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Verfahren zur gleichzeitigen Vergasung von flüssigem und festem
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kohlenstoffhaltigem Material Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur kontinuierlichen gleichzeitigen Vergasung von flüssigem und festem kohlenstoffhaltigem
Material durch selektive Einführung des flüssigen kohlenstoffhaltigen Materials
in ein Wirbelbett aus dem festen kohlenstoffhaltigen Material unter Bildung eines
an Kohlenmonoxid, Wasserstoff und gewünschtenfalls ethan reichen Gases.
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Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzte wirbelbett dient
mit Vorteil zur Vergasung von feinteiligem, kohlenstoffhaltigem Material. Es umfaßt
ein unteres, dichtes Wirbelbett aus dem Material und eine obere, verdünnte Gaszone
mit ausgetragenem Feinkorn, die an die obere Phasengrenze des bettes angrenzt.
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Das Wirbelbett zeigt eine deutliche obere Phasengrenze oder Oberfläche,
die aussieht wie die Oberfläche einer kräftig
kochenden Flüssigkeit.
Im allgemeinen ist die Höhe des Wirbelbettes etwa 1,3 oder 1,5 bis 3 mal so hoch
wie das Bett in kompakter Form. Die Bettverluste entstehen nicht nur dadurch, daß
festes Material, z. B. Kohle, zu Produktgas umgesetzt wird, sondern auch durch den
Abzug von Ascheteilchen (falls Asche in der Kohle enthalten ist) aus dem Unterteil
des Bettes und durch die Entfernung kleinerer Teilchen, die mit den in dem Vergaser
aufwärts strömenden Gasen ausgetragen werden. Das Bett wird daher mit zusätzlichem,
feinteiligem, kohlenstoffhaltigem Material, z. B. Kohle, wieder aufgefüllt, damit
die Produktgaserzeugung aufrechterhalten wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines wirksamen
Verfahrens zur kontinuierlichen gleichzeitigen Vergasung von flüssigem und festem,
kohlenstoffhaltigem Material unter selektiven Bedingungen und Umsetzung wesentlicher
Mengen beider Materialien zu Synthesegas, d.h. zu einem an Kohlenmonoxid, Wasserstoff
und ggf. Methan reichen Gas. Eine andere Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens
unter Verwendung eines Wirbelbettes für die innige Durchmischung des feinteiligen,
festen und des flüssigen, kohlenstoffhaltigen Materials, wodurch eine gleichmäßige
Temperatur der Flüssigkeit, der Feststoffe und Gase begünstigt wird und die Vergasungsbedingungen
in kurzer Zeit das Gleichgewicht erreichen können.
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Eine andere Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens mit erhöhter
Gaserzeugung je Querschnittsflächeneinheit des Reaktors und mit einem verringerten
Gesamtkompressionsaufwand in der Vergasungsanlage. Eine weitere Aufgabe betrifft
die Schaffung
eines Verfahrens, das die Herstellung eines Gases
mitb!U Heizwert, z. B. mehr als 2.670 Kcal/Nm3, erlaubt. Eine andere Aufgabe ist
die Schaffung eines Verfahrens, bei dem zahlreiche Sorten und ein weiter Korngrößenbereich
des festen, kohlenstoffhaltigen Materials von Braunkohle über Kohle und Koks, backende
und nicht backende Kohlen und Kohlen mit hohem Aschegehalt sowie sehr verschiedenartige
flüssige, kohlenstoffhaltige Materialien vergast werden können. Eine weitere Aufgabe
besteht darin, den Prozeß in einem einstufigen Wirbelbett aus feinteiligem, kohlenstoffhaltigem
Material durchzuführen und dabei eine hohe Produktgaserzeugung je Reaktor-Querschnittseinheit
zu erreichen, um so die für ein gegebenes Gasvolumen erforderliche Anlagengröße
auf ein Mindestmaß zu verringern.
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Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens, bei
dem die Oberfläche des aus den festen, kohlenstoffhaltigen Teilchen gebildeten Wirbelbettes
als Reaktionsfläche für die Umsetzung zwischen dem flüssigen, kohlenstoffhaltigen
Material und dem in dem Wirbelbett eingesetzten Sauerstoff enthaltenden Gas dient,
so daß auf diese Weise gleichzeitig mit der Synthesegaserzeugung aus den kohlenstoffhaltigen
Feststoffteilchen auch Synthesegas aus dem flüssigen Material hergestellt wird.
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Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens zur kontinuierlichen
Einführung von feintelligem, festem, kohlenstoffhaltigem Material in ein derartiges
Wirbelbett, so daß sich ein kontinuierlicher, wirksamer Wirbelbettbetrieb ergibt,
eine gleichmäßige Temperatur zwischen Feststoffen und Gasen begünstigt wird und
die Vergasungsbedingungen in kurzer Zeit das Gleichgewicht erreichen können. Eine
weitere Aufgabe betrifft ein
Verfahren, bei dem flüchtige Bestandteile
enthaltendes, festes, kohlenstoffhaltiges Material ohne dessen Vorbehandlung zwecks
Entfernung der flüchtigen Bestandteile vor der Einführung in das Wirbelbett eingesetzt
werden kann. Ferner sollen auch backende Kohlen eingesetzt werden können, wobei
die Neigung dieser Kohlen zur Agglomerierung und zur Bildung großer, schwer aufwirbelbarer
Stücke verringert werden muß.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens, unter Verwendung eines pneumatischen Zuführsystems, wobei der Wirbelbettbetrieb
unter Druck durchgeführt und das Drucksystem vollständig abgeschlossen werden kann.
Im Gegensatz zu Förderschnecken, die außenliegende Motoren und dergleichen und daher
auch Abdichtungen erfordern, ist die pneumatische Zuführung von Druckdichtungen
relativ frei. Die pneumatische Zuführung kann auch bei einem Schleusenbunkersystem
Anwendung finden, um Kohle von Umgebungsdruck auf den erhöhten Druck des Wirbelbettes
zu bringen.
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Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens, das in zusammenwirkenden
Mehrfachstufen (Strängen) betrieben werden kann, um so die bei den gegenwärtigen
technischen Betriebsanlagen erforderliche, große Kapazität bei annehmbarer Wirtschaftlichkeit
zu erreichen. Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens, das
in Verfahren zur Herstellung, insbesondere zur technischen Produktion von Heizgasen
mit niedrigem/mittlerem Heizwert, Methanol oder Ammoniak wirtschaftlich integriert
werden kann, so daß diese Produkte kostengünstig
erzeugt werden.
Eine andere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von
Heizgas, bei dem eine hohe Umwandlung der Brennstoffanteile (z. B. 85 bis 90%) in
ein Heizgas mit hohem Heizwert erreicht werden kann.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen, gleichzeitigen
Vergasung von festem und flüssigem, feinteiligem, kohlenstoffhaltigem Material unter
selektiven Bedingungen unter Bildung eines an Zohlenmonoxid und Wasserstoff reichen
Produktgases werden diese Materialien, Dampf (das zugrundeliegende Wirbelmedium)
und das sauerstoffhaltige Gas (das zugrundeliegende Vergasungsmedium), mit kontrollierten
Zuführungsgeschwindigkeiten und unter bestimmten Förderbedingungen in einen geschlossenen
Vergaser eingeführt. Der Vergaser hat ein begrenztes Wirbelbett aus dem Material
als untere, dichte Phase mit einer oberen und einer unteren Phasengrenze. Gase,
die aus dem Wirbelbett entweichen und Teilchen mitnehmen, bilden in dem Vergaser
im wesentlichen eine obere, verdünnte, ausgetragenes feinteiliges Material enthaltende
Gaszone, die an die obere Phasengrenze des Wirbelbettes angrenzt.
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Das flüssige, kohlenstoffhaltige Material wird nahe der oberen Phasengrenze
des Wirbelbettes und mit Richtung auf diese Phasengrenze in den Vergaser eingeführt,
vorzugsweise in Form feiner Sprühtröpfchen, z. B. Tröpfchen in einem Größenbereich
von etwa 10 - 500 Mikron. Das flüssige Material wird mit ausreichender Geschwindigkeit
eingeführt, so daß es mit der Oberfläche der Teilchen in dem Bett in Kontakt kommt
und diese Oberfläche als Reaktionsort dienen kann. Die Einführung erfolgt in einer
solchen
Menge, daß die in dem Vergaser erzeugte Gasmenge gesteigert
wird.
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Das flüssige, kohlenstoffhaltige Material hat im allgemeinen eine
Temperatur in dem Bereich von Umgebungstemperatur bis etwa 4270C, vorzugsweise in
dem Bereich von etwa 93 bis 3160C. Es wird vorzugsweise auf eine möglichst hohe
Temperatur vorgewärmt, um den Beginn seiner Umsetzung in dem Vergaser zu begünstigen,
jedoch sollten Temperaturen vermieden werden, bei denen während der Leitung (Bewegung)
des Materials in dem zu dem Vergaser führenden Einspritzsystem eine wesentliche
thermische Krackung eintritt, so daß man einen maximalen thermischen Wirkungsgrad
des Gesamtsystems erreicht. Das Material wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit
auf das Bett gesprüht, die im allgemeinen in dem Bereich von etwa 6,10 bis 30,5
m/s, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 12,2 bis 18,3 mis, liegt. Die Einsprühung
erfolgt in einer für die Erhöhung der Gasproduktion ausreichenden Menge, die im
allgemeinen in dem Bereich von etwa 0,01 bis 20, vorzugsweise von etwa 0,1 bis 1
kg, je kg des dem Bett zugeführten festen, feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Materials
liegt.
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Das flüssige, kohlenstoffhaltige Material erhöht als Reaktionsteilnehmer
den Anteil an Methan und Kohlenmonoxid unter den Kohlenstoffverbindungen des Produktgases.
Der Heizwert des Produktgases kann das 1,5fache des Heizwertes eines Gases aus einem
gleichen Vergasungsverfahren ohne Einsatz flüssiger Kohlenwasserstoffe überschreiten.
Das flüssige, kohlenstoffhaltige Material führt zu erhöhten Temperaturen, insbesondere
unmittelbar
über seiner Einführungszone. Daher unterliegen nicht
umgesetzte, durch die Zone erhöhter Temperatur hindurchgehende Kohlenstoff-Wertstoffe
schärferen Reaktionsbedingungen, so daß die Umwandlung der Kohlenwertstoffe begünstigt
wird. Das erfindungsgemüse Verfahren erhöht die Produktgaserzeugung je Volumeneinheit
des Reaktors, und es wird eine bessere Umsetzung der Brennstoff-Wertstoffe zu einem
Produktgas mit höherem Heizwert als bei üblichen Wirbelverfahren erreicht.
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Das flüssige, kohlenstoffhaltige Material kann ein bei Zimmertemperatur,
d.h. bei 250C, normalerweise flüssiges, Kohlenwasserstoff enthaltendes Material
sein. Es kann ein Kohlenwasserstoff sein, z.B, Naphta, Kerosin, Kohleteer, Schweröle,
Heiz- oder Gasöl, Rückstandsöl oder dergleichen. Es kann über wiegend aromatisch
oder aliphatisch sein und gebundenen Sauerstoff enthalten, wie z. B. Alkohole usw.
Die kohlenstoffhaltige Flüssigkeit kann beispielsweise auch der flüchtige Anteil
aus der Kohle sein, der durch thermische Vorbehandlung der Rohle erhalten wurde,
bevor diese im Gasgenerator eingesetzt wurde.
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Die flüchtigen Anteile können auch aus anderen Vergasern stammen,
wo sie freigesetzt und gesammelt wurden. Für die Einsprühung können die flüssigen,
kohlenstoffhaltigen Materialien erhitzt werden, um ihnen eine sprühfähige Beschaffenheit
zu geben; zur Zerstäubung der kohlenstoffhaltigen Flüssigkeiten kann auch Dampf
eingesetzt werden. Die Menge des flüssigen Kohlenwasserstoffes hängt von den gewünschten
Ergebnissen ab.
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Sie kann etwa 1 bis 95%, vorzugsweise etwa 10 bis 50% der dem Vergaser
zugeführten Kohlenstoff-Wertstoffe betragen. Die Menge des flüssigen Kohlenwasserstoffes
soll nicht so groß sein, daß
Kohlenwasserstoffe aus dem Vergaser
austreten, da sie dann in abströmseitig vom Vergaser angeordneten Verarbeitungsanlagen
kondensieren können.
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Das feste, feinteilige, kohlenstoffhaltige Material, z. B.
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Kohle,wird pneumatisch in ein Wirbelbett eingeführt unter Benutzung
eines pneumatischen Zuführsystems unter selektiven Bedingungen, die den Wärmeübergang
von dem Wirbelbett auf die in dem Zuführsystem befindlichen Kohlen hemmt, während
gleichzeitig wesentliche Kohlemengen in das Wirbelbettvolumen eingeführt, mit dem
Bett schnell gemischt und von diesem aufgenommen werden.
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Mit Vorteil wird in dem System mit der Kohle zusammen ein Trägergas
angewendet. Der Wirbelbettbetrieb erfolgt in einem Vergaserbehälter. Der Wärmeübergang
von dem Vergaser auf das Kohle/Gas-Medium in dem Zuführsystem wird gehemmt, da er
zur Kohleagglomerierung führen konnte.
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Die selektiven Bedingungen umfassen eine Wechselbeziehung zwischen
dem Druckabfall (PD) je effektive Längeneinheit der Leitung, dem in dem Vergaser
angewandten Druck, dem Verhältnis von Kohle zu Trägergas und der Trägergastemperatur
bei einem gegebenen Teilchengrößenbereich der eingesetzten Kohle.
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Der Druckabfall in dem System d.h. der Druckabfall zwischen dem Druck
an der Stelle der Aufgabe des festen Materials in das Trägergas und dem Druck in
dem Vergaser ist so, daß er den Absolutdruck in dem Vergaser nicht übersteigt; er
liegt normalerweise in dem Bereich bis zu etwa 5, z.B. 0,1 bis 5 Atmosphären je
nach Vergaserdruck. Je höher der Druck in dem Vergaser ist,
um
so größer ist der auftretende Druckverlust. Der Druckverlust reicht aus, das Kohle/Gas-Medium
ein gutes Stück von den Vergaserwandungen entfernt in das Wirbelbett einzutragen
und den Übergang von Strahlungswärme aus dem Bett auf die Zuleitung wesentlich zu
hemmen. Der Druckabfall wird von der Stelle bzw.
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den Stellen abströmseitig der Einführungsstelle(n) in den Vergaser
geregelt, an der bzw. an denen in der pneumatischen Zuleitung die in den Vergaser
einzuführende Kohle mit Trägergas gemischt oder in dieses eingebracht wird.
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Das kohlehaltige Trägergas wird unterhalb und/oder oberhalb der oberen
Phasengrenze des Wirbelbettes direkt in den Vergaser eingeführt. Es wird unter Überdruck
eingeführt, im allgemeinen bei einem Druck etwas über dem in dem Vergaser herrschenden
Druck, z. B. im allgemeinen zwischen etwa 1,05 und 105 at, je nach Betriebsdruck.
Die feinteilige Kohle wird in der Leitung in dem Trägergas im Verhältnis von etwa
3,2 bis 32, vorzugsweise von etwa 4,8 bis 24 kg Kohle je m3 Trägergas, d.h. je m3
Trägergas unter den herrschenden Bedingungen, suspendiert. Das Trägergas kann zweckmäßigerweise
zur Vorwärmung des feinteiligen Materials erwärmt werden, beispielsweise auf Temperaturen
von etwa Umgebungstemperatur bis etwa 2040C oder 3160C oder etwa 5380C.
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Das mit dem Trägergas fortgetragene Feinmaterial wird mit im wesentlichen
kontinuierlicher Geschwindigkeit in das Wirbelbett eingeführt und so in dem Vergaser
ein stationärer Betrieb aufrechterhalten. Das feinteilige Material wird in ausreichenden
Mengen zugeführt, so daß die obere Phasengrenze auf einem gegebenen Niveau bleibt,
beispielsweise etwa 1,22 bis 6,10 m oberhalb
der unteren Phasengrenze
des Wirbelbettes, wobei das Höhenverhältnis der verdünnten Gas zone zum Wirbelbett
im Bereich von etwa 3:1 bis 10:1 liegt. Das feinhaltige Material wird genügend weit
von den Vergaserwandungen weg in den Vergaser eingeführt, d.h. eingeblasen oder
eingeworfen, damit eine unzulässige Agglomerierung an den Vergaserwandungen, insbesondere
nahe der Einführungsstelle, verhindert wird. Flüchtige Bestandteile enthaltendes
feinteiliges Material kann beim Erhitzen auf Vergasertemperaturen klebrig werden;
wenn solche klebrigen Teilchen die Vergaserwandungen berühren, können sie an den
Wandungen haften bleiben, und es können agglomerierte Ansätze aufwachsen. Daher
führt man das feinteilige Material vorzugsweise so ein, daß es in das Wirbelbett
gelangt, ohne an der Einführstelle oder diametral gegenüber in bedeutendem Ausmaß
auf die Vergaserwandungen aufzutreffen, solange nicht im wesentlichen alle flüchtigen
Bestandteile aus dem Material freigesetzt sind. Zweckmäßigençeise führt man das
feinteilige Material abwärts gerichtet, z. B. in einer horizontal und abwärts gerichteten
Richtung, ein, um die gewünschte schnelle Vermischung mit und die Aufnahme von der
Masse des Bettes zu begünstigen und das mögliche, unzulässige Aufwachsen von agglomeriertem
Material an der Einführungsstelle zu vermeiden. Wenn beispielsweise die Einblasdüse
abwärts gerichtet ist, unterstützt die Wirkung der Schwerkraft die Entfernung des
Materials aus der Nähe der Aufgabestelle.
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Das feinteilige, kohlenstoffhaltige Material, z. B. Kohle, hat im
allgemeinen eine Teilchengröße in dem Bereich von 0 bis etwa
9,5
mm und wird zweckmäßigerweise in den Vergaser pneumatisch durch Eingabe in den Trägergasstrom
eingeführt, vorzugsweise in einen erhitzten Gasstrom, der zur Vorwärmung der Kohle
dient.
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Geeignete Trägergase sind Inertgase, Kohlendioxid, Rückführgase und
vorzugsweise Dampf oder Mischungen aus Dampf und Luft, Sauer stoff oder mit Sauerstoff
angereicherte Luft, je nach der Reaktionsfähigkeit der in das Wirbelbett eingeführten
Kohle.
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Wenn beispielsweise die Kohle verhältnismäßig inaktiv ist, kann eine
Zugabe von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zu dem Trägergas erwünscht
sein, um eine reaktionslose Zone in dem Bett nahe der Eintrittsöffnung des Vergasers
zu vermeiden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft in ein Verfahren zur
kontinuierlichen Vergasung von festem, feinteiligem, kohlenstoffhaltigem Material
integriert, bei dem unter selektiven Bedingungen ein an Kohlenmonoxid und Wasserstoff
und gegebenenfalls Methan reiches Gasprodukt erzeugt wird. Das Material, das Wirbelmedium
und das sauerstoffhaltige Gas (das Vergasungsmedium) werden mit kontrollierten Zuf:5hrungsgeschwindigkeiten
und unter bestimmten Zufuhrbedingungen in einen geschlossenen Vergaser eingeführt.
Der Vergaser enthält ein begrenztes Wirbelbett aus dem Material als untere dichte
Phase mit einer oberen und einer unteren Phasengrenze. Die aus dem entweichenden,
ausgetragene Teilchen mitnehmenden Gase bilden in dem Vergaser im wesentlichen eine
obere verdünnte, ausgetragenes feinteiliges Material enthaltende Gas zone, die an
die obere Phasengrenze des Wirbelbettes angrenzt.
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Das feste, kohlenstoffhaltige Material wird bei der Aufwirbelung in
dem Bett mit selektiven Mengen Wirbelmedium und Sauerstoff enthaltendem Gas unter
selektiven Bedingungen entgast, karbonisiert, oxidiert, hydriert und vergast, und
das flüssige, kohlenstoffhaltige Material wird verflüchtigt, gekrackt, oxidiert
und reformiert (diese Vorgänge werden nachfolgend unter "vergast" zusammengefaßt).
Das rohe Produktgas wird unter selektiven Bedingungen erzeugt, um die Bildung unerwünschter
schwerer Kohlenwasserstoffe als Nebenprodukte auszuschließen.
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Das gasförmige rohe Reaktionsprodukt strömt durch die verdünnte Gaszone,
so daß als Kopfprodukt ein gasförmiges, an Kohlenmonoxid und Wasserstoff und gewünschtenfalls
Methan reiches Produkt, das in der Regel unerwünschtes feinteiliges Material (z.B.
teilweise verbrauchte Kohle) enthält, und als Bodenprodukt ein Ascheprodukt (z.B.
teilweise verbrauchte Kohle) anfallen, das aus Teilchen besteht, die größer als
die in dem Wirbelbett sind. Das Ascheprodukt wandert durch das Bett abwärts und
wird am Boden des Vergasers ausgetragen. Das Kopfprodukt verläßt den Vergaser unter
Betriebsdruck und hohen Temperaturen (z.B. etwa 815 bis 13160C). Das Produktgas
wird gekühlt (auf Temperaturen von etwa 93 bis 26O0C), wobei sein Wärmeinhalt gewonnen
wird und wesentliche Mengen teilweise verbrauchter Kohle entfernt werden. Die gewonnene
Wärme wird mit Vorteil zur Erzeugung von Dampf ausgenutzt, von dem ein Teil in dem
Prozeß verbraucht wird. Das gekühlte Produktgas, das in einer Wärmegewinnungszone
gekühlt wurde und unter dem Druck der Wärmegewinnungszone steht, der kleiner als
die Drucke in dem Vergaser ist, wird mit Vorteil durch einen Hochleistungswäscher
mit hohem Druckverlust geleitet,
um feine, teilweise verbrauchte
Kohleteilchen zu entfernen und ein Produktgas zu gewinnen, das weniger als etwa
3,53 (z.B.
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weniger als etwa 0,35) Feststoffteilchen je Nm3 Gas, wenigstens etwa
10 Vol.-% Kohlenmonoxid und wenigstens etwa 10 Vol.-% Wasserstoff enthält und einen
Heizwert von wenigstens etwa 800 Kcal/Nm3 aufweist. Der Druck in dem Vergaser wird
mit Vorteil durch eine Gegendruckregelung aufrechterhalten, die an dem Gassystem
an einer Stelle abströmseitig des Vergasers erfolgt.
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Das feste, kohlenstoffhaltige Material kann Koks oder Kohle oder andere
im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehende feste Materialien sein. Die Kohle kann
backend, mäßig backend und nicht backend sein. Wenn backende Kohle eingesetzt wird,
ist dafür zu sorgen, daß das Aufgabematerial, das bei der Einführung in den Vergaser
erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, keine schädliche Agglomerierung erfährt. Typische
Kohlen sind Braunkohle, subbituminöse und bituminöse Kohle usw.. Im allgemeinen
ist die erforderliche Vergasungstemperatur um so niedriger, je reaktionsfähiger
die Kohle ist. Das kohlenstoffhaltige Material kann Asche enthalten, da nach dem
vorliegenden Verfahren die Asche aus dem Vergaser entfernt wird, wenngleich mit
der Asche auch ein Verlust an fühlbarer Wärme eintritt.
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Das dem Vergaser zugeführte, kohlenstoffhaltige Material kann unterschiedliche
Qualität aufweisen, und das Verfahren läßt sich leicht ohne physikalische Änderung
von einer Kohleart auf die andere umstellen. Zur Vereinfachung der Darlegungen wird
nachfolgend als Beispiel für kohlenstoffhaltiges Material Kohle behandelt.
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Das verfahrensgemäß benutzte Wirbelbett kann sehr unterschiedliche
Kohleteilchengrößen verarbeiten; es können feine und grobe Teilchen gleichzeitig
eingesetzt werden. Die dem Vergaser zugeführte Kohle liegt im allgemeinen in dem
Durchmessergrößenbereich von bis zu 9,5 mm. Häufig beträgt die mittlere Teilchengröße
etwa 2,4 bis 4,8 mm. Die Kohle kann trocken sein, z.B. ein Feuchtigkeitsgehalt von
weniger als 10 Gew.-% aufweisen, wenngleich vor der Zuführung zum Vergaser nicht
immer eine Trocknung notwendig ist. Die Einsatzkohle kann häufig bis zu 25 oder
30 Gew.-% oder mehr Wasser enthalten.
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Das Wirbelmedium ist im Prinzip Dampf, der auch als Reaktionsteilnehmer
dient. Es kann auch Luft, Kohlendioxid oder Rückführgas, jeweils mit oder ohne Dampf
sein. Der Einfachheit halber wird das Wirbelmedium nachfolgend beispielhaft als
Dampf angegeben. Dampf ist als Wirbelmedium besonders geeignet ; es kann auch als
Verdünnungsgas für das Vergasungsmedium dienen, da es kondensiert und von dem Produktgas
leicht getrennt werden kann, wobei ein Produktgas mit einem höheren Heizwert zurückbleibt.
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Dampf ist auch bei den angewandten Drucken leicht verfügbar und kann
mit Vorteil mit Hilfe der Abhitze erzeugt werden, die durch die insgesamt exotherme
Natur des Verfahrens entsteht.
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Das Vergasungsmedium ist im Prinzip das sauerstoffhaltige Gas; es
trägt ebenfalls zur Aufwirbelung des Bettes bei. Es enthält freien oder gebundenen
Sauerstoff, der für die Reaktion mit Kohlenstoff verfügbar ist. Es kann Sauerstoff
sein oder Sauerstoff mit Verdünnungsmitteln, beispielsweise Luft oder mit Sauerstoff
angereicherte Luft. Vorzugsweise wird es an mehreren
räumlich getrennten
Stellen in das Bett eingeführt. Verdünnungsmittel für das Vergasungsmedium können
eingesetzt werden, und zwar in Mengen, die größer als die für die Vergasungsreaktion
erforderliche Menge sind. Kohlendioxid, rückgeführtes Produktgas, Stickstoff und
dergl. können verwendet werden. Dampf wird jedpch bevorzugt. Reaktionsträge Verdünnungsmittel,
wie Stickstoff, verringern die Temperatur in dem Vergaser und setzen den Heizwert
des Produktgases je Gasvolumeneinheit herab. Ein Verdünnungsmittel, wie Kohlendioxid,
kann sich unter Bildung von Kohlenmonoxid an der Reaktion beteiligen; eine solche
Reaktion ist endotherm. Wenn das Produktgas auf Leitungsqualität gebracht werden
soll, z.B. ein Heizgas mit mittlerem Heizwert (etwa 2490 Kcal/Nm3) sein soll, ist
ein sauerstoffhaltiges Gas, das soviel Stickstoff wie Luft enthält, unzulässig.
Wenn andererseits das Produktgas zu Synthesezwecken, z.B. für Ammoniak eingesetzt
werden soll, kann Luft mit Sauerstoff angereichert als sauerstoffhaltiges Gas geeignet
sein, jedoch wird Sauerstoff bevorzugt. Wenn das gewünschte Produkt Methanol ist,
wird vorzugsweise Sauerstoff allein eingesetzt. Luft eignet sich für die Herstellung
von Heizgas mit niedrigem Heizwert oder von Kraftgas (etwa 1110 Kcal/Nm3). Wenn
das Sauerstoff enthaltende Gas Verdünnungsmittel enthält, muß für den gewünschten
Druck in dem Vergaser ein größeres Gasvolumen komprimiert werden.
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Wenn Luft als Sauerstoff enthaltendes Gas eingesetzt wird, dient vorzugsweise
Luft zusammen mit Dampf als Wirbelmedium; wenn Sauerstoff als Sauerstoff enthaltendes
Gas eingesetzt wird, dient vorzugsweise Dampf allein als Wirbelmedium.
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Die primäre Vergasung (z.B. Oxidation oder Reaktion) der Kohle
erfolgt
im Wirbelbett. Die in dem Bett vergasten Kohleteilchen haben dort eine mittlere
Verweilzeit von etwa 30 bis 100 Minuten. Diese Verweilzeit ist wesentlich größer
als die Verweilzeit des Gasproduktes (etwa 2 bis 50 Sekunden). Die Verweilzeit gegebener
Teilchen in dem Bett ist ausreichend, um wesentliche Mengen des verfügbaren Kohlenstoffs
zu Kohlenmonoxid zu oxidieren. Das Bett erfährt eine starke Rührung, die primär
durch das Wirbelmedium unter Mithilfe des Vergasungsmediums erfolgt.
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Wie oben erwähnt, kann diese Rührung als eine Siedebewegung beschrieben
werden.
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Das sauerstoffhaltige Gas, vorzugsweise mit bis zu etwa 50 Vol.-%
Dampf, und im allgemeinen mit einer mittleren Gesamttemperatur von bis zu etwa 5380C,
vorzugsweise von etwa 38 bis 5380C und bei einem Druck etwas oberhalb des Vergaserdrucks,
wird vorzugsweise an räumlich getrennten gleichmäßig über den Umfang verteilten
Stellen in verschiedenen Höhen in den Vergaser eingeführt, und zwar in Mengen, die
ausreichen, um es mit den Bestandteilen des Wirbelbettes unter kontrollierten selektiven
Reaktionsbedingungen gleichmäßig in Berührung zu bringen und diese Bestandteile
zu vergasen. Die Temperatur des Sauerstoff enthaltenden Gases soll zur Erreichung
eines maximalen Gesamtwirkungsgrades in diesem Bereich so hoch wie möglich sein.
Vorzugsweise werden wenigstens etwa 50 Gew.-% des dem Wirbelbett zugeführten Dampfes
an der unteren Phasengrenze des Wirbelbettes an räumlich getrennten, im wesentlichen
gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen im allgemeinen bei einer Temperatur
bis zu etwa 6490C und einem Druck etwas oberhalb des Vergaserdrucks und einer Geschwindigkeit
eingeführt, die zur
Aufwirbelung des unteren Teils des Bettes ausreicht.
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Jede Stelle des Bettes ist infolge der durch das'Wirbelbett geschaffenen
Rührung bestrebt, bezüglich der Zeit die gleiche Temperatur anzunehmen. Jedoch können
die Zusammensetzung des Wirbelmediums und die Verteilungspunkte für die Einführung
des Wirbelmediums in das Bett dazu dienen, Veränderungen des Temperaturprofils in
dem Bett zu erreichen, was zu Produktgasen unterschiedlicher Qualität führen kann.
Beispielsweise können die Kohleteilchen in dem unteren Teil des Bettes mit Dampf
in Kontakt kommen. Der Dampf wird vorzugsweise in die untere Ebene des Bettes eingeblasen,
um die Teilchen aufzuwirbeln und vorzugsweise Wärme aus den am Boden des Bettes
austretenden Ascheteilchen (z.B. Teilchen aus teilweise verbrauchter Kohle) zu gewinnen
und diese Teilchen zu kühlen und so den Dampf vorzuwärmen. In ähnlicher Weise kann
ein Anteil des sauerstoffhaltigen Gases dem oberen Teil des Bettes zugeführt werden,
um den verbliebenen Kohlenstoff zu oxidieren. Weitere Anteile des sauerstoffhaltigen
Gases mit bis zu etwa 10 Vol.-% Dampf, z.B.
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mit etwa 0,1 bis 10 Vol.-% Dampf, können an oder dicht oberhalb der
Phasengrenze zwischen dem Wirbelbett und der verdünnten Phase an räumlich getrennten,
im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen in ausreichenden
Mengen eingeführt werden, so daß sie mit den das Wirbelbett verlassenden Kohlenstoffanteilen
reagieren, die Temperatur in der verdünnten Phase steigern, den Kohlenstoffumsatz
des Verfahrens erhöhen und ein rohes Produktgas liefern, das wenigstens etwa 50%
des oxidierten Kohlenstoffs als Kohlenmonoxid enthält.
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Die der Phasengrenzfläche anliegende Fläche des Bettes, d.h. die Grenzfläche
zwischen dem Bett und der verdünnt-phasigen Gas zone kann im allgemeinen höhere
Temperaturen aufweisen, da dort die primären Oxidationen ablaufen und dieser Bereich
mit den heißen Reaktionsgasen aus den unteren Teilen des Bettes in Kontakt ist.
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Die bei diesem Verfahren ablaufenden Vergasungsreaktionen umfassen
die Kohlenstoffoxidation sowie die Reduktion von Kohlendioxid unter Bildung eines
Produktgases, das im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält. Die Ausgangsstoffe
sind Kohle, flüssiges, kohlenstoffhaltiges Material und Sauerstoff, der durch das
Sauerstoff enthaltende Gas und Dampf geliefert wird. Die grundlegenden Vergasungsreaktionen
sind wie folgt: C + 02 = C02 (exotherm) C + 0,5 02 = CO (exotherm) C + C02 = 2 CO
(endotherm) C + H20 = CO + H2 (endotherm) C + 2 H20 = C02 + 2 H2 (endotherm) C +
2 H2 = CH4 (exotherm) Die Geschwindigkeiten dieser Reaktionen werden durch erhöhte
Temperaturen begünstigt. Die Kohle in dem Wirbelbett wird mit Vorteil bei einer
Maximaltemperatur in dem Vergaser in dem Bereich von etwa 816 bis 13160C vergast.
Vorzugsweise liegt die Haupttemperatur in der dichten Phase unterhalb der Erweichungstemperatur
der aus dem festen oder flüssigen Material entstehenden Asche. Es wird ein gasförmiges
Reaktionsprodukt erzeugt, das Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, Methan und
Verdünnungsmittel enthält und in die verdünnte Phase übergeht.
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Zugleich entstehen bei der Vergasung Feststoffe aus teilweise verbrauchter
Kohle. Die Temperatur in der dichten Phase des Vergasers wird vorzugsweise etwa
28 0C unter der Erweichungstemperatur der Asche gehalten. Die angewandte Temperatur
hängt von der Menge des Verdünnungsgases in den Wirbel- und Vergasungsmedien, der
Art der Kohle, der Erweichungstemperatur der Asche, der Wärmetoleranz des Vergasers
und dergl. ab. Im allgemeinen beträgt die Temperatur wenigstens etwa 816 bis zu
etwa 13160C oder mehr, und zur Erreichung einer guten Wärmeleistung, vorzugsweise
etwa 927 bis 1093 oder 1204°C. Die verdünnte Phase hat vorteilhaft die höchstmögliche
Temperatur soweit diese mit den Eigenschaften der enthaltenden Asche vereinbar ist.
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Es sind Temperaturen zu vermeiden, die einerseits je nach dem eingesetzten
kohlenstoffhaltigen Material zu kondensierbaren Kohlenwasserstoffen in dem Produktgas
führen und andererseits zu hoch liegen und eine Verringerung des Gesamtwirkungsgrades
des Verfahrens zur Folge haben. Wenn die Methanherstellung beabsichtigt wird, werden
vorzugsweise Temperaturen in dem Bereich von 815 bis 9270C angewandt.
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Der flüssige Kohlenwasserstoff wird nahe der Phasengrenze zwischen
der dichten und der verdünnten Phase verteilt. Infolge der hohen Temperaturen des
kohlenstoffhaltigen Materials und der Gase in der Verteilungszone wird der flüssige
Kohlenwasserstoff schnell verflüchtigt, und er tritt in den Vergasungsprozeß ein.
Da die Verteilungszone des flüssigen Kohlenwasserstoffes im allgemeinen eine niedrige
Konzentration an freiem
Sauerstoff aufweist, verbindet sich eine
bedeutende Menge des Kohlenwasserstoffs mit Kohlendioxid unter Bildung von Kohlenmonoxid
und Wasser. Anwesender freier Sauerstoff untersützt die exotherme Oxidation des
Kohlenwasserstoffs zu Kohlenmonoxid, Wasser und Wasserstoff.
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Die Reaktionen in dem Vergaser werden mit Vorteil unter Überdruck
durchgeführt, im allgemeinen oberhalb 1,5, z.B. von etwa 1,5 oder 2 bis 20, mit
Vorteil von etwa 2 oder 2,5 bis 15 und vorzugsweise von etwa 6 bis 14 ata. Die Auswahl
des in einer gegebenen Anlage angewandten Überdruckes hängt von der Auslegung und
der Drucktoleranz in der Verarbeitungsanlage, dem Druckabfall in der Anlage abströmseitig
des Vergasers, der gewünschten speziellen Verwendung des Produktgases und dergl.
ab, sowie davon, ob Mehrfachvergaser in Strängen eingesetzt werden.
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Die Anwendung höherer Reaktionsdrucke nach der Erfindung begünstigt
auch den Ausnutzungsgrad der Kohle für die Produktgaserzeugung und erhöht den Vergaserdurchsatz.
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Bei diesem Verfahren werden selektive Mengen Kohle, flüssiges, kohlenstoffhaltiges
Material, sauerstoffhaltiges Gas und Dampf in Abhängigkeit von mehreren Variablen
eingesetzt, um die Betriebsbedingungen (z.B. Temperaturen), den Heizwert des Produktgases
und die Produktionsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Die gesamte eingesetzte Dampfmenge
soll ausreichend sein, um das Bett in dem gewünschten Wirbelzustand und dergewünschten
Temperatur zu halten. Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht
darin, daß der für die Aufwirbelung und Vergasung benötigte Dampf durch Ausnutzung
der
Prozeßwärme für die Dampferzeugung gewonnen werden kann. Hierbei
fällt ein gekühltes Produktgas, vorzugsweise mit weniger als etwa 141 Feststoffteilchen
je Nm3, etwa bei Vergasungsdruck und bei für die Weiterverarbeitung besser -geeigneten
Temperaturen an, wobei wesentliche Mengen von teilweise verbrauchter Kohle aus dem
Rohproduktgas zum Zwecke der Entnahme aus dem Prozeß, der Rückführung oder der Aufarbeitung
unter anderen Bedingungen entfernt werden und die Kühlung des Produktgases auf Temperaturen
von etwa 93 bis 26O0C in einer Wärmerückgewinnungszone erfolgt. Es kann ein Überschuß
an Hcchdruckdampf über die in dem Prozeß benötigte Menge hinaus erzeugt werden.
Dieser Überschuß ist daher für den Antrieb der Turbine für die Produktgaskompression
und im Falle der Verwendung von Luft für den Antrieb des Luftkompressors verfügbar.
Im allgemeinen werden bis zu etwa 60 Gew.-% teilweise verbrauchte Kohle vom Boden
des Bettes abgezogen und mit Vorteil mit an der unteren Phasengrenze in das Bett
eingeführtem Dampf in Berührung gebracht, wodurch die fühlbare Wärme der verbrauchten
Kohle gewonnen und für die Dampfvorwärmung verwendet wird.
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Das Verhältnis zwischen Kohle und Sauerstoff enthaltendem Gas soll
die Erzeugung einer ausreichenden Wärmemenge durch Oxidationsreaktionen für die
Aufrechterhaltung der -Vergasung erlauben; die Wärmemenge soll jedoch kleiner als
die Wärmemenge sein, die zu einer Überschußproduktion von Kohlendioxid führen würden
(z.B. weniger als etwa 15 bis 20 Vol.-%). Bei einer konstanten Kohlezuführungsgeschwindigkeit
wird das Verhältnis von Sauerstoff enthaltendem Gas und Dampf zu Kohle zur Aufrechterhaltung
der gewünschten Bettemperatur selektiv geregelt.
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Wenn Luft als Vergasungsmedium verwendet wird, können für die Bereitstellung
der für die Kohlevergasung erforderlichen Luft mit Vorteil Kompressoren Verwendung
finden, die durch eine Dampfturbine angetrieben werden. Wie oben erwähnt, können
zusätzliche Anteile Dampf oder Sauerstoff enthaltendes Gas auch an oder in der Nähe
der Bettoberfläche selektiv eingeblasen werden, um in die verdünnte Phase ausgetragene
Kohlenstoffteilchen weiter zu vergasen. Diese Einblasung erfolgt in ausreichender
Höhe, so daß eine weitere Vergasung der mitgenommenen Kohleteilchen und eine Abtrennung
eines Teils des fortgetragenen festen Materials möglich ist.
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Das Gas und die aus dem Wirbelbett aus getragenen Teilchen bilden
unmittelbar über dem Bett eine verdünnte, ausgetragene Teilchen enthaltende Gaszone.
Im Gegensatz zu dem Bett hat diese verdünnte Phase keine obere Phasengrenze oder
Oberfläche. Sie dehnt sich vielmehr in den durch den geschlossenen Gasgenerator
gegebenen Raum aus; ihre Dimension wird daher durch die Dimensionen des umgebenden
Vergasers bestimmt. Die mitgenommenen Teilchen werden gewöhnlich zusammen mit dem
Produktgas aus der verdünnten Phase abgezogen.
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Die Höhe der die mitgenommenen Teilchen enthaltenden, verdünnten Phase
sorgt dafür, daß die Teilchen eine zusätzliche Zeitdauer unter den Vergasungsbedingungen
bleiben, so daß die Vergasung fortgesetzt wird und ein Teil des festen Materials
aus der verdünnten Phase in das Bett zurückkehrt, bevor das Produktgas den Vergaser
verläßt. Die Höhe der verdünnten Phase im Vergleich zu dem Bett kann variiert werden.
Beispielsweise kann sie verringert
werden, um die Menge des ausgetragenen
feinteiligen Materials zu steigern. Wenn jedoch die Höhe der verdünnten Phase ungenügend
ist, können zu große Kohlenstoffmengen aus dem Gasgenerator verloren gehen. Das
Oberteil des Gasgenerators kann einen größeren Durchmesser als das Unterteil haben,
so daß die Gasgeschwindigkeit verringert und demzufolge die Verweilzeit der Teilchen
in der verdünnten Phase erhöht und die Rückkehr mitgenommener Teilchen in das Wirbelbett
begünstigt wird. Bei einer üblichen Teilchengrößenverteilung des Aufgabegutes werden
etwa 40 bis 70 % des den Vergaser verlassenden, festen Materials in Form des aus
der verdünnten Phase abgezogenen Produktes entfernt.
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Im allgemeinen beträgt die Höhe der verdünnten Phase das etwa 3-bis
10-fache, vorzugsweise das etwa 4- bis 8-fache der Höhe des Wirbelbettes. Eine andere
Möglichkeit, die Zeit zu verlängern, in der die feinen Kohleteilchen den Vergasungsbedingungen
ausgesetzt sind, ist die Rückführung eines Teils der in einem Heißzyklon abgeschiedenen
Kohle.
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Das aus der Umsetzung von Kohlenstoff, Dampf und Sauerstoff enthaltendem
Gas entstehende, rohe, gasförmige Reaktionsprodukt hat im allgemeinen eine Verweilzeit
von etwa 2 bis 50 Sekunden, vorzugsweise etwa 5 bis 30 Sekunden, in der oberen verdünnten
Phase des Vergasers. Die Leerrohrgeschwindigkeit des rohen Produktgases in dem Vergaser
liegt erheblich über dem Punkt der beginnenden Aufwirbelung und reicht im allgemeinen
bis zu etwa 6 m/s in Abhängigkeit von dem Betriebsdruck.
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Das Produktgas ist reich an Kohlenmonoxid und Wasserstoff und enthält
im allgemeinen beispielsweise etwa 50 bis 90 %, vorzugsweise
etwa
55 bis 85 % Kohlenmonoxid, bezogen auf den gesamten oxidierten Kohlenstoff. Der
Rest des oxidierten Kohlenstoffs ist im wesentlichen Kohlendioxid. Es können auch
geringere Mengen Methan anwesend sein; im allgemeinen liegen weniger als etwa 10%
oder sogar weniger als 6% des Kohlenstoffs in dem Produktgas als Methan vor. Größere
Methanmengen (z.B. mehr als etwa 10 % und bis zu etwa 35 %) können unter die Methanbildung
begünstigenden Bedingungen in dem Vergaser erzeugt werden. Die Anwesenheit des Methans
ist vorteilhaft, wenn das Produktgas als Heiz- oder Kraftgas eingesetzt wird. Die
erzeugte Methanmenge wird durch die bei der Vergasung angewendeten Betriebsbedingungen
beeinflußt.
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Günstige Bedingungen für die Methanbildung sind der Einsatz geringer
Dampfmengen (wenn Dampf eingesetzt wird), wobei die weggelassene Dampfmenge ganz
oder teilweise durch Rückführgas ersetzt wird, Temperaturen in dem Bereich von etwa
816 bis 9270C und Drucke in dem Vergaser von wenigstens etwa 10 ata. Ferner wird
vorzugsweise ein Teil der Kohle oberhalb der oberen Phasengrenze des Wirbelbettes
eingeführt.
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Bei der Heizgasherstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
das gekühlte Produktgas gewünschtenfalls entschwefelt.
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Zweckmäßigerweise wird ein zweistufiges Verfahren zur Entschwefelung
angewendet, wobei die erste Stufe die Schwefelverbindung in Form eines sauren Gases,
nämlich als Schwefelwasserstoff liefert, das dann aus dem Gas selektiv absorbiert
wird. Kohlenoxysulfid kann beispielsweise durch Hydrolyse zu Schwefelwasserstoff
umgesetzt werden. Die Hydrolyse kann vorzugsweise in Gegenwart eines Kohlenoxysulfid
hydrolysierenden Katalysators unter einem Druck von mehr als etwa 4,2 ata bei Hydrolysetemperatur,
z.B.
etwa 93 bis 2050C, durchgeführt werden. Die für die Hydrolyse ausreichende Menge
Wasser ist oft in dem gekühlten Produktgas enthalten. Die Reaktion ist exotherm.
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Das abströmende Produkt wird im allgemeinen auf die Absorptionstemperaturen
abgekühlt, d.h. auf Temperaturen, bei denen das Gleichgewicht für die Schwefelwasserstoffabsorption
günstig ist.
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Die Gase werden meistens auf eine Temperatur von etwa 21 bis 380C
abgekühlt, bevor sie in die Absorptionseinheit eintreten.
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Die Absorption kann mit einem üblichen selektiven Absorptionsmittel
für Schwefelwasserstoff durchgeführt werden. Typische Absorptionssysteme sind beispielsweise
Alkazid-Verfahren und das Stretford-Verfahren. Die Absorption wird meistens bei
einer Temperatur von etwa 21 bis 380C, vorzugsweise unter einem Druck von mehr als
4,2 ata durchgeführt. Die verbrauchte Absorptionslösung kann regeneriert werden,
wobei ein Schwefelwasserstoff enthaltendes Reichgas entsteht. Aus dem Schwefelwasserstoff
enthaltenden Gas kann in üblicher Weise, z.B. durch den Claus-Prozeß, elementarer
Schwefel gewonnen werden; der Claus-Prozeß kann ergänzt werden durch eine Schwefeldioxid-Absorptionsanlage,
so daß ein für die Umwelt tolerierbares Abgas entsteht.
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Das Gas aus dem Vergasungsverfahren kann zur Synthese von Chemikalien,
z.B. Ammoniak und Methanol, eingesetzt werden. Die allgemeinen Reaktionen für die
Herstellung von Methanol und Ammoniak sind
Das gekühlte Produktgas ist reich an Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
Da bei jeder dieser Synthesen erhebliche Mengen an Wasserstoff erforderlich sind,
kann die Produktausbeute dadurch verbessert werden, daß man die Gase an einem geeigneten,
schwefelbeständigen Katalysator konvertiert. Bei der Konvertierung reagieren Kohlenmonoxid
und Wasserdampf im Mol-Verhältnis 1:1 unter Bildung von Wasserstoff und Kohlendioxid.
Für die Methanolsynthese wird häufig ein Gas mit etwa 2 bis 2,5 Molen Wasserstoff
je Mol Kohlenmonoxid und Kohlendioxid eingesetzt. Häufig ist die Konvertierungsreaktion
relativ wirksam, und ein Produktgasstrom kann im By-pass um den Konvertierungsreaktor
herumgeführt und mit dem Abgas des Konvertierungsreaktors vereinigt werden, so daß
ein Gas mit den gewünschten Verhältnissen von Wasserstoff zu Kohlenoxiden entsteht.
Bei der Ammoniakherstellung ist kein Kohlenmonoxid erforderlich. Daher liefert der
Konvertierungsreaktor ein Abgas mit weniger als etwa 3, vorzugsweise weniger als
etwa 2 Vol.-% Kohlenmonoxid. Die Konvertierungsreaktion wird im allgemeinen bei
einer Temperatur von etwa 260 bis 4820C unter einem Druck von mehr als 14 ata durchgeführt.
Es ist ersichtlich, daß eine erhöhte Produktion von Kohlenmonoxid und Wasserstoff
nach der vorliegenden Erfindung die Ausbeute an Syntheseprodukt steigert.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf. die Zeichnung und an den
Beispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein schematisches Fließbild einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichzeitigen Vergasung von Kohle und flüssigem,
kohlenstoffhaltigem Material unter selektiven
Bedingungen zu einem
an Kohlenmonoxid und Wasserstoff reichen Produktgas; Fig. 2 ein schematisches Fließbild
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Heizgas
und Fig. 3 einen Querschnitt der Vergaserwandung mit einer Verteilungsdüse für flüssigen
Kohlenwasserstoff in schematischer Darstellungsweise.
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In Fig. 1 ist ein Vergaser 10 mit einem Wirbelbett 12 und einer verdünnten
Phase 14 abgebildet. Der Vergaser ist im Unterteil gewöhnlich kugelstumpfförmig
ausgebildet, wobei sich in diesem kegeligen Teil der Hauptteil des Bettes befindet.
Eine Sprühverteilungsvorrichtung 15 mit über den Umfang im wesentlichen gleichmäßig
verteilten Sprühdüsen ist auf der Vergaseraußenseite etwa 60 cm oberhalb der oberen
Phasengrenze des Wirbelbettes vorgesehen. Die Sprühverteilungsvorrichtung 15 ist
in Sprühkontakt mit der oberen Phasengrenze des Wirbelbettes und sprüht flüssiges,
kohlenstoffhaltiges Material auf die Oberfläche der in dem Bett befindlichen Teilchen
auf.
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Das feste Material wird dem Vergaser 10 in folgender Weise zugeführt.
Kohle der spezifizierten Korngröße wird dem Förderapparat 16 aufgegeben und zu dem
Beschickungstrichter 18 transportiert.
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Der Förderapparat 16 kann ein Förderband, Becherföraerer oder dergleichen
sein. Zweckmäßigerweise wird ein Kettenförderer eingesetzt, da sich dieser gewöhnlich
nicht verklemmt und auch nicht zum Stillstand kommt, wenn der Behälter voll ist.
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Der Bunker 18 liefert zerkleinerte Kohle an zwei Schleusenbunker 20
und 22. In der Praxis, insbesondere bei einem Betrieb unter Druck von mehr als 2,5
ata, kann es erwünscht sein, zusätzliche parallel oder möglicherweise in Reihe angeordnete
Schleusenbunker vorzusehen, damit eine kontinuierliche Kohlezuführung zu dem Vergaser
gewährleistet ist. Die Schleusenbunker ermöglichen einen Druckanstieg in der Umgebung
der Kohle bis auf einen für die Einführung in den Gasgenerator geeigneten Wert.
Im allgemeinen steht die Kohlencharge zur Vermeidung eines Gasrückstromes unter
einem Druck, der größer als der Druck in dem Vergaser ist.
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Es können auch andere Methoden angewandt werden, um Kohle von Normaldruck
auf erhöhten Druck zu bringen.
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Die Schleusenbunker arbeiten im Zyklus. In der ersten Stufe des Zyklus
ist das untere Ventil des Bunkers geschlossen und das obere Ventil geöffnet, so
daß der Schleusenbunker chargiert werden kann. Wenn der Schleusenbunker chargiert
ist, wird das obere Ventil geschlossen, und es wird zur Druckerhöhung ein Gas eingeleitet.
Schließlich wird die Charge unter erhöhtem Druck durch den Boden des Bunkers entleert.
Die Charge fällt in den Haltebunker 24. Die Einführung des Druckgases, z.B. eines
Inertgases, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, in den Schleusenbunker kann zwecks
Beschleunigung der Chargenübergabe während der Entladung fortgesetzt werden.
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Die Kohle wird pneumatisch von dem Haltebunker 24 zum Vergaser 10
durch die Leitung 26, die pneumatische Zuführungsleitung, transportiert, deren lichte
Weite vom anströmseitigen Endpunkt 8 bis zur Stelle ihrer Mündung in den Vergaser
10 im wesentlichen
gleich ist. Der oben beschriebene, gewählte
Druckabfall wird zwischen diesen Punkten aufrechterhalten, um die Kohle in der gewünschten
Weise einzuführen. Die Kohle kann zur besseren Verteilung und bei gegebenem Produkt
zur Verbesserung der Betriebseigenschaften des Verfahrens an mehreren Stellen eingeführt
werden. Das Trägergas für den pneumatischen Kohletransport kann ein Gemisch aus
Dampf und sauerstoffhaltigem Gas sein. Der Dampf kann zweckmäßigerweise aus einer
abströmseitigen Verarbeitungsstufe, z.B. einer Abhitzeanlage, mit einer Temperatur
von 204 bis 649 0C entnommen werden. Der Dampf kann mit sauerstoffhaltigem Gas gemischt
werden, das durch Leitung 64 von der sauerstoffhaltiges Gas führenden Leitung 65
abgezweigt wird. Der Dampf und das sauerstoffhaltige Trägergas strömen durch Leitung
25, und feinteilige Kohle aus dem Haltebunker 24 wird in den Trägergasstrom eingebracht,
so daß sich in dem Trägergasstrom ein relativ hoher Feststoffgehalt ergibt, z.B.
etwa 3,2 bis 32 kg Feststoffe je m3 Trägergas unter dem herrschenden Druck. Der
feststoffhaltige Strom gelangt durch Leitung 26 zum Vergaser 10. Die Leitung 26
wird in der Nähe der Düse, durch welche die Kohle in den Vergaser eingeführt wird,
gekühlt (nicht dargestellts Die Kühlung reicht aus, die festen Kohleteilchen in
dem in den Vergaser eintretenden Strom in einem frei fließenden Zustand zu halten
und eine Erwärmung durch die in dem Vergaser herrschende Hitze bis auf den Agglomerationspunkt
der Feststoffe zu vermeiden. Wenn man flüchtige Bestandteile enthaltende Kohle erhitzt,
können im allgemeinen Temperaturen erreicht werden, bei denen die Kohleoberfläche
weich und klebrig wird, so daß die Teilchen zusammenbacken können. Größere Agglomerate
sind in dem Wirbelbett zu vermeiden, da sie unter den herrschenden Bedingungen nicht
über
eine zur Vergasung ausreichend lange Zeit aufgewirbelt werden
können. Zu starke Agglomerierung kann auch zu einer Verstopfung der Düse führen.
Ein fluides Kühlmittel, z.B. Dampf von tiefer Temperatur, wird durch Leitung 27
zugeführt, umströmt die Düse und wird durch Leitung 29 von der Düse abgezogen. Alternativ
kann das Kühlmittel Wasser oder ein anderes Strömungsmittel sein.
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Die Wirbelgase werden häufig an mehreren Stellen in den Vergaser eingeblasen.
Auf diese Weise kann die Reaktion der dichten Bettphase so gesteuert werden, daß
die Kohleausnutzung ansteigt und sich ein Produktgas hoher Qualität ergibt. Wie
dargestellt, wird ein im wesentlichen nur aus Dampf (100 %) bestehender Strom durch
Leitung 28 an der unteren Phasengrenze des Wirbelbettes eingeführt. Der Dampf dient
nicht nur als primäres Wirbelgas, sondern auch zur Kühlung der Ascheteilchen (z.B.
auch Teilchen aus nur teilweise verbrauchter Kohle) zum Zweck der Austragung aus
dem Unterteil des Gasgenerators. Durch die Leitungen 30, 32 und 34 wird ein Sauerstoff
enthaltendes Gas eingeführt, das auch den Dampf als Verdünnungsmittel enthalten
kann. Der Sauerstoff und das Verdünnungsmittel Dampf unterstützen die Vergasung
und tragen zusammen mit anderen Verdünnungsmitteln in dem Sauerstoff.
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enthaltenden Gas zur Bettaufwirbelung und Temperaturkontrolle bei.
Leitung 34 führt das Sauerstoff enthaltende Gas vorzugsweise an oder eben oberhalb
der Phasengrenze zwischen dem Bett 12 und der verdünnten Phase 14 zu. Die Gaseinführungen
sind häufig halbtangentiale Düsen. Zur Gewährleistung einer guten Rührung hat das
Wirbelbett im allgemeinen ein Verhältnis von Höhe zu maximalem Durchmesser von etwa
1:2 bis 5:1. Die verdünntphasige Gaszone enthält mitgenommene Teilchen aus dem Bett.
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Das flüssige, kohlenstoffhaltige Material gelangt aus dem Vorratstank
35 durch die Leitung 37 mit dem Ventil 39 in den Gasgenerator und wird durch den
Sprühverteiler 15 verteilt. Fig. 3 zeigt den mit dem Vergaser 17 verbundenen Sprühverteiler
15 genauer. Die Verteilung des flüssigen,kohlenstoffhaltigen Materials erfolgt vorzugsweise
verhältnismäßig gleichmäßig, wodurch eine über den Querschnitt des Gasgenerators
gleichmäßige Temperatur begünstigt wird. Die Strömung des flüssigen, kohlenstoffhaltigen
Materials aus dem Verteiler erfolgt vorzugsweise im Gegenstrom zu der Gasströmung.
Das flüssige, kohlenstoffhaltige Material wird auf das Bett aufgesprüht, so daß
die Teilchen in dem Bett damit in Berührung kommen und mit ihm beschichtet werden.
Wegen der kochenden Bewegung des Bettes kommen im wesentlichen alle Teilchen in
dem Bett nach einiger Zeit mit dem Material in Kontakt.
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Das flüssige, kohlenstoffhaltige Material tritt in Form eines feinen
Sprühs durch die Düsen des Sprühverteilers 15 in Abwärtsrichtung aus. Im allgemeinen
beträgt die Beschickung 1,34 10 2 bis 6,67 102 l/m3 Gasprodukt. Der erzeugte Sprüh
umfaßt im allgemeinen einen Bogen von etwa 600 bis 1200, z.B. 900, wobei die Sprühtröpfchen
im allgemeinen eine Größe in dem Bereich von etwa 10 bis 500 Mikron aufweisen, die
vorzugsweise mit den Teilchen in dem Bett in Kontakt kommen.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, befindet sich der Sprühverteiler
15 genügend nahe an der oberen Phasengrenze des Wirbelbettes, und es wird ein ununterbrochener
Sprüh aus flüssigem, kohlenstoffhaltigem Material mit solcher Geschwindigkeit erzeugt,
daß
die Aufwärtsgeschwindigkeit der entwickelten Gase, z.B. etwa 15,25 m/s, überwunden
wird. Die Flüssigkeit erreicht die obere Phasengrenze des Wirbelbettes, kommt mit
ihr in Berührung und dringt infolge der turbulenten Mischwirkung des Bettes in Abwärtsrichtung
in das Bett ein. Im allgemeinen ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit zum Bett
hin so groß, daß eine wesentliche Menge, z.B. wenigstens 20%, vorzugsweise etwa
50 bis 80 % je nach der Flüchtigkeit der Flüssigkeit, in das Bett eindringt.
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Der Sprühverteiler 15 ist nahe der oberen Phasengrenze des dichten
Bettes angeordnet. Die obere Phasengrenze ist durch die siedeartige Bewegung infolge
der Aufwirbelung in ständiger Bewegung. Der Verteiler soll vorzugsweise innerhalb
etwa 1,53 m von der mittleren oberen Phasengrenze angeordnet sein.
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Das Rohproduktgas wird nach dem Austritt aus dem Vergaser 10 über
Leitung 36 in dem Zyklon 38 behandelt. Die Einplanung des Zyklons 38 hängt von dem
eingesetzten Ausgangsstoff, insbesondere seiner Korngröße, ab. Die Leitung 40 führt
das abgeschiedene feinteilige Material zum Bett zurück, da dieses Material verwertbaren
Kohlenstoff enthalten kann. Wenn das abgetrennte feinteilige Material in den Vergaser
zurückgeführt wird, ist es von Vorteil, die Reaktionstemperatur beizubehalten, um
einen unnötigen Wärmeverlust und Aufwand an Kohlenstoff zu vermeiden.
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Das durch den Zyklon abgeschiedene feinteilige Material kann in verschiedener
Weise verwertet werden, z.B. als Brennstoff oder - bei mehreren Stufen - als Beschickungsgut
für einen anderen Vergaser. Die in dem den Vergaser verlassenden Produkt nicht umgesetzte
Kohle zeigt eine schwere Vergasbarkeit unter den
Vergasungsbedingungen
in dem Vergaser, so daß es von Vorteil ist, diese Materialien in einem Vergaser
einzusetzen, der unter schärferen Bedingungen gefahren wird.
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In Fig. 1 ist der Boden des Vergasers 10 auch mit einer Vorrichtung
zur Entfernung der Asche versehen. Die größeren und schwereren Ascheteilchen sind
unbeständig und fallen aus dem Wirbelbett heraus. Diese Teilchen werden gesammelt
und durch eine wassergekühlte Förderschnecke 41 zwecks Entfernung aus dem System
zu dem Austragsschleusenbunker 42 transportiert.
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Zur Verringerung der Teilchengröße der Asche auf eine leicht transportierbare
Größe kann ein Brecher vorgesehen werden.
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Das rohe Produktgas aus dem Vergaser 10 wird durch indirekten Wärmeaustaustausch
in dem Wärmeaustauscher 44 unter Wärmegewinnung gekühlt. Feinteiliges Material,
das sich bei der Kühlung aus den Gasen absetzt, kann aus dem Wärmetauscher 44 über
Leitung 46 abgezogen werden. Das feinteilige Material kann in gleicher Weise gehandhabt
werden wie die Asche am Boden des Gasgenerators. Die gekühlten Gase verlassen den
Wärmeaustauscher 44 über Leitung 48.
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Das Wärmeaustauschmedium für den Wärmeaustauscher 44 ist Dampf.
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Kesselspeisewasser tritt durch Leitung 50 in den Wärmeaustauscher
44 ein und gelangt nach der Vorwärmung über Leitung 54 zu der Dampftrommel 52. Die
Dampf trommel 52 kann mit einem Strahlungskessel (nicht dargestellt) in dem Oberteil
des Vergasers 20 in Verbindung stehen. Die Wärme aus dem Strahlungskessel kann für
den indirekten Wärmeaustausch mit dem Dampf
in der Dampftrommel
52 benutzt werden. Sattdampf, der in dem Wärmeaustauscher 44 erzeugt wurde, verläßt
die Dampftrommel 52 über die Leitung 60 und kehrt in den Kessel 44 zurück, wo er
vor seiner Abgabe an das Dampfnetz der Anlage durch Leitung 62 überhitzt wird. Ein
Teil des Dampfes aus Leitung 62 wird mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas aus Leitung
65 vereinigt und dient bei der Einführung in den Vergaser als Verdünnungsmittel
für das Gas in den Leitungen 30, 32 und 34. Ein anderer Teil des Dampfes gelangt
durch Leitung 28 zum Vergaser. Das Verfahren kann unter solchen Bedingungen betrieben
werden, daß genügend Dampf für die Abgabe aus der Vergasungsanlage erzeugt wird.
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Unter bestimmten Bedingungen ist genügend fühlbare Wärme verfügbar,
die mit Vorteil zur Vorwärmung des Sauerstoff enthaltenden Gases in dem Abhitze-Rückgewinnungsstrang
oder gewünschtenfalls auch für Begleitverfahren verwendet werden kann.
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Die den Wärmeaustauscher 44 verlassenden, gekühlten Gase gelangen
über Leitung 48 durch einen Zyklon 68 und durch Leitung 74 zu dem Wäscher 72, wobei
der Zyklon mit einer Leitung 70 zur Entfernung des abgetrennten feinteiligen Materials
(nämlich teilweise verbrauchter Kohle) ausgestattet ist. Die Masse der teilweise
verbrauchten Kohle in dem Produktgas, die in der Wärmegewinnungsanlage und dem Zyklon
abgetrennt wurde, kann durch eine Förderschnecke zu einem Kohlebunker (nicht dargestellt)
gelangen. Die Wärmerückgewinnungseinheit und der Zyklon können zusammen wenigstens
etwa 50 Gew.-% und mehr als 75 Gew.-% der mit dem Produktgas ausgetragenen Feststoffe
abtrennen. Bei einer Heizgasanlage wird die Kohle von dem Kohlebunker zu der Anlagengrenze,
bei einer Ammoniak- oder Methanolanlage
wird sie zum Kohlebeschickungsbunker
des kohlegefeuerten Kessels transportiert. Ein Wasserwäscher ist vorgesehen, um
den Förderstickstoff vor dem Abblasen zu waschen.
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Der Wäscher 72 entfernt feinteiliges Material und kondensiert Dampf
aus dem Gas. Das Gas aus dem Zyklon strömt durch den Venturi-Wäscher 72, wo die
verbliebenen Kohleteilchen bis auf einen Gehalt von weniger als 0,035 Teilchen/Nm3
entfernt werden. Um den Wasseraufwand auf ein Mindestmaß zu beschränken, wird das
Venturi-Wasser gekühlt und nach Entfernung der Asche in einem Absetzbehälter rezirkuliert.
Für den Ascheabsetzbehälter kann Zugabewasser erforderlich sein. Die Kohle wird
in Form eines nassen Schlamms aus dem Absetzbehälter entfernt und zur Anlagengrenze
gepumpt.
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Es können Hochleistungswäscher eingesetzt werden. Geeignete Wäscher
sind Sprühtürme, zyklonartige Sprühtürme, Venturiwäscher (z.B. ein Typ mit hoher
Wirksamkeit und hohem Druckverlust) und dergleichen. Die Venturi-Wäscher oder venturiartigen
Wäscher sind besonders von Vorteil, da eine anschließende weitere Teilchenabtrennung
aus den Gasen nicht erforderlich ist. Elektrostatische Abscheider und Desintegratoren
wurden abströmseitig des Wäschers eingesetzt, um erforderlichenfalls die mitgenommenen
Teilchen zu entfernen. Die Gase verlassen den Wäscher über die Leitung 76.
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Beispiel I Das in Fig. 1 dargestellte System wird zur Vergasung eines
Abfallöls mit etwa 84% Kohlenstoff, 12% Wasserstoff und einem
oberen
Heizwert von etwa 10 000 Kcal/kg zusammen mit einer halbbituminösen Kohle mit etwa
50 % Kohlenstoff, 20 % Asche, 15 % Wasser und 10 % Sauerstoff und einem oberen Heizwert
trocken von 5720 Kcal/kg eingesetzt. Die Asche hat einen Erweichungspunkt von 12600C,
einen Schmelzpunkt von 14270C und einen Fließpunkt von 14820C. Die Kohle wird auf
eine Teilchengröße in dem Bereich von 0 bis 9,5 mm gebrochen.
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Der Vergaser ist etwa 20 m hoch, hat einen Innendurchmesser von etwa
5 m und ist am Boden kegelförmig ausgebildet. Die Oberseite des Wirbelbettes befindet
sich in einer Höhe von etwa 4 m oberhalb des Vergaserbodens.
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Etwa 1.200 t/d Kohle und 400 t/d Abfallöl mit einer Temperatur von
1490C werde. dem Vergaser (wie in Fig. 1 dargestellt) zugeführt, der unter einem
Druck von etwa 9 ata gefahren wird. Die Kohle wird dicht unter der oberen Phasengrenze
des Bettes mit Umgebungstemperatur eingeführt. Das bl wird in Form feiner Sprühtröpfchen
einer mittleren Tröpfchengröße von etwa 200 Mikron auf das Bett aufgesprüht. Dem
Vergaser werden etwa 11,3 t/h Dampf zugeführt, wovon etwa 5,0 t/h unterhalb des
Wirbelbettes zugeführt werden. Die Kohle hat eine mittlere Verweilzeit in dem Bett
von 10 Minuten. Dem Vergaser werden durch Leitung 34, 45.600 Nm3/h eines Gemisches
aus etwa 7 Vol.-% Dampf und 93 Vol.-% Luft, durch Leitung 32, 55.100 Nm3/h eines
Gemisches aus 7 Vol.-% Dampf und 93 Vol.-% Luft und durch Leitung 30, 41.900 Nm3/h
eines Gemisches aus 3 Vol.-% Dampf und 97 Vol.-% Luft zugeführt. Der Dampf hat eine
Temperatur von etwa 5380C. Die Luft ist durch Wärmeaustausch
mit
dem rohen Produktgas in einem Teil des Abhitze-Rückgewinnungssystems (in Fig. 1
nicht dargestellt) auf 2600C vorgewärmt.
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Die Reaktion wird bei 1038 bis 11490C durchgeführt. Die Reaktionsgase
haben eine Verweilzeit in der verdünnten Phase von 15 s; die Leerrohrgeschwindigkeit
des rohen Produktgases in der verdünnten Phase des Vergasers beträgt etwa 1,53 mis.
Das Gas verläßt den Vergaser mit einem Druck von etwa 9 ata und einer Temperatur
von etwa 9820C. Es enthält 18 Vol.-% CO, 7 Vol.-% C02, 11 Vol.-% H2, 4 Vol.-% Methan,
5 Vol.-% N2 und 10 Vol.-% Dampf.
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Die Abfallasche (teilweise verbrauchte Kohle) wird durch den Förderer
41 in einer Menge von etwa 3 t/h abgeführt, sie besteht aus 78 * Asche und 22 %
Kohlenstoff. Das Gas strömt durch den Wärmeaustauscher 44 und den Zyklon 68, wo
aus ihm Wärme gewonnen und weiteres feinteiliges Material entfernt wird. Das Gas
hat beim Verlassen des Wärmeaustauschers 44 eine Temperatur von etwa 1490C und enthält
beim Verlassen des Zyklons 68 etwa 141 Staubteilchen je Nm3. Es gelangt dann durch
den Venturiwäscher 72, bei dessen Verlassen die Gase eine Temperatur von etwa 38
0C, einen Druck von etwa 8 at und einen Staubgehalt von weniger als 0,035 Staubteilchen
je Nm3 aufweisen. Der obere Heizwert des Gases beträgt etwa 1320 Kcal/Nm3. Die Kohlenstoffausnutzung,
berechnet aus dem Kohlenstoffinhalt des Gases geteilt durch Kohlenstoffinhalt des
Öls und der Kohle, beträgt etwa 93 %. Die Vergasungsleistung, berechnet durch das
Verhältnis der oberen Heizwerte von Gas zu Öl und Kohle, betrugt
etwa
69 %. Der Gesamtaufwand für die Produktgaskompression beträgt 20 800 KW bei Abgabe
unter 15 ata je 17,9 109 Kcal/d.
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Bei spiel II Die Arbeitsweise im Beispiel I wird im wesentlichen wiederholt,
wobei man jedoch die Kohle oberhalb der oberen Phasengrenze des Wirbelbettes in
den Vergaser einführt, die Vergasung bei einer Temperatur von 871 0C und einem Druck
von 14 ata durchführt und 50 Vol.-% des unterhalb des Wirbelbettes eingeführten
Dampfes durch Rückführgas ersetzt, so daß aus dem Vergaser ein Gasprodukt mit einem
Methangehalt von 7 Vol.-% (25 % des Kohlenstoffs in dem Produktgas) austritt. In
diesem besonderen Beispiel ist es nicht nötig, den Dampf in bedeutendem Ausmaß durch
Rückführgas zu ersetzen, da nach Beispiel I eine geringe Dampfmenge eingesetzt wurde.
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Beispiel III Die Arbeitsweise des Beispiels I wird im wesentlichen
wiederholt, wobei jedoch die feinteilige Kohle unter Verwendung eines Trägergases
aus 50 Vol.-% Dampf und 50 Vol.-% Luft pneumatisch zum Vergaser befördert wird.
Dabei enthält dieser kohleartige Förderstrom 20,8 kg Kohle je m3 Trägergas unter
den tatsächlich herrschenden Bedingungen. Das kohlehaltige Trägergas hat bei der
Mischung eine Temperatur von etwa 204°C und einen Druck von etwa 9,8 ata oder etwa
0,5 ata mehr als der in der Vergaserumgebung herrschende Druck. Das Trägergas wird
dem pneumatischen System, d.h. auf der Anströmseite in Leitung 25, mit einem Druck
von 12,6 ata zugeführt. In dem pneumatischen Zuführsystem wird ein Druckabfall von
3 at aufrechterhalten. Die Düse 31
wird mit 906 kg/h Niederdruckdampf
gekühlt und auf einer Temperatur von 204 0C gehalten, so daß eine unzulässige Agglomerierung
feinteiliger Kohle vermieden wird. Die Düse 31 ist abwärts gerichtet, und die Kohlefeststoffe
werden zum Mittelpunkt des dichten Wirbelbettes hin etwa 61 cm unterhalb seiner
oberen Grenzfläche abgeworfen.
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Beispiele IV bis VIII Die Arbeitsweise des Beispiels III wurde im
wesentlichen wiederholt, wobei jedoch die nachfolgend angegebenen Trägergase anstelle
des in Beispiel I eingesetzten Trägergases Verwendung fanden: Beispiel Trägergas
IV Rückführproduktgas V Kohlendioxid VI Stickstoff VII Dampf VIII Luft Beispiel
IX Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird zur Erläuterung ein spezielles Beispiel für
die erfindungsgemäße Erzeugung von Heizgas angegeben, das jedoch die Erfindung nicht
einschränkt. Das Gas aus dem Vergasungsteil wird unter Bildung eines Heizgases bis
auf einen Gehalt von max. 100 ppm Gesamtschwefel entschwefelt. Dieser niedrige Schwefelgehalt
wird durch eine Kombination von Kohlenoxysulfid-Hydrolyse und Schwefelwasserstoffentfernung
erreicht. Für die Schwefelwasserstoffentfernung wird das Alkazid-Verfanren angewendet.
Der konzentrierte Schwefelwa sserstoffstrom
aus dem Regenerator
für die Alkazid-Lösung wird in einer Claus-Anlage zu elementarem Schwefel ungesetzt.
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Im einzelnen wird das Gas aus dem Vergasung steil in dem Kompressor
102 auf einen Druck von etwa 5,6 at komprimiert. Die Gaskompression ist nur erforderlich,
wenn der Vergaser unter einem Druck betrieben wird, der kleiner als der geforderte
Abgabedruck ist. Die Kompressoren werden mit einer Dampfturbine angetrieben, wobei
ein Teil des Antriebsdampfes abgeblasen und der Rest kondensiert wird. Der in dem
Abhitzestrang der Vergasung erzeugte Reaktionsdampf von 84 at und 5100C wird auf
den erforderlichen Speisedruck für den Vergaser expandiert. Die übrige Energie wird
durch Kondensation des Dampfes von 84 at und 5100C bei 152 Torr geliefert. Von dem
Kompressor wird das Gas in die katalytische Hydrolyseanlage 104 geliefert, wo der
größte Teil des Kohlenoxysulfids mit dem enthaltenen Wasser in Gegenwart von aktiviertem
Aluminiumoxid oder Kobalt/Molybdän-Katalysator unter Bildung von Schwefelwasserstoff
und Kohlendioxid umgesetzt wird. Die Speisegastemperatur wird durch Wärmeaustausch
mit den heißen Hydrolyse-Abgasen in dem Wärmetauscher 106 auf die Hydrolysetemperatur,
z.B. etwa 121 bis 1770C, angehoben. Die Abgase aus der Hydrolyse werden durch den
Luftkühler 108 und schließlich durch den Wasserkühler 110 auf etwa 380C weiter abgekühlt.
Die abschließende Kühlung auf die für den Alkazidabsorber erforderliche Temperatur,
d.h. etwa 21 0C, wird durch die Kühlanlage 112 durchgeführt.
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In dem Alkazidabsorber 114 wird der Schwefelwasserstoff durch die
Alkazidlösung, eine wässrige Lösung des Kaliumsalzes der
Dimethylaminoessigsäure,
selektiv absorbiert. Das Alkazidverfahren absorbiert selektiv Schwefelwasserstoff
in Gegenwart von Kohlendioxid, so daß eine stärker konzentrierte Schwefelwasserstoffbeschickung
mit häufig etwa 20 Vol.-% Schwefelwasserstoff für die Claus-Anlage anfall. Die verbrauchte
Lösung aus dem Absorber wird durch Austreiben mit Niederdruckdampf in einem Kocher-Ausgaser
118 bei etwa 104 bis 127°C unter einem Druck von etwa 0 bis 0,7 at regeneriert.
Der Wärmeaustausch in dem Austauscher 116 zwischen der verbrauchten und der regenerierten
Lösung verringert die in dem Kocher-Ausgaser erforderliche Menge an Niederdruckdampf.
Die Kopfgase aus dem Alkazidabsorber enthalten weniger als 100 ppm Schwefel und
werden als Heizgas abgegeben.
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Beispiel X Die Arbeitsweise des Beispiels IX wurde im wesentlichen
wiederholt, wobei jedoch zur Erzeugung eines Heizgases mit niedrigem oder mittlerem
Heizwert in dem Vergaser anstelle von Luft eine mit Sauerstoff angereicherte Luft
eingesetzt wurde.
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Beispiel XI Die Arbeitsweise des Beispiels IX wurde im wesentlichen
wiederholt, wobei jedoch zur Erzeugung eines Heizgases mit mittlerem Heizwert in
dem Vergaser anstelle von Luft Sauerstoff eingesetzt wurde.
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Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen,
gleichzeitigen Vergasung von flüssigem und festem kohlenstoffhaltigem Material zu
einem an Kohlenmonoxid, Wasserstoff
und gewünschtenfalls Methan
reichen Produkt durch selektive Einführung des flüssigen, kohlenstoffhaltigen Materials
in ein Wirbelbett, das durch das feste,kohlenstoffhaltige Material gebildet wird.
Die Vergasung wird in einem Vergaser durchgeführt, der ein unteres, dichtes Wirbelbett
aus dem festen Material und eine an die obere Phasengrenze des Bettes angrenzende
obere, verdünnte, ausgetragene Teilchen enthaltene Gaszone enthält. Das flüssige,
kohlenstoffhaltige Material wird in der Nähe der oberen Phasengrenze in den Vergaser
eingeführt. Es gelangt auf die obere Phasengrenze des Wirbelbettes und kommt mit
der als Reaktionsort dienenden Oberfläche des festen Materials in dem Wirbelbett
in Kontakt. Das flüssige Material ist mengenmäßig so bemessen, daß in dem Vergaser
die Gaserzeugung gesteigert wird.