部材１２が図に示すように、開放した下側に円筒状外周壁区間を有すると有利である。さらに、真っ直ぐな下側の外周壁輪郭の代わりに、波形または歯形の輪郭も有利である。
【００４６】
浸漬管３の直径に対するガス分配用鐘形部材１２の最大直径の比は、１．５〜３の範囲、好ましくは１．５〜２である。
【００４７】
ガス分配用鐘形部材１２はその円錐台状の外周壁に、多数のガス通過穴１２’を有する。このガス通過穴は上下に配置された多数の水平な列をなして、好ましくは周囲に均一に分配されている。ガス通過穴１２’は同一に形成され、好ましくは円形である。円形とは異なる穴でもよく、例えば楕円形の穴または角を丸めた長方形の穴または気泡の大きさや気泡の剥離に影響を及ぼす不連続の輪郭を有する穴でもよい。さらに、外周壁面のために成形および打抜きした薄板を使用してもよい。この場合、ガス通過穴は例えば漏斗状またはノズル状に形成されている。
【００４８】
ガス通過穴１２’の寸法は浸漬深さと共に変化する。ガス通過穴１２’の直径については、浸漬管３に接続する上側のガス通過穴の直径が、浸漬管３とは反対の側にある、ガス分配用鐘形部材１２の下側エッジのガス通過穴１２’の直径よりも小さくなっている。この場合、ガス通過穴１２’の大きさが冷却媒体浴１４の深部の方へ列毎に増大しているが、この増大は、ガス通過穴１２’と冷却媒体浴１４を流通する際のガス圧力損失の合計がほぼ一定になるように選定されている。
【００４９】
装置の底部領域は、ガス分配用鐘形部材１２の下側エッジが高温ガスから分離されたスラグ粒子のための集合ホッパー１５内に達するように形成されている。この集合ホッパーは冷却媒体浴１４内で、ハウジング底部に配置されたスラグ排出口１６からハウジング１３の内壁まで円錐状に延在している。
【００５０】
ハウジング１３はさらに、冷却媒体溢流部１９を備えている。この冷却媒体溢流部は浸漬急冷のために必要な最高冷却媒体レベルＮｍａｘの高さに配置されている。冷却媒体として水を用いる場合には、前もって処理しないプロセス用水を冷却媒体フィルム７と冷却媒体浴１４のために使用可能である。
【００５１】
急冷器内で蒸発しなかった余剰水は溢流部１９を経てハウジングから出て、浄化される。水は固体成分を除去することによって再び使用可能であり、浄化排水と呼ばれ、急冷のために何度も利用される。プロセス用水は前もって処理せずに冷却媒体フィルム７と冷却媒体浴１４のために使用可能である。
【００５２】
本発明に係る装置はさらに、ハウジング１３と浸漬管３の間に形成された、冷却媒体浸漬浴１４の上方の集合室としての急冷されたガス用の中間室２１と、冷却しかつスラグを十分に取り除いた生ガスのための生ガス出口２０とを備えている。この生ガス出口は通常はハウジング１３の上側３分１内に配置されている。装置は１個よりも多い生ガス出口２０を備えることができる。２個以上の生ガス出口が設けられていると、この生ガス出口は高温ガス特性に適合させるために、ハウジング１３の上側３分の１内の異なる高さ位置に配置可能である。
【００５３】
経験によれば特に乾燥した高温の面に付着する主としてアルカリ昇華物とＣａＣＯ３成分である灰の成分の堆積を回避するために、図２に示すように、好ましくはノズルリング１７として形成された他の噴霧ユニットが、浸漬管３を取り囲む、冷却媒体浴１４の上方の中間室２１の上側区間内に、冷却媒体を付加的に噴霧することができる。浸漬管３の周りにリング状に配置されたノズルは幅の広い噴霧円錐体を有する。この場合、主噴霧方向は下向きである。中間室２１を画成する、ハウジング１３、浸漬管３および例えば冷却媒体供給管５、１０、１１のような他の組み込み部品の接触面を湿らす効果のほかに、生ガス流内での冷却媒体の付加的な噴霧が達成される。それによって、洗浄および冷却効果がさらに改善される。ノズルリング１７には同様に、冷却媒体供給管１８が付設されている。
【００５４】
中間室２１全体に噴霧するために、浸漬管３の上端を取り囲む個々のノズルリング１７の代わりに、冷却媒体浴１４の上方に配置された多数のノズルリングまたはリング構造体とは異なる、単一ノズルを備えたノズルグループを設置することができる。
【００５５】
本発明に係る装置は特に、炭素を含む燃料のためのガス化設備、例えばバイオマスガス化装置の噴流床ガス化設備のスラグを含む高温ガス流１を冷却するためおよび高温ガス流１からスラグを分離するための装置である。そのために、本発明に係る装置は噴流床ガス化設備の下流に配置され、この噴流床ガス化設備に流体接続されている。この場合、装置は好ましくは、噴流床ガス化設備の燃焼室の下方において高温ガス出口に直接配置される。
【００５６】
その際、装置の手前に接続配置された噴流床ガス化設備の反応室から、高温ガスがその下にある急冷室に案内される。そこで、高温ガスの多段式冷却と、ガスからのスラグの分離が行われる。この場合、浸漬管内での予備急冷と場合によってはフラッシュ急冷と、冷却媒体浸漬浴内での浸漬急冷と、場合によっては生ガス集合室内での新たな自由空間急冷の組み合わせが用いられる。
【００５７】
図に示した両実施の形態において、スラグを含む高温ガス流１は先ず入口２から垂直方向下方にフィルム冷却式浸漬管３内に案内される。そこで、供給された高温ガス流１が浸漬管３の内壁面に発生する冷却媒体フィルム７に接触して予備急冷される。冷却媒体フィルム７は供給された高温ガス流１の予備急冷のほかに、浸漬管内壁上でのスラグの堆積を低減または回避することにより、冷却媒体浴１４内へのスラグ粒子の搬出を改善する。
【００５８】
スラグを含む高温ガス流を処理するための方法が、二重壁式浸漬管３を有する図２に示したような装置で実施されると、浸漬管３の内側に形成された冷却媒体フィルム７が、浸漬管３の内部冷却によって冷却される。この内部冷却は環状隙間４に供給され冷却媒体フィルム７を形成する冷却媒体によって行われ、それによってスラグを含む高温ガス流１が冷却媒体フィルム７に接触して冷却される。冷却媒体フィルム７のための冷却媒体供給が環状隙間４によって行われるので、浸漬管の壁が全高にわたって強制冷却される。それによって、高温ガス流１内で蒸発する冷却媒体フィルム７の冷却媒体成分は従来技術の場合よりもはるかに少なく、冷却媒体フィルム７が浸漬管のほぼ全長にわたって形成保持される。さらに、強力な浸漬管冷却によって、周囲のハウジング１３の熱的保護のための費用を減らすことができる。浸漬管内で発生した安定した冷却媒体フィルム７は、供給された高温ガス流１の予備急冷を生じるだけなく、隙間のない冷却媒体フィルム７のために、浸漬管内壁上での凝固したスラグおよび凝固するスラグの堆積が減少するかまたは回避されることにより、スラグ粒子の搬出が改善される。
【００５９】
図２に示した本発明に係る装置の実施の形態では、高温ガス流１の予備急冷が浸漬管３内で冷却媒体フィルム７によって生じるだけでなく、さらに浸漬管３が装置の円筒状に形成されたフラッシュ急冷室を形成する。従って、浸漬管３内を流れる間に冷却媒体を噴霧することによって、高温ガス流１のフラッシュ急冷が達成される。
【００６０】
図２において、ハウジング１３内にある冷却媒体浴１４のレベルＮの上方には、第１の噴霧ユニットが浸漬管３の上側３分の１内に配置されている。この噴霧ユニットは浸漬管３の周囲に上側ノズルリング８を備え、好ましくはさらに少なくとも１つのノズルリング９を備えている。この場合、ノズルリング８、９の周囲に分配されたノズルは、本例では二重壁状の浸漬管３を貫通し、浸漬管内部へ半径方向内側に向けられている。ノズルリング８、９には冷却媒体供給管１０、１１を介して外部から冷却媒体が供給される。
【００６１】
その際、用語「ノズル」は最も簡単な場合には、冷却媒体または一般的に使用される急冷水を所定の圧力で浸漬管３の内部へ所定の方向に噴霧する所定の内側輪郭を有する管状装置を指す。ノズルリング８、９は浸漬管３の内側横断面にわたって、上下に位置し軸線Ａの方へ半径方向内側に向いた噴霧カーテンを発生する。このノズルは水平な噴霧カーテンを発生するためにほぼ水平に向けることができる。しかし、図において二点鎖線で示すように、その噴射方向を水平に対して１０〜３０°の角度だけ下方に傾斜させることができる。高温ガス流１の横断面全体に冷却媒体ミストを行き渡らせることができれば、異なるように形成された噴霧器を、ノズル８、９の代わりに、噴霧ユニットとして使用することができる。
【００６２】
微細に分配された冷却媒体を、スラグを含む高温ガス流１に衝突させることにより、噴霧カーテンを通過する際に冷却媒体として使用される水によるガスのきわめて急速な冷却（フラッシュ急冷）と飽和が行われる。二重壁状浸漬管３内で噴霧ユニットによって行われる急冷は自由空間急冷に一致し、高温ガス流１内のスラグ滴が冷却されて凝固するだけでなく同時に、内管３’の内壁に付着する冷却媒体フィルム７によって補助されてスラグ粒子の凝集を生じる。それによって、冷却媒体浴１４内でのスラグ粒子の良好な分離が達成可能である。
【００６３】
前もっておよび場合によってはフラッシュ急冷されたガス流は、ガス流内にある凝固するまたは既に凝固したスラグ粒子と共に冷却媒体浴１４に流入し、そこで浸漬急冷される。予備冷却された高温ガス流１は、浸漬管３の下端の、両図に示す円錐状ガス分配用鐘形部材１２のガス通過穴１２’によって冷却媒体浴１４内に拡散される。このガス通過穴は浸漬深さに依存する寸法を有する。この場合、洗浄作用を強める乱流が冷却媒体浴１４内に発生する。流入したガスの流れ方向が浸漬管３の下端に接続するガス分配用鐘形部材１２のところで変えられ、冷却媒体浴１４を通って浸漬管３とハウジング１３の間に形成された中間室２１内を上方へ少なくとも１個の生ガス出口２０まで流れ一方、洗浄作用と流れ方向転換によってガスから分離されたスラグが重力場内の比重分離の原理に従って下降する。集合ホッパー１５は凝固したスラグ凝集物を、ハウジング１３の底の最も低い個所のスラグ排出部１６に案内する。従って、スラグ凝集物はそこからバッチ輸送式でまたは連続して排出可能またはせき止め部を通って排出可能である。
【００６４】
ガス分配用鐘形部材１２に形成されたガス通過穴１２’は冷却媒体浴１４内での良好なガス分布を促進し、それによって良好な洗浄作用に寄与する。この洗浄作用は、ガス分配用鐘形部材１２内に、大きさが変化し上方ヘ向かって小さくなるガス通過穴１２’を配置したことにより、冷却媒体浴１４の深さが深くなるにつれて増大する圧力損失を、より大きなガス通過穴１２’のより小さな圧力損失によって相殺することに基づいて、高温ガス流量が異なる場合でもほぼ一定のままである。このガス通過穴は必ずしも円形である必要はなく、異なる輪郭を有していてもよい。高温ガス装入量が少ない場合には、高温ガスが表面に近い小さなガス通過穴１２’を、より大きな圧力損失を生じながら通過し、冷却媒体浸漬浴１４内に小さな気泡を生じる。高温ガス装入量が多い場合には、高温ガスが深いところにある、小さな圧力損失を生じる大きなガス通過穴１２’を通過する。
【００６５】
スラグを除去した生ガス流は中間室２１に集まり、生ガス出口２０を経て装置から出る。ハウジング１３の上側３分の１内のいろいろな高さ位置に２個以上の生ガス出口２０を配置すると、急冷のいろいろな変形のためにハウジング１３を可変利用することができる。中間室２１内では、図２に示すように、浸漬浴１４から出る生ガスが、ノズルリング１７を用いて冷却媒体を噴霧することによって再度冷却され、残ったスラグ粒子を洗い流すことができる。
【００６６】
分離されたスラグはスラグ排出部１６を経て排出される。集合ホッパー１５はハウジングのスラグ堆積や摩耗を防止する。冷却媒体溢流部１９は、ガスの浄化とガスの残部冷却のために必要な冷却媒体レベルＮをハウジング１３内で維持する。
【００６７】
図２に関連して説明した実施の形態に係る装置によって生じる接触面の隙間のない湿潤、強力な接触面冷却および急冷の多段性に基づいて、装置は動作寿命が長く、清掃コストが少なくて済む。同時に、浸漬浴によって分離される浸漬管内の予備急冷／フラッシュ急冷と、中間室２１内のノズル噴霧とによって、予備急冷／フラッシュ急冷における、固体成分を有する冷却媒体または水の複数回利用が可能である。この場合、冷却媒体消費／水消費は発生したガス量に依存して制御可能である。
【００６８】
ハウジング１３を完全に湿らすために、ノズルリング１７または他の噴霧ユニットの運転は、好ましくは１０〜１００ｍ３／ｈの冷却媒体量、２〜１０ｍ／ｓのノズル出口速度および１００〜３０００μｍの滴スペクトルで行われる。
【００６９】
この実施例は、８００００Ｎｍ３／ｈ（乾燥）のガス化装置出力での微粉炭圧力ガス化装置と関連する本発明の使用に基づいている。この例では、浸漬管３に配置されたノズルリング８、９と二重壁の浸漬管３を通って案内されるノズルに、３０〜５０ｍ３／ｈの冷却媒体流を供給することができる。
【００７０】
装置内の上記の個々のまたは複数の組み込み部品に冷却媒体装入量を適合させることによってあるいは選択することによって、自由空間急冷または浸漬急冷あるいはその組み合わせに十分に適合させることができる。
【００７１】
さらに、異なるノズルグループのために、必要な滴の大きさおよび出口速度に依存して、異なる品質の冷却媒体または水を使用することができる。水がきわめて微細に噴霧される浸漬管３の内部冷却およびノズルリング１７の給水のために、固体成分が少なくかつ固体粒子の大きさが小さな水を使用しなければならない。浸漬管内でのフラッシュ急冷のための水の品質は低くてもよい。中間室２１に噴霧するためにガス凝縮物や浄化排水が使用可能であるが、水フィルムを形成するためには、前処理をしないプロセス水の使用で十分である。従って、少なくとも、第１の噴霧ユニット／浸漬管のための冷却媒体と、第２の噴霧ユニットのための冷却媒体が、異なる冷却媒体供給装置から準備されると有利である。個々の急冷装置の水の消費が装入されたガス量やその固体含有量に依存するので、個々の消費部で水消費を制御することが適切である。急冷器内の蒸発した水量は熱力学的に決定可能である。使用される水量は、蒸発する水量よりも約２０％多くなるようにすべきである。急冷装置への水の供給の制御はプロセス制御システムによって行われる。
【符号の説明】
【００７２】
１              高温ガス流
２              高温ガス流入口
３、３’、３″  二重壁の浸漬管、内管、外管
４              環状隙間
５              冷却媒体供給管
６、６’        冷却媒体環状室、出口
７              冷却媒体フィルム
８              ノズルリング
９              ノズルリング
１０            冷却媒体供給管
１１            冷却媒体供給管
１２、１２’    ガス分配用鐘形部材、ガス通過穴
１３            ハウジング
１４            冷却媒体浴
１５            集合ホッパー
１６            スラグ排出部
１７            ノズルリング
１８            冷却媒体供給管
１９            溢流部
２０            生ガス出口
２１            中間室
Ａ              浸漬管とハウジングの軸線
Ｎ              冷却媒体浴１４のレベル
【図１】
2013543523.tif 000003
【図２】
2013543523.tif 000004
【国際調査報告】
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2013543523.tif 000006
2013543523.tif 000007
2013543523.tif 000008
2013543523.tif 000009
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