DE2652968B2 - Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen - Google Patents

Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung geht aus von der DE-AS 10 23 844. Daraus ist es bei einem Verfahren zum Inberührangbringen von Gasen mit kohleartigen Feststoffen u.a. bekannt, von einem Vergaser, dem feinzerteilter fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff zugeführt wird, zur Wärmeaufnahme einen Teilstrom mit Vergasungsrückständen aus dem Wirbelbett zu einem getrennt davon angeordneten Wirbelschichterhitzer zu führen, den Brennstoff dort durch Verbrennungsgase über die Vergasungstemperatur zu erhitzen und die so erhitzte Kohle wieder zum Vergaser zurückzuführen. Zugleich kann vom Vergaser ein Teilstrom mit groben Feststoffen zu einem vorwiegend mit aus dem Produktgas abgetrennten Staub betriebenen Brenner geleitet werden; damit in diesem der gesamte im Verfahren erforderliche Sauerstoff verbraucht wird. Dieser Brenner steht über eine Rauchgasleitung mit dem Erhitzer in Verbindung, dem auf diese Weise die für die Vergasungsreaktion erforderliche Wärme zugeführt wird, die dann mittels der vom Erhitzer austretenden Feststoffe auf den Vergaser übertragen wird. Hierbei wird der vom Vergaser direkt zürn Erhitzer führende Feststoffteilstrom im Erhitzer fraktioniert, wobei eine Fraktion direkt zum Vergaser zurückgeleitet und die andere Fraktion, welche aus dem Erhitzer mitgerissenes, kohlenstoffhaltiges Gut enthält, in den Brenner geleitet wird. Durch diese Fraktionierung ergibt sich keine günstige Brennstoffausnutzung im Vergaser.
Die Vergasung wird in einem Wirbelbett durchge
führt, wobei mit dem Synthesegas feine Feststoffteilchen ausgeblasen werden. Diese Feststoffteilchen gehen entweder verloren oder müssen für das Verfahren zurückgewonnen werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen. Darüber hinaus muß aufgrund der Bildung von feinen Feststoffen die Gasgeschwindigkeit im Vergaser verringert werden, wodurch der Gesamtdurch&atz beeinträchtigt wird. Ein Verfahren zur Handhabung dieser feinen
ίο Feststoffe ist ihre Verbrennung zur Erzielung einer Wärmequelle für die Dampf-Kohlenstoffreaktion. Ein derartiges Verfahren ist auch aus der GB-PS 13 12 860 bekannt Danach werden die aus dem Synthesegas abgetrennten kohlenstoffhaltigen groben Teilchen in
,5 das Wirbelbett, die feinen Teilchen hingegen in einen Verschlackungsbrenner eingebracht, in dem sie mit Luft zur Bildung von Wärme für den Vergaser verbrannt werden. Die heißen Verbrennungsgase werden dazu verwendet, einen Strom von kohlenstoffhaltigen aus dem Wirbelbett abgezogenen Feststoffen zu transportieren und zu dispergieren sowie diese sehr rasch auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Um das System in einem Wärmegieichgewicht zu halten, muß etwas Kohlenstoff aus dem Wirbelbett abgezogen und zusammen mit den feinen Feststoffteilchen verbrannt werden.
In einer Versuchsanlage hierzu wurde festgestellt, daß sich Asche in dem Vergaser anhäuft, da etwas geschmolzene Asche aus dem Brenner in Form winziger Schlacketröpfchen mitgeschleppt wird, die mit dem zirkulierenden Kohlestrom in den Vergaser zurückgeführt werden. Diese und andere aschereiche Feststoffe können sich am Boden des Vergasers ansammeln. Es hat sich gezeigt, daß die feinen Kohleteilchen etwa die gleiche Aschekonzentration aufweisen wie die frische Kohle, die in den Vergaser eingegeben wird. Da die feinen Kohleteilchen ein wesentlich geringeres Gewicht haben als die Kohlebeschickung, ist die aus dem System durch Verbrennung der feinet; Kohleteilchen in dem Brenner entfernte Asche geringer als in der Kohlebeschickung. Es muß weitere Asche entfernt werden, um das System im Aschegleichgewicht zu halten. Dies kann durch Abzug eines Kohlestroms aus dem Vergaser erzielt werden. Hierdurch wird die Brennstoffausnut zung im Vergaser beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß eine bessere Brennstoffausnutzung im Wirbelbett des Vergasers erreicht und gleichzeitig durch die
so Fraktionierung eines Teilstroms eine Steuerung des Aschegehaltes im Wirbelbett ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst Zur Vermeidung von Kohlenstoffverlusten wird dabei ein Feststofiteil strom, der vom Vergaser zum Erhitzer geführt wird, im letzteren nicht fraktioniert, sondern insgesamt nach der Erwärmung wieder in den Vergaser zurückgeleitet, während ein zweiter Feststoffteilstrom, der vom Vergaser zum Verschlackungsbrenner führt in eine aschearme und damit kohlenstoffreiche Fraktion und eine äschereiche bzw. köhlenstöffarme Fraktion fraktioniert und die letztere als zusätzlicher Brennstoff in den Brenner gegeben wird, wodurch der Kohlenstoffgehalt im Vergaser erhöht wird. Auf diese Weise ergibt sich eine wesentlich verbesserte Brennstoffausnutzung im Wirbelbett, die sich vor allem bei der Kohlevergasung in industriellem Maßstab als sehr vorteilhaft erweist. Durch die Fraktionierung des zum Verschlackungsbren-
ner führenden Teilstroms in eine aschereiche und eine aschearme Fraktion ergibt sich ferner die Möglichkeit, die Aschebildung im Vergaser zu steuern.
Zur Steuerung des Aschegehaltes im Wirbelbett des Vergasers wird die Abzugsgeschwindigkeit des zu fraktionierenden Teilstromes gegenüber der Geschwindigkeit der Frischbrennstoffzufuhr geändert Die Abzugsgeschwindigkeit kann hierbei die minimale notwendige Geschwindigkeit aufweisen, die dazu erforderlich ist, die Asche im Gleichgewicht zu halten, d. h. so viel Asche abzuziehen wie mit der Frischbrennstoffzufuhr eingegeben wird. Dis Abzugsgeschwindigkeit kann aber auch wesentlich Ober dieser minimalen Geschwindigkeit liegen, wodurch der Aschegehalt im Wirbelbett beträchtlich verringert werden kann, was zu einer verbesserten Kapazität des Vergasers aufgrund des höheren Kohlenstoffgehaltes im Wirbelbett führt
Zweckmäßigerweise erfolgt die Fraktionierung des Teilstromcs in einem Wirbelbett mit überhöhter Anströmgeschwindigkeit wodurch man eine aschereiche Schicht als Unterstrom und eine aschearme Schicht als Oberstrom erhält
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert die ein Fließschema des Verfahrens darstellt
Die für den Wirbelbett-Vergaser erforderliche Wärme wird durch Verbrennen der während des Verfahrens erzeugten Materialien mit der feinsten Größe erzeugt so daß ein Teil der Wärme geliefert und das Problem der Feinteilchen gleichzeitig gesteuert bzw. kontrolliert wird. Das Wärmegleichgewicht wird durch Verbrennung eines Kohlenstoffstromes erzielt der mit Asche angereichert ist und durch Aufspaltung eines Kohlenstoffstromes aus dem Vergaser in eine aschereiche Fraktion und eine aschearme Fraktion gebildet wird. Die aschearme Fraktion wird in den Vergaser zurückgeführt Die Verbrennungsprodukte von den Kohlenstoff-Feinteilchen und der aschereiche Kohlenstoff werden mit einem Rezyklisierungsstrom von Koh'e aus dem Vergaser vermischt wodurch der Rezyklisierungsstrom auf eine Temperatur erwärmt wird, die ausreicht bei der Rückkehr in den Vergaser dem Vergaserbett ausreichend Wärme zu übermitteln, um die Dampf-Kohlenstoff-Reaktion zu ermöglichen. Die Kontaktzeit der Verbrennungsgase mit dem zirkulierenden Kohlenstoff wird niedrig gehalten, um Nebenreaktionen des Kohlenstoffs mit Kohlendioxid und Dampf in diesen Verbrennungsgasen auf ein Minimum herabzusetzen.
Die durch die au-, dem Produktgas abgetrennten Feinteilchen gelieferte Wärme reicht nicht für das Wärimgleichgewicht aus, so daß weiterer Brennstoff durch Verbrennen von Kohlenstoff geschaffen werden muß, der aus dem Wirbelbett abgezogen wird. Durch bekannte Abtrennungstechniken kann ein aus dem Vergaser abgezogener Kohlenstoffstrom in eine aschereiche Fraktion und eine aschearme Fraktion fraktioniert werden. Die aschearme bzw. kohlenstoffreiche Fraktion wird in den Wirbelbett-Vergaser zurückgeführt. Die Verwendung der aschereichen bzw. kohlenstöffarmeii Fraktion als Brennstoff weist die günstige Wirkung der Erhöhung des Kohlenstoffspiegels in dem Vergaser auf, wodurch die Leitungsfähigkeit des Vergasers erhöht wird. Die aus dem Bett abgezogenen Mengen hängen von der zur Verbrennung benötigten Kohlenstoffmenge, von der Wirksamkeit des Asche-Kohlenstoff-Trennur und der Aschenmenge ab, die entfernt werden muli, die ihrerseits von dem Aschegehalt und der Natur des Kohlenstoffs bzw. der Kohle abhängig ist
Im Vergaser wird ein Wirbelbett gemäß der US-PS 33 75 175 ausgebildet und auf einem Gitter durch einen fluidisierenden Strom von überhitztem Dampf gehalten.
Die Frischbrennstoffzufuhr tritt in den Vergaser direkt
oder über die Kohleteilchen-Rezyklisierangsleiiung ein.
In dem Vergaser reagieren die heißen Kohleteilchen
mit Dampf unter Bildung von Synthegasen, hauptsäch lieh Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die jedoch auch etwas Kohlenstoffoxysulfid, Kohlendioxid, Dampf und Schwefelgase (Schwefelwasserstoff) enthalten. Diese Gase, die suspendierte Kohleteilchen-Feststoffe enthalten, werden durch ein Zyklonsystem geführt wo die
is mitgeschleppten Feststoffe aus dem Synthesegasprodukt abgetrennt werden. Die größeren Festteilchen aus dem ersten Zyklon werden in den Vergaser zurückgeführt, wohingegen die feineren Feststoffe aus dem zweiten Zyklon dem Brenner zugeführt werden.
Die^ Feststoffbeschickung für ^n Brenner besteht selektiv aus den feinsten Kohlew'lchen, die aus dem Vergiiser kommen. Die Verbrennung dieser Kohleteilchenfeinstoffe verhindert ihren Aufbau bzw. ihre Ablagerung in dem System, wodurch die Beladung der Zyklone verringert wird und sich Kostenersparnisse bei der Investierung und dem Betrieb der Anlage ergeben. Gleichzeitig stabilisiert eine derartige selektive Entfernung von Feinteilchen die Größenzusammensetzung der Feststoffe des Wirbelbettes, wodurch eine höhere Gasgeschwindigkeit ermöglicht wird, ohne daß die Feststoffe aus dem Bett herausgeblasen werden.
Der Brenner ist ein Verschlackungsbrenner, bei dem der Aschegehalt des Brennstoffs in Form von geschmolzener kohlenstofffreier Asche entfernt wird Die Verbrennung der Feinteilchen entfernt die gesamte Asche, die über Kopf aus dem Vergaser abgeblasen wird, jedoch reicht dies nicht aus, wie vorstehend erwähnt zu verhindern, daß ein übermäßig hoher Aschcgehalt in dem Vergaser aufgebaut wird.
Die Steuerung der Asche wird dadurch bewirkt daß ,"ohleteilchen auch aus dem Vergaser abgezogen und in eine aschereiche Fraktion, die zum Brenner geführt wird, und eine aschearme Fraktion aufgespalten werden, die zum Vergaser zurückgeführt wird.
Der Brenner wird vorzugsweise mit suf 538° C vorerwärmter Luft betrieben. Die heißen Verbrennungsigase aus dem Brenner kommen in Berührung mit dem Strom der zurückzuführenden Feststoffe, der nahe des Bodens des Vergasers entnommen wurde. Die erneut erwärmten Feststoffe werden in den Vergaser zurückgeführt Cie Austrittsleitung aus dem Brenner ist ausreichend lang, so daß die zurückzuführenden Feststoffe die Wärme aus den heißen Verbrennungsgaseu absorbieren können, ist jedoch nicht lang genug, um eine beträchtliche Reaktion zwischen den Kohle*eilchen und dem Kohlendioxid und dem Dumpf in den Verbi'ennungsgasen zu ermöglichen.
tn der Annahme, daß die zurückzuführenden Kohleteilchen auf 1O?S°C erwärml werden und die Verbren- nungügase in die Kohleteilchen-Gas-Mischzone mit etwa 2204*C eintreten, sind weniger als 0,1 Sekunden nach dem Vermischen der Feststoffe uvid des Gases erforderlich, um die Temperatur der Feststoffe mittlerer Größe auf 10380C anzuheben. Um die Reaktion zwischen Kohlei dioxid und Dampf in den Verbrennungs.gasen mit dem Kohlenstoff in den Kohleteilchen auf «in Minimum herabzusetzen, hält man die KoiHiiktzeit in dem Wärmeaustauscher für Kohleteil-
chen-Gas bei einigen wenigen Sekunden, vorzugsweise bei nicht mehr als 3 Sekunden. Die erwärmten Feststoffe werden in den Vergaser zurückgeführt, um diesem Wärme zuzuführen.
Die Vorrichtung kann mit der Vorrichtung der US-PS 33 75 175 zur Erzielung hoher Ausbeute an von Kohle hergeleiteten Flüssigkeiten kombiniert werden.
Das in der Asche-Abtrennvorrichtung verwendete Verfahren kann eine bekannte Technik sein, z. B. ein Wirbelbett. Bei diesem Verfahren wird die fluidisierende Geschwindigkeit so e'n";:stellt, daß die schwere aschereiche Fraktion absinKl und die leichtere aschcarrne Fraktion aufsteigt; die aschereiche Fraktion wird als Elrennstoff in dem Brenner verwendet, wohingegen die a.schearme Fraktion zum Vergaser zurückgeführt wird. Andere anwendbare Verfahren sind die elektromagnetische Trennung, verschiedene Sink-Schwimm-Techniken und schwingende Tische bzw. Schwingvorrichtungen, wie sie bei der Erzaufbereitung verwendet werden.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel I
Veranschaulichung eines Ascheaufbaus bzw.
eines Aschestaus gemäß dem Stand derTechnik
Es wurden mehrere Ansätze von Vergasungsreaktionen, ausgehend von Kohleteilchen durchgeführt, die 22,1% Asche enthielten; die Ergebnisse sind in der Tabelle I aufgeführt. Wie daraus ersichtlich ist, ergibt sich in dem Wirbelbett im Verlauf der Vergasung von Kohlenstoff ein Aschestau.
Tabelle I Temperatur Druck Kohlenleilchcn-Analyse C Il (Ciew.-Vn) Λ Anmerkungen
Zeit ( kg/crrr'p Asche 73.5 0,8 N 2,7
Std. 871 3,5155 22.1 0,9 Beschickung:
0 66.8 0,6 1,0 45,36 kg
871 3,5155 31,3 0,3 Vergaserbett-Material
1,3 76.4 0,8 2,8 24,4944 kg
871 3,5155 19,2 0,8 Kohlefeinteilchen
1,3 47,5 0,4 0,7 12,2472 kg
871 3.5155 51,2 0,2 Vergaserbett-Material
3,5 71,8 0,8 2,6 13,2905 kg
871 3,5155 24,1 0,8 Kohlefeinteilchen
3,5 13,1544 kg
Beispiel 2
Steuerung der Ablagerung von Asche durch das erfindungsgemäße Verfahren
45,36 kg pro Stunde Kohleteilchen der gleichen Analyse wie die Beschickung des Beispiels 1 wurden in einem Vergaser, der bei 871 C und 3,5155 kg/cm2 betrieben wurde, während 10 Stunden eingespeist. Die 2:usammensetzung des Vergaserbettes und der Kohlefeinteilchen sind in der Tabelle H aufgeführt.
Tabelle II
Gew.-%
Asche C
kg pro Stunde
Insges. Asche Kohlenstoff
43,8 73,1
0,4 0,8
Vergaserbett 55,0
Feinteilchen zum Verschlackungs- 22,5
brenner
Vergaserbett-Kohleteilchen zum Verschlackungsbrenner zur Erfüllung der Beschickungserfordernisse
Vergaserbett-Kohleteilchen, abgeführt 55,0 43,8 0,4 zur Erhaltung des Aschegleichgewichts
55,0 43,8 0,4
Es sei festgestellt, daß 10,0246 kg pro Stunde Asche in den Vergaser eingegeben und 10,0246 kg abgezogen wurden, [43535 kg in den Feinteilchen, 03979 kg in den extra Kohleteilchen für das Wärmegleichgewicht und 4,1731 kg in den Kohleteilchen, die zur Herstellung des Aschegleichgewichts abgezogen wurden]. Bei diesem Abzugsgleichgewicht enthält der Vergaser etwa 2£ mal so viel Asche wie die Beschickung. Es sei ferner festgestellt, daß ein beabsichtigter Verlust von 33113 kg pro Stunde Kohlenstoff (93% der Gesamtbeschickung
0,2 0,6 21,32 4,85 15,87
0,9 2,7 1,81 0,99 0,81
0,2 0,6 7,57 4,17 3,31
0,2 0,6
und 103% des vergasten Kohlenstoffs) zur Erhaltung des Aschegleichgewichts erforderlich war. Dieser Verlust wurde durch Wiedergewinnung der Kohleteilchen des Vergaserbettes und durch Aufrechterhaltung eines Wirbelbetts dieses Materials geringfügig über einer minimalen Fluidisiergeschwindigkeit verhindert, wobei eine aschereiche Fraktion im Unterstrom und eine aschearme (kohlenstoffreiche) Fraktion im Oberstrom gewonnen wurde. Die Ströme und ihre Zusammensetzungen sind in der Tabelle III aufgeführt
7 8
Tabelle III
Gew.-'".. kg pro Stunde
Asche C Il N S Insges. Asche Kohlenstoff
Verpscrbctt-Kohleteilehcn /ur Asche- 55,0 43.8 0.4 0,2 0,6 12.24 6,75 5,35
anreicherung
Unterstrom zum Brenner 85,7 13,5 0.1 0.1 0.2 6.03 5,17 0,81
Überstrom /um Vergaser*) 25.5 73.0 0.6 0.3 0.9 6.21 I.5X 1.53
') Dieser exlr.i Slrom. tier zur Gewinnung der Λ st he erforderlich war. war durch ilen I inschlul! win geschmolzenen \schc-Iröpl'then in die AuslriUsgase aus dem Brenner erforderlich.
Beispiel 3
Beispiel für eine gesteigerte Kapazität
In diesem Beispiel wurde der Kohleteilchenstrcm aus dem Vergaser zum mit Asche angereicherten Wirbelbett von 12.2472 kg pro Stunde aiii 45,36 kg pro Stunde angehoben, wobei man 'lic in der Tabelle IV ζusammengestellten Ergebnisse erhielt.
libelle IV
Gew.- ke pro Stunde
•\sche i' Il N S Insges. Asche KohlensiolT
Yergaserbeü-Kohleteilchen zur Asche- 31,9 66,4 0.5 0,3 0.S 45,36 14,46 29,93
anreicherung
In' Tstrom zum Brenner 85.7 13.5 0.1 0.1 0.2 6.03 5.17 0,81
Überstrom zum Vergaser 23.7 74.5 0.6 0.3 0.9 39.32 9.29 29.30
Der Kohlenstoffgehalt des Vcrgaserr>ettes stieg von 43.8 auf 66.4% an und die Vergasungskapazität stieg proportional an. nämlich auf 52V
Höhere Zirkulationsgesch windigkeiten können den /Vschcgehalt des Bettes noch weiter verringern; die gewählte Geschwindigkeit hängt von wirtschaftlichen Erwägungen hinsichtlich Zirkulationskoslen und erhöhter Vergaserkapazität ab.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Palentansprüche:
1. Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen in einem Wirbelbett mit Dampf als Vergasungsmittel, wobei die erforderliche Vergasungswärme in einem Verschlackungsbrenner erzeugt wird, der mit aus dem Produktgas abgetrenntem Flugkoks sowie aus dem Wirbelbett abgezogenem Brennstoff gespeist wird, und der einen aus dem Wirbelbett abgezogenen und in dieses zurückgeführten Brennstoffteilstrom mit seinen Verbrennungsgasen, die von dem Teilstrom wieder abgezogen werden, erhitzt, und wobei einer der Teilströme in zwei Fraktionen getrennt wird, wovon die eine dem Verschlackungsbrenner und die andere dem Wirbelbett zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vom WirbeSbett zum Verschlackungsbrenner führende Teilstrom fraktioniert wLcd und die aschearme Fraktion direkt dem Wirbelbett und die aschsreiche Fraktion dem Verschlackungsbrenner zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Aschegehaltes im Wirbelbett die Abzugsgeschwindigkeit des zu fraktionierenden Teilstromes gegenüber der Geschwindigkeit der Frischbrennstoffzufuhr geändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktionierung des Teilstromes in einem Wirbelbett mit überhöhter Anströmgeschwindigkeit erfolgt
DE2652968A 1976-03-17 1976-11-22 Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen Expired DE2652968C3 (de)

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