DE102013113769B4 - Process for the fixed bed pressure gasification of carbonaceous fuels - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Vergasung fester kohlenstoffhaltiger Brennstoffe mit Vergasungsmitteln in einem Festbettdruckvergasungsreaktor (1), umfassend einen Vergasungsmitteleinlass (5), einen Produktgasauslass (6), ein auf einem Ascheaustragsrost (2) angeordnetes Brennstoffbett aus festem, kohlenstoffhaltigen Brennstoff, eine Brennstoffzuführvorrichtung (3), eine Ascheabführvorrichtung (4); wobei ein Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltendes Rohsynthesegas erhalten, durch den Produktgasauslass (6) aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor (1) ausgeleitet und nachfolgend zu einem Reinsynthesegas aufbereitet wird, und bei der Aufbereitung des Rohsynthesegases in flüssiger, flüssigkeitsgelöster oder in flüssigkeitsdispergierter Form erhaltene, kohlenwasserstoffhaltige Nebenprodukte (flüssige Nebenprodukte) der Vergasung, wie Teere, Öle, Naphtha und Phenole, in die Vergasungszone und/oder die Verbrennungszone des Festbettdruckvergasungsreaktors (1) eingebracht und ebenfalls mindestens teilweise zu Wasserstoff und/oder Kohlenoxiden umgesetzt werden und die flüssigen Nebenprodukte durch Eindüsen oder Versprühen in den Festbettdruckvergasungsreaktor (1) eingebracht werden, wobei ein Treibgas verwendet wird und das Eindüsen oder Versprühen der flüssigen Nebenprodukte in den Festbettdruckvergasungsreaktor (1) über mindestens eine, in der Wandung des Reaktors installierte und radial in den Reaktorraum gerichtete Düse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung der Düse(n) mit einem nach unten gerichteten Winkel bis 30° von der Waagerechten abweicht.Process for the gasification of solid carbonaceous fuels with gasification agents in a fixed bed pressure gasification reactor (1), comprising a gasification agent inlet (5), a product gas outlet (6), a fuel bed made of solid, carbonaceous fuel arranged on an ash discharge grate (2), a fuel feed device (3), a Ash removal device (4); wherein a raw synthesis gas containing hydrogen and carbon oxides is obtained, discharged through the product gas outlet (6) from the fixed-bed pressure gasification reactor (1) and subsequently processed into a pure synthesis gas, and hydrocarbon-containing by-products obtained in the preparation of the raw synthesis gas in liquid, liquid-dissolved or liquid-dispersed form (liquid By-products) of gasification, such as tars, oils, naphtha and phenols, are introduced into the gasification zone and / or the combustion zone of the fixed-bed pressure gasification reactor (1) and are also at least partially converted to hydrogen and / or carbon oxides and the liquid by-products are injected or sprayed into the Fixed bed pressure gasification reactor (1) are introduced, a propellant gas being used and the injection or spraying of the liquid by-products into the fixed bed pressure gasification reactor (1) via at least one installed in the wall of the reactor and radially in the reactor chamber directed nozzle, characterized in that the jet direction of the nozzle (s) deviates from the horizontal with an angle directed downwards up to 30 °.

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltenden Synthesegases durch Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, insbesondere von Koks oder Kohle, mit Sauerstoff und Dampf in einem von einem Austragsrost getragenen Festbett und unter Erzeugung einer festen Asche in einem Festbettdruckvergasungsreaktor, wobei die bei der weiteren Aufarbeitung des aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgeleiteten Rohsynthesegases erhaltenen, kohlenwasserstoffhaltigen Nebenprodukte, beispielsweise Teere, Öle, Naphtha oder Phenole, vorteilhaft genutzt werden können.The invention relates to a process for the production of a synthesis gas containing hydrogen and carbon oxides by gasification of carbon-containing fuels, in particular coke or coal, with oxygen and steam in a fixed bed carried by a discharge grate and with the production of solid ash in a fixed bed pressure gasification reactor Work-up of the hydrocarbon-containing by-products obtained from the fixed-bed pressure gasification reactor and derived from the crude synthesis gas, for example tars, oils, naphtha or phenols, can be used advantageously.

Stand der TechnikState of the art

Mittels Festbettdruckvergasungsreaktoren wird fester Brennstoff, wie Kohle, Koks oder sonstiger kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit Dampf und Sauerstoff als Vergasungsmittel bei erhöhter Temperatur und, in den meisten Fällen, unter Überdruck zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegas vergast, wobei eine feste Asche erhalten wird, die über einen Ascheaustragsrost, der in vielen Fällen als Drehrost ausgebildet ist, aus dem Reaktor ausgetragen wird. Dieser Reaktortyp wird häufig auch als FBDB-(= Fixed Bed Dry Bottom) -Druckvergaser bezeichnet.Fixed-bed pressure gasification reactors are used to gasify solid fuel, such as coal, coke or other carbon-containing fuel, with steam and oxygen as a gasifying agent at elevated temperature and, in most cases, under pressure to a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen, giving a solid ash which is obtained via an ash discharge grate, which in many cases is designed as a rotating grate, is discharged from the reactor. This type of reactor is often also referred to as an FBDB (= Fixed Bed Dry Bottom) pressure gasifier.

Im Festbett durchläuft der Brennstoff von oben nach unten folgende Temperaturzonen mit in dieser Richtung steigender Temperatur:

  • - Trocknungszone: In der Trocknungszone wird im oder am Brennstoff gebundene Feuchte desorbiert und mit dem Rohsynthesegasstrom aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgetragen.
  • - Pyrolysezone: Hier werden leichtflüchtige Verbindungen aus dem Brennstoff freigesetzt und ausgetrieben. Es erfolgt hier eine Verschwelung oder Verkokung des Brennstoffs.
  • - Vergasungszone: In der Vergasungszone erfolgt die eigentliche Umsetzung des Brennstoffs mit dem Vergasungsmittel, das zumeist Luft oder Sauerstoff, sowie Wasserdampf und ggf. Kohlendioxid als Moderator enthält, zu den Zielprodukten der Vergasung, nämlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid.
  • - Verbrennungszone: Hier wird die für die Vergasung, Pyrolyse und Trocknung notwendige Wärmeenergie durch Verbrennen eines Teils des Brennstoffes erzeugt.
In the fixed bed, the fuel passes through the following temperature zones from top to bottom with increasing temperature in this direction:
  • - Drying zone: In the drying zone, moisture bound in or on the fuel is desorbed and discharged from the fixed-bed pressure gasification reactor with the raw synthesis gas stream.
  • - Pyrolysis zone: Here volatile compounds are released from the fuel and expelled. The fuel is charred or coked here.
  • - Gasification zone: In the gasification zone, the actual conversion of the fuel with the gasification agent, which mostly contains air or oxygen, as well as water vapor and possibly carbon dioxide as moderator, takes place to the target products of the gasification, namely hydrogen and carbon monoxide.
  • - Combustion zone: The thermal energy required for gasification, pyrolysis and drying is generated by burning part of the fuel.

Für weitere Verfahrensdetails wird auf das einschlägige Schrifttum verwiesen, vgl. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, Seite 367 ff. Die Vergasung beginnt typischerweise bei Temperaturen von etwa 700 °C und verläuft mit hoher Geschwindigkeit bei Temperaturen von 800 °C, vgl. Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 14, S. 384. Die dortige zeigt einen typischen Temperaturverlauf der Gastemperatur in einem Festbettdruckvergasungsreaktor, insbesondere in den oben erörterten Temperaturzonen.For further procedural details, reference is made to the relevant literature, cf. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, page 367 ff. Gasification typically begins at temperatures of around 700 ° C and proceeds at high speed at temperatures of 800 ° C, cf. Ullmanns Encyklopadie der Technischen Chemie, 4th edition (1977), volume 14, p. 384. Die there shows a typical temperature profile of the gas temperature in a fixed bed pressure gasification reactor, in particular in the temperature zones discussed above.

Neben den Zielprodukten Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält das Rohsynthesegas nach Verlassen des Reaktors aber auch bei der Vergasung entstandene Nebenprodukte, wie Teere, Öle, Naphtha, sowie Phenole, die alle Kohlenwasserstoffe enthalten oder aus Kohlenwasserstoffen bestehen und bei Umgebungsbedingungen flüssig vorliegen oder in flüssiger, flüssigkeitsgelöster oder in flüssigkeitsdispergierter Form (beispielsweise als Emulsion in Wasser) bei der Aufarbeitung des Rohsynthesegases erhalten werden. Alle diese Nebenprodukte sollen nachfolgend als flüssige Nebenprodukte verstanden werden.In addition to the target products carbon monoxide and hydrogen, the raw synthesis gas after leaving the reactor also contains by-products formed during gasification, such as tars, oils, naphtha, and phenols, which all contain hydrocarbons or consist of hydrocarbons and are liquid in ambient conditions or in liquid, liquid or liquid solution can be obtained in liquid-dispersed form (for example as an emulsion in water) during the workup of the raw synthesis gas. All of these by-products are to be understood below as liquid by-products.

Außerdem enthält das Rohgas aus dem Festbett mitgerissenen Staub, bestehend aus Brennstoff- und Ascheteilchen, und auch Ammoniak, der ebenfalls im Laufe der Aufarbeitung des Rohsynthesegases abgetrennt und als Wertstoff erhalten wird, vgl. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, Seite 437, Fig. 75 .In addition, the raw gas from the fixed bed entrained dust, consisting of fuel and ash particles, and also ammonia, which is also separated in the course of the processing of the raw synthesis gas and obtained as a valuable substance, cf. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, page 437, Fig. 75 .

Insbesondere bei kleineren Vergasungsanlagen ist es nicht immer wirtschaftlich, die flüssigen Nebenprodukte in einen verkaufsfähigen Zustand, beispielsweise mit erhöhter Reinheit und/oder befreit von Feststoffanteilen, aufzuarbeiten. In diesen Fällen müssen die Nebenprodukte geordnet entsorgt werden, wodurch Entsorgungskosten anfallen.In the case of smaller gasification plants in particular, it is not always economical to process the liquid by-products in a salable state, for example with increased purity and / or freed from solids. In these cases, the by-products must be disposed of in an orderly manner, which incurs disposal costs.

In der Offenlegungsschrift DE 26 07 745 A1 wird ein Verfahren vorgestellt, das die aus dem Gaskondensat abgetrennten, staubhaltigen Teere entsorgt, indem sie in den Festbettdruckvergasungsreaktor zurückgeführt werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die rückgeführte Masse lediglich auf die Oberfläche des Reaktorfestbetts aufgegeben wird. Die in der Masse enthaltenen Teere werden auf diese Weise verdampft bevor sie die Vergasungszone des Festbetts erreichen. Die verdampften Teere werden mit dem Rohsynthesegas aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgetragen und wieder vom Gaskondensat ausgewaschen, sodass sie lediglich zwischen Reaktor und Gaswäsche im Kreis gefahren werden.In the published application DE 26 07 745 A1 A method is presented which disposes of the dust-containing tars separated from the gas condensate by recycling them into the fixed-bed pressure gasification reactor. A disadvantage of this process is that the recycled mass is only applied to the surface of the fixed reactor bed. The tars contained in the mass are vaporized in this way before they reach the gasification zone of the fixed bed. The evaporated tars are discharged with the raw synthesis gas from the fixed-bed pressure gasification reactor and washed out again by the gas condensate, so that they are only circulated between the reactor and the gas scrubber.

Die Offenlegungsschrift DE 195 09 570 A1 lehrt ein Verfahren zur Pyrolyse und Festbettdruckvergasung von kohlenstoffhaltigen Stoffen. Unter anderem wird dort mittels Lanzen ein Teer-Öl-Feststoff-Wassergemisch auf die Oberfläche der Brennstoffschüttung aufgebracht. Zwar wird dabei ein Teil der aufgebrachten Stoffe pyrolysiert, ein signifikanter Anteil wird aber wiederum mit dem Rohsynthesegas aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgetragen. The disclosure DE 195 09 570 A1 teaches a process for pyrolysis and fixed bed gasification of carbonaceous substances. Among other things, a tar-oil-solid-water mixture is applied to the surface of the fuel bed by means of lances. Although a part of the applied substances is pyrolyzed, a significant proportion is in turn discharged from the fixed-bed pressure gasification reactor with the raw synthesis gas.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2013 202 356 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Festbettdruckvergasung fester Brennstoffe mit erhöhter Leistung sowie verbreitertem Einsatzspektrum fester Brennstoffe gelehrt. Dort wird offenbart, dass pulverförmige Brennstoffe als Sekundärbrennstoffe mittels einer Brikettierpresse zu einem Brennstoffstrang geformt und anschließend in den Festbettdruckvergasungsreaktor eingepresst werden. Dabei dient ein bei der Festbettdruckvergasung anfallendes Teer-Öl-Feststoffgemisch als Agglomerationshilfsmittel. Da die Zugabe des geformten Sekundärbrennstoffes in die Trocknungs- und Pyrolysezone des Festbettdruckvergasungsreaktors erfolgt, bestehen wiederum die oben dargestellten Nachteile des Austrags flüchtiger Bestandteile mit dem Rohsynthesegas.In the published application DE 10 2013 202 356 A1 teaches a method and an apparatus for fixed-bed pressure gasification of solid fuels with increased performance and a wider range of uses for solid fuels. There it is disclosed that pulverulent fuels as secondary fuels are formed into a fuel strand by means of a briquetting press and then pressed into the fixed bed pressure gasification reactor. A tar-oil-solid mixture obtained in the fixed bed pressure gasification serves as an agglomeration aid. Since the shaped secondary fuel is added to the drying and pyrolysis zone of the fixed-bed pressure gasification reactor, there are again the disadvantages of discharging volatile constituents with the raw synthesis gas, as described above.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die Nebenprodukte so in den Festbettdruckvergasungsreaktor zurückzuführen, dass sie dort in Synthesegas umgewandelt werden.The object of the invention is therefore to provide a process which is able to return the by-products to the fixed-bed pressure gasification reactor in such a way that they are converted there into synthesis gas.

Die Festbettvergasung ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Aus der DD 2 24 611 A5 ist ein Verfahren zur Herstellung von methanhaltigen Gasen bekannt. Darüber hinaus ist in der DD 2 66 112 A1 ist ein Verfahren zur Verwertung von Teer-Öl-Feststoff-Wassergemischen aus Festbettdruckvergasungsanlagen durch Rückführung des Gemisches in den mit einem Drehrost bestückten Reaktor beschrieben. In der EP 0 953 627 A1 ist ein Verfahren zur Umwandlung von Teer in ein verbrennbares Gas in einem Festbettvergaser offenbart.Fixed bed gasification is basically known from the prior art. From the DD 2 24 611 A5 a method for producing methane-containing gases is known. In addition, in the DD 2 66 112 A1 describes a process for recycling tar-oil-solid-water mixtures from fixed-bed pressure gasification plants by recycling the mixture into the reactor equipped with a rotating grate. In the EP 0 953 627 A1 discloses a process for converting tar to a combustible gas in a fixed bed gasifier.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Vergasung fester kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, insbesondere von Koks oder Kohle, mit Vergasungsmitteln in einem Festbettdruckvergasungsreaktor, umfassend einen Vergasungsmitteleinlass, einen Produktgasauslass, ein auf einem Ascheaustragsrost angeordnetes Brennstoffbett aus festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, eine Brennstoffzuführvorrichtung, eine Ascheabführvorrichtung; wobei ein Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltendes Rohsynthesegas erhalten, durch den Produktgasauslass aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgeleitet und nachfolgend zu einem Reinsynthesegas aufbereitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aufbereitung des Rohsynthesegases in flüssiger, flüssigkeitsgelöster oder in flüssigkeitsdispergierter Form erhaltene, kohlenwasserstoffhaltige Nebenprodukte (flüssige Nebenprodukte) der Vergasung, wie Teere, Öle, Naphtha und Phenole, in die Vergasungszone und/oder die Verbrennungszone des Festbettdruckvergasungsreaktors eingebracht und ebenfalls mindestens teilweise zu Wasserstoff und/oder Kohlenoxiden umgesetzt werden.The object was achieved by a process for the gasification of solid carbon-containing fuels, in particular coke or coal, with gasification agents in a fixed bed pressure gasification reactor, comprising a gasification agent inlet, a product gas outlet, a fuel bed made of solid, carbon-containing fuel arranged on an ash discharge grate, a fuel supply device, an ash removal device; wherein a raw synthesis gas containing hydrogen and carbon oxides is obtained, discharged through the product gas outlet from the fixed-bed pressure gasification reactor and subsequently processed into a pure synthesis gas, characterized in that hydrocarbon-containing by-products (liquid by-products) of the raw products obtained in the preparation of the raw synthesis gas (liquid by-products) Gasification, such as tars, oils, naphtha and phenols, are introduced into the gasification zone and / or the combustion zone of the fixed-bed pressure gasification reactor and are likewise at least partially converted to hydrogen and / or carbon oxides.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 11.Further advantageous refinements of the method according to the invention can be found in subclaims 2 to 11.

Als kohlenstoffhaltige Brennstoffe werden Koks und Kohle aufgrund ihrer günstigen Verbrennungs- und Vergasungseigenschaften bevorzugt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst aber auch die Vergasung von Biomasse mit ausreichend hohem Kohlenstoffanteil, wenn diese unter Vergasungsbedingungen ein mechanisch und hydrodynamisch stabiles Brennstoffbett bilden kann. Da bei der Umsetzung letzterer besonders hohe Anteile flüssiger Nebenprodukte erhalten werden, bietet die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hier besondere Vorteile.Coke and coal are preferred as carbon-containing fuels because of their favorable combustion and gasification properties. However, the method according to the invention also includes the gasification of biomass with a sufficiently high carbon content if it can form a mechanically and hydrodynamically stable fuel bed under gasification conditions. Since particularly high proportions of liquid by-products are obtained in the implementation of the latter, the use of the method according to the invention offers particular advantages here.

Als Vergasungsmittel werden Sauerstoff oder Luft, bevorzugt in Verbindung mit Wasserdampf oder Kohlendioxid als Moderator eingesetzt.Oxygen or air, preferably in combination with water vapor or carbon dioxide, are used as the moderating agent.

Als Ascheaustragsrost kann beispielsweise ein Drehrost eingesetzt werden. Die Beschaffenheit und Verwendung dieser Vorrichtung ist dem Fachmann an sich bekannt. Hinsichtlich der Temperaturführung im Festbettdruckvergasungsreaktor sind dabei die thermischen Auslegungsgrenzen für Drehroste zu berücksichtigen. Zulässige Höchsttemperaturen für Drehroste liegen im Bereich von 300 bis 400 °C. Dies begrenzt auch die Eintrittstemperatur des Vergasungsmittels, das über einen Vergasungsmitteleinlass zugegeben wird, der unterhalb des Drehrostes angeordnet ist, sodass das Vergasungsmittel den Drehrost passiert, bevor es in das Brennstoffbett gelangt.A rotating grate can be used as the ash discharge grate, for example. The nature and use of this device is known per se to the person skilled in the art. With regard to the temperature control in the fixed bed pressure gasification reactor, the thermal design limits for rotary gratings must be taken into account. Permissible maximum temperatures for grates are in the range of 300 to 400 ° C. This also limits the inlet temperature of the gasifier added through a gasifier inlet located below the rotating grate so that the gasifying agent passes the rotating grate before it enters the fuel bed.

Die Aufbereitung des Rohsynthesegases zu einem Reinsynthesegas ist an sich bekannt und wird im einschlägigen Schrifttum beschrieben, vgl. Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 14, S. 449 ff. Als dabei erhaltene, flüssige Nebenprodukte sind insbesondere Teerfraktionen, Kohlenwasserstofffraktionen, z. B. Naphtha, phenolhaltige Flüssigkeiten und Ölfraktionen zu nennen. Die Ölfraktionen bestehen dabei zum Teil aus Fremdölen, die als Aufbereitungshilfsmittel benutzt werden und beispielsweise zur Erniedrigung der Viskosität und Verbesserung der Filtrierbarkeit von Teerfraktionen dienen.The processing of the raw synthesis gas to a pure synthesis gas is known per se and is described in the relevant literature, cf. Ullmanns Encyklopadie der Technischen Chemie, 4th edition (1977), Volume 14, pp. 449 ff. The liquid by-products obtained are in particular tar fractions, hydrocarbon fractions, e.g. As naphtha, phenol-containing liquids and oil fractions. The oil fractions consist partly of extraneous oils that are used as processing aids and, for example, to lower the Viscosity and improve the filterability of tar fractions.

Wie bereits bei der Diskussion des Stands der Technik ausgeführt, sollen auch bei der Vergasung entstandene Nebenprodukte, die Kohlenwasserstoffe enthalten oder aus Kohlenwasserstoffen bestehen und bei Umgebungsbedingungen flüssig vorliegen oder in flüssiger, flüssigkeitsgelöster oder in flüssigkeitsdispergierter Form (beispielsweise als Emulsion in Wasser) bei der Aufarbeitung des Rohsynthesegases erhalten werden, nachfolgend als flüssige Nebenprodukte verstanden werden.As already explained in the discussion of the prior art, by-products formed during gasification, which contain hydrocarbons or consist of hydrocarbons and are in liquid form under ambient conditions or in liquid, liquid-dissolved or liquid-dispersed form (for example as an emulsion in water) during processing of the raw synthesis gas are obtained, are understood below as liquid by-products.

Selbstverständlich ist der Übergang zwischen den oben diskutierten Temperaturzonen des Festbettdruckvergasungsreaktors fließend. Diese Zonen sind nicht etwa als diskrete Bereiche mit scharfen Übergängen zu den benachbarten Zonen anzusehen, sie sind eher idealtypisch definiert. Maßgeblich für die Definition der Vergasungszone ist es, dass in dieser Zone ein signifikanter Umsatz des Brennstoffes zu Synthesegasbestandteilen erfolgt, bzw. die Vergasungsreaktion mit ausreichender Reaktionsgeschwindigkeit abläuft. Die Lage dieser Zone innerhalb des Festbettdruckvergasungsreaktors ist daher selbstverständlich von seiner Geometrie und sonstigen Beschaffenheit sowie von seinen Betriebsparametern, wie beispielsweise den Massenströmen und Eintrittstemperaturen von Vergasungsmittel und Brennstoff, der Zusammensetzung des Vergasungsmittels, dem Ascheaustragsmassenstrom sowie dem Betriebsdruck abhängig. Erfahrungsgemäß findet aber bei Temperaturen oberhalb von 700 °C ein merklicher und bei Temperaturen oberhalb von 800 °C ein signifikanter Umsatz des Brennstoffes mit dem Vergasungsmittel zu Synthesegasbestandteilen statt.Of course, the transition between the temperature zones of the fixed bed pressure gasification reactor discussed above is fluid. These zones are not to be seen as discrete areas with sharp transitions to the neighboring zones, they are rather defined as ideal. It is decisive for the definition of the gasification zone that a significant conversion of the fuel to synthesis gas components takes place in this zone, or that the gasification reaction proceeds with a sufficient reaction rate. The location of this zone within the fixed-bed pressure gasification reactor is therefore of course dependent on its geometry and other characteristics, as well as on its operating parameters, such as the mass flows and inlet temperatures of gasification agent and fuel, the composition of the gasification agent, the ash discharge mass flow and the operating pressure. Experience has shown, however, that there is a noticeable conversion of the fuel with the gasification agent into synthesis gas components at temperatures above 700 ° C and a significant conversion at temperatures above 800 ° C.

Bevorzugte Ausgestaltungen der ErfindungPreferred embodiments of the invention

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass mindestens ein Teil der in den Festbettdruckvergasungsreaktor eingebrachten flüssigen Nebenprodukte in einen Bereich gelangt, in dem die Gastemperatur mindestens 700 °C, bevorzugt mindestens 800 °C beträgt. Wie oben erläutert, wird bei Temperaturen oberhalb von 700 °C ein merklicher und bei Temperaturen oberhalb von 800 °C ein signifikanter Umsatz des Brennstoffes mit dem Vergasungsmittel zu Synthesegasbestandteilen erzielt. Dies wird erreicht, indem die flüssigen Nebenprodukte durch Eindüsen oder Versprühen in den Festbettdruckvergasungsreaktor im Bereich der Vergasungs- und/oder Verbrennungszone eingebracht werden, wobei im Falle des Eindüsens oder Versprühens ein Treibgas verwendet wird. Das Einbringen in den Festbettdruckvergasungsreaktor durch Eindüsen oder Versprühen ist dabei insbesondere für flüssige Nebenprodukte mit bei Zugabebedingungen niedriger Viskosität geeignet. Vorteilhaft wird dabei für das Eindüsen oder Versprühen der flüssigen Nebenprodukte ein Treibgas verwendet, das sich in Bezug auf die Nebenprodukte und die im Vergasungsreaktor ablaufenden Reaktionen entweder inert oder reaktiv verhalten kann. Als inertes Treibgas kann beispielsweise Stickstoff dienen. Es ist allerdings von besonderem Vorteil, wenn im Falle des Eindüsens oder Versprühens ein reaktives Treibgas, beispielsweise das Vergasungsmittel oder einer oder mehrere seiner Bestandteile verwendet wird. Hierdurch entfällt die separate Bereitstellung für das Treibgas, es erfolgt ein weiterer Umsatz zu Synthesegasbestandteilen und das Produktgas wird nicht durch verfahrensfremde Treibgasbestandteile verunreinigt.The process according to the invention is preferably carried out in such a way that at least some of the liquid by-products introduced into the fixed bed pressure gasification reactor reach a region in which the gas temperature is at least 700 ° C., preferably at least 800 ° C. As explained above, a noticeable conversion of the fuel with the gasification agent into synthesis gas components is achieved at temperatures above 700 ° C. and at temperatures above 800 ° C. This is achieved by introducing the liquid by-products into the fixed-bed pressure gasification reactor in the region of the gasification and / or combustion zone by spraying or spraying, a propellant being used in the case of spraying or spraying. The introduction into the fixed-bed pressure gasification reactor by spraying or spraying is particularly suitable for liquid by-products with low viscosity under addition conditions. For the injection or spraying of the liquid by-products, a propellant gas is advantageously used which can be either inert or reactive with respect to the by-products and the reactions taking place in the gasification reactor. Nitrogen, for example, can serve as the inert propellant. However, it is particularly advantageous if, in the case of injection or spraying, a reactive propellant gas, for example the gasification agent or one or more of its components, is used. This eliminates the separate provision for the propellant gas, there is a further conversion to synthesis gas components and the product gas is not contaminated by propellant gas components that are not related to the process.

Bei Verwendung eines Treibgases können die flüssigen Nebenprodukte nach dem Prinzip der Treibstrahlpumpe gefördert werden, sodass unten Umständen auf eine weitere Pumpe zur Förderung der flüssigen Nebenprodukte verzichtet werden kann.If a propellant gas is used, the liquid by-products can be pumped according to the principle of the jet pump, so that under the circumstances there is no need for another pump to pump the liquid by-products.

Wenn es die Viskosität gestattet, wird das Eindüsen oder Versprühen der flüssigen Nebenprodukte vorteilhaft so durchgeführt, dass sie zu einem feinen Aerosol zerstäubt werden. Auf diese Weise werden eine hohe Eindringtiefe in das Brennstofffestbett und ein hoher Umsatz zu Synthesegasbestandteilen gewährleistet.If viscosity permits, the spraying or spraying of the liquid by-products is advantageously carried out in such a way that they are atomized into a fine aerosol. In this way, a high penetration depth into the fixed fuel bed and a high conversion to syngas components are guaranteed.

Flüssige Nebenprodukte mit bei Zugabebedingungen immer noch hoher Viskosität werden bevorzugt durch Einpumpen in den Festbettdruckvergasungsreaktor eingebracht, wobei auch hier erfindungsgemäß die Zugabe in den Bereich der Vergasungs- und/oder Verbrennungszone erfolgt.Liquid by-products with a viscosity that is still high under addition conditions are preferably introduced by pumping into the fixed-bed pressure gasification reactor, the addition also taking place in the region of the gasification and / or combustion zone according to the invention.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Eindüsen oder Versprühen der flüssigen Nebenprodukte in den Festbettdruckvergasungsreaktor über mindestens eine, in der Wandung des Reaktors installierte und radial in den Reaktorraum gerichtete Düse, wobei bei Verwendung mehrerer Düsen diese bevorzugt in gleichen Abständen zueinander und bevorzugt auf gleicher Höhe auf dem Umfang des Reaktors verteilt sind. Durch diese symmetrische Anordnung der Düsen kann eine homogene Verteilung der flüssigen Nebenprodukte auf die einzelnen Düsen sichergestellt werden. Die Düsen können in ihrer Bauart den vom Hochofenprozess zur Roheisenerzeugung bekannten Blasformen entsprechen, vgl. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 18, Seite 493.In a preferred embodiment of the invention, the liquid by-products are injected or sprayed into the fixed-bed pressure gasification reactor via at least one nozzle installed in the wall of the reactor and directed radially into the reactor space, wherein if several nozzles are used, these are preferably spaced apart from one another and preferably at the same height are distributed over the circumference of the reactor. This symmetrical arrangement of the nozzles ensures a homogeneous distribution of the liquid by-products between the individual nozzles. The design of the nozzles can correspond to the blow molds known from the blast furnace process for producing pig iron, cf. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 18, page 493.

Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Düsenmündungen mit der Auskleidung der Reaktorinnenwand abschließen, sodass sie nicht in den Reaktorinnenraum hineinragen. Auf diese Weise wird die mechanische Belastung der Düsenmündung durch das herabsinkende Material des Festbetts verringert.A further special embodiment of the invention consists in that the nozzle orifices end with the lining of the reactor inner wall, so that they do not protrude into the reactor interior. In this way the mechanical Reduced load on the nozzle mouth due to the falling material of the fixed bed.

Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass als Treibgase Kohlendioxid, Wasserdampf, Luft oder Sauerstoff oder beliebige Mischungen dieser Komponenten verwendet werden. Im Fall der Zugabe von Kohlendioxid oder Wasserdampf dient das Gas eher als Treibmittel, im Fall der Zugabe von Luft oder Sauerstoff unterstützt das Treibgas durch seinen Sauerstoffanteil die Oxidation und damit die Vergasung der eingedüsten flüssigen Nebenprodukte. Vorteilhaft ist es, dass in allen genannten Fällen eine weitere Umsetzung der Treibgasbestandteile im Vergasungsreaktor erfolgen kann bzw. die Treibgasbestandteile ohnehin als Komponenten im Rohsynthesegas vorhanden sind. Die Einführung verfahrensfremder Komponenten in den Prozess wird somit vermieden.A further particular embodiment of the invention consists in that carbon dioxide, water vapor, air or oxygen or any mixtures of these components are used as the propellant gases. In the case of the addition of carbon dioxide or water vapor, the gas serves more as a blowing agent; in the case of the addition of air or oxygen, the propellant's oxygen content supports the oxidation and thus the gasification of the injected liquid by-products. It is advantageous that in all of the cases mentioned, the propellant gas components can be reacted further in the gasification reactor or the propellant gas components are present as components in the raw synthesis gas anyway. The introduction of non-process components into the process is thus avoided.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden die Düsen im vertikalen Abstand von 1,0 bis 2,0 m, bevorzugt 1,5 m über dem höchsten Punkt des Austragsrostes im gleichem Abstand untereinander auf dem Umfang des Reaktors in der Reaktorwand installiert. In diesem Abstand befindet sich, bei geeigneter Einstellung und Abstimmung der Durchsätze von Brennstoff, Sauerstoff und Wasserdampf, die Vergasungszone des Festbetts. Das eingedüste Material gelangt also in die Vergasungszone und wird gemeinsam mit dem Material des Festbetts zu Synthesegasbestandteilen umgesetzt. Besonders günstig hat es sich dabei erwiesen, wenn die Strahlrichtung der Düsen mit einem zwischen 0 bis 30°, bevorzugt 0 bis 20°, meist bevorzugt 0 bis 10° von der Waagerechten abweichenden Winkel nach unten gerichtet ist. Hierdurch wird die Verweilzeit der in den Festbettdruckvergasungsreaktor eingebrachten flüssigen Nebenprodukte in den heißen Bereichen erhöht und ihr Gesamtweg durch den Reaktor verlängert, was zu einem verbesserten Umsatz der flüssigen Nebenprodukte zu Synthesegasbestandteilen erhöht. Andererseits wird auf diese Weise vermieden, dass der oberhalb der Düsen liegende Teil des Festbetts zu sehr aufgelockert wird und dass die Düsenstrahlen eventuell die Ascheschicht und den Rost erreichen.In a particularly preferred embodiment of the invention, the nozzles are installed at a vertical distance from 1.0 to 2.0 m, preferably 1.5 m above the highest point of the discharge grate, at the same distance from one another on the circumference of the reactor in the reactor wall. The gasification zone of the fixed bed is located at this distance, with suitable adjustment and coordination of the throughputs of fuel, oxygen and water vapor. The injected material thus reaches the gasification zone and is converted into syngas components together with the material of the fixed bed. It has proven particularly advantageous if the jet direction of the nozzles is directed downward at an angle that deviates from the horizontal by between 0 to 30 °, preferably 0 to 20 °, most preferably 0 to 10 °. This increases the residence time of the liquid by-products introduced into the fixed-bed pressure gasification reactor in the hot areas and extends their overall path through the reactor, which increases the conversion of the liquid by-products to synthesis gas components. On the other hand, this prevents the part of the fixed bed lying above the nozzles from being loosened too much and the nozzle jets possibly reaching the ash layer and the rust.

Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die auf die aus der Düse austretende Treibgasmenge bezogene Düsenaustrittsgeschwindigkeit zwischen 50 und 150 m/s, bevorzugt zwischen 80 und 120 m/s beträgt. Das Volumen der verdüsten flüssigen Nebenprodukte wird dabei rechnerisch vernachlässigt. In diesem Geschwindigkeitsbereich ist eine ausreichende Eindringtiefe des Düsenstrahls in das Festbett gegeben, sodass hohe Verweilzeiten und Umsätze der flüssigen Nebenprodukte erzielt werden.A further special embodiment of the invention consists in the fact that the nozzle exit velocity, based on the amount of propellant gas emerging from the nozzle, is between 50 and 150 m / s, preferably between 80 and 120 m / s. The volume of the vaporized liquid by-products is neglected in the calculation. In this speed range, there is sufficient penetration depth of the jet into the fixed bed, so that long residence times and conversions of the liquid by-products are achieved.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die örtliche Temperatur des Festbetts an der Innenseite der Reaktorwand mittels zweier auf dem Umfang des Reaktors installierter Reihen von Temperaturfühlern ermittelt wird, wobei die Temperaturfühler innerhalb einer Reihe in gleichen Abständen voneinander beabstandet sind, wobei der vertikale Abstand zum höchsten Punkt des Austragsrosts bei der oberen Reihe 0,5 bis 2,5 m, bevorzugt 1,0 bis 2,0 m und der vertikale Abstand zum höchsten Punkt des Austragsrosts bei der unteren Reihe 0 bis 0,5 m, bevorzugt 0,25 m beträgt und wobei die Menge der pro Zeiteinheit über das Austragsrost ausgetragenen Asche so eingestellt wird, dass von der oberen Reihe von Temperaturfühlern eine Temperatur zwischen 700 und 1300 °C und von der unteren Reihe eine Temperatur zwischen 300 und 400 °C gemessen wird. Auf diese Weise wird vertikale Lage der Vergasungszone des Festbetts so eingestellt, dass die Düsenstrahlen die Vergasungszone erreichen und eine ausreichende Verweilzeit der eingebrachten flüssigen Nebenprodukte in der Vergasungszone resultiert. Die in beiden Fällen großen Temperaturbereiche sind durch die unterschiedlichen Eigenschaften der möglichen zum Einsatz kommenden Brennstoffe bedingt. Wenn die Temperatur der oberen Fühlerreihe im genannten Bereich von 700 bis 1300°C liegt, zeigt das, dass die Vergasungszone, wie erforderlich, in Höhe der Düsen liegt.A further particularly preferred embodiment of the invention consists in that the local temperature of the fixed bed on the inside of the reactor wall is determined by means of two rows of temperature sensors installed on the circumference of the reactor, the temperature sensors being spaced apart from one another at equal intervals, the vertical distance to the highest point of the discharge grate in the upper row 0.5 to 2.5 m, preferably 1.0 to 2.0 m and the vertical distance to the highest point of the discharge grate in the lower row 0 to 0.5 m, preferred Is 0.25 m and the amount of ash discharged per unit of time via the discharge grate is set so that a temperature between 700 and 1300 ° C is measured from the top row of temperature sensors and a temperature between 300 and 400 ° C from the bottom row becomes. In this way, the vertical position of the gasification zone of the fixed bed is adjusted so that the jet streams reach the gasification zone and a sufficient residence time of the liquid by-products introduced results in the gasification zone. The large temperature ranges in both cases are due to the different properties of the fuels that can be used. If the temperature of the upper row of sensors is in the range from 700 to 1300 ° C, this shows that the gasification zone is at the height of the nozzles, as required.

Wenn die Temperatur der unteren Fühlerreihe im geforderten Bereich von 300 bis 400°C liegt, ist damit sichergestellt, dass eine ausreichend dicke Aschezone über dem Austragsrost liegt und der Austragsrost so vor zu hohen Temperaturen geschützt ist.If the temperature of the lower row of sensors is in the required range of 300 to 400 ° C, this ensures that a sufficiently thick ash zone lies above the discharge grate and the discharge grate is thus protected from excessive temperatures.

Die Menge der pro Zeiteinheit über den Austragsrost ausgetragenen Asche kann beispielsweise bei Verwendung eines Drehrostes durch die Umdrehungsgeschwindigkeit geregelt werden.The amount of ash discharged per unit of time via the discharge grate can be regulated, for example, by the speed of rotation when using a rotating grate.

Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die flüssigen Nebenprodukte untereinander gemischt in den Festbettdruckvergasungsreaktor eingebracht werden. Auf diese Weise werden z. B. zähflüssige, staubbelastete Teere durch Zugabe von Ölen in ihrer Viskosität gesenkt und somit fließfähiger gemacht, wodurch der Verschleiß der Düsenmündungen verringert wird. Es ist aber auch möglich, unterschiedliche flüssige Nebenprodukte getrennt über jeweils separate Düsen in den Festbettdruckvergasungsreaktor einzubringen. Auf diese Weise kann der Verschleiß auf bestimmte Düsen beschränkt werden, oder die Düsen können, entsprechend dem zu einzubringenden flüssige Nebenprodukt, optimal ausgestaltet werden, beispielsweise durch Verwendung besonders abrasionsbeständiger Werkstoffe.A further special embodiment of the invention provides that the liquid by-products are mixed with one another and introduced into the fixed-bed pressure gasification reactor. In this way, e.g. B. viscous, dust-laden tars reduced by adding oils in their viscosity and thus made more flowable, whereby the wear of the nozzle orifices is reduced. However, it is also possible to introduce different liquid by-products separately into the fixed-bed pressure gasification reactor via separate nozzles. In this way, the wear can be limited to certain nozzles, or the nozzles can be optimally designed, depending on the liquid by-product to be introduced, for example by using particularly abrasion-resistant materials.

Die erfindungsgemäß in den Reaktor zurückgeführten Nebenprodukte sind flüssig, wenn auch zum Teil mit Staub belastet, sodass sie mit Verdrängerpumpen, z.B. mehrköpfige Plunger- oder Membranpumpen zu den Düsen gepumpt werden können. Je nach Beschaffenheit des im Teer enthaltenen Staubes, kann es erforderlich sein, gröbere Staubpartikel vor dem Einbringen des Teers abzutrennen oder zu zerkleinern. Hierfür können im Zusammenhang mit der Aufbereitung von Teerprodukten aus der Festbettkohlevergasung an sich bekannte mechanische Trennverfahren, z. B. die Filtration, oder Zerkleinerungs- oder Homogenisierungsverfahren verwendet werden. The by-products returned to the reactor according to the invention are liquid, although they are partially contaminated with dust, so that they can be pumped to the nozzles using displacement pumps, for example multi-headed plunger or membrane pumps. Depending on the nature of the dust contained in the tar, it may be necessary to separate or crush coarser dust particles before introducing the tar. For this purpose, in connection with the preparation of tar products from fixed bed coal gasification, mechanical separation processes known per se, e.g. As the filtration, or crushing or homogenization processes can be used.

Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Innenwand des Reaktors in der Umgebung der Düsenmündungen durch Paneele geschützt wird, wobei die Paneele aus keramischem Material bestehen, in dem aus Metall hergestellte Kühlelemente, wie Rohre, enthalten sind, die von einem Kühlmedium, wie Wasser, durchflossen werden können. Die Innenwand des Reaktors wird auf diese Weise in der Umgebung der Düsenmündungen vor zu großer Wärmeeinwirkung geschützt. Denn durch Betriebsstörungen, wie z.B. eine Beschädigung der Düsenmündung, kann der Düsenstrahl abgelenkt werden und der Reaktorwand nahe kommen.A further special embodiment of the invention consists in that the inner wall of the reactor in the vicinity of the nozzle orifices is protected by panels, the panels being made of ceramic material, which contains cooling elements made of metal, such as pipes, which are cooled by a cooling medium. like water can flow through. In this way, the inner wall of the reactor is protected in the vicinity of the nozzle orifices from excessive heat. Because of operational disruptions such as If the nozzle mouth is damaged, the nozzle jet can be deflected and come close to the reactor wall.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungs- und Zahlenbeispielen und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further developments, advantages and possible uses of the invention also result from the following description of non-limiting exemplary embodiments and numerical examples and the drawings. All of the features described and / or depicted form the invention individually or in any combination, regardless of their summary in the claims or their relationship.

Es zeigen

  • 1 einen Längsschnitt durch einen Festbettdruckvergasungsreaktor mit Einlassen für flüssige Nebenprodukte gemäß der Erfindung,
  • 2 einen Querschnitt durch den Festbettdruckvergasungsreaktor in Höhe der Einlässe für die flüssigen Nebenprodukte.
Show it
  • 1 2 shows a longitudinal section through a fixed bed pressure gasification reactor with inlets for liquid by-products according to the invention,
  • 2nd a cross section through the fixed bed pressure gasification reactor at the level of the inlets for the liquid by-products.

1 zeigt beispielhaft, wie die Einlässe für flüssige Nebenprodukte in gleicher Höhe auf dem Umfang des Festbettdruckvergasungsreaktors 1 verteilt sind. Dem Festbettdruckvergasungsreaktor wird über die Brennstoffzugabe 3 Brennstoff, im vorliegenden Beispiel Stückkohle, zugeführt. Die als Nebenprodukt der Vergasung erhaltene Asche wird über die Ascheaustragsvorrichtung 6 aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgeleitet. Das Vergasungsmittel, im vorliegenden Beispiel Dampf und Luft bzw. Sauerstoff, wird nach Abschluss des Aufheizverfahrens über den Vergasungsmitteleinlass 5 in den Festbettdruckvergasungsreaktor unterhalb des Ascheaustragsrostes 2 eingeführt, der im vorliegenden Beispiel als Drehrost ausgestaltet ist. Das dabei erzeugte Rohsynthesegas wird über den Produktgasauslass 6 aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgeleitet und der weiteren Aufarbeitung zugeführt. 1 shows an example of how the inlets for liquid by-products at the same level on the circumference of the fixed-bed pressure gasification reactor 1 are distributed. The fixed bed pressure gasification reactor is about the fuel addition 3rd Fuel, coal in the present example, supplied. The ash obtained as a by-product of the gasification is passed through the ash discharge device 6 discharged from the fixed bed pressure gasification reactor. The gasification agent, in the present example steam and air or oxygen, is passed through the gasification agent inlet after the heating process has been completed 5 in the fixed bed pressure gasification reactor below the ash discharge grate 2nd introduced, which is designed as a rotating grate in the present example. The raw synthesis gas generated in this way is via the product gas outlet 6 discharged from the fixed bed pressure gasification reactor and fed to further workup.

Über die Einlässe 7 werden flüssige Nebenprodukte, im vorliegenden Fall ein Teer-Öl-Naphtha-Gemisch, in das Festbett des Festbettdruckvergasungsreaktors eingebracht. Die Einlässe sind dabei als Düsen ausgestaltet und in einem um 10° von der Waagerechten abweichenden Winkel nach unten gerichtet. Die Düsen sind im vertikalen Abstand von 1,5 m über dem höchsten Punkt des Drehrostes im gleichem Abstand untereinander auf dem Umfang des Reaktors in der Reaktorwand installiert. Die Düsenmündungen schließen mit der Auskleidung der Reaktorinnenwand ab und ragen folglich nicht in den Reaktorinnenraum hinein.About the inlets 7 liquid by-products, in the present case a tar-oil-naphtha mixture, are introduced into the fixed bed of the fixed-bed pressure gasification reactor. The inlets are designed as nozzles and directed downwards at an angle that deviates from the horizontal by 10 °. The nozzles are installed at a vertical distance of 1.5 m above the highest point of the rotating grate at the same distance from one another on the circumference of the reactor in the reactor wall. The nozzle orifices end with the lining of the inside of the reactor and consequently do not protrude into the interior of the reactor.

Als Treibgas wird überhitzter Hochdruckdampf verwendet, dem technischer Sauerstoff beigemischt werden kann. Die auf die aus der Düse austretende Treibgasmenge bezogene Düsenaustrittsgeschwindigkeit beträgt rund 100 m/s.Superheated high-pressure steam, to which technical oxygen can be added, is used as the propellant. The nozzle exit speed based on the amount of propellant gas emerging from the nozzle is around 100 m / s.

Der Festbettdruckvergasungsreaktor ist an der Innenseite der Reaktorwand mit zwei auf dem Umfang des Reaktors installierter Reihen von Temperaturfühlern ausgestattet (in der Figur nicht dargestellt), wobei die Temperaturfühler innerhalb einer Reihe in gleichen Abständen voneinander beabstandet sind. Der vertikale Abstand zum höchsten Punkt des Drehrostes beträgt bei der oberen Reihe von Temperaturfühlern 1,8 m und bei der unteren Reihe 0,25 m. Durch Einstellen einer entsprechenden Umdrehungsgeschwindigkeit wird die Menge der pro Zeiteinheit über den Drehrost ausgetragenen Asche so eingestellt, dass von der oberen Reihe von Temperaturfühlern eine Temperatur zwischen 700 und 1300 °C und von der unteren Reihe eine Temperatur zwischen 300 und 400 °C gemessen wird.The fixed bed pressure gasification reactor is equipped on the inside of the reactor wall with two rows of temperature sensors installed on the circumference of the reactor (not shown in the figure), the temperature sensors being equally spaced apart within a row. The vertical distance to the highest point of the rotating grate is 1.8 m for the top row of temperature sensors and 0.25 m for the bottom row. By setting a corresponding speed of rotation, the amount of ash discharged per unit of time via the rotating grate is set so that a temperature between 700 and 1300 ° C is measured from the upper row of temperature sensors and a temperature between 300 and 400 ° C from the lower row.

Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial applicability

Mit der Erfindung wird ein wirtschaftliches Verfahren zur Verfügung gestellt, die bei der Vergasung anfallenden Nebenprodukte zu entsorgen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Anwendung in kleineren Vergasungsanlagen. Hierdurch entfällt die Aufarbeitung der flüssigen Nebenprodukte in einen verkaufsfähigen Zustand und die Entsorgungskosten für diese Nebenprodukte werden reduziert.The invention provides an economical process for disposing of the by-products that occur in the gasification. The method according to the invention is particularly suitable for use in smaller gasification plants. This eliminates the work-up of the liquid by-products into a salable state and the disposal costs for these by-products are reduced.

BezugszeichenlisteReference list

[1][1]
FestbettdruckvergasungsreaktorFixed bed pressure gasification reactor
[2][2]
AscheaustragsrostAsh discharge grate
[3][3]
BrennstoffzuführvorrichtungFuel supply device
[4][4]
AscheabführvorrichtungAsh removal device
[5][5]
VergasungsmitteleinlassGasification inlet
[6][6]
ProduktgasauslassProduct gas outlet
[7][7]
Einlässe für flüssige NebenprodukteInlets for liquid by-products

Claims (11)

Verfahren zur Vergasung fester kohlenstoffhaltiger Brennstoffe mit Vergasungsmitteln in einem Festbettdruckvergasungsreaktor (1), umfassend einen Vergasungsmitteleinlass (5), einen Produktgasauslass (6), ein auf einem Ascheaustragsrost (2) angeordnetes Brennstoffbett aus festem, kohlenstoffhaltigen Brennstoff, eine Brennstoffzuführvorrichtung (3), eine Ascheabführvorrichtung (4); wobei ein Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltendes Rohsynthesegas erhalten, durch den Produktgasauslass (6) aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor (1) ausgeleitet und nachfolgend zu einem Reinsynthesegas aufbereitet wird, und bei der Aufbereitung des Rohsynthesegases in flüssiger, flüssigkeitsgelöster oder in flüssigkeitsdispergierter Form erhaltene, kohlenwasserstoffhaltige Nebenprodukte (flüssige Nebenprodukte) der Vergasung, wie Teere, Öle, Naphtha und Phenole, in die Vergasungszone und/oder die Verbrennungszone des Festbettdruckvergasungsreaktors (1) eingebracht und ebenfalls mindestens teilweise zu Wasserstoff und/oder Kohlenoxiden umgesetzt werden und die flüssigen Nebenprodukte durch Eindüsen oder Versprühen in den Festbettdruckvergasungsreaktor (1) eingebracht werden, wobei ein Treibgas verwendet wird und das Eindüsen oder Versprühen der flüssigen Nebenprodukte in den Festbettdruckvergasungsreaktor (1) über mindestens eine, in der Wandung des Reaktors installierte und radial in den Reaktorraum gerichtete Düse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung der Düse(n) mit einem nach unten gerichteten Winkel bis 30° von der Waagerechten abweicht.Process for the gasification of solid carbonaceous fuels with gasification agents in a fixed bed pressure gasification reactor (1), comprising a gasification agent inlet (5), a product gas outlet (6), a fuel bed made of solid, carbonaceous fuel arranged on an ash discharge grate (2), a fuel feed device (3), a Ash removal device (4); wherein a raw synthesis gas containing hydrogen and carbon oxides is obtained, discharged through the product gas outlet (6) from the fixed-bed pressure gasification reactor (1) and subsequently processed into a pure synthesis gas, and hydrocarbon-containing by-products obtained in the preparation of the raw synthesis gas in liquid, liquid-dissolved or liquid-dispersed form (liquid By-products) of the gasification, such as tars, oils, naphtha and phenols, are introduced into the gasification zone and / or the combustion zone of the fixed-bed pressure gasification reactor (1) and are also at least partially converted to hydrogen and / or carbon oxides and the liquid by-products are injected or sprayed into the Fixed bed pressure gasification reactor (1) are introduced, a propellant gas being used and the injection or spraying of the liquid by-products into the fixed bed pressure gasification reactor (1) via at least one installed in the wall of the reactor and radially in the nozzle directed towards the reactor space is characterized in that the jet direction of the nozzle (s) deviates from the horizontal by an angle directed downwards of up to 30 °. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der in den Festbettdruckvergasungsreaktor (1) eingebrachten flüssigen Nebenprodukte in einen Bereich gelangt, in dem die Gastemperatur mindestens 700 °C, bevorzugt mindestens 800 °C beträgt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that at least a portion of the liquid by-products introduced into the fixed bed pressure gasification reactor (1) reaches a region in which the gas temperature is at least 700 ° C, preferably at least 800 ° C. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenmündungen mit der Auskleidung der Reaktorinnenwand abschließen, sodass sie nicht in den Reaktorinnenraum hineinragen.Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the nozzle orifices end with the lining of the reactor inner wall so that they do not protrude into the reactor interior. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibgase Kohlendioxid, Wasserdampf, Luft oder Sauerstoff oder beliebige Mischungen dieser Komponenten verwendet werden.Procedure according to Claim 1 to 3rd , characterized in that carbon dioxide, water vapor, air or oxygen or any mixtures of these components are used as propellant gases. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen im vertikalen Abstand von 1,0 bis 2,0 m, bevorzugt 1,5 m über dem höchsten Punkt des Austragsrostes im gleichem Abstand untereinander auf dem Umfang des Reaktors in der Reaktorwand installiert sind.Procedure according to Claim 1 to 4th , characterized in that the nozzles are installed at a vertical distance of 1.0 to 2.0 m, preferably 1.5 m above the highest point of the discharge grate at the same distance from one another on the circumference of the reactor in the reactor wall. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die aus der Düse austretende Treibgasmenge bezogene Düsenaustrittsgeschwindigkeit zwischen 50 und 150 m/s, bevorzugt zwischen 80 und 120 m/s beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle exit velocity based on the amount of propellant gas emerging from the nozzle is between 50 and 150 m / s, preferably between 80 and 120 m / s. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Temperatur des Festbetts an der Innenseite der Reaktorwand mittels zweier auf dem Umfang des Reaktors installierter Reihen von Temperaturfühlern ermittelt wird, wobei die Temperaturfühler innerhalb einer Reihe in gleichen Abständen voneinander beabstandet sind, wobei der vertikale Abstand zum höchsten Punkt des Austragsrosts bei der oberen Reihe 0,5 bis 2,5 m, bevorzugt 1,0 bis 2,0 m und der vertikale Abstand zum höchsten Punkt des Austragsrosts bei der unteren Reihe 0 bis 0,5 m, bevorzugt 0,25 m beträgt und wobei die Menge der pro Zeiteinheit über das Austragsrost ausgetragenen Asche so eingestellt wird, dass von der oberen Reihe von Temperaturfühlern eine Temperatur zwischen 700 und 1300 °C und von der unteren Reihe eine Temperatur zwischen 300 und 400 °C gemessen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the local temperature of the fixed bed on the inside of the reactor wall is determined by means of two rows of temperature sensors installed on the circumference of the reactor, the temperature sensors being spaced apart from one another at equal intervals, the vertical distance to the highest point of the discharge grate in the upper row 0.5 to 2.5 m, preferably 1.0 to 2.0 m and the vertical distance to the highest point of the discharge grate in the lower row 0 to 0.5 m, preferred Is 0.25 m and the amount of ash discharged per unit of time via the discharge grate is set so that a temperature between 700 and 1300 ° C is measured from the top row of temperature sensors and a temperature between 300 and 400 ° C from the bottom row becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Nebenprodukte untereinander gemischt in den Festbettdruckvergasungsreaktor (1) eingebracht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid by-products mixed with one another are introduced into the fixed bed pressure gasification reactor (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche flüssige Nebenprodukte getrennt über jeweils separate Düsen in den Festbettdruckvergasungsreaktor (1) eingebracht werden.Procedure according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that different liquid by-products are introduced separately into the fixed bed pressure gasification reactor (1) via separate nozzles. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Festbettdruckvergasungsreaktors (1) in der Umgebung der Düsenmündungen durch Paneele geschützt wird, wobei die Paneele aus keramischem Material bestehen in dem aus Metall hergestellte Kühlelemente, wie Rohre, enthalten sind, die von einem Kühlmedium, wie Wasser, durchflossen werden können.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the inner wall of the fixed-bed pressure gasification reactor (1) in the vicinity of the nozzle orifices is protected by panels, the panels consisting of ceramic material containing the cooling elements made of metal, such as pipes, which contain a cooling medium, such as water, can flow through. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als feste kohlenstoffhaltige Brennstoffe Koks oder Kohle vergast werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that coke or coal are gasified as solid carbon-containing fuels.
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