DD155429A1 - Resistente auskleidung mit hoher waermeleitfaehigkeit fuer hochtemperaturvergaser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Reaktoren aus der chemischen Verfahrenstechnik und speziell auf Reaktoren aus der Kohleveredlung. Ziel der Erfindung ist es, die Sicherheit und die Lebensdauer von Reaktorgefaessen zu erhoehen und Aufgabe, eine Reaktorauskleidung zu finden, die geeignet ist, das Ziel der Erfindung zu realisieren. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass das Reaktorgefaess in Abhaengigkeit von den eingebrachten und entstehenden Schadstoffen und deren Konzentration auf der Innenraumseite mit einem temperatur- und korrosionsbestaendigen Werkstoff porenfrei und dauerhaft beschichtet und zusaetzlich mit einem Auskleidungswerkstoff definierter Dicke, der dem Reaktionsverhalten der Asche angepasst sein muss, ganz oder teilweise ausgemauert wird. Anwendbar ist die Loesung u.a. in Hochtemperaturvergasern und Reaktoren, bei denen neben einer schadstoffhaltigen Atmosphaere fluessige oder feste Stoffe von der Reaktorwand ferngehalten werden muessen.

Description

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Titel der Erfindung

Resistente Auskleidung mit hoher Wärmeleitfähigkeit für Hochtemperaturvergaser

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die.Erfindung betrifft einen üblicherweise nassergekühlten Hochtemperaturvergaser, im «eiteren mit Reaktor bezeichnet, in dem unter hohem Druck und hoher Temperatur feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe durch ein Vergasungsmittel, meist Sauerstoff oder Luft und Wasserdampf, vergast werden. Insbesondere betrifft, die Erfindung einen resistenten kombinierten Innenmantelschutz für Reaktoren, in denen verfahrensbedingt feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe vergast werden, die höhere.Gehalte an anorganischen Begleit- und Schadstoffen, nie.Silikate, Eisenoxide, Schwefel- und Chlorverbindungen enthalten, bei denen durch die Vergasungsbedingungen der Erweichungspunkt der anfallenden. Aschen oder Abprodukte erreicht oder überschritten wird, und während des Hochtemperaturvergasungsprozesses durch das Vergasungsmittel und das entstehende Rohgas eine zusätzliche Belastung aller Reaktoreinbaut en einschließlich der Reaktorauskleidung und Reaktoriimenwand erfolgt.

Die Erfindung betrifft ebenfalls die Gebiete der chemischen Verfahrenstechnik bzw. der Stoffumsetzung, wo neben einer schadstoffhaltigen Atmosphäre flüssige oder feste Stoffe von der Reaktorwand ferngehalten werden müssen, um Reaktionen mit der Reaktorwand zu vermeiden, jedoch der Wärmeübergang groß und konstant bleiben muß.

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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß zur Vergasimg kalkreicher und schadstoffarmer Brennstoffe Reaktoren ohne und mit Auskleidung aus feuerfesten Werkstoffen z. B. auf Schamotte- oder Mullitbasis betrieben werden können. Es ist weiterhin bekannt, daß· mit Erhöhung der Temperaturen die Effektivität des Verfahrens verbessert wird, jedoch die Belastung der Reaktoren, ihrer Einbauten und der Auskleidung zunimmt. Bei Einsatz von o. g. Brennstoffen mit erhöhtem Gehalt an Begleit- oder Schadstoffen, kann es zu einer katastrophalen Korrosion bei nicht ausgekleideten Reaktoren bzw. bei ausgekleideten Reaktoren zu Reaktionen mit dem Aus&leidungswerkstoff und zu Schlackewandbildungen kommen, die meist verbunden sind mit einer Schlackeinfiltration des Auskleidungswerkstoffes und einer Korrosion hinter der Ausmauerung. Es ist auch bekannt, daB die zuvor genannten Hachteile durch edelstahlplattierte Innenmäntel der Reaktoren und/oder durch intensiv gekühlte Rohr- oder Kammerkonstruktionen ausgeschaltet werden sollen. Sie weisen jedoch den Hachteil auf, daß es an stark gekühlten Flächen zu Taupunktunterschreitungen kommt, die zur Korrosion sowohl Ъеі hochlegierten als auch Ъеі unlegierten Stählen führt. Sie haben den weiteren ITachteil, dafl es zum unmittelbaren Kontakt mit dem Brennstoff bzw. den Verbrennungsrückständen kommt, die die Korrosionsbeanspruchung wesentlich verschärfen.

Es ist weiter bekannt, daß bei den erforderlich hohen Prozeßtemperaturen, bei denen die Schadstoffe weitgehend im gasförmigen Zustand vorliegen und durch Diffusion durch die mehr oder weniger pdrö'se Schicht der Auskleidungswerkstoffe dringen, an der kälteren Reaktorwand kondensieren können. Die sich hinter oder teilweise im Auskleidungswerkstoff anreichernden Kondensate führen zu einer starken Korrosion mit flächenhaftem Abtrag bei unlegierten Stählen. Die voluminösen Korrosionsprodukte verursachen ihrerseits eine zusätzliche mechanische Beanspruchung des Auskleidungswerkstoffes, einen behinderten Wärmeübergang der Auskleidung zum Innenmantel begünstigen eine Einlagerung und Anreicherung von kondensierten Schadstoffen

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und verschärfen damit wiederum die korrosive Beanspruchung. Bei hochlegierten rost- und säurebeständigen Stählen ist eine interkristalline bzw. Spannungsrißkorrosion nicht auszuschließen, die die Sicherheit des Gefäßes empfindlich beeinträchtigt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, in Abhängigkeit von den Prozeßbedingungen 'die Sicherheit und die Lebensdauer von Reaktorgefäßen, in denen bei hoher Temperatur Stoffumsetzungen erfolgen, in Anwesenheit bzw. bei sich bildender fester, flüssiger u»d/oder gasförmiger aggressiver Phasen zu erhöhen, ohne daß es zu Reaktionen mit dem Auskleidungswerkstoff kommt und eine Taupunktunterschreitung hinter der Auskleidung mit Sicherheit vermieden wird, so daß z. B. durch Vergasung von fossilen, ballast- und schadstoffreichen Brennstoffen eine Hochtentperaturumsetzung ermöglicht werden kann.

Darlegung des Wesens-der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Reaktorauskleidung zu finden, die unter den o. g. Reaktorbedingungen nicht zur Schlackeinfiltration neigt, keine Reaktion mit den Aschen oder Abprodukten eingeht, eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, möglichst dicht und gasundurchlässig und beständig gegenüber Wasserdampf» Sauerstoff und dem erzeugten P rodukt ist. Weiter besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Liegezeit des Reaktors bzw. der Reaktorwand zu erhöhen, den Wärmeübergang an der* Reaktorwand während der Betriebszeit konstant zu halten und mit Sicherheit eine Schlackewandbildung auszuschließen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß' das Reaktorgefäß in Abhängigkeit von den eingebrachten und entstehenden Schadstoffen und deren Konzentration auf der Innenraumseite mit einem temperatur-und korrosionsbeständigen Werkstoff porenfrei und dauerhaft, z. B. Plattierschichten, beschichtet una zusätzlich mit einem Auskleidungswerkstoff definierter Dicke, der dem Reaktionsverhalten der Aschen angepaßt sein muß, z. B. aus Siliziumkarbid (SiC), ganz oder teil-

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weise ausgemauert wird. Bei Einsatz von SiC-Material soll der Gehalt des SiC großer 50 % betragen, wobei der Einsatz von SiC-Material mit geringeren Gehalten nicht ausgeschlossen wird. Durch das Ausbleiben der Korrosionsprodukte wird keine zusätzliche mechanische Beanspruchung auf den Auskleidungswerkstoff übertragen, was zu einer Lebensdauererhöhung beiträgt. Außerdem kommt es durch das Fehlen voluminöser Korrosionsprodukte zu keiner Schadsfoffanreicherung.

Dieses Auskleidungsmaterial bewirkt weiter, daß die thermische Beanspruchung des Reaktorinnenmantels gesenkt wird und Temperaturspitzen ausgeglichen werden, andererseits wird garantiert, daß eine Taupunktunterschreitung zwischen Auskleidung und Innenmantel ausgeschlossen wird.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe ein Material eingesetzt, daß eine dichte oder verdichtete, möglichst glatte Oberfläche besitzt und eine minimale Fugenweite aufweist. Das wird gewährleistet durch den Einsatz eines auf den Reaktorinnendurchmesser abgestimmten, keiligen Steinformates, z. B. mit einem Höhe-zu-Breite-Verhältnis von 3*1. Pie Fugen zwischen den Steinen und zwischen Stein- und Reaktormantel sind durch einen Feuerfestmörtel gleicher oder größerer Beständigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit wie dia des eingesetzten Materials zu schließen. Bevorzugt eignen sich dazu wasserglasgebundene SiC-Mörtel. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, wenn Auskleidungswerkstoffe auf gestampfter, gebrannter, gesinterter oder gegossener metallischer Basis, vorzugsweise auf Cr-Ni-Basis, zum Einsatz kommen, wenn sie unter den entsprechenden Verfahrensbedingungen die notwendige Beständigkeit lind Wärmeleitfähigkeit aufweisen und sich mit dem plattierten Reaktormantel kombinieren lassen.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines kurzen Beispiels näher erläutert werden.

Die Reaktorinnenwand wird nach entsprechender Vorbehandlung mit einer pqrenfreien Plattierschicht versehen, so daß zwischen Reaktorinnenwand und Plattierschicht auch die geringsten Zwischenräume ausgeschlossen sind und beide eine Quasi-Einheit

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bilden. Auf diese Beschichtung der Reaktorinnenwand wird eine Silizium-Karbidschicht von definierter Stärke aufgemauert, äie als Schutzschicht für die ilattierschioht wirkt. Bei einer derartigen Realisierung der Erfindung treten die im Wesen der Erfindung genannten Vorteile ein.

Claims (6)

1. Erfindungs ans pruch

   1. Resistente Auskleidung von Hochtemperaturvergasern mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere für solche Hochtemperaturvergaser, im folgenden Reaktor genannt, deren Innenwände thermisch und chemisch prozeßbedingt hoch belastet werden, gekennzeichnet dadurch, daß in Abhängigkeit von den eingebrachten Schadstoffen und' deren Konzentration auf die Innenwand des Reaktors ein temperatur- und korrosionsbeständige^ Werkstoff porenfrei und dauerhaft und fest mit dieser verbunden angebracht wird und darauf zusätzlich ein Auskleidungswerkstoff definierter. Dicke-angeordnet wird.
2. 2. Resistente Auskleidung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Auskleidungswerkstoff dem Reaktionsverhalten der Aschen angepaßt, z. B. SiC-Feuerfestmaterial mit einem SiC-Gehalt größer 50 %_t entweder auf dem gesamten Innenmantel des Reaktors oder auf Teilen derselben angeordnet wird.
3. 3. Resistente Auskleidung nach Punkt T und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das SiC-Material einen minimalen Eisengehalt aufweist.
4. 4. Resistente Auskleidung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Auskleidungswerkstoff ein Material in Steinformat ist, ein dem Reaktorinnendurchmesser angepaßtes, keiliges Format hat und eine minimale Fugenbreite aufweist, und daß der Auskleidungswerkstoff weiter eine hohe Korrosionsbeständigkeit und chemische Resistenz gegenüber der Reaktorasche und eine maximale Wärmeleitfähigkeit hat und von gebrannter, gegossener oder gesinterter Struktur ist, eine dichte oder verdichtete Oberfläche geringer Rauhigkeit aufweist und sich entsprechend den gegebenen Bedingungen beliebig kombinieren läßt.
5. 5. Resistente Auskleidung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Auskleidungswerkstoff in Abhängigkeit vom Medium auf Eisen- oder keramischer Basis ein Guß- oder Sinterwerkstoff sein kann, bevorzugt mit einem hohen Gehalt an Cr-. oder Gr-Ni-Verbindungen oder -legierungen.
6. 6. Hesistente Auskleidung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf der metallischen Reaktorinnenwand ein Oberflächenschutz, voraugsweise ein walz- oder sprengplattiert ausgeführter, der gasdicht ist und eine ausreichende Bindung
   zur metallischen Reaktorinnenwand aufweist, angeordnet ist.