DD294699A5 - Phosphatgebundener siliciumcarbid-moertel fuer die feuerfestzustellung von festbettdruckvergasern - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen phosphatgebundenen Moertel fuer die Zustellung von Festbettdruckvergasern mit Siliciumcarbid. Erfindungsgemaesz werden einem Moertel aus feinkoernigem (0,5 mm) Siliciumcarbid mit einem Anteil von 70 bis 90%, einem Anteil von 5-15% feuerfesten Bindeton und/oder -kaolin und bis 15% feinkoernigem Schmelzkorund zusaetzlich feingemahlene Tonerde (Halbwertskorngroesze 2,5 m) mit einem a-Al2O3-Anteil von 85 bis 95% und Orthophosphorsaeure oder deren Salze in Form einer waeszrigen Loesung zugegeben. Die Orthophosphorsaeure bedingt eine hohe Festigkeit und Haftung des Moertels innerhalb des Mauerwerkes und am Innenmantel des Festbettdruckvergasers. Die Tonerde ist einerseits so gut calciniert, dasz eine hohe mechanische Festigkeit des Moertels gewaehrleistet ist, andererseits ist sie aber noch so reaktionsfaehig, dasz sie mit dem durch Oxidation aus dem SiC gebildeten SiO2 zu Mullit reagiert.{Festbettdruckvergaser; Moertel; Mullitmatrix; Orthophosphorsaeure; Siliciumcarbid-Moertel; Siliciumcarbid-Steine; Tonerde; a-Al2O3-Gehalt}
Description
Die Erfindung betrifft die feuerfeste keramische Innenauskleidung von Festbettdruckvergasern, in denen unter einem Druck < 3,5MPa und Temperaturen < 1300 0C der feste Brennstoff Braunkohle in hochwertige Gase umgewandelt wird. Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf den für die Erstellung des keramischen Mauerwerkes notwendigen SiC-Mörtel.
In den Festbettdruckvergasern ist die einheimische Braunkohle der wichtigste Vergasungsstoff, der im bewegten Festbett mit einem Sauerstoff/Wasserdampf-Gemisch im Gegenstrom zu Stadtgas umgesetzt wird. Die Festbettdruckvergaser können unter den herrschenden Temperatur- und Korrosionsbedingungen derzeit ohne keramische Ausmauerung nicht betrieben werden. Zum Schutz des metallischen Innenmantels wird der Festbettdruckvergaser mit Feuerfestmaterial zugestellt. Das feuerfeste Material wird, bei einem hohen Wirkungsgrad der Festbettdruckvergasung in extremer Weise beansprucht. Siliciumca. bid-Steine als feuerfestes Zustellungsmaterial erwiesen sich bisher als am besten geeignete Material.
Zur Vermauerung der SiC-Steine wird gegenwärtig ein feinkörniges Gemisch aus Ton und Siliciumcarbid als Mörtel verwendet. Dieser befindet sich sowohl in den Fugen »-wischen den Steinen als auch hinter dem Mauerwerk zwischen plattiertem Innenmantel und den Steinen. Aufgrund der Wandtemperatur im Festbettdruckvergaser ist die Ausbildung einer stabilen keramischen Bindung im Mörtel nicht gegeben. Außerdem haftet der Mörtel nicht am Innenmantel des Festbettdruckvergasers. Beim Anfahren des Festbettdruckvergasers entweicht durch die Temperatureinwirkungen das im Mörtel enthaltene Wasser und führt zu einer Porositätserhöhung. Durch diese Vorgänge wird dar Diffusionswiderstand des Mörtels verringert. Die erleichterte Diffusion bewirkt, daß Schad stoffe auch hinter die Auskleidungsmaterialien dringen und in Verbindung mit Taupunktunterschreitungen um wassergekühlten Innenmantel zu starken Korrosionserscheinungen führen. Die Korrosionsprodukte wirken stark wärmedämmend und verursachen ein Ansteigen der Temperatur im Mauerwerk trotz Kühlung des Innenmantels mit Wasser. Diese Temperaturerhöhungen führen u. a. mit zu den Verschleißerscheinungen des SiC-Feuerfestmaterials einschließlich des Mörtels, und äußern sich in einem SiC-Abbau. Die Wärmeleitfähigkeit de? Mauerwerks ist bekannterweise vom SiC-Gehalt abhängig. Sie verringert sich mit sinkendem SiC-Gehait. Durch die verzögerte Wärmeabfuhr und die dadurch bedingte erhöhte Mauerwerkstemperatur treten Ascheschmelzerscheinungen auf, die schließlich zu Schlackewandbildungen und damit zur Außerbetriebnahme des Festbettdruckvergasers führen.
Der SiC-Mörtel weist keine feste Bindung sowohl als Fugen- wie auch als Hinterführungsmörtel zwischen Innenmantel und SiC-Mauerwerk auf. Neben der fehlenden Festigkeit ist der verwendete tongebundene SiC-Mörtel weniger als der SiC-Stein gegen Oxydation geschützt. Die Festigkeit des Mörtels wird durch die Volumenvergrößerung bei der Oxydation des SiC zu SiO2 im Festbettdruckvergaser weiter vermindert und die Wärmeleitfähigkeit herabgesetzt. Die Asche der Kohle reagiert außerdem sowohl mit den silikatischen Bestandteilen (Ton) des Mörtels als auch mit dem aus SiC gebildeten freien SiO2. Diese Reaktion wird durch die verringerte Wärmeleitfähigkeit begünstigt.
In DD-WP 227975 wurde vorgeschlagen, anstelle von Mörtel Wärmeleitkitt als Binder für die Zustellung der Festbettdruckvergaser zu verwenden. Der Einsatz zeigte, daß aufgrund der hohen Porosität des Wärmeleitkitts starke Schäden am metallischen Innenmantel auftraten. Das Ergebnis führte dazu, daß auf einen weiteren Einsatz von Wärmeleitkitt verzichtet wird.
Ziel der Erfindung
Es ist das Ziel der Erfindung, Anbackungen von Schlacke an der Innenwand des Festbettdruckvergasere zu verhindern und dadurch eine Verbesserung der Ökonomie der Festbettdruckvergasung durch
- Erhöhung der Verfügbarkeit der Festbettdruckvergaser,
- Verringerung des Bedarfs von Prozeßdampf und
- Senkung des Instandhaltungsaufwandes zu erreichen.
-2- 294 699 Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht In der Verbesserung der Resistenz gegen Schlackeangriff sowie der Festigkeit und der Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials zwischen Feuerfestausklejdung und metallischem Innenmantel von Festbettdruckvergasern.
Erfindungsgemäß wird zur Verbindung von Fouerfestmaterial und Innenmantel des Festbettdruckvergasers ein Mörtel aus 70-90% Siliciumcarbid, Kornfraktion < 0,5mm und einem reduzierten Anteil von < 15% feuerfestem Bindeton und/oder -kaolin, <15%feinem(<0,2mm) Schmelzkorund und <20%feingemahlener(<0,04mm) Tonerde verwendet, wobei dieTonerde dabei einen Gehalt an C1-AI2O3 zwischen 85 und 95% aufweist. Diesem Mörtelgemisch werden vor der Verarbeitung 5 bis 10% Orthophosphorsäure oder deren Salze (z.B. Monomaluminiumdihydrcgenphosphat) in Form einer wäßrigen Lösung zugegeben. Die Orthophosphorsäure bzw. deren Salze bewirken bei^annterweise eine hohe Festigkeit des Mörtels ab ca. 100°C und dessen gutes Haftvermögen am Innenmantel des Festbettdruckvergasers. Es entsteht eine feste Bindung innerhalb der Feueifestausmauerung und zwischen Feuerfestmaterial und dem Innenmantel. Die erfindungsgemäß eingesetzte Tonerde mit dem relativ hohen a-AI2O3-Anteil (85-95%) bewirkt einerseits die hohe Festigkeit des Mörtels bei hohen Temperaturen im Festbettdruckvergaser, da sie bei diesen Temperaturen nicht schwindet und ist wegen des noch verbleibenden Anteils an Übergangstonerden und der hohen Feinheit andererseits so reaktionsfähig, daß das durch Oxidation aus dem SiC gebildete SiO2 zu MuIHt (3AI2O3 χ 2SiO2) umgesetzt wird. Die dabei entstehende feinkörnige Mullitmatrix wirkt als Oxidationsschutz gegen die weitere Oxidation des Siliciumcarbids. Die Spezialtonerde ist bedingt durch den definierten 0-AI2O3-AnIeN (85-95%) und einem günstigen Kristallzustand, der in der zum Erlangen dieses a-AljOj-Gehaltes notwendigen Calcinationsführung begründet ist, mit in der Keramikindustrie üblichen Aggregaten wie Trommel- oder Rohrmühlen sehr fein aufmahlbar (Halbwertskorngröße 2,5μΓη).
Durch die Festigkeit des Mörtels, die feste Haftung an dem wassergekühlten Innenmantel des Festbettdruckvergasers sowie der Oxidationsschutz des Siliciumcarbids gewährleisten eine gute Abführung der Wärme aus dem Feuerfestmaterial und damit eine niedrige Temperatur an der Innenseite des Feuerfestmaterials. Dadurch kann die Reaktionstemperatur des Prozesses erhöht werden, indem das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis mit bekannten Vorteilen abgesenkt wird, ohne daß Schlackeansätze an der Ausmauerung entstehen.
Außerdem ist der Mörtel selbst kaum Reaktionspartner für die Asche, da er nur wenig Ton oder Kaolin und kein aus SiC gebildetes freies SiO2 enthält. Der Zutritt korrosiver Gase an den Innenmantel des Festbettdruckvergajers wird zudem verhindert. Dadurch wird die Korrosion des Innenmantels des Festbettdruckvergasers hinter der Feuerfestauskleidung vermindert und die Standzeit erhöht.
Ein Festbettdruckvergaser wird mit ton- oder mullitgebundenen SiC-Steinen zugestellt, wobei als Mörtel ein feinkörniges Gemisch aus
79,5% Siliciumcarbid, Kornfraktion 0,5mm
10,0% feuerfestem Kaolin
10,0% Schmelzkorund, Kornfraktion 0,2mm und
0,5% feingemahlene Tonerde, Halbwertskorngröße 2.F\im (a-AI2O3-Gehalt 85-95%)
verwendet wird. Auf 10 kg Mörtel werden 750ml Monoaluminiumdihydrogenphosphatlösung gegeben und die gewünschte Mörtelkonsistenz mit Wasser eingestellt. Das Verlegen der SiC-Steine erfolgt danach in der üblichen Weise. Der Mörtel hat im Mauerwerk eine hohe Festigkeit und am Innenmantel eine gute Haftung. Dadurch wird eine gute Wärmeabführung aus dem Mauerwerk gewährleistet. Durch den geringen Tonanteil des Mörtels und die geringeren Temperaturen des Innenmantels wird die Reaktion der ± geschmolzenen Asche mit dem Feuerfestmaterial stark behindert und die Standfestigkeit der Feuerfestauskleidung verlängert. Der Vergasungsprozeß kann ohne das Entstehen von Schlackeansätzen bei einem Dampf/ Sauerstoff-Verhältnis von 6,5kg/m3 i. N. durchgeführt werden.
Ausführungsbelsplel 2
Ein Festbettdruckvergaser wird mit ton- oder mullitgebundenen SiC-Steinen zugestellt, wobei der Mörtel folgende Zusammensetzung aufweist:
80% feinkörniges Siliciumcarbid, Kornfraktion <0,5mm
10% feuerfester Bindekaolin
10% feingemahlene Tonerde, Halbwertskorngröße 2,5Mm (a-AI2O3-Gehalt 85-95%)
Vor der Verarbeitung werden 7,5% Monoaluminiumdihydrogenphosphatlösung zugegeben und die gewünschte Konsistenz mit Wasser eingestellt. Neben den im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Vorteilen wird durch den hohen Tonerdeanteil das aus dem SiC gebildete SiO2 sofort zu Mullit umgesetzt, wodurch die weitere Oxidation des SiC behindert und somit eine noch bessere Wärmeabführung gewährleistet wird. Der Vergasungsprozeß kann wie im Beispiel 1 ohne das Entstehen von Schlackiansätzen bei einem Dampf/Sauerstoff-Verhältnis von <6,5kg/m3 i. N. durchgeführt werden.
Claims (1)
- Phosphatgebundener Siliciumcarbid-Mörtel für die Feuerfestzust9llung auf der Basis von feinkörnigem Siliciumcarbid mit einem Anteil von 70-90%,
5-15% feuerfestem Bindeton und/oder-kaolin,
0-15% feinkörnigem Schmelzkorund,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich0,5-20% feingemahlene Tonerde mit einem a-AbOa-Anteil zwischen 85 und 95%, die durch in der Keramikindustrie übliche Aggregate auf hohe Feinheiten (Halbwertskorngröße um 2,5 μιτι) aufgemahlen ist, und5-10% Orthophosphorsäure oder deren Salze in Form einer wäßrigen Lösung enthalten sind.
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