DE2920922C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Kohle - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Kohle

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung von Kohle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Vergasung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Unter Kohle werden im vorliegenden Zusammenhang die verschiedensten Brennstoffe verstanden, welche freien Kohlenstoff enthalten, wie etwa Anthrazit, bituminöse Kohlen, Braunkohle, Ruß, Briketts. Durch die Vergasung entsteht ein Gas, welches Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält. Ein solches Gas kann je nach seiner Zusammensetzung als Brenngas, zum Einsatz in Brennstoffzellen, aber auch für die Synthese von z. B. Ammoniak, Methanol, Kohlenwasserstoffen, Phosgen und Oxo-Alkoholen dienen.
Bei der autothermen Vergasung, von welcher die vorliegende Erfindung ausgeht, findet eine Kombination der Vergasung von gröberer, vorzugsweise stückiger Kohle unter erhöhtem Druck, vorzugsweise im Festbett im Gegenslrom, mit der Vergasung von Staubkohle un-
ttr erhöhtem Druck im Gleichstrom statt, wobei durch die Prozeßführung dafür gesorgt wird, daß in einem Temperaturbereich oberhalb des Ascheerweichungspunktes gearbeitet und die Schlacke im flüssigen Zustand aus dem rostlosen Schachtvergaser abgezogen w'rd. Die gröbere Kohle, die als Schüttung aus vorzugsweise stückiger Kohle vorliegt, übernimmt dabei die Funktion einer Kühl- und Filtereinheit für das im unteren Teil des Schachtvergasers zugeführte heiße Primärgas. Der Prozeßwärmebedarf wird durch die Teilverbrennung der Staubkohle mit Sauerstoff aufgebracht
Wegen der schlechten Wärmeökonomie von Flugstaubvergasern und der Empfindlichkeit der Schachtvergaser gegenüber Feinkohle wurden bereits verschiedene Kombinationen dieser beiden Verfahrensprinzipien vorgeschlagen.
Nach der DE-AS 12 57 340 ist ein Verfahren zur Vergasung von Kohle mit Sauerstoff oder saue.stoffhaltigem Gas und Wasserdampf bekannt, bei welchem Staubkohle mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf vergast und das dabei entstehende Primärgas durch eine Schüttung aus gröberer Stückkohle auf einem gekühlten Rost im Gegenstrom von unten nach oben unter Bildung von Produktgas und flüssiger Schlacke geleitet wird. Die entstehende flüssige Schlacke tropft in eine darunter befindliche Vorfeuerkammer ab und fließt durch den Auslaß in ein darunter befindliches Löschwasserbad. Die abfließende Schlacke wird dabei von Sauerstoff-Gas-Brennern besonders erhitzt. In das Löschwasserbad wird Sauerstoff über einen Sprinklerring zugeführt. Die Mischung aus Sauerstoff und geringe Menge an Dampf, die beim Eintauchen der flüssigen Schlacke in das Löschwasserbad entsteht, kann über ein besonderes Gebläse aus dem Raum der Löschkammer oberhalb des Löschwasserspiegels abgezogen und über ein Hauptverteilerrohr und Düsen in die Vorfeuerkammer eingeführt werden, mit welchen auch der sauerstoffhaltige Wind mit brennstaubhaltigem Gas eingeführt wird.
Aus der GB-PS 5 87 811 ist eine Vergasungskammer bekannt, in welcher am Boden die flüssige Schlacke in einem Schlackebad gesammelt und über eine Überlaufkante durch einen Ausflußkanal aus der Vergasungskammer ausströmen kann. Im Bereich der Überlaufkante ist auf die abfließende flüssige Schlacke ein Brenner gerichtet, der ein Einfrieren der Schlacke vermeiden soll. Oberhalb der Überlaufkante befindet sich eine Einrichtung zum Zurückhalten der Brennstoffschicht, um eine Verstopfung zu vermeiden. Die Schlacke selbst wird in einem neben der Vergasungskammer angeordneten Kühlwasserbadbehälter aufgefangen, der dabei entstehende Dampf über eine besondere Leitung abgeführt. Die unerheblichen Mengen an Wasserdampf, die dabei entstehen, sollen vom Eintritt durch den Ausflußkanal in die Vergasungskammer dadurch gehindert werden, daß in der Vergasungskammer ein höherer Druck aufrechterhalten wird als in dem Kühlwassprbadbehälter, um ein Zufrieren des Ausflußkanals zu vermeiden. Der Dampf kann in den oberen Teil der Vergasungskammer geleitet werden, wozu ein Verdichter erforderlich ist. Hierbei handelt es sich nicht um die kombinierte Vergasung von Stück- und Staubkohle. Die Wirtschaftlichkeit ist gering.
Aus der DE-PS 4 58 879 ist ein Verfahren zum Vergasen von Kohle bekannt, bei welchem die Kohle durch Absieben in einen stückigen und einen staubförmigen Teil zerlegt und der stückige Teil einem Schachtvergaser zugeführt wird, während die Staubkohle in einem Brenner vergast und das dabei entstehende Primärgas zum Trocknen, Verschwelen und Vergasen der stückigen Kohle in den Schachtvergaser geführt wird. Die flüssige Schlacke sammelt sich am schrägen Boden des Schach ivergasers vor der als Böschung ausgebildeten unteren freien Oberfläche der Schüttung aus stückiger Kohle und fließt von dort über einen Schlackeabzug ab. Der Vorgang kann in an sich bekannter Weise durch Einblasen von Wasserdampf an geeigneter Stelle beeinflußt werden.
Aus der DE-PS 2 88 588 ist es bekannt, zur Verbesserung des Wärmehaushaltes bei einem Vergasungsverfahren ohne Primärgaserzeugung die am unteren Teil eines Generators abfließende Schlacke innerhalb des Generators in ein Wasserbad zu leiten und dadurch abzulöschen und zu granulieren. Dabei wird die flüssige Schlacke zunächst von einer unterhalb einer senkrechten Schlackeablaßöffnung in einem AschefaU angeordnete Wanne aufgefangen und fließt von dieser in das unterhalb des Generators angeordnete Wasserbad. Der beim Eintritt der Schlacke in das Wasserbad entstehende Wasserdampf wird über eine Umgangsleitung in den oberen Teil des Generators oberhalb der Schlackenschmelzone eingedrückt. Hierdurch soll vermieden werden, daß der Wasserdampf in den unteren Teil des Generators gelangt.
Aus »Chemie-Ingenieur-Technik« 1956, Nr. 1, Seiten 25 bis 30, ist ein Schlackenbadgenerator bekannt, bei welchem staubförmiger Brennstoff und Vergasungsmittel in gesonderten Düsen in den Schachtvergaser schräg nach unten und nahezu tangential in Höhe eines am Boden des Schachtvergasers befindlichen Schlackeüberlaufes eingeblasen werden. Die überlaufende Schlacke gelangt in ein unter dem Boden des Schacht-Vergasers angeordnetes Wasserbad zur Granulierung. Bei Zuführung von Wasserdampf in den Vergasungsprozeß muß dieser gesondert hergestellt werden.
Beim Verfahren nach der DE-PS 10 42 817 wird von mehreren seitlichen Staubvergasern geliefertes Primärgas durch die Schüttung aus stückigem Brennstoff des Schachtvergasers geführt, dabei wird der Kohlestaub mit Sauerstoff und gesondert herzustellendem Wasserdampf umgesetzt. Das Verfahren kann unter erhöhtem Druck durchgeführt werden. Bei diesem Verfahren können die Rückstände flüssig oder fest abgezogen werden. Ähnliche Verfahren sind in der DE-PS 9 08 516 und der DE-AS 10 71 265 beschrieben. Der Abstich von flüssiger Schlacke aus Schachtvergasern, sowie solchen, die unter Druck arbeiten, sind bei den zuletzt genannten Verfahren nicht beschrieben. Bei den genannten Verfahren geht der fühlbare und latente Wärmeinhalt der flüssigen Schlacke weitgehend verloren.
Aus der CH-PS 2 44 296 ist ein unter Druck betreibbarer Abstichgenerator ohne Primärgaserzeugung bekannt, dessen notwendigerweise regelbarer Schlackeaustrag in eine neben dem Generator vorgesehene geschlossene Kammer erfolgt. Nach dem Austritt aus dem Generatorschacht wird der Schlackestrom mit Wasserdüsen abgeschreckt und der erzeugte Wasserdampf aus der Kammer abgeleitet. Für das Freihalten des Abstichkanals ist eine Bohreinrichtung und/oder die Zuführung heißer Feuergase erforderlich.
Aus der DE-OS 14 21 094 ist es bekannt, an einem nicht unter Druck betreibbaren Wirbelstromofen für die Vergasung pulverisierter Kohle die flüssige Schlacke unterhalb einer Abflußöffnung des Wirbelstromofens aus einer besonderen Abschreckkammer mit Wasser von deren Rand anzusprühen, um die Schlacke abzu-
kühlen und zu zerkleinern. Die zerkleinerte Schlacke fällt in ein Wasserbad. Aufsteigender Dampf kann dabei den Schlackeablauf kühlen und die Neigung des »Zufrierens« der Abflußöffnung fördern.
Aus der US-PS 39 29 429 ist es bekannt, an einem Vergaser das der Kühlung von Schlacke und Prozeßgas dienende Quenchwasser nach mehrstufigem Reinigen von feiner Asche und Kohlestaub in Absetztanks und durch Schaumflotation teilweise zurückzuführen, während ein anderer Teil ausgeschleust wird.
Gemäß der DE-OS 25 37 948 wird in einem Reaktor lediglich Staubkohle vergast, die, zusammen mit Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf, durch eine untere Verengung des Reaktors in diesen eingeblasen wird. Die flüssige Schlacke fließt im Gegenstrom dazu durch die untere Verengung aus dem Reaktor in ein darunter befindliches Wasserbad. Die dabei entstehende geringe Menge an Wasserdampf kann von dem Kohlestaub-Sauerstoff-Gemisch mit in den Reaktor gerissen werden.
Aus der DE-PS 9 36 766 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gaserzeugung durch Vergasung von ausschließlich stückigen Brennstoffen mit einem Gemisch von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft mit Wasserdampf bekannt. Der erforderliche Wasserdampf wird unter Ausnutzung der fühlbaren Wärme des Produktgases erzeugt. Das Vergasungsmittel wird lediglich über eine zentrale Düse oder Stichlöcher, um diese freizublasen, in die Vergasungszone eingeführt, um durch eine Schüttung des gröberen Brennstoffes im Gegenstrom von unten nach oben unter Bildung von Produktgas und flüssiger Schlacke zu strömen. Die flüssige Schlacke wird zunächst in einem Schlackenbad gesammelt und fließt über einen Überlauf od. dgl. zur Abkühlung und gegebenenfalls Granulation in ein innerhalb des Schachtvergasers vorgesehenes Kühlwasserbad frei fallen ab. Der feste Brennstoff steht in dem Schlackebad. Neben dem Nachteil, nur stückigen Brennstoff einsetzen zu können, sind die Einsatzmöglichkeiten und der Wirkungsgrad einer solchen Gaserzeugung relativ begrenzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen An so weiterzubilden, daß es zuverlässig und mit höherer Wirtschaftlichkeit, insbesondere besserer Wärmeausnutzung der flüssigen Schlacke und geringer Umweltbelastung ausführbar ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst
Damit wird die fühlbare Wärme der flüssigen Schlakke auf wirksame Weise genutzt Der entstehende Wasserdampf vermischt sich unmittelbar mit dem aus den Brennern zugeführten, CO2 enthaltenden Primärgas, denn er wird von dem Primärgasstrahl, vor dessen Eintritt in die gröbere Kohle, angesaugt, wodurch er als prozeßeigenes Vergasungsmittel vollständig und in gleichmäßiger Verteilung zur Verfugung steht Bei Kohlen mit einem Aschegehalt von Ober 2 bis 10% ist je nach der gewünschten Gaszusammensetzung unter Umständen überhaupt kein Zusatzdampf mehr erforderlich. Wenn der Aschegehalt der Kohle 20% oder mehr beträgt, ist die Dampfentwicklung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren so groß, daß es sogar wirtschaftlich werden kann, nicht mehr allen Dampf als Prozeßdampf zu verwenden, sondern einen Teilstrom abzuzweigen und anderweitig, z. B. zur Trocknung der Kohle oder zur Erzeugung von mechanischer oder elektrischer Energie einzusetzen. Für die Bildung der Wasserstrahlen können das prozeßeigene Kühlwasser, aber auch das Kondensatwasser, welches in der nachgeschalteten Gasreinigung anfällt, und auch andere belastete Abwasser, welche in den vor- und nachgeschalteten Verfahren anfallen, eingesetzt werden. Aufgrund dessen ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr umweltfreundlich, da keine Prozeßabwässer abgegeben zu werden brauchen, sondern sogar noch andere belastete Abwasser aufgenommen werden können. Der Schlackestrom ist auch ohne Einsatz einer Regeleinrichtung für diesen kontinuierlich. Dadurch, daß mindestens ein Primärgasstrahl aus den Brennern auf die Oberfläche des Schlackebades gerichtet ist, kann eine vollständige Vergasung auch noch der im Schlackebad aufschwimmenden Kohle und zur Vermeidung eines Erstarrens eine relativ hohe Temperatur des Schlackebades erreicht werden. Durch den über dem Schlackebad im Gegenstrom zur flüssigen Schlacke gerichteten Primärgasstrahl kann das Überlaufwehr auf einfache Weise von Verstopfungen durch aufschwimmende Kohlestücke freigehalten werden. Ferner ist der Primärgasstrahl so gerichtet und so dicht an der Stelle angeordnet, an welcher die Wasserstrahlen auf die abfließende Schlacke auftreffen, daß der bei der Schlackezerstäubung entstehende Dampf von dem Primärgasstrahl in Richtung auf die untere freie Oberfläche der gröberen Kohle mitgerissen wird. Dadurch kann eine wirksame Zuführung des bei der Schlackezerstäubung entstehenden Dampfes in die Kohleschüttung und gute Durchmischung mit dem Primärgas erzielt werden.
Für eine wirksame Granulierung und Dampferzeugung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Summe der Masseströme der Wasserstrahlen 2- bis lOmal so groß zu halten wie den Massenstrom der abfließenden Schlacke.
Hierbei sind für die Wasserstrahlen Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 20 und 100 m/s zweckmäßig.
Wenn die Massenströme und/oder die Strömungsgeschwindigkeit der Wasserstrahlen regelbar sind, kann Einfluß auf die Granulierung genommen werden.
Wenn das in dem Kühlwasserbad entstehende Gemisch aus Kühlwasser und Schlackegranulat aus dem Kühlwasserbad abgezogen, das Schlackegranulat abgefiltert und das gereinigte Kühlwasser, gegebenenfalls unter Zugabe von Zusatzwasser, zur Bildung der Wasserstrahlen zurückgeführt wird, ist sichergestellt, daß bei dem erfindungsgemäßen Vergasungsprozeß keine umweltbelastenden Abwässer entstehen. Die Abfilterung des Granulats stellt im Vergleich zur Abscheidung von feinstkörniger Flugasche eine einfache Maßnahme dar. Als Zusatzwasser kann man das Waschwasser der Produktgasreinigung nach Beseitigung des HCN durch Strippen mit Luft unter bleibender Restbelastung an H2S und CS2 verwenden. Die Bildung komplexer Zyanide aus der Absorption von HCN aus dem Produktgas im Kühlwasser und der anschließenden Reaktion dieses HCN mit der Schlacke wird durch ein relativ hohes Angebot an Sauerstoff im Primärgas und den Netto-Dampfstrom aus dem Wasserbad in Richtung Überlaufwehr und in Richtung der unteren freien Oberfläche der Kohleschüttung vermieden.
Vor der Abfilterung des Schlackegranulats aus dem Gemisch aus Kühlwasser und Schlackegranulat kann man dieses zweckmäßigerweise noch druckentspannen und der dabei entstehende Dampf einer besonderen Verwertung zugeführt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erläuterten Verfahrens nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 5. Diese Vorrichtung
weist die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 5 auf.
Die untere freie Oberfläche der Schüttung grenzt also unmittelbar an die Kammer, in welcher der den Primärgasstrahl erzeugende Brenner mündet. In dieser Kammer kann die intensive Zumischung des bei der Schlakkezerstäubung entstehenden Wasserdampfes zu dem Primärgas stattfinden. Dadurch, daß die Kammer nach unten wenigstens teilweise von der freien Oberfläche des in der Schlackenwanne gebildeten Schlackenbades begrenzt ist, kann die flüssige Schlacke aus dem Schlakkenbad ungestört über das Überlaufwehr abfließen. Dadurch, daß der einen Primärgasstrahl erzeugende Brenner auf die Oberfläche des Schlackenbades gerichtet ist, wird ein Verstopfen des Überlaufwehres verhindert. Die Brenner sind unmittelbar oberhalb und die Wasserstrahlianze unterhalb des Überlaufwehrs an einer sich zwischen Kühlwasserbad und Kammer befindlichen Dampfdurchtrittsöffnung angeordnet. Auf diese Weise wird der bei der Zerstörung der flüssigen Schlacke entstehende Dampf von dem Primärgasstrahl des Brenners besonders gut in Richtung der unteren freien Oberfläche der Schüttung mitgerissen. Zweckmäßigerweise ist das Überlaufwehr V-förmig ausgebildet und gekühlt.
Es ist auch zweckmäßig, einen die Kohleschüttung aufnehmenden, aus Kühlmittelleitungen gebildeten Korb vorzusehen, der innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist, da dann die Hitzebeanspruchung des den Schachtvergaser bildenden Druckbehälters verringert ist.
Die bei der Erfindung erforderliche freie Oberfläche der Schüttung nach Art einer Böschung kann auf einfache Weise zwangsläufig dadurch erreicht werden, daß der Korb oberhalb der Kammer einen einwärts weisenden Vorsprung hat.
Weil die Primärgasstrahlen auf die untere freie Oberfläche der Schüttung gerichtet sind, findet dort trotz der Abfilterung von Schlacketröpfchen aus dem Primärgasstrom eine wirksame Vergasung statt. Dieser Umstand wird dann noch weiter gefördert, wenn in den Korb mindestens ein Vorschubapparat, z. B. eine wassergekühlte Schnecke, zur Bewegung der Stückkohle in Richtung auf ihre untere freie Oberfläche hineinragt, da dann diese freie Oberfläche in Bewegung bleibt und immer wieder erneuert wird.
Die Abgabe von umweltbelastenden Abwässern kann dadurch vermieden werden, daß dem Kühlwasserbad, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Entspannungsgefäßes, ein Schlackegranulatfilter nachgeschaltet ist, dessen Kühlwasserausgang mit der Wasserstrahllanze verbunden ist
Die Erfindung wird mit der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine die Erfindung aufweisende Vergasungsvorrichtung,
F i g. 2 einen Horizontalschnitt entlang der Linie 1-1 von F ig. 1,
F i g. 3 einen Horizontalschnitt entlang der Linie II-II von Fig. l.und
F i g. 4 schematisch die Kreislaufführung des bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallenden Kühlwassers.
Ein Druckbehälter 1, der eine Außenisolierung 33 aufweist bildet einen Schachtvergaser. Der Druckbehälter t hat einen vertikalen oberen Abschnitt und einen seitlich abgewinkelten unteren Abschnitt In den oberen Abschnitt des Druckbehälters 1 wird die stückige Kohle über eine Schleuse 4 aufgegeben, welche nach jedem Takt mit einem inerten Gas, z. B. Dampf, durch eine Leitung 5 gespült wird. Die stückige Kohle gelangt in einen in dem Druckbehälter 1 aufgenommenen Korb 3 aus Kühlwasserleitungen und bildet in diesem eine Schüttung 11 mit einem eine obere freie Oberfläche 12 aufweisenden Schüttkegel. Die Leitungen des Korbes 3 werden über einen unteren Ringverteiler 31 versorgt, zu welchem Fallrohre 30, die in dem Zwischenraum zwisehen dem Korb 3 und dem Druckbehälter 1 liegen, von einem oberen Ringverteiler 29 führen, an welchen eine Kühlwasserzufuhrleitung 7 angeschlossen ist. Das in dem Korb 3 aufsteigende Kühlwasser gelangt in einen oberen Ringsammler 28 und wird von dort über eine Kühlwasserzufuhrieitung 8 abgezogen.
Der Korb 3 hat im unteren Drittel einen einwärts weisenden Vorsprung 20, welcher die obere Begrenzung einer darunterliegenden Kammer 21 bildet. Aufgrund der so in dem Korb 3 vorliegenden Verengung entsteht zwangsläufig am unteren Ende der Schüttung 11 eine schräg liegende böschungsartige freie Oberfläche 13, welche die Kammer 21 auf dieser Seite begrenzt. Unten steht die Schüttung 11 auf einer am unteren Teil des Korbes 3 ebenfalls von Kühlmittelleitungen gebildeten Schlackenwanne 22 auf. Im unteren Bereich, also unterhalb des Vorsprungs 20, ist die Innenseite des Korbes 3 einschließlich der Schlackenwanne 22 mit einer feuerfesten Stampfmasse 32 versehen. Die die untere freie Oberfläche 13 der Schüttung 11 bildende Böschung hat einen Abstand von einem an den der Schüttung 11 abgewandten Ende der Schlackenwanne 22 ausgebildeten Überlaufwehr 16. Das Überlaufwehr 16 ist, wie insbesondere aus F i g. 3 ersichtlich. V-förmig ausgebildet
Zwischen der unteren freien Oberfläche 13 und dem Überlaufwehr 16 kann sich beim Betrieb des Schachtvergasers die flüssige Schlacke mit einer freien Oberfläche in einem von der Schlackenwanne 22 aufgenommenen Schlackenbad 14 sammeln. Die freie Oberfläche des Schlackenbades 14 begrenzt die Kammer 21, bis auf eine später noch zu erläuternde Dampfdurchtrittsöffnung 24, nach unten. Der äußere Teil der Kammer 21 wird von der Stampfmasse 32 des Korbes 3 begrenzt.
Dem Überlaufwehr 16 unmittelbar gegenüberliegend ist in der Wandung des Druckbehälters 1 ein Brenner 2 angeordnet dem Staubkohle, Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltendes Gas und gegebenenfalls Zusatzdampf zugeführt werden. Der von dem Brenner 2 gebildete Primärgasstrahl 15 ist schräg nach unten in Richtung auf die untere freie Oberfläche 13 und die freie Oberfläche des Schlackenbades 14 gerichtet Auf diese Weise wird eine intensive Vergasung an der unteren freien Oberfläche 13 und auch der auf dem Schlackenbad 14 aufschwimmenden Kohle erreicht und ein Verstopfen des Überlaufwehres 16 verhindert, denn der Primärgasstrahl 15 ist dem zu dem Überlaufwehr 16 hinfließenden Schlackenstrom entgegengerichtet
Die flüssige Schlacke, die über das Überlaufwehr 16 tritt, bildet einen herabfallenden Schlackenstrom 17 in der Dampfdurchtrittsöffnung 24. Auf den freifallenden Schlackenstrom 17 ist ein von einer in der Wandung des Druckbehälters 1 angeordneten Wasserstrahlianze 23 ausgehender Druckwasserstrahl 18 gerichtet Hierdurch wird die flüssige Schlacke fein zerstäubt und abgekühlt Gleichzeitig entsteht Dampf, welcher als Prozeßdampf durch die Dampfdurchtrittsöffnung 24 in die Kammer 21 von dem Primärgasstrahl 15 mitgerissen wird und dort zusammen mit dem Primärgas in die untere freie
Oberfläche 13 der Schüttung 11 eintritt. Sowohl der Primärgasstrahl 15 als auch der Druckwasserstrahl 18 lassen sich regulieren, um den Prozeßablauf zu steuern und zu beeinflussen bzw. die den Prozeßerfordernissen entsprechende Löschwassermenge zur Verfügung zu stellen. Überschüssiger Dampf kann über einen Dampfablaß 25 abgezogen werden.
Die zerstäubte, wenigstens teilweise gekühlte Schlakke gelangt zur endgültigen Granulierung mit dem nicht Verdampften Kühlwasser des Druckwasserstrahles 18 in ein unterhalb der Schlackenwanne 22 in dem Druckbehälter 1 angeordnetes Wasserbad 19. Aus dem \Vasserbad 19 kann das Gemisch aus granulierter Schlacke und Kühlwasser über eine Austragsschleuse 26 abgelassen werden. Am tiefsten Punkt neben der Austragsschleuse 26 befindet sich in dem Druckbehälter 1 ein Kondenswasserablaß 27 für den Ablaß des in dem Druckbehälter 1 während des Anfahrens kondensierten Wasserdampfes.
Zur Förderung der stückigen Kohle aus der Schüttung 11 in Richtung auf die untere freie Oberfläche 13 befinden sich zwei schräg nach unten weisende, ebenfalls vom Kühlmittel durchströmte Vorschubapparate in Form von Förderschnecken 9 und 10.
Am oberen Teil des Druckbehälters 1 befindet sich ein ebenfalls gekühlter Gasauslaß 6 für das Produktgas. Die Kühlmittelleitungen des Gasauslasses 6 können gesondert versorgt werden, aber auch beispielsweise mit den Leitungen des Korbes 3 verbunden sein.
Gemäß F i g. 4 gelangt das Gemisch aus Schlackegranulat und Kühlwasser über die Austragsschleuse 26 zunächst in ein Entspannungsgefäß 34 mit Dampfableitung 35, von dort aus in ein Schlackegranulatfilter 36. Das Granulat wird über einen Granulatabgang 38 abgegeben. Der Kühlwasserausgang 37 ist über eine Pumpe
40 und eine Rückführungsleitung 41 zu der Wasserstrahllanze 23 zurückgeführt. Vor der Pumpe 40 kann eine Zusatzwasserleitung 39 in die Verbindung zwischen Kühlwasserausgang 37 und Rückführungsleitung
41 münden.
Das beschriebene Verfahren erlaubt die Vergasung von solchen Kohlen, die einen relativ großen Anteil feinen Korns enthalten. Die Wärmeökonomie ist besonders günstig, da auch der Wärmeinhalt der flüssigen Schlacke für den Prozeß selbst genutzt wird. Die Schlakke wird im dünnflüssigen Zustand zerstäubt, weshalb Schlackegranalien entstehen, die problemlos ausgeschleust und weiterbehandelt werden können. Das Vergasungsverfahren produziert keine die Umwelt belastenden Abwässer, es ist darüber hinaus vielmehr noch imstande, fremde Ab-vässer aufzunehmen.
Bei dem Verfahren können in ein und demselben Generator sowohl CH4-armes Synthesegas für die chemische Industrie wie auch CH4-reiches Gas als Pipelinegas oder für Kohlenwasserstoff-Synthesen hergestellt werden. Der günstige Abbrand, der verstopfungsfreie Gang der Kohleschüttung 11 und die Ausnutzung des Löschdampfes sind besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Verfahren kann beispielsweise bei einer hohen Gasaustrittstemperatur von z. B. 1050°C betrieben werden. Der Mcthangehalt des Produktgases ist dann sehr niedrig. In dem Druckbehälter 1 herrscht dabei etwa ein Druck von 35 bar. In den Kühlmittelrohren 28 bis 3t des Kühlkorbes 3 wird Dampf mit 40 bar erzeugt Dieser kann zum größten Teil in der Gasreinigung verbraucht werden. Der Überschuß kann an eine Sauerstoffanlage abgegeben oder zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden.
Als Brenner 2 werden vorteilhaft solche verwendet, bei denen Kohlestaub, Sauerstoff und gegebenenfalls Dampf oder CO2 nicht nur eine innige Mischung und chemische Umsetzung erfahren, sondern auch eine Vorabscheidung der flüssigen Schlacketropfen erfolgt. Für diesen Zweck sind Zyklonbrenner besonders gut geeignet. Der Primärgasstrahl, welcher aus den Brennern 2 in die Kammer 21 tritt, ist dabei also weitgehend frei von flüssigen Schlacketropfen. Die Abscheidung der restlichen, sehr feinen Schlacketropfen findet während der Durchströmung der Kohleschüttung 11 an deren unteren freien Oberfläche 13 statt, die sich ständig erneuert und dadurch nicht verstopft.
Das Primärgas enthält CO2. Vor Eindringen in die Kohleschüttung wird es innig mit dem Dampf gemischt. H2O und CO2 reagieren mit dem Kohlestoff der Kohleschüttung 11 nach den folgenden Gleichungen:
C + H2O = CO + H2
C + CO2 = 2 CO
Da beide Reaktionen endotherm sind, findet eine rasehe Kühlung des Primärgases statt. Die Gasaustrittstemperatur kann durch die Höhe der Kohleschüttung 11 eingestellt werden. Sie liegt je nach Betthöhe z. B. zwischen 300 und 12000C.
Der Methangehalt des Gases wird außer durch die Eigenschaften der Kohle noch durch die Temperatur und Verweilzeit des Gases in dem Raum über der Kohleschüttung 11 bestimmt. Wird z. B. für eine chemische Synthese ein Gas mit niedrigem Methangehalt gewünscht, dann wird bei einer Temperatur zwischen 950 und 12000C die Verweilzeit zwischen 3 und 10 s betragen. Ein methanreiches Gas entsteht bei 250 bis 800° C und 0 bis 5 s Verweilzeit.
Die Schüttung 11 aus stückiger Kohle muß nicht nur eine bestimmte Höhe haben, sondern auch den Durchtritt des Primärgases und der Zersetzungsprodukte, welche aus der Stückkohle entstehen, zulassen. Die Durchströmung ist z. B. gewährleistet, wenn die mittlere Korngröße der Stückkohle 10 mm, und die kleinste Korngröße 5 mm nicht unterschreitet. Die größten Kohlestücke sollten nicht größer als 100 mm sein. Um Probleme bei der Einschleusung zu vermeiden, wird die Kohlenstückgröße zweckmäßigerweise auf 50 mm beschränkt bleiben.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Vergasung von Kohle mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf tinter Druck, bei welchem Staubkohle mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas und mit unter Wärmeausnutzung der flüssigen Schlacke gebildetem Wasserdampf vergast und das dabei entstehende Primärgas durch eine in einem Schachtvergaser enthaltene Schüttung aus gröberer Stückkohle im Gegenstrom von unten nach oben unter Bildung von Produktgas und flüssiger Schlacke geleitet wird, wobei die flüssige Schlacke zunächst aufgefangen wird und dann in ein innerhalb des Schachtvergasers vorgesehenes Kühlwasserbad frei fallend abfließt dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke unter Bildung eines Schlackenbades im Schachtvergaser gesammelt wird und über ein Überlaufwehr abfließt, daß wenigstens ein Primärgasstrahl mit mindestens einem Brenner erzeugt und auf eine unmittelbar vor der Schüttung aus gröberer Stückkohle ausgebildete freie Oberfläche des Schlackebades über das Überlaufwehr im Gegenstrom zur flüssigen Schlacke gerichtet wird, daß die flüssige Schlacke während des freien Falles zwischen dem Überlaufwehr und dem Kühlwasserbad mittels eines oder mehrerer Wasserstrahlen unter Bildung von Wasserdampf granuliert und daß mindestens ein Teil des entstehenden Wasserdampfes von dem Primärgasstrahl unter Vermischung in Richtung einer unteren freien Oberfläche der Kohleschüttung mitgerissen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Masseströme der Wasserstrahlen 2- bis lOmal so groß ist wie der Massestrom der abfließenden Schlacke.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstrahlen eine Strömungsgeschwindigkeit zwischen 20 und 100 m/s aufweisen. <40
4. Verfahren nach'einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Kühlwasserbad entstehende Gemisch aus Kühlwasser und Schlackegranulat aus dem Kühlwasserbad abgezogen und druckentspannt wird und daß dann das Schlackegranulat abgefiltert und das gereinigte Kühlwasser, ggf. unter Zugabe von Zusatzwasser, zur Bildung der Wasserstrahlen zurückgeführt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Vergasung eines Brennstoffes mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf, mit einem einen Schachtvergaser bildenden Druckbehälter zur Aufnahme des festen Brennstoffes und mindestens einem Brenner, welcher unmittelbar oberhalb eines Überlaufwehres einer im Schachtvergaser befindlichen, eine Kammer begrenzenden Schlackewanne im Gegenstrom zur flüssigen Schlacke eines Schlackebades auf die freie Schlackebadoberfläche an einer Schlackedurchtrittsöffnung zwischen der Kammer und einem Kühlwasserbad gerichtet ist, in welche die flüssige Schlacke abfließt, und wobei eine Wasserstrahllanze unterhalb des Überlaufwehres für die Wasserzufuhr in das Kühlwasserbad vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergasung von Kohle Stückkohle als Schüttung eine untere freie Oberfläche (13) in Form einer Böschung aufweist, daß die Kammer (21) vor der unteren freien Oberfläche (13) der Kohleschüttung
(11) ausgebildet ist daß sich vor der unteren freien Oberfläche (13) der Kohleschüttung (11) eine freie Oberfläche des in der Schlackewanne (22) gebildeten Schlackebades (14) befindet, daß der mindestens eine Brenner (2) so zur Erzeugung eines Primärgasstrahles (15) durch Vergasung von Staubkohle mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf ausgebildet ist, daß das entstehende Primärgas durch die Stückkohle von unten nach oben unter Bildung flüssiger Schlacke geleitet wird, daß die Schlackedurchtrittsöffnung als Dampfdurchtrittsöffnung (24) ausgebildet ist, daß das Kühlwasserbad (19) in dem Druckbehälter (1) angeordnet ist, und daß ein Wasserstrahl (18) der wenigstens einen Wasserstrahllanze (23) zur Granulierung so auf die frei fallende flüssige Schlacke (17) gerichtet ist, daß wenigstens ein Teil des entstehenden Wasserdampfes der unteren freien Oberfläche (13) der Kohleschüttung (11) als Vergasungsmittel zugeführt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlaufwehr (16) V-förmig ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen die Kohleschüttung (11) aufnehmenden, aus Kühlmittelleitungen gebildeten Korb (3), der innerhalb des Druckbehälters (1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Korb (3) oberhalb der Kammer (21) einen einwärts weisenden Vorsprung (20) zur Bildung der die untere freie Oberfläche (13) der Kohleschüttung (11) formenden Böschung hat.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Korb (3) mindestens ein Vorschubapparat (9, 10), z. B. eine wassergekühlte Schnecke, zur Bewegung der Stückkohle in Richtung auf ihre untere freie Oberfläche (13) der Kohleschüttung (11) hineinragt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kühlwasserbad (19) unter Zwischenschaltung eines Entspannungsgefäßes (34) ein Schlackengranulatfilter (36) nachgeschaltet ist, dessen Kühlwasserausgang (37) mit der Wasserstrahllanze (23) verbunden ist.
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