DE3217422A1

DE3217422A1 - Verfahren und einrichtung zum aufbereiten zerkleinerter kohle durch vergasen mittels eines mehrkammer-reaktors

Info

Publication number: DE3217422A1
Application number: DE19823217422
Authority: DE
Inventors: Adolf 6270 Idstein Garkisch
Original assignee: FRITZ WERNER IND AUSRUESTUNG
Current assignee: FRITZ WERNER IND AUSRUESTUNG
Priority date: 1982-05-08
Filing date: 1982-05-08
Publication date: 1983-11-10

Description

Zum Schroibon vom 4.5.19U2 -_-_a^_w-dcä;s.p€iiji&chp. .Paieritaml Blati Λ

Y.

i-'riiz Werner: "Verfahren .. . ."

Die Erfindung betrifft" ein Verfahren zum Aufbereiten von Kohle durch Vergasen mittels eines Mehrkammer-Reaktors, mit dem Ziel eines weitestgehend phenol- und teerfreien Gases mit vergleisweise erhöhtem Heizwert, bei hohem Vergasungswirkungsgrad des in einer Pyrolysekammer erzeugten Gases, sowie eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Die bekannten Techniken der Wirbelschichtgenerator-Systeme haben einen gemeinsamen Nachteil, der aus dem hohen Kohlenstoffverlust besteht. Dieser Verlust stellt sich ein beim Austrag des Kohlenstoffes aus dem üblicherweise benutzten Wirbelbett, zusammen mit dem ausströmenden Gas, in Form von Staub und auch in Form von teüvergaslen Partikelchen.

Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, diesen Verlust— Vorgang durch unterschiedliche , konstruktive Lösungen einzudämmen. Bei diesen Lösungen handelt es sich überwiegend um mechanische Rückführeinrichtungen, die einen ganz erheblichen Aufwand mit

Z.um Schreiben

vom 4. 5. 19B2 ",ar?. VJas^dfeC^scfhe, Paten tarnt 3 ! / ^i: :.£*.-„

..Fri tz. Werner: "Verfahren.......^fl

sich bringen und auch noch den Nachteil haben, den Wärme;-au;. halt des Generators ungünstig ^u beeinflussen. Verfahre ni sch ist bei diesen Lösungen noch der weitere ^! .: führung der Asche in den Verfahrensprozeß ·

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vor bi . nen Nachteile 2u vermeiden und doch eine nahs ..u 1O*" , gasung des eingebrachten Kohlenstoffes sicher zu stellen,, wobei die Konstruktion so ausgelegt sein kann, daß ein hoherwer-n·- ges Aufcrackeh der schweren Kohlenwasserstoffe oder aber auch des eingebrachten Wassers errtSögticht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie von einem Verfahren gernäß demOberbegriff des Anspruches 1 ausgeh*", und sie kennzeichnet sich dadurch, daß das ausströmende Pyrolysegas, in einem Zyklon von festen Bestandteilen weitestgehend gereinigt, anschließend eine Wirbelschicht-Brennkammer, g ebenenfalls unter Hinzufügen von Sauerstoff, passiert und die durch do Rauchgas vorgewärmte Brennkammer als Synthesegas /cr;äi3».

Die Figuren 1 bis 4 stellen Aüsführungsbeispiele ⁵«:r !.Zrfindung dar. fcs zeigen:

ORIGINAL INSPECTED

Zum Schreiten vom 4.5.19öS

?. Deutsch

Blatt

Fritz Werner: "Verfahren "

Figur 1 in Schnittdarstellung den Reaktor mit ei

ner Crackkammer im oberen Teil, einem Zyklon in der Zentrale des mittleren Teiles und die Zufuhr- und Abführeinrichtungen im unteren Teil,

Figur 2 einen Reaktor in deren Zentrale ein Zy

klon angeordnet ist und einen Anströmboden mit tangential angeordneten Düsen, sowie Schleusen für den Austrag der Schleusenkammern und

Figur 3 ein Verfahrensschema mit dem erfindungs

gemäßen Mehrkammerreaktor im Kern der Gesamtanlage.

Die Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße typische Form der Anordnung eines Zyklons 20 im Kern des Mehrkammerreaktors. Dieser Zyklon 20 hat die Aufgabe, die nichtvergasten festen Kohlenstoff teilchen von dem ausströmenden Gas zu trennen und durch den Unterlauf des Zyklons 20 in die Wirbelschicht-Brennkammer 21 zu befördern.

In dieser Wirbelschicht-Brennkammer erfolgt mi'ttelb eines Wasserdampf - Luft - Gemisches oder mittels Spülgases die Nachverbrennung. Gegebenenfalls kann mittels des im Kern des Reaktors angeord-

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.:,_i;: · . ■ ;.- . , * y. ·" 3217422

Fritz Werne»*: "Verfahren ....„.*

neten Wirbelbettes etn zusätzliche» Cracken vorgenorrvmefv werden.

Zu dieser Restkohlen^toff-VergaBung eignen sich vorzCSglicfc». Braunkohl*-:, Anthrazit- undiBraunkohlenkoks in Grieeforrcr» ^e t™ RegelPait eine v spanne von 0,5 bis 5 mm ausmachen und die «ws-ärnrnen mit' einem Wa. serdampf-LuftHSemtschi oder auch Sauerstoff-Gemisch erft^dung-sgett ■·.,;. vergast werden. Die Zugabe dieser Kohlesorten erfolgt mittels der E>n~ tragschnecke 26 in die Pyrolysekammer 22.

Das aus dem Wirbelbett der Pyrolysekammer 22 ausströmende Gas wird durch die zweifache Umlenkung im Bereich de·· Py^otysekammer 22 und des Zyklones 20 von den größeren Kohlestoffpär^ikelchen befreit und in die Wirbelschicht-Brennkammer 21 wnd das dortige Wirbettoett zurückgeführt.

Im unteren Teil des Reaktors befindet sich ein k*g#Uge·* ÄJiströmbodc.n 12. Die zu Schlacke geschmolzenen Aschebestahdteite fließen über den unteren Ausgang des kegeligen Öod«ns 12 zur Schlackenschieuse 53 gemäß Figur 2 ab *

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung, die für das Erzeugen von reinem Synthesegas dient, wird anstelle des inneren Wirbelbettes eine Wirbelschicht-Brennkammer 21 im Kern des Reaktors 10 eingesetzt, wie dies die Figur 2 zeigt. In dieser Brehiikammer werden ebenfalls ein Teil des Gases und die äuü dem äußeren Bett 22 ausgetragenen festen Kohtenstoffpartikelchen vert>rännt.

. ORIGINAL INSPECTED

/uM₈,«:,.KHHi-NVOM 4.5.1982 _AN das Deutsche. Paten fatal"...- '..".: .„, _rtI

Fritz Werner: "Verfahren "

Die i>o erzeugfu Wärme wird der äußeren Pyrolyseschicht in der Pyrolysekammer 22 zugeführt. Die Vergasung und Verwirbelung erfolgt in dieser Schicht ebenfalls durch Spülgas und H O-Dampf. Dieser Dampf

ο wird in einem dem Reaktor nachgeschaltetem Wärmetauscher auf 500 C erhitzt. Die Verbrennungsluft muß dann etwa die gleiche Temperatur aufweisen.

Das bisher geschilderte Verfahren und dessen Einrichtung zur Aufbereitung von Kohle ist ein allothermes Verfahren, bei dem die Energie zur Vergasung durch Verbrennung des Restkohlenstoffes mit Heißluft in der Wirbelschicht-Brennkammer 21 vorgenommen wird.

Die Ent- und Vergasung erfolgt unter Luftausschluß in der außen liegenden Wirbelschichtkammer 22. Die konstruktive Anordnung der ringförmigen Kammern 21 und 22 erlaubt einen sehr intensiven Wärmeübergang der Wirbelschichtkammern untereinander. Das bedingt einen geringen Wärmeverlust, der durch eine Art Tauchsiedereffekt in der Brennkammer 21 noch vergrößert wird.

Das restlose Aufcracken der höheren Kohlenwasserstoffe findet im oberen Teil des Brennkammerschachtes, innerhalb des aus der Wirbelschicht ausströmenden, etwa 1100 C heißen Rauchgasringes, in der nachgeschalteten Crackkammer 30, statt, in dieser Crackkammer befindet sich die Wirbelschicht 31 , die über dem Anströmboden 32 an-

f.

⁴· ⁵· *⁹⁸² an das Deutscht Päis

Fritz Werner: "Verfahren . "

geordnet ist. Die Wirbelschicht in der Crackkammer 30 besteht --.suu ii.. tem, hochhitzebeständigem Material mit etwa 1 mm Körnung. . ■> freiwerdenden Kohlenstoff zu binden, wird direkt über dem .-·-■ s;, den Sauerstoff mittels der Ein trag leitung 35 und einer :>ü?,o eu. Das nunmehr erzeugte Heiiigas verläßt den Reaktor mit ca, :-n l· Heißgas hat einen zu vernachlässigenden Staubahteil von ca. 50 bx^ /·:. mg/Nn . Die Asche wird durch den offenen kegeligen Anströmboden 12 in flüssiger Form als Schlacke ausgetragen. Der H_pO-Dampf~- und Sp«x gas-Eir\laß 13 mündet tangential über die Zufuhrleitung 14 in die Düsen 23, und die Luft wird über Zuführleitung t4 zu den Öffnungen des kegeligen Anströmbodens 12, oder aber unter⁴ den Pyrolyserost 27 gedruckt.

Durch das Verfahren, den aus dem Gas ausgeschiedenen Restkohlenstoff unter Ausnutzung eines optimalen Wärmehaushaltes zu verbrennen, ist bei einem Kohlenumsetzungsgrad von 99 % gleichzeitig ein hoher Vergasungswirkungsgrad (bei Synthesegaserzeugung) von 70 - ^5 % moy lieh. Um diesen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, wird die Wärmeen gie des Rauch- und des Rohgases fast vollständig genutzt, um die Vergessungs- bzw. Verbrennungsmittel und den Vergasung^.·;'off vorzuerwärmen oder zu erhitzen. Dies erfolgt in 2 getrennten Kr >i:.!äuf"firi.

Auf der Rauchgasseite wird der H_o0-Dampf für die Vergasung bei etwn 600 C in einem Abhitzekessel A3 erhitzt. Mit dem in oinem Zyklon tiO vorgereinigten Rauchgas, das im Abhitzekessel von 1000 auf elwa 400 C

../U) . . . ORIGINAL INSPECTED

!-mim im μ vom 4. b. 1982 _AN das Deutsche Paterrtannt: . "* '- "·ηι·απ

tz Werner: "Verfahren

heruntergekühlt ist", wird die auf 1 - 4 mm Körnung gemahlene Kohle pneumatisch von der Mühle 42 in den Vorwärme- und Dosierbunker

transportiert und hier durch das Rauchgas auf ca. 250 C im Gleichstrom vorgewärmt. Dns Rauchgas verläßt den Bunker oberhalb der unteren Schleuse und durchströmt zur Trocknung und Erwärmung der Kohle auf 100 C den Rohkohlebunker 41 , um über einen Kamin an die Umgebung abgegeben zu werden. Der CO -Anteil übersteigt den Rahmen der üblichen Schwachgaserzeuger nicht. Das Durchströmen des Kohlengrießes bzw. Staubes mit dem innerteh Rauchgas verhindert eine Entzündung.

Ein Teil des Gases kann nach der Reinigung mit einer Temperatur von etwa 250 C dem Reaktor 10 wieder als Spülgas zugeleitet werden.

In dem Abhitzekessel 46 wird die Verbrennungsluft auf etwa 600 C erhitzt. Durch die Vorerhitzung der Vcrgn-sungsmi ttel und des., unverbrennbaren Stoffes soll eine intensive Vergasung mit sehr schnell ablaufender Reaktion gleich über dem Anströmboden ermöglicht werden, um den bereits erwähnten hohen V<?ryn;,uncjswirkunn^c;grnd zu erzielen.

Zur Reduzierung des Schwefelgehalte.s im Abga·; wird über dir· Mühle 42 ptwa 5 % Kalk zugegeben, der einen Teil des Schwefels in der A:-che

.'ur OnSO „ bindet.
4

../11

/hm ·. < ttivi iKi im vom 4. 5. 19Ö2 an das Deutsche P^lc

f · rit;; Wemt>r: "Verfahren "

Bezugsziffernverzeichnis

tu Mehrkammer—Reaktor

11 Reaktorschleuse

12 kegeliger Anströmboden

13 Dampf- und Spülgaseinlaß

14 Heißluft-Zufuhr leitung

20 Zyklon

21 Wirbelschicht-Brennkammer

22 Pyrolysekammer

23 Qüsen in 21 (tangential)

24 Zyklon-Auslaß, oben

25 Zyklon-Auslaß, unten

26 Eintrag in 22 (Schnecke)

27 Pyrolyserost drehbar ,(Anströmboden )

28 Zufuhrleitung für Spülgas

29 Brennkammer-Ausflußöffnung

30 Crackkammer

31 Wirbelschicht in 30

32 Anströmboden

33 Rauchgas-Ringkammer

34 Rauchgas-Auslaß

35 Sauerstoff-Eintrag leitung

40 Rohkohieburuer .-:; ,< t

41 Rohkohlehunkor . nung

42 Mühle m. Sichter-

43 .Kalkbunker m. Dost-l·.-

44 Vorwärm- υ. Dosi erb

45 Dosierschleuse

46 Abhitzekessel (Heiei-!.-zeugung)

47 ' Heißgasftlter

4Ö . Niederfompf!ra1ur-K 50 ', R auc hg a a -Z y k I on 5t Abhitzekessel (H₀O-

erzeugung) • 52 Rau c hg asf i I te r

53 Schlacke-Schleuse

54 Rauch-Wälzgas-Geb

55 Spühlgasgeblä-e

56 Ascheentsorgun.g

ORIGINAL INSPECTED

Leerseite

Claims

A. Mal Hit: Fritz Werner Industrie-Ausrüstungen GmbH, 6222 Gtn "Verfahren und Einrichhjng zum Aufbereiten zet kleir durch Vergasen mittels eines Mehrkammer-Reaktors'' Patent an Sprüche

1.y Verfahren zum Aufbereiten von Verkleinerter Kohle durch Vergasen mittels eines Mehrkammer-Reaktors, um ein weitestgehehd phenol- und teerfreies Gas mit vergleichsweise erhöhtem Heizwert bei hohem Vergasungswirkungsgrad zu. erhalten'mittels in einer Pyrolysekammer erzeugten Gases, dadurch gekennzeichnet, daß das Pyrolysegas Ir, -Λ-nem Zyklon (20) von festen Bestandteilen weites^gehend gereinigt, anschließend einen Anströmboden (32) mit darüber liegender Wirbelschicht (31) unter Hinzufügen von Sauerstoff hydrierend gecrackt wird und die durch F^auchgas vorgewärmte Crackkammer (30) als Reingas verläßt. (Fig. 1)

../2 ORIGINAL INSPECTED

/um ·- ιικι im ν vom 4. 5. 1982 ; />; cat, D^ ts« hie· Paten tarnt μίλι ι

Fritz Werner: "Verfahren "

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hinzufügen der für die Cracktemperatur von etwa 950 C erforderliche Wärmemenge, allotherm (von außen nach innen) erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die allotherme Wärme durch den Gasstrom des oberen Zyklon-Auslasses (24) verstärkt wird. (Fig. 1)

4. Einrichtung zum Aufbereiten zerkleinerter Kohle in einem Mehrkammer-Wirbelschicht-Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3 durch Vergasen und Herstellen eines phenol- und teerfreien Gases mit vergleichsweise erhöhtem Heizwert, bei hohem Vergaserwirkungsgrad, dessen Kammern Wirbelschichten aufweisen, die von Heißluft, Spülgas oder Spülgas-Dampfgemisch durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet , daß im Kern des Reaktors ein Zyklon (20) und um diesen, von innen nach außen gerichtet, eine Brennkammer (21) und eine Pyrolysekammer (22) angeordnet sind. (Fig. 1 und 2)

vom 4. 5. 1Ü82 V.ön. .das. "(^uteLhe'Rät&ulinl

J.

Fritz Werner: "Verfahren .. . . "

5. Einrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekoiini-eichiu· daß dem oberen Zykonauslaß (24) eine von einer Rauchgas-Ringkammer (33) umgebene Crackkammer (3O) nacht/u;.<.-h.■:■ ist, die eine Wirbetschicht (31) aus ÄtüHiiniurnö'xydyr.«··.-oberhalb eines AnstrÖhnbodens (32) aufweist .· (Fig. 1)

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Tei I der Brennkammer (21) eine trichterförmige, nach unten offene Ausflußöffnung (29) mit anschließender Schleuse (11) angeordnet ist, (Fig. 1)

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dnß der untere Zyklon-Auslaß (25) in der· überwiegenden Teil der Brennkammer (21) und der Wirbelschicht eintaucht. (Fig. 1)

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (27) als Drehrost ausgebildet ist. (Fig. 1)

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