DE2757918C2

DE2757918C2 - Verfahren zum Trocknen und Einspeisen von festem Brennstoff in einen Druckvergaser

Info

Publication number: DE2757918C2
Application number: DE19772757918
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 5000 Köln Bögner
Original assignee: Davy Mckee Ag 6000 Frankfurt; Davy McKee AG
Current assignee: Davy McKee AG
Priority date: 1977-12-24
Filing date: 1977-12-24
Publication date: 1982-04-29
Also published as: DE2757918A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verrahren zum Trocknen end Einspeisen in einen Druckvergaser von festem Brennstoff, wie Kohle. Torf und Holz, der auf unter 15 mm zerkleinert ist. in eine unter mindestens gleichem Druck wie de- Vergaser, nämlich bis zu 100 bar. Stehende, mit Temperaturen von 200 bis 280X betriebene Wlrbelscnich\-Trock..ungszone eingepreßt und nach dem Trocknen direkt, wie auch der entstandene Dampf in die Ver& ,sungszone geleitet wird.

Um insbesondere die Wirtschaftlichkeit der Kohlevergasung zu verbessern, werden verschiedene unter Druck arbeitende Vergasungsverfahren angewendet bzw. erprobt. So ist es beispielsweise aus der US-PS 40 17 272 bekannt, die Kohlevergasung in einem Winkler-Wirbelbett unier Drucken von 2 bis 20 bar durchzuführen. Ein mit dem Druckbetrieb aufkommendes besonderes Problem ist die Einspeisung der Kohle in den unter Druck stehenden Vergasungs- oder Verbrennungsreaktor.

Zur Lösung dieses Problems sind im wesentlichen zwei verschiedene Verfahren bekannt. Das Druckschleusensystem arbeitet im allgemeinen im Wechselbetrieb. Die unter Normaldruck stehende Kohle fällt aus dem Vorratsbehälter in eine Druckschleuse, die nach Abdichtung mit einem Bespannungsgas unter den gewünschten Reaktordruck gesetzt wird. Ist dieser Druck erreicht, wird der Verschluß am Ausgang des Schleusenbehälters geöffnet und die Kohle in einen datunter befindlichen, ebenfalls unter Reaktordruck Stehenden Behälter abgegeben, aus dem der Dosierapparat beaufschlagt wird. Anschließend wird die Druckschleuse wieder entspannt, um eine erneute Füllung zu ermöglichen. Der Wechselbetrieb besteht darin, daß zwei parallele oder hintereinander geschaltete Druckschleusen wechselweise be- und entspannt werden. Wenngleich das Erilspaflilungsgas der einen Schleuse für die Bespannung der anderen Schleuse dienen kann, ergeben sich zwangsläufig ßnergieverluste. Außerdem sind die Verschlüsse art den Schleusenbehältern einem starken Verschleiß unterworfen, und die Entspannung an der Druckschleuse stellt eine umweltfeindliche Lärmquelle dar.

Die Kohleeintragung in einen Druckvergasungsreaktor als Aufschlämmung arbeitet kontinuierlich. Bei ihr wird feinkörnige Kohle mit Wasser oder Öl zu einer pumpfähigen Suspension verrührt. Dieser Kohle-Slurry wird dann in den Druckreaktor gefördert. Zwar bietet der kontinuierliche Betrieb erhebliche Vorteile; die Herstellung des Slurry erfordert jedoch den Zusatz von

ίο Öl oder Wasser. Öl ist unerwünscht, weil es als Einsatzstoff gerade durch Kohle ersetzt werden soll und eine Rückgewinnung des Öls kaum möglich ist. Ein Wasserzusatz erfordert bei der anschließenden Vergasung oder Verbrennung zusätzliche Verdampfungsenergie für das Wasser.

Aus der DE-OS 25 21 132 ist ein Verfahren zum Trocknen und Einspeisen von festem Brennstoff in einen Druckvergaser bekannt, bei dem man den Brennstoff mit Wasser zu einem pumpbaren Brei anmischt auf über den Vergaserdruck komprimiert, auf 200 bis 300⁰C erhitzt und bei diesen Temperaturen solange behandelt, bis der Brennstoff seine kolloidale Struktur verloren hat und das zuvor gebunden gewesene Wasser sich vom Brennstoff getrennt hat. Anschließend wird das freie Wasser von der wasserarmen Kohle getrennt und die letztere ohne weitere Kompression in den Trockner gefördert, in dem das restliche Wasser von dem Brennstoff verdampit wird. Bei diesem Verfahren ist die Vorbereitung des Brennstoffs für die Einförderung in den Trockner aufwendig: Der Brennstoff muß mit Wasser angemischt werden, und das Gemisch muß nach der thermischen Behandlung wieder in Wasser und entwässerte Kohle getrennt werden. Der Erhitzer für das Brennstoff/Wasser-Gemisch und der Trennapparat liegen bereits in der üruckzone. so daß sich bei dieser Arbeitsweise ein erheblicher apparativer Aufwand ergibt.

Aus der DE-AS 11 05 095 ist eine Vergasungseinrichtung fur trockenen Brennstoffstaub bekannt, bei der die Einförderung des Brennstoffslaubs gegen den Überdruck des Vergasungsmittels durch eine Schnecke erfolgt. Um einen gasdichten Verschluß zu erreichen und ein Überströmen des Vergasungsmittels durch den Brennstaubstopfen in den Brennstoffbunker zu vermeiden. ist außer der Schnecke selbst auch das Schneckengehause drehbar angeordnet. Durch die unabhängig voneinander mögliche Drehbarkeit von Schnecke und Gehäuse können die Arbeitsbedingungen in der Schnecke eingestellt werden, bei denen der trockene Brennstaubstopfen in der Schnecke einen gasdichten Verschluß ergibt.

Aus »C'hem.-Ing.-Techn.« 40 (1968) S. 11Ob- 1107 ist die Kohletrocknung in einer Wirbelschicht bekannt, in welche die Naßkohle mittels einer Dosierschnecke eingefördert wird. Die Trocknung erfolgt im wesentlichen unter Normaldruck, und das einzufördernde Kohlematenal hat anhaftende Feuchte, so daß bei dieser Schneckeneinförderung kein Gasabdichtungsproblem entstand. Die Temperatur in der Trocknungswirbdschicht bzw. oberhalb der Wirbelschicht war relativ niedrig, da es nur darum ging, die von der Wäsche anhaftende Feuchte von der Naßkohle zu entfernen.

In der US'PS 38 84 649 ist ein Verfahren zur Kohlevergasung beschrieben, bei dem die Kohle Vor der Vergasung zur Herabsetzung des Bäckvermögens einer öxidativen Vorbehandlung bei einer Temperatur in dem Bereich Von 371 bis 427⁰C unterworfen wird, Vorbehandlung und Vergasung erfolgefl in Wirbelschichten in

einem Zwillingsbehälter, wobei dps varbehandelte Material zusammen mit den dabei entstandenen Gasen aus der Vürbehandlungswirbelschicht in die Vergasungswirbelschicht überfließt. Die Einförderung der Kohle in die Vorbehandlungswirbelschicht erfolgt durch eine Schleuse.

Schließlich ist es aus »Braunkohle« (1975), S.370-371 bekannt, auf 41 Gew.-% vorgetrocknete Rohbraunkohle zunächst in einer Wirbelschicht auf 4 Gew.-% nachzutrocknen und dann in einer nachgeschalteten Wirbelbettstufe hydrierend zu vergasen. Beide Stufen arbeiten unter einem Gesamtdruck von 80 bar. Die getrocknete Kohle gelangt durch Überlaufrohre in das darunter angeordnete Vergasungswirbelbett. Die Einförderung der Kohle in die ca. 300⁰C heiße Trocknungswirbelschicht erfolgt auch hier mit Hilfe von Schleusenbehältern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Einspeisung in einen Druckvergaser zu schaffen, bei dem die Herstellung einer Kohle-Suspension und die dadurch bedingte Wiederverdampfung des Suspensionsmittel in einer dem Druckvergaser vorgeschalteten Drucktrocknungszone vermieden wird. Darüber hinaus sollen insbesondere der Druck-Trocknung vorgeschaltete, unter Druck arbeitende Verfahrensstufen, wie Herstellung einer Brennstoff/Wasser-Suspension, Druckerhitzung und Trennung dieser Suspension, vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man den nur durch Zerkleinern vorbehandelten Brennstoff mit einer Schneckenpresse kontinuierlich der unter Druck stehenden Trocknungswirbelschicht einpreßt. Es wird also ungetrockneter Brennstoff, insbesondere Rohkohle mit ihrer natürlichen Grubenfeuchte, mit einer mechanischen Pumpvorrichtung auf den Vergasungsdruck komprimiert und dann kontinuierlich in die unter dem höheren Druck als dem Vergasungsdruek stehende Trocknungszone eingefördert. Anstelle der bisher drurklos betriebenen Trocknung wird diese nunmehr erst in der Druck/one vorgenommen. Trot/ der Kompression der Kohle auf den Trocknungsdruck bleibt eine ausgezeichnete Beweglichkeit der Kohlemasse bestehen, so daß sie durch geeignete Fördereinrichtungen gegen den Trocknungsdruck gefördert werden kann und ein dampf- bzw. Tasdichter Abschluß über den Förderquerschnitt hergestellt wird. Dip Drucktrocknung erzeugt Wasserdampf unter dem in der Trocknungszone herrschenden Druck, der in geeigneter Weise, z. B. als Vergasungsmittel oder zur Energieerzeugung durch Entspannung verwertet werden kann. Der Übe^rtritt des getrockneten Brennstoffs aus der Trocknungs- in die Vergasungs- bzw. Verbrennungszone ist selbst bei backender Kohle piublemlos. da beide Zonen im wesentlichen unter dem gleichen Druck stehen oder die Trocknungszone unter einem höheren Druck als die Vergasungs· bzw. Verbrennungs/one steht.

Man fördert die Kohle mit ihrem natürlichen Wassergehalt durch Schnecken in die Trocknungszone. Vorzugsweise wird sie dort auf eine Restfeuchte von 8 bis 14 Gew.-% Wasser getrocknet. Durch die Einförderung in die relativ niedrig temperierte Trocknungszone ist die Erwärmung der Unter Druck stehenden Kohlemasse in der Schnecke gering, wodurch die Neigung der Kohle zum Zusammenbacken hintan gehalten wird. Die Einföcderung der Kohle erfolgt unter für eine Brikettierung ungünstigen Bedingungen, da diese wesentlich höhere· Drucke in der Größenordnung von 1000 bar und eine wenigstens teilweise getrocknete Kohle ah Einsatzprodukt erfordert. Die Einförderung der Kohle gegen den Druck der Trocknungszone kann mit Hilfe von Schneckenpumpen erfolgen, z. B. mit Fuller-Pumpen oder mit WP-Doppelschnecken.

Die Kombination der Trocknungswirbelschicht mit einer Vergasungs- bzw. Verbrennungswirbeischicht bringt gewisse Vorteile mit sich. So ist es leicht möglich, beide Wirbelschichten in einem zusammenhängenden Zwillingsdruckgefäß unterzubringen und die getrocknete Kohle in die Vergasungs- bzw. Verbrennungswirbelschicht zu fördern. Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt man die getrocknete Kohle durch den hydrostatischen Druck der Trocknungswirbelschicht in die Vergasungs- bzw. Verbrennungswirbelschicht überfließen. Auf diese Weise werden mechanische Förderorgane zwischen den

2ü beiden Wirbelschichten vermieden, die unter der Einwirkung der hohen Vergasungs- bzw. Verbrennungstemperatur stehen würden.

Weiterhin ist vorgesehen, daß mn die aus der Trocknungszone entweichenden flüchtigen Bestandteile der Kohle wenigstens teilweise der Vergasung- b/w. Verbrennungszone zuführt. Diese flüchtigen Bestandteile sini' hauptsächlich Wasserdampf sowie in der Kohle enthaltene bzw. eingeschlossene gasförmige Verbindungen, die bei den erhöhten Trocknungstemperaturen und dem Zerfall der Kohleagglomerate frei werden. Der Wasserdampf ist ein geeignetes Vergasungsmittel, während die flüchtigen organischen Verbindungen in der Vergasungs- b;-w. Verbrennungszone gespalten bzw. verbrannt wercien.

Bei einer Ausführungsform trocknet man die Kohle durch Berührung mit vorerhit/tem Vergasungsmittel, insbesondere mit vorerhitztem. Sauerstoff enthalten dem Gas. und setzt das mit Wasserdampf beladcne Vergasungsmittel bei der Vergasung der getrockneten Kohle ein. Da die Kohlevergasung häufig rr,.; einem Gemisch aus Wasserdampf und Sauerstoff erfolgt, bietet es sich an. die Trocknung der Kohle mit vorerhitztem, auf den Trocknungsdruck verdichtetem Sauerstoff als Wärmeträger vorzunehmen. Das Vcrgasungsmittel wird zweckmäßigerwei>e auf eine Temperatur in dem Bereich von 150 bis 300X vorerhitzt. Der Stoffaustausch. d. h. der Übergang des Wassers aus den Kohleteilchen in die Gasphase erfolgt unter intensiver Bewegung der Kohleteilchen in einem Wirbelschichttrockner. Zweckmäßigerweise trocknet man die feuchte Kohle unter Aufwirbelung mit dem vorerhitzten Vergasungsmittel Auf diese Weise wird eine besonders gute I rocknung der Kohle bei gegebener Verweilzei· in der Trocknungszone erreicht.

Cei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des aus der Trocknungs/one abströmenden Wasserdampfes auf eine Temperatur in dem Bereich von 150 — 270°C überhitzt und die feuchte Kohle in der Trocknungszone mit dem überhitzten Wasserdampf erhitzt sowie aufgewirbelt. Ein Teil des Wasserdampfes wird somit im Kreislauf durch die Trocknungszone geführt. Die Dampfüberhitzung kann durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Produktgas der Vergasungs- bzw. Verbrennungszone erfolgen. Der übrige Teil des aus der Trocknungszone abströmenden Wasserdampfes kann anderweitig verwertet werden, d. h. als Vergasungsmittel in der Vergasungszone oder für die Energiegev/in-

hung in einer Turbine. Bei der teilweisen Rückführung des Wasserdampfes als Wirbelmedium in die Trocknungszone wird man die Kohle zweckniäBigerweise nur mit dem überhitzten Wasserdampf aufwirbeln und auf andere Wirbelmedien, wie Sauerstoff oder Kohlendi- ■> oxid, an dieser Stelle verzichten.

Zweckmäßigerweise trocknet man die Kohle bei einer Temperatur in dem Bereich von 200 bis 28O⁰G. Im allgemeinen vergast man bzw. verbrennt man die getrocknete Kohle bei einer Temperatur in dem Bereich von 900 bis 1300°G. Die Einförderung der Kohle in die verglichen mit der Vergasungszone wesentlich tiefer temperierte TrocknungSzone wirkt sich für die Vermeidung der Agglomeratbildung der Kohle in der Einförderschnecke günstig aus. Bei der Vergasung kann fs heben Sauerstoff und Wasserdampf auch Kohlendioxid als Vergasungsmittel eingesetzt werden. In diesem Falle kann man zweckmäßigerweise das Kohlendioxid nach Vorwärmung zunächst als Bewegungsmittel in der W;rbG!irockr;t:r;g einsetzen ür.a das mit Wasserdampf ss beladene Kohlendioxid dann der Vergasung zuführen.

Man kann der Kohle vor der Druckerhöhung die notwendigen Zusatzstoffe beimischen, z. B. Flux- und/ öder Entschwefelungsmittel. Als Entschwefelungsmittel dient Kalk, der den Schwefelgehalt der Kohle bei der Vergasung in der Schlacke bindet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der als Beispiel eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt ist.

Der Wirbelschichttrockner 10 und der Vergasungswirbelschichtreaktor 20 sind zusammen mit dem Verbindungskanal 18 zwischen den Wirbelschichten Von einem gemeinsamen Druckmanlel umgeben. Da sich der Druck durch dc-ü Verbindungsksmil 18 ausgleichen kann, herrscht im Vergasungsreaktor 20 im wesentlichen der gleiche Drück wie in dem Wirbelschichttrockner 10. Dem Trockner 10 wird durch die Förderschnekke 4 grubenfeuchle Kohle aus einem Vorratsbehälter 6 kontinuierlich gegen den im Trockner herrschenden Druck zugeführt. Dem Trockner wird ferner durch Leitung 2 ein vorerhilzles Wirbelmittel zugeführt, das zugleich den bei der Trocknung freiwerdehdeh Wasserdampf aufnimmt. Die getrocknete Kohle strömt entsprechend der Einfördergeschwiiidigkeit mittels Schnecke 4 durch den Verbindungskanal 18 kontinuierlich in den Vergasüngswirbelschiehtrcaklor 20 über Dort wird die getrocknete Kohle mit dem durch Leitung !S Hugsführlen Vergasungs- und Wirhelnietiiiim aufgewirbelt und zugleich vergast. Das aus dem Trockner IC durch Leitung 8 abströmende, mit Wasserdampl beladene Wirbelmitiel des Trockners Wird ebenfalls dem Vergasungsreaktor 20 zugeführt. Das Produktga« wird aus dem Vergasungsreaktor 20 durch Leitung ii abgezogen und nach Reinigung der weiteren Verwertung zugeführt. Die bei der Vergasung verbleibende Asche verläßt den Vergasungsreakior durch der Aschrtaustrag 14.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trocknen und Einspeisen in einen Druckvergaser von festem Brennstoff, wie Kohle, Torf und Holz, der auf unter 15 mm zerkleinert in eine unter mindestens gleichem Druck wie der Vergaser, nämlich bis zu 100 bar, stehende, mit Temperaturen von 200 bis 280"C betriebene Wirbelschicht-Trocknungszone eingepreßt und nach dem Trocknen direkt, wie auch der entstandene Dampf, in die Vergasungszone geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der nur durch Zerkleinern vorbehandelte Brennstoff mit einer Schneckenpresse kontinuierlich in die unter Druck stehende Wirbelschicht eingepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff auf eine Restfeuchte von 8 bis 14 Gew.-% getrocknet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der getrocknete Brennstoff durch eine! Verbindungskanal in eine neben der Trockner-Wirbelschicht angeordnete Vergaser-Wirbelschicht überströmt.