DE2749303A1 - METHOD AND APPARATUS FOR THE COMBUSTION OF POWDERED CARBON-CONTAINING MATERIALS HAVING ASH AND SULFUR CONTENT IN THE PRESENCE OF AN ALKALINE COMPOUND - Google Patents

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Berlin
DateBerlin
Date

1. Nov. 1977Nov 1, 1977

Inex Resources, Incorporated 7475 West Fifth Avenue, Lakewood, Colorado 80226Inex Resources, Incorporated 7475 West Fifth Avenue, Lakewood, Colorado 80226

Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung pulverisierter kohlenstoffhaltiger, Aschen- und Schwefelanteile aufweisender Materialien in Anwesenheit einer AlkaliverbindungProcess and device for the combustion of pulverized carbonaceous, ash and sulfur fractions Materials in the presence of an alkali compound

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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Energieproduktion durch Verbrennung kohlenstoffhaltiger Feststoffmaterialien, wie Kohle, und insbesondere auf die Vorverbrennung der Kohle in Gegenwart einer Alkaliverbindung zur Erzielung eines Generatorgases, das frei von Schwefel-Verbindungen und Flugasche ist.The invention relates generally to the production of energy by burning carbonaceous solid materials, such as coal, and in particular the pre-combustion of coal in the presence of an alkali compound to obtain a generator gas that is free of sulfur compounds and fly ash is.

Kohlefeuerungen zur Erzielung verwendbarer Energie sind seit vielen Jahren bekannt, üblicherweise wird pulverisiert Kohle direkt in einem Ofen verbrannt, um wirksam verwendbare Wärmemengen zu erzeugen. Eine derartige Verbrennung von Kohle führt zu erheblichen Mengen von Flugasche und nachteiliger Schwefelverbindungen, die die Atmosphäre und die Umgebung verunreinigen. Bisher war die Behandlung dieser Verbrennungsprodukte nur unzulänglich und am Rande erfolgreich, oder es mußte eine komplizierte und langdauernde Behandlung vorgenommen werden. Schwefelverbindungen sind besonders schwierig aus den Verbrennungsprodukten zu entfernen. Flugasche kann auf bequemere Weise, beispielsweise durch elektrische Scheider, entfernt werden, wenn jedoch Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt benutzt wird, wird die Ionisierung der Schwefelverbindungen geschwächt, und hierbei ergibt sich das Dilemma einer leichte Entfernung der Flugasche mit dem sehr schwer zu entfernende anwesenden Schwefel, oder die Vermeidung der Anwesenheit - 6 - Coal furnaces for obtaining usable energy have been known for many years, usually pulverized coal is burned directly in a furnace in order to produce effectively usable amounts of heat. Such burning of coal results in significant amounts of fly ash and detrimental sulfur compounds which pollute the atmosphere and the surrounding area. So far, the treatment of these combustion products has been inadequate and marginally successful, or complicated and lengthy treatment has to be carried out. Sulfur compounds are particularly difficult to remove from the products of combustion. Fly ash can be removed in a more convenient way, for example by electrical separators, but if coal with a low sulfur content is used, the ionization of the sulfur compounds is weakened, and this results in the dilemma of easy removal of the fly ash with the very difficult to remove sulfur present, or avoiding presence - 6 -

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von Schwefel durch Verbrennen von Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt und der Behandlung der schwer zu entfernenden Flugasche.of sulfur by burning low-sulfur coal and treating the hard-to-remove Fly ash.

Eine Nachbehandlung der Verbrennungsprodukte der Kohle mit verschiedenen Verbindungen, einschließlich Alkaliverbindungen ist bekannt. Jedoch ist die Wirksamkeit und die Wirtschaftlichkeit der erforderlichen Führung der starken Anteile der Verbrennungsprodukte durch eine entsprechende Anlage nicht befriedigend, da diese eine sehr lange Behandlungszeit erforderlich macht.An aftertreatment of the combustion products of coal with various compounds, including alkali compounds is known. However, the effectiveness and economy of the required leadership is the strong portion of the Combustion products from an appropriate system are not satisfactory because they require a very long treatment time power.

Frühere Patente befassen sich mit den Problemen der Behandlung der Flugasche, der Schwefelverbindungen und so weite So zeigt beispielsweise US-PS 2 274 414, daß es wünschenswert sei, die Flugasche zu schmelzen. Weiter ist aber gesagt, daß ein solches Schmelzen Kompromisse erforderlich macht hinsichtlich des Wirkungsgrades der Verbrennung und hinsichtlich der erforderlichen komplizierten Umlauf-Techniken. Insbesondei ist gesagt, daß die Flugasche zum Zwecke des Schmelzens mit einem brennbaren Materail, beispielsweise öl, gemischt werden soll. Ein elektrostatischer Scheider wird als erstes Trennungsmittel vor der Rücklaufbehandlung vorgeschlagen.Previous patents deal with the problems of treating fly ash, sulfur compounds, and so on For example, U.S. Patent No. 2,274,414 shows that it is desirable to melt the fly ash. But it is also said that such melting makes compromises necessary with regard to the efficiency of the combustion and with regard to the complicated circulation techniques required. In particular is said that the fly ash for the purpose of melting with a flammable material, such as oil, is to be mixed. An electrostatic separator is used first Separation means proposed before the reflux treatment.

Tangential befeuerte öfen für pulverisierte Kohle sindTangentially fired furnaces for pulverized coal are

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λ 7 4 9 3 Q 3 - -τ- λ 7 4 9 3 Q 3 - -τ-

ebenfalls bekannt. Beispielsweise beschreibt die US-PS 2 9 70 001 eine tangential befeuerte Ofenkammer. Die Flugasche wird auch hier nicht direkt an den Wandungen des Ofens aufgefangen. Statt dessen wird die Flugasche in einer besonderen Ab scheideanlage gesammelt und in einen Schlackenbehälter im Boden des Ofens umgeleitet. Die Ofenwandungen sind gekühlt, und trotzdem die Kohle verbrannt wird bei einer oberhalb des Schmelzpunktes der Asche liegenden Temperatur, ist der Hitzeübergang durch die Wandungen des Ofens natürlich gefährdet durch die an den Ofenwandungen angesammelte geschmolzene Schlacke. Entsprechend ist auch die Aussage, daß die geschmolzene Schlacke zum Boden des Ofens hin fällt.also known. For example, US Pat. No. 2,970,001 describes a tangentially fired furnace chamber. the Here, too, fly ash is not caught directly on the walls of the furnace. Instead, the fly ash is used Collected in a special separation system and diverted into a slag container in the bottom of the furnace. The furnace walls are cooled, and yet the coal is burned at a temperature above the melting point of the Ashes lying temperature, the heat transfer through the walls of the furnace is naturally endangered by the molten slag accumulated on the furnace walls. The statement that the melted Slag falls to the bottom of the furnace.

Wenn auch verschiedenartige zentrifugierende Verbrennung, zentrifugierende Scheidung, Gastrennung und andere einzeln Verfahrensstufen bekannt sind, war bisher, wie später ausgeführt werden wird, ein integrierter Prozeß weder bekannt noch auf der Hand liegend, bei dem ein praktisch verunreinigungsfreies brennbares Gas erzielt wird in einem einfachen, weniger Arbeitsstufen umfassenden Verfahren.Even if different types of centrifugal combustion, centrifugal separation, gas separation, and other individual procedural steps are known so far, as was later will be performed, an integrated process, neither known nor obvious, in which a practical pollution-free flammable gas is achieved in a simple, fewer work step process.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bisher bekannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer sich auf einfache und unkomplizierte Weise ein Generatorgas erzeugen läßt, das praktisch fei ist von Asche und Schwefel, und bei dem diese Verunreinigungen so gebunden werden, daß sie keine Gefahr für die Umwelt darstellen.The invention is based on the object of avoiding these previously known disadvantages and a method and to create a device by means of which a generator gas in a simple and uncomplicated manner which is practically free of ash and sulfur, and in which these impurities are so bound that they pose no threat to the environment.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Erfindung, die gegenüber den bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Verwendung von Kohle als Energiequelle erhebliche Vorteile besitzt und sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung bezieht, in denen kohlenstoffhaltige Festkörper, nämlich pulverisierte Kohle, teilweise in einem Zyklon-Reaktor in Gegenwart von Alkalir Verbindungen verbrannt werden, wobei vorzugsweise natriumreiche Verbindungen, wie kalzinierte Soda, Trona, Nahcolit, Dawsonit, Natriumchlorid oder Natriumhydroxid verwendet werden, die bei ca. 9OO°C schmelzen, um ein als Energiequelle verwendbares Generatorgas zu erzeugen. Die Erfindung dient außerdem der Bildung einer Schlacke mit niedriger Schmelztemperatur an den Wandungen des Reaktors aufgrund der AnwesenheitThis object is achieved by the invention, which compared to the previously known methods and devices to use coal as an energy source has significant advantages and relies on a method and relates to a device in which carbonaceous solids, namely pulverized coal, partially burned in a cyclone reactor in the presence of alkali compounds, preferably sodium-rich compounds, such as calcined soda, trona, nahcolite, dawsonite, sodium chloride, or sodium hydroxide used, which melt at approx. 900 ° C, to generate a generator gas that can be used as an energy source to create. The invention also serves to form a slag with a low melting temperature on the Walls of the reactor due to the presence

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der Alkaliverbindung. Die alkalireiche Schlacke entfernt schädliche Schwefelverbindungen aus den Verbrennungsprodukten, und da sie klebrig ist und eine niedrige Oberflächenspannung besitzt, nimmt sie flüchtige,nicht geschmolzene Flugasche auf.the alkali compound. The alkali-rich slag removes harmful sulfur compounds from the combustion products, and since it is sticky and low Has surface tension, it takes volatile, not melted fly ash.

Bei der Erfindung wird durch Verbrennung kohlenstoffhaltigen Materials, wie Kohle, ein von Flugasche freies, einen niedrigen Schwefelgehalt aufweisendes Generatorgas dadurch erzielt, daß eine Alkaliverbindung, vorzugsweise Natriumkarbonat, pulverisierte Kohle und für die vollständige Verbrennung der Kohle unzureichende Luft miteinander gemischt werden, die Kohle in einem Reaktor, vorzugsweise einem Zyklon-Reaktor, teilweise verbrannt wird, die Wandung des Reaktors ir.it einer geschmolzenen Mischung der Alkaliverbindung und Flugasche überzogen wird, um die restliche nicht geschmolzene Flugasche einzufangen und mit aus der Kohle freigesetzten Schwefelverbindungen zu reagieren, wobei das geschmolzene Material an dem einen Ende, vorzugsweise am Boden des Reaktors entfernt und das gebildete Generatorgas am anderen Ende, vorzugsweise am oberen Ende, abgezogen wird.In the invention, by burning carbonaceous material, such as coal, a fly ash-free, A generator gas having a low sulfur content achieved in that an alkali compound, preferably Sodium carbonate, pulverized coal, and insufficient air to completely burn the coal together are mixed, the coal is partially burned in a reactor, preferably a cyclone reactor the wall of the reactor is coated with a molten mixture of the alkali compound and fly ash is used to capture the remaining unmelted fly ash and with sulfur compounds released from the coal to react, with the molten material at one end, preferably at the bottom of the Removed reactor and the generated generator gas at the other end, preferably at the upper end, is withdrawn.

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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der bei dem Verfahren anfallende Schwefel in eine chemische Verbindung umgewandelt wird, die auf bequeme Weise aus der Vorrichtung entfernbar ist und damit eine erhebliche Reduzierung von SO Emissionen aus dem System zurAn advantage of the invention is that the sulfur obtained in the process is converted into a chemical Compound is converted, which is easily removable from the device and thus a considerable Reduction of SO emissions from the system for

χ
Folge hat.χ
Consequence.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Verwendung einer zusätzlichen Alkaliverbindung zur Senkung des Schmelzpunktes der Asche der Kohle, so daß die Asche bei reduzierten Temperaturen zu einer Schlacke geschmolzen wird.Another advantage of the invention is the use of an additional alkali compound for lowering the melting point of the ash of the coal, so that the ash turns into a slag at reduced temperatures is melted.

Weitere MerkmcIe der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.und aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.Further features of the invention emerge from the Subclaims. And from the following description based on the drawing.

Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der der Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung und es bedeutet:The drawing shows an exemplary embodiment the device used to carry out the process and it means:

Fig. 1 Aufsicht der Vorrichtung im Schnitt, Fig. 2 Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig.lFig. 1 plan view of the device in section, Fig. 2 side view of the device according to Fig.l

im Schnitt, und
Fig. 3 Vorderansicht der Vorrichtung gemäßon average, and
Fig. 3 front view of the device according to

Flg. 1 und 2. Flg. 1 and 2.

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In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezijgszeichen versehen.In the figures, the same parts are given the same reference symbols Mistake.

Die Fig. 1 zeigt einen vereinfachten Reaktor 10, der gebildet ist durch einen äußeren Gehäuseaufbau 12 und eine innere Auskleidung 14 aus feuerbeständigem Material. Am oberen Ende des Reaktors IO ist ein Brennerkanal 16 angeordnet, der den Brennraum 18 des Reaktors 10 tangential und senkrecht schneidet. Kohle oder andere kohlenstoffhaltige Materialien und ein Zusatz, wie eine Alkalir vorzugsweise eine Natrium-Verbindunc, werden durch eine Leitung 20 eingegeb en, wahrend Luft durch eine Leitung 21 eingeblasen, und eine zusätzliche Natrimrverbindung durch einen Injektor 22 zugeführt wird. Ein Zünder 24 ist vorgesehen, um die Verbrennung einzuleiten.1 shows a simplified reactor 10 which is formed by an outer housing structure 12 and an inner liner 14 made of fire retardant Material. At the upper end of the reactor IO a burner channel 16 is arranged, which the combustion chamber 18 of the Reactor 10 cuts tangentially and perpendicularly. Coal or other carbonaceous materials and a Additive, such as an alkali, preferably a sodium compound, are inputted through a line 20 while air is blown through a line 21, and an additional sodium compound through an injector 22 is supplied. An igniter 24 is provided to initiate combustion.

Die eingeblasene .Mischung wandert durch den Brennerkanal 16 in den Brennraum 18 des Zyklon-Reaktors 10, wo die Kohle teilweise verbrannt wird, d.h. ausreichend verbrannt wird, um Gase, wie Methan, Kohlenmonoxid und andere unvollständig oxidierte Gasverbindungen zu bilden, wobei die Verbrennung jedoch ausreichend erfolgt um wenigstens teilweise den anwesenden Kohlenstoff zu oxidieren. Die Initial-Reaktion des Schwefels erfolgtThe mixture that is blown in migrates through the burner duct 16 into the combustion chamber 18 of the cyclone reactor 10, where the coal is partially burned, i.e. sufficiently is burned to produce gases such as methane, carbon monoxide and other incompletely oxidized gas compounds form, but the combustion takes place sufficiently to at least partially to the carbon present oxidize. The initial reaction of the sulfur takes place

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schnell in dem verwirbelten Brenner-Volumen. Aufgrund der Anwesenheit der Alkaliverbindung wird das nicht brennbare Material der Kohle, nämlich die Flugasche, bei einer Temperatur geschmolzen, die wesentlich unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der die Flugasche normalerweise schmilzt. Die geschmolzene Flugasche bedeckt die Wandungen des Brennraumes 18 des Zyklons 10 mit einer viskosen Schlacke 26. Die Schlacke 26 reagiert aufgrund der Anwesentheit der Alkaliverbindung mit dem vorhandenen Schwefel und bildet Verbindungen, die in die Schlacke inkorporiert und damit aus der gasförmigen Phase entfernt werden. Die ursprünglich nicht geschmolzene Flugasche wird durch Kontakt mit dem Alkali-Zusatz in der viskosen Schlacke 26 eingefangen. Auf diese Weise wandern diequickly in the swirled burner volume. Because of the presence of the alkali compound, it won't combustible material of coal, namely the fly ash, melted at a temperature which is substantially below the temperature at which the fly ash normally melts. The melted fly ash covered the walls of the combustion chamber 18 of the cyclone 10 with a viscous slag 26. The slag 26 reacts due to the presence of the alkali compound with the existing one Sulfur and forms compounds that are incorporated into the slag and thus removed from the gaseous phase will. The originally unmelted fly ash becomes viscous through contact with the alkali additive Slag 26 captured. This is how they migrate

in
Schlacke 26 und die ihr aufgenommenen Verunreinigungen an den Wandungen des Brennrauires 18 des Zyklons 10 nach unten und tropfen in einen Schlackenbehälter 28, wo sie beispielsweise in Viasser abgeschreckt werden. Hierdurch entsteht ein dichtes kompaktes glasartiges Festmaterial, das auf einfache Weise durch eine Austrittsleitung 33 entfernt werden kann. Ein gegenüber dem Brennerraum 18 axial verstellbares Absperrorgan 25 ist in der unteren öffnung des Brennraumes 18 auf einem einstellbaren Träger 36 angeordnet. Die Schlacke 26 bildet eine Dichtung zwischen dem Absperrorgan 35 und der unteren öffnung des Brennraumes 18.in
Slag 26 and the impurities it has absorbed on the walls of the Brennrauires 18 of the cyclone 10 down and drip into a slag container 28, where they are quenched, for example, in Viasser. This creates a dense, compact, glass-like solid material that can be removed in a simple manner through an outlet line 33. A shut-off element 25, which is axially adjustable with respect to the burner chamber 18, is arranged in the lower opening of the combustion chamber 18 on an adjustable carrier 36. The slag 26 forms a seal between the shut-off element 35 and the lower opening of the combustion chamber 18.

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Ein Kollektor 39 ist in der Mittellinie des Brennraumes angeordnet und dient als Wirbelsucher. Das zufolge der teilweisen Verbrennung der Kohle gebildete Generatorgas wird durch den Kollektor 39 in eine Leitung 41 gefördert, durch die es einem weiteren VErwendungszweck zugeführt wird.A collector 39 is arranged in the center line of the combustion chamber and serves as a vortex finder. According to the partial combustion of the coal formed generator gas is conveyed through the collector 39 into a line 41, through which it can be used for another purpose.

Beim Betrieb werden die Kohle, der Alkali-Zusatz, und eine beschränkte Luftmenge tangential in den Brennraum 18 des Zyklons 10 über den Brennerkanal 16 injiziert. Durch di stattfindende Verbrennung wird die Temperatur auf über 900 C angehoben, um den Alkali-Zusatz zu schmelzen und aufgrund der Mischung der Alkali-Zusätze und der feuerbeständigen Flugasche eine klebrige viskose Schlacke 16 an den Wänden des Brennraumes 18 zu bilden. Die Verbrennung reicht aus, um den Kohlenstoff der Kohle in ein Generatorgas, beispielsweise ein Kohlenmonoxid, Methan oder andere teilweise oxidierte Gase, umzuwandeln. Vorteilhafterweise wird durch die teilweise Oxidation eine Verkokung vermieden Die Schlacke 26 sammelt durch chemische Reaktion und physikalisch die SO und Flugasche-Verunreinigungen aufr grund des Kontaktes zwischen den wirbelnd rotierenden, im Brennraum 18 nach unten wandernden Verbrennungsgasen und der auf den Wandungen des Brennraumes 18 befindlichen Schlacke 26.During operation, the coal, the alkali additive, and a limited amount of air are tangential into the combustion chamber 18 of the cyclone 10 is injected via the burner duct 16. As a result of the combustion taking place, the temperature rises to over Raised 900 C to melt the alkali additives and due to the mixture of the alkali additives and the fire-resistant ones Fly ash to form a sticky viscous slag 16 on the walls of the combustion chamber 18. The burn is sufficient to convert the carbon of the coal into a generator gas, for example a carbon monoxide, methane or other partially oxidized gases. The partial oxidation advantageously avoids coking The slag 26 chemically and physically collects the SO and fly ash contaminants due to the contact between the whirling, rotating combustion gases migrating downward in the combustion chamber 18 and the slag 26 located on the walls of the combustion chamber 18.

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Wie bekannt ist, wandern die gasförmigen Bestandteile zur Mitte des Brennerraumes 18 und bilden einen inneren Wirbel, wodurch sie veranlaßt werden, in den Kollektor 39 zu fließen im Gegenstrom zu dem im Brennraum Ii befindlichen Hauptstrom.As is known, the gaseous components migrate to the center of the burner space 18 and form one internal vortices, causing them to flow into the collector 39 in countercurrent to that in the combustion chamber Ii located main stream.

Die abgezogenen brennbaren Gase sind auf einer spezifischen Viumenbasis ein relativ niedriges Btu-Generatorgas. Aufgrüne der gegebenen nutzbaren Eigenwärme und aufgrund der Reinheit des erzielten Generatorgases bildet es eine wirksame und wirtschaftliche Energiequelle. Es ist klar, daß es wünschenswert ist, das Generatorgas in der Nähe des Reaktors auszunutzen, um einen Verlust der Eigenwärme zu vermeiden. In idealer Weise kann das Generatorgas direkt genutzt werden in Boilern, Trocknern, öfen und anderen würmeerzeugenden Einrichtungen, die normalerweise mit Erdgas gespeist werden.The withdrawn combustible gases are a relatively low Btu generator gas on a specific volume basis. Aufgrüne the given usable inherent heat and due to the purity of the generated generator gas, it forms an effective one and economical energy source. It is clear that it is desirable to have the generator gas in the vicinity of the To exploit the reactor in order to avoid a loss of its own heat. Ideally, the generator gas can be used directly are used in boilers, dryers, ovens and other flavor-producing facilities that normally come with Be fed with natural gas.

Es ist festzustellen, daß die Alkali-Verbindung mehrere unterschiedliche Funktionen besitzt. Einmal dienen bestimmte Zusätze, beispielsweise Natriumkarbonat, der Katalyse, um die Oxidation der Kohle zu begünstigen. Zum anderen schmilzt der Zusatz mit der Flugasche zu einer Schlacke, die einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt als Schlacke, die nur aus Flugasche gebildet ist.It should be noted that the alkali compound has several different functions. Certain serve once Additives, for example sodium carbonate, of catalysis to promote the oxidation of the coal. On the other hand the additive melts with the fly ash to form a slag, which has a lower melting point than slag, which is formed only from fly ash.

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In Verbindung mit der geschmolzenen Flugasche dient die AlkalirVerbindung als ausgezeichnetes Netzmittel zur Bindung von Flugasche, die nicht geschmolzen ist. Schließli reagiert der Zusatz in dem turbulenten Zyklon-Reaktor mit den aus dem Schwefel der Kohle gebildeten SO Verbindungen, um Verbindungen zu schaffen, die in der Schlacke verbleiben und dm bequeme Weise aus der Vorrichtung entfernt werden können. Oiese Funktionen sind vereinzelt gesehen nicht unbekannt, ihre Anwendung und ihr Zusammenwirken führt bei der Erfindung zu einer optimal einfachen Methode zur wirtschaftlichen Herstellung eines einwandfreien, nicht mit Verunreinigungen behafteten Generatorgases.In connection with the melted fly ash, the alkali compound serves as an excellent wetting agent for Binding of fly ash that has not melted. Finally, the additive reacts in the turbulent cyclone reactor with the SO compounds formed from the sulfur of the coal to create compounds that remain in the slag and can be conveniently removed from the device can. Some of these functions are not unknown, their application and their interaction lead in the invention to an optimally simple method for the economical production of a flawless, not generator gas contaminated with impurities.

Der Alkali-Zusatz braucht nur bei den in dem Generator 10 herrschenden Temperaturen zu schmelzen. Natriumverbindungen die leichter erhältlich sind als andere Alkali-Verbindungen sind insbesondere zu bevorzugen. Besonders vorteilhaft ist ein Zusatz aus Natriumkarbonat. Jedoch können auch andere Verbindungen, wie beispielsweise Pottasche, K₃CO₃ Anwendung finden. Es ist nicht erforderlich, daß der Alkali-Zusatz in reiner Form angewendet wird, und Erze, die in der Alkali-Verbindung vorliegen, wie natriumreiche kalzinierte Soda, Trona, Dawsonit, Nahcolit, rohes Natriumchlorid oder Natriumhydroxid, können ebenfalls als Alkali-Zusatz benutzt werden.The alkali additive only needs to melt at the temperatures prevailing in the generator 10. Sodium compounds that are more readily available than other alkali compounds are particularly preferred. An addition of sodium carbonate is particularly advantageous. However, other compounds such as potash, K ₃ CO ₃ can also be used. It is not necessary that the alkali additive be used in its pure form, and ores contained in the alkali compound such as high-sodium calcined soda, trona, dawsonite, nahcolite, crude sodium chloride or sodium hydroxide can also be used as the alkali additive will.

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Der Anteil des Alkali-Zusatzes ist natürlich variabel. Kohle ist kein gleichbleibendes bestimmtes und beständige Material. In Abhängigkeit von den in der Kohle eingeschlossenen Schwefelverbindungen, von der Natur und dem Anteil der Asche und dergleichen kann der Anteil des Zusatzes schwanken. Es wurde gefunden, daß beispielsweise bei Verwendung von Natriumkarbonat als Zusatz 8 bis 10 Gew.% des Zusatzes bezogen auf das Kohlegewicht zu befriedigenden Ergebnissen führen mit verringerter Schwefelemmission und guten Eigenschaften der Schlacke. Vorzugsweise sollte nicht weniger als 9,5 Gew.% des Zusatzes der Kohle zugegeben werden, obwohl auch bei Kohle mit niedrigem Schwefel- und niedrigem Aschengehalt vier Gew.% des Zusatzes ausreichend sein können. Als Faustregel haben sich gleiche Anteile des Alkali-Zusatzes und der Asche als besonders günstig, wenn nicht als Optimum erwiesen. Die Wirtschaftlichkeit bezüglich der Zugabe der Zusätze schwankt in Abhängigkeit von der Beschaffbarkeit und den unterschiedlichen Preisen der Alkali-Verbindungen.In Abhängigkeit von dem jeweiligen Ort schwanken der spezifische Zusatz und die Kosten und bedingen damit einen größeren oder geringeren Wirkungsgrad der Erfindung. Durch spezifische Arbeitsbedingungen läßt sich aber eine Abstimmung erreichen.The proportion of alkali added is of course variable. Coal is not a constant, definite and permanent one Material. Depending on the sulfur compounds included in the coal, on the nature and the Proportion of ash and the like, the proportion of additive may vary. It has been found that, for example when using sodium carbonate as an additive, 8 to 10% by weight of the additive based on the weight of coal Satisfactory results are obtained with reduced sulfur emissions and good properties of the slag. Preferably, no less than 9.5% by weight of the addition of the coal should be added, although also at Low sulfur and low ash coal four percent by weight of the additive may be sufficient. as As a rule of thumb, equal proportions of the alkali additive and the ash have proven to be particularly beneficial, if not as Proven to be optimal. The economics of adding the additives varies depending on the Availability and the different prices of the alkali compounds, depending on the respective Location, the specific addition and the costs vary and thus require a greater or lesser value Efficiency of the invention. However, coordination can be achieved through specific working conditions.

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Bei Verwendung von Natriumkarbonat als Zusatz reagiert das Natriumkarbonat mit den üblichen Komponenten der Asche in folgender Weise:When using sodium carbonate as an additive, the sodium carbonate reacts with the usual components of the Ashes in the following way:

Na₂CO₃ + SiO₂ ^ Na₃SiO₃ + CO₂ Na ₂ CO ₃ + SiO ₂ ^ Na ₃ SiO ₃ + CO ₂

Die auf diese Weise gebildeten Silikate reagieren weiter mit anderen Asche-Komponenten zur Bildung eines relativ leicht schmelzenden glasartigen Materials.The silicates formed in this way react further with other ash components to form a relative easily melting glass-like material.

Die Schwefelverbindungen in der Kohle, typisch Wasserstoff sulfid,reagiert wie folgt:The sulfur compounds in coal, typically hydrogen sulfide, reacts as follows:

+ Na₂CO₃ > Na₂S + H₃O ++ Na ₂ CO ₃ > Na ₂ S + H ₃ O +

Vorzugsweise wird die Reaktionstemperatur in dem Bereich von 900 bis 1000°C gehalten, um eine Zersetzung der gebildeten Sulfide zu vermeiden, wenn grundsätzlich auch bei höheren Tempera türen gearbeitet werden kann. Diese Reaktion ist an sich nicht unbekannt, sie machte jedoch bisher aufgrund der erforderlichen Kinetik einen langzeitigen Kontakt in einem Bett-Reaktor erforderlich.The reaction temperature is preferably kept in the range from 900 to 1000 ° C. in order to prevent decomposition of the to avoid formed sulphides, if in principle it is also possible to work at higher temperatures. This reaction is not unknown per se, but it has so far made one due to the kinetics required long-term contact in a bed reactor is required.

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27A93Ü3 - -rs -27A93Ü3 - -rs -

Um die Methode der Erfindung zu erläutern wurde ein zweiteiliger Reaktor in einen Lindberg-Ofen eingeschlossen, Kohle, Luft und eine Alkali-Verbindung wurden zuerst in einen horizontalen Reaktor gegeben, der auf einer Temperatur zwischen 900°C und 1000°C gehalten war. Die Alkali-Verbindung lag in Anteilen vor, die ungefähr gleich dem Aschenanteil der Kohle auf Gewichtsbasis waren. Die teilweise verbrannten Produkte wurden dann einem Scheider zugeführt, wobei die Schlacke vom Boden des Scheiders entfernt und das Generatorgas vom oberen Ende entnommen wurden. Typische Ergebnisse derartiger Versuche und ein Kontrollversuch sind in der Tabelle 1 aufgezeigt.To illustrate the method of the invention, a two-part reactor was enclosed in a Lindberg furnace, Coal, air, and an alkali compound were first placed in a horizontal reactor that was mounted on a Temperature was kept between 900 ° C and 1000 ° C. The alkali compound was present in proportions approximately the same the ash content of the coal on a weight basis. The partially burned products were then put to a separator with the slag removed from the bottom of the separator and the generator gas removed from the top became. Typical results of such tests and a control test are shown in Table 1.

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Tabelle 1 Typische Daten der Generatorgas-Zusammensetzung Table 1 Typical generator gas composition data

Versuchsnr.Trial No. II. 22 IIII IIIIII IVIV VV 11 Kohlezugabe
Kg/hAddition of coal
Kg / h 10.10. 2626th 14.714.7 14.714.7 11.111.1 11.11. 44th Luftzugabe
m3/hAir addition
m3 / h 22.22nd 6666 73.473.4 73.473.4 55.155.1 55.55. 6969 Molverhältnis
o₂/c Molar ratio
o ₂ / c 0.0. 0.690.69 0.690.69 0.680.68 0.0. Reaktionstemp.
°C Reaction temp.
° C 931931 950950 950950 935935 9 309 30

GasZusammen
setzung VolGas together
setting Vol

CO₂
CO/CO₂ CO ₂
CO / CO ₂

24.9024.90 19.9719.97 20.6820.68 22.0622.06 23.2723.27 13.4013.40 10.3910.39 20.7520.75 10.3110.31 12.2912.29 0.100.10 0.420.42 0.500.50 0.220.22 0.570.57 59.5059.50 62.3562.35 62.8162.81 58.8258.82 55.4855.48 1.601.60 1.151.15 0.800.80 1.421.42 1.711.71 0.600.60 5.715.71 4.454.45 7.177.17 6.696.69 41.5041.50 3.503.50 4.654.65 3.083.08 3.483.48

ADJ.HEAT OF,
COMB. Btu/mADJ.HEAT OF,
COMB. Btu / m 5,3325.332 4,5554,555 4,6964.696 4,6964.696 5,1915.191 Thermischer
Wirkungsgrad
% Btu-Convert.Thermal
Efficiency
% Btu-Convert. 5656 9696 9898 100100 1OO1OO (Na₂CO₃)
Zusatz(Na ₂ CO ₃ )
additive neinno jaYes jaYes jaYes jaYes

S09818/1CU1S09818 / 1CU1

Es ist festzustellen daß der thermische Wirkungsgrad bei Anwendung der Zusätze erheblich höher liegt als beim Vergleichstest ohne Zusatz, und sich in zwei Beispielen einander gleich ist.It should be noted that the thermal efficiency when using the additives is considerably higher than in the comparison test without additives, and split into two Examples are equal to each other.

Ähnliche Versuche wurden durchgeführt zur Bestimmung der Entfernung der Asche und des Schwefeldioxid. Wiederum wurden Kohle, Zusatz und beschränkte Luft in der vorbeschriebenen Weise verbrannt. Die Resultate ergeben sich aus Tabelle 2.Similar tests were carried out to determine the removal of ash and sulfur dioxide. Again, coal, additive and restricted air were used in the above Way burned. The results are shown in Table 2.

Tabelle 2Table 2

Typische Oaten der Asche- und Schwefeldioxid-EntfernungTypical oats for ash and sulfur dioxide removal

Versuchsnr.:Trial no .: IIIIII IVIV VIVI VIIVII VIIIVIII KohlezugabeAddition of coal
kg/hkg / h 14.714.7 11.111.1 16.116.1 11.111.1 10.210.2 Kohlezugabe MMCharcoal addition MM
Btu/hBtu / h 0.3860.386 0.2770.277 0.4220.422 O,O, 0.0. Asche in kg/hAsh in kg / h 1.771.77 1.271.27 1.911.91 1.1. 1.1. Schwefel inSulfur in
SO₂ kg/hSO ₂ kg / h 0.220.22 0.150.15 0.240.24 O.O. 0.0. ,291, 291 ,267, 267 .32.32 ,22, 22 ,16, 16 ,15, 15

Asche-EndssionAsh end sion

kg/h 0.28 0.12 0.68 0.10 0.20kg / h 0.28 0.12 0.68 0.10 0.20

kg/MM Btu 0.73 1.27 1.66 0.36 0.73kg / MM Btu 0.73 1.27 1.66 0.36 0.73

% Entfernung 84.1 89.1 63.2 92.1 83.7% Removal 84.1 89.1 63.2 92.1 83.7

Schwefeldioxid-Emission Sulfur dioxide emission

kg/h 0.00181 O.OOO263 0.21777 O.OO454 0.00454 kg/MM Btu O.OO363 O.OOO95 0.191 0.018 0.018 % Entfernung 98.4 99.9 7.7 88.9 96.6 kg / h 0.00181 O.OOO263 0.21777 O.OO454 0.00454 kg / MM Btu O.OO363 O.OOO95 0.191 0.018 0.018 % Removal 98.4 99.9 7.7 88.9 96.6

(Na CO )(Na CO)

Zusatz ^{ja ja nein ja ja} Addition ^{yes yes no yes yes}

809818/10 A1 ■809818/10 A1 ■

27A93Ü327A93Ü3

Es isb festzustellen, daß die prozentuale Abnahme sowohl der Asche-Emission als auch der Schwefeldioxid-Emission wesentlich begünstigt wird durch die Zugabe des Natrium-Karbonates als alkalischer Zusatz. Eine Analyse der in den Tabellen 1 und 2 verwendeten Kohle findet sich in der Tabelle 3.It should be noted that the percentage decrease in both the Ash emission as well as sulfur dioxide emission is significantly favored by the addition of the sodium carbonate as an alkaline additive. An analysis of the coal used in Tables 1 and 2 can be found in Table 3.

Tabelle 3
KonIeanalyse Table 3
Cone analysis

angenäherte Analyseapproximate analysis

feuchtigkeitsfrei Asche 11.85%moisture-free ash 11.85%

flüchtiger C 38.29%volatile C 38.29%

nicht flüchtiger C 49.86%non-volatile C 49.86%

S 0.73S 0.73

endgültige Analysefinal analysis

Ascheash

wie erhalten 11.29% 36.47% 47.49%how received 11.29% 36.47% 47.49%

0.690.69

,876 Btu, 876 Btu 4.76%4.76% Feuchtiψ
keitenFeuchtiψ
opportunities 71.30%71.30% 67.91%67.91% 5.105.10 4.864.86 1.451.45 1.381.38 9.579.57 9.119.11 0.730.73 0.690.69 11.8511.85 11.2911.29 4.76%4.76% FeuchtiifHumid
keitenopportunities - 22 -- 22 -

09818/104109818/1041

27A93Q3 - fr - 27A93Q3 - fr -

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die vorliegende Erfindung ein einfaches, glatt ablaufendes Verfahren und eine unkomplizierte Vorrichtung schafft zur schnellen teilweisen Vorv erbrennung von Kohle oder anderem kohlenstoffhaltigen Material zum Zwecke der Entfernung der schädlicheren Bestandteile, nämlich Schwefelverbindungen und Asche, in Form einer leicht gewinnbaren verfestigten Schlacke. Hierbei wird der Wirkungsgrad der Verbrennung der Kohle durch die Additive begünstigt und die Verbrennung und Entfernung der Verunreinigungen wird bei relativ niedriger Temperatur durchgeführt aufgrund der Eingabe eines Alkali-Zusatzes als Additiv. Das heiße, von Verunreinigungen weitgehendst freie Generatorgas wird auf bequeme Weise erhalten und aufgefangen und kann in einfacher Weise ebenso wie das Erdgas ausgenutzt werden. Die relativ niedrige Btu-Natur des Generatorgases wird teilweise ausgeglichen durch seine Eigenwärme und ist durchaus wirtschaftlich wegen des geringen erforderlichen Aufwandes bei Umwandlung der Kohle in das Gas.In summary, the present invention is a simple, smooth process and an uncomplicated one Apparatus provides for the rapid partial pre-combustion of coal or other carbonaceous material for the purpose of removing the more harmful constituents, namely sulfur compounds and ash, in the form of a easily recoverable solidified slag. Here, the efficiency of the combustion of the coal is determined by the additives and the incineration and removal of the impurities is carried out at a relatively low temperature due to the input of an alkali additive as an additive. The hot generator gas that is largely free of impurities is received and collected in a convenient manner and can be used in a simple manner just like natural gas will. The relatively low Btu nature of the generator gas is partially offset by its own heat and is quite economical because of the low cost involved in converting coal into gas.

Vorstehend sind typische und vorzugsweise Ausführungs- und Anwendungsformen der Erfindung gezeigt zur Herstellung eines sauberen gasförmigen Brennstoffes aus Kohle; selbstverständli kann das Verfahren als auch die Vorrichtung verschiedenen Abänderungen unterliegen, sofern diese innerhalb des durch die Ansprüche und die Beschreibung gesteckten Rahmens der Erfindung liegen. Typical and preferred embodiments and applications of the invention are shown above for the production of a clean gaseous fuel from coal; Of course, the method as well as the device can be different Changes are subject to change provided that they are within the scope of the claims and the description Invention lie.

809818/1041809818/1041

L e e r s e ι t eL e r s e ι t e

Claims (14)

27A930327A9303 ANSPRÜCHEEXPECTATIONS :1. Verfahren zur Verbrennung pulverisierter kohlenstoffhaltiger, Aschen- und Schwefelanteile enthaltender Materialien in Gegenwart einer Alkaliverbindung zum Zwecke der Gewinnung unvollständig oxidierter, von Schwefel- und festen Verunreinigungen, wie Flugasche, freier Gase, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverisierte kohlenstoffhaltige Feststoff-Material, die AlkaliVerbindung und eine zur vollständigen Oxidation des kohlenstoffhaltigen Materials unzureichende Luftmenge vor der Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials vermischt werden, daß das kohlenstoffhaltige Material durch Verbrennung in einem als Zyklon ausgebildeten Brennerreaktor in Gegenwart der Alkaliverbindung teilweise oxidiert wird, daß aus der Alkaliverbindung und der Asche des kohlenstoffhaltigen Materials eine geschmolzene Schlacke gebildet wird, daß die Schwefelanteile des kohlenstoffhaltigen Materials während der Verbrennung weitgehend mit der Alkaliverbindung reagiert und die Reaktionsprodukte in der Schlacke erhalten werden, daß die restliche feste Flugasche in der auf den Wandungen des Zyklon-Brenners niedergeschlagenen geschmolzenen Schlacke eingefangen wird und daß die Schlacke aus dem Reaktor:1. Process for the incineration of powdered carbonaceous, ash and sulfur content Materials in the presence of an alkali compound for the purpose of obtaining incompletely oxidized, of Sulfur and solid impurities, such as fly ash, free gases, characterized by that the powdered carbonaceous solid material, the alkali compound and one for complete oxidation of the carbonaceous material insufficient amount of air to be mixed before the combustion of the carbonaceous material that the carbonaceous material by combustion in a cyclone burner reactor in the presence the alkali compound is partially oxidized so that a molten slag is formed from the alkali compound and the ash of the carbonaceous material is that the sulfur content of the carbonaceous material during the combustion largely with the Alkali compound reacts and the reaction products are obtained in the slag that the remaining solid fly ash in the molten slag deposited on the walls of the cyclone burner is captured and that the slag from the reactor 809818/1041809818/1041 entfernt und die unvollständig oxidierten Gase aus dem Reaktor abgezogen werden.removed and the incompletely oxidized gases withdrawn from the reactor. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverisierte kohlenstoffhaltige Material, die alkalische Verbindung und die Luft tangential in den Zyklon-Brenner durch einen den Brenner enthaltenden Kanal eingeblasen werden,2. The method according to claim 1, characterized in that the pulverized carbonaceous material, the alkaline compound and the air tangentially into the cyclone burner through one of the burner containing duct are blown, 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverisierte kohlenstoffhaltige Material, die Alkaliverbindung und die Luft einzeln in den Brennerkanal eingeblasen werden.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the powdered carbonaceous Material, the alkali compound and the air are blown individually into the burner duct. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmolzene Schlacke aus dem Ζκΐοη-Brenner entfernt und durch Kontakt mit einem Wasserbad verfestigt wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the molten slag from the Ζκΐοη burner removed and through contact with one Water bath is solidified. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Alkaliverbindung in Form einer Natriumverbindung verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1, 3 and 4, characterized in that the alkali compound is used in the form of a sodium compound. 8098 18/1048098 18/104 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Natriumverbihdung Natriumkarbonat, kalzinierte Soda, Trona, Dawsonit, Nahcolit, Natriumchlorid oder Natriumhydroxid verwendet wird.6. The method according to claim 5, characterized in that sodium carbonate, calcined as sodium compound Soda, Trona, Dawsonite, Nahcolit, or sodium chloride Sodium hydroxide is used. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Natriumverbindung Natriumkarbonat verwendet wird.7. The method according to claim 6, characterized in that sodium carbonate is used as the sodium compound will. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß das kohlenstoffhaltige Material bei einer Temperatur oberhalb 900°C in dem Zyklon-Brenner verbrannt wird.8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that the carbonaceous material at a temperature above 900 ° C is burned in the cyclone burner. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in einem Temperaturbereich von 900⁰C bis 1000°C durchgeführt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the combustion is carried out in a temperature range from 900 ⁰ C to 1000 ° C. 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Zyklon-Brenner abgezogenen unvollständig oxidierten Gase Methan und Kohlenmonoxid enthalten.10. The method according to claim 1 to 9, characterized in that the withdrawn from the cyclone burner is incomplete oxidized gases contain methane and carbon monoxide. 11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltiges Material Kohle verwendet wird.11. The method according to claim 2, characterized in that coal is used as the carbonaceous material will. 809818/ 104 1809818/104 1 12. Verfa hren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkaliverbindung in einem Gewichtsanteil anwesend ist, der praktisch dem Gewichtsanteil der in dem kohlenstoffhaltigen Material anwesenden Asche entspricht.12. Verfa hren according to claim 1 to 11, characterized characterized in that the alkali compound is present in a weight proportion that is practical corresponds to the weight fraction of the ash present in the carbonaceous material. 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 12 bestehend aus einem Zyklonbrenner, einem in den Brennraum des Zyklon-Brenners mündenden halsförmigen Brennerkanal, aus wenigstens einer im Brennerkanal angeordneten, der Eingabe des pulverisierten kohlenstoffhaltigen Materials und eines Alkalizusatzes in den Brennerkanal dienenden öffnung, aus einem an dem einen Ende des Zyklon-Brenners angeordneten, dem Austritt der in dem Zyklon-Brenner gebildeten Schlacke und der Abdichtung des Zyklon-Brenners gegen Gasaustritt dienenden Absperrorgan und aus einem Kollektor für die in dem Zyklon-Brenner gebildeten Gase.13. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 12 consisting of one Cyclone burner, a neck-shaped burner channel opening into the combustion chamber of the cyclone burner, from at least one arranged in the burner channel, the input of the pulverized carbonaceous material and an alkali additive in the burner channel serving opening, from one arranged at one end of the cyclone burner, the outlet of the in the cyclone burner formed slag and the sealing of the cyclone burner against gas leakage Shut-off element and a collector for the gases formed in the cyclone burner. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkanal den Brennraum des Zyklon-Brenners tangential schneidet.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the burner channel the combustion chamber of the Cyclone burner cuts tangentially. 309818/1041309818/1041