DE3531292A1 - Verfahren zur herstellung von synthesegas aus festen brennstoffen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von synthesegas aus festen brennstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Synthesegas aus festen Brennstoffen hei erhöhtem Druck in
einem Wirbelbett unter Verwendung von endotherm und
exotherm reagierenden Vergasungsmitteln, wobei oberhalb des
Wirbelbettes ein Nachvergasungsraum und unterhalb des
Wirbelbettes ein Festbett aus den festen Vergasungsrück
ständen vorgesehen sind und die Brennstoffe in das Wirbel
bett eingeführt, die festen Vergasungsrückstände aus dem
Festbett abgezogen werden und das erzeugte Synthesegas aus
dem Nachvergasungsraum abgezogen wird.
Die das unterhalb des Wirbelbettes befindliche Festbett
bildenden festen Vergasungsrückstände bestehen überwiegend
aus mineralischen Begleitstoffen der Brennstoffe, also
deren Asche und mineralischen Beimengungen, wobei aller
dings auch noch ein gewisser Anteil an C-haltigen Feststof
fen im Festbett vorhanden ist. Es kann sich dabei einmal um
größere Körnungen handeln, die aufgrund ihres größeren
Gewichtes nach unten durch das Wirbelbett hindurch auf das
Festbett fallen. Ein anderer Teil der C-haltigen Partikel
im Festbett wird aus kleineren Körnern bestehen, deren
C-Gehalt im Vergasungsprozeß weitgehend, jedoch nicht
restlos umgesetzt worden ist.
Eine wesentliche Voraussetzung für das einwandfreie
Funktionieren eines derartigen Verfahrens besteht darin,
daß die Vergasungsrückstände störungsfrei unten aus dem
Reaktor, in welchem der Vergasungsprozeß abläuft, abgezogen
werden. Störungen können insbesondere dann auftreten, wenn
Bereiche des Festbettes, in denen noch C-haltige Ver
gasungsrücksstände vorhanden sind, eine Überhitzung
erfahren. Dies tritt vor allem dann auf, wenn sauerstoff
haltiges Vergasungsmittel in das Festbett eingeblasen wird.
Die dadurch bewirkte exotherme Umsetzung mit den C-haltigen
Bestandteilen des Festbettes bewirkt eine erhebliche
Temperaturerhöhung mit der Folge, daß die mineralischen
Bestandteile des Festbettes zusammenbacken, teilweise sogar
schmelzen, und Agglomerate bilden. Dies kann in Extremfäl
len dazu führen, daß der Betrieb des Reaktors unterbrochen
werden muß, um die Anbackungen, Agglomerate usw. mit
mechanischen Mitteln zu entfernen. Derartige Betriebsunter
brechungen können in Anbetracht der Notwendigkeit, den
Reaktor nach Unterbrechung des Vergasungsprozesses abkühlen
zu lassen usw., ggf. Tage dauern.
Im Hinblick auf die vorgenannten Probleme wird im allge
meinen so verfahren, daß exotherm wirkendes Vergasungsmit
tel, also Sauerstoff, soweit oberhalb der oberen Begrenzung
des Festbettes eingeblasen wird, daß eine Umsetzung dieses
Sauerstoffes mit im Festbett noch befindlichen C-haltigen
Partikeln in jedem Fall vermieden wird. Dies bedeutet, daß
Sauerstoff nur in das Wirbelbett und ggf. in den darüber
befindlichen Nachreaktionsraum eingeführt wird.
Da an einem Reaktor die Positionen der Düsen, durch welche
Vergasungsmittel in den Vergasungsprozeß eingeführt werden,
normalerweise festliegen, jedenfalls während des Betriebes
zumindest nicht wesentlich geändert werden können, kann
die vorbeschriebene Bedingung, daß die Zufuhr von sauer
stoffhaltigem Vergasungsmittel nur oberhalb der oberen
Begrenzung des Festbettes stattfindet, nur dann eingehalten
werden, wenn die obere Begrenzung des Festbettes während
des Vergasungsprozesses, der ggf. über Wochen und Monate
ununterbrochen abläuft, bezüglich ihrer Höhenlage keine
wesentliche Änderung erfährt und somit unterhalb des
Bereichs bleibt, in welchem Sauerstoff in den Prozeß bzw.
den Reaktor, in welchem der Prozeß abläuft, eingeblasen
wird. Wenn das Niveau der oberen Begrenzung des Festbettes
während der Dauer des Vergasungsprozesses mehr oder weniger
konstant gehalten werden soll, ist es erforderlich, daß aus
dem Festbett unten soviel Material abgezogen und somit aus
dem Vergasungsprozeß herausgeführt wird, wie von oben aus
dem Wirbelbett sich Material auf dem Festbett absetzt. Das
Einhalten dieser Bedingung hat bei den bisher in der Praxis
betriebenen Vergasungsreaktoren keine besonderen Schwierig
keiten bereitet, weil der in den Vergasungsprozeß einge
führte feste Brennstoff über lange Zeiträume eine mehr oder
weniger gleichmäßige Beschaffenheit aufwies. D. h., daß die
Relation zwischen dem Kohlenstoff und den nicht umsetzbaren
mineralien Begleitstoffen, also insbesondere Asche und ggf.
auch andere mineralische Begleitstoffen,über lange Zeit
räume mehr oder weniger konstant blieb. Dies ist in vielen
Fällen dadurch erreicht worden, daß bereits bei der
Gewinnung der festen Brennstoffe, also beispielsweise der
Kohle oder Torf, in der Lagerstätte, entsprechende
Vorkehrungen getroffen wurden. In anderen Fällen ist die
aus der Lagerstätte kommende Kohle einem Aufbereitungs
prozeß unterzogen worden, durch den eine gleichbleibende
Qualität des festen Brennstoffes auch im Sinne der vorge
nannten Relation zwischen C und unvergasbaren mineralischen
Begleitstoffen gewährleistet werden konnte.
Lagerstätten, deren feste Brennstoffe hinsichtlich des
Aschegehaltes und anderer unvergasbarer Begleitstoffe eine
über längere Zeiträume sich erstreckende Gewinnung von
Brennstoffen mit gleichbleibender Qualität erlauben, werden
immer seltener, da derartige Vorzüge aufweisende Lagerstät
ten bereits in der Vergangenheit weitgehend abgebaut worden
sind. Hinzu kommt, daß selbst dort, wo solche Lagerstätten
noch vorhanden sind, aufgrund der modernen Abbaumethoden
eine Gewinnung der Kohle oder anderer fester Brennstoffe
ohne bezüglich der Mengen schwankender Begleitmineralien,
die nicht vergasbar sind, in vielen Fällen unmöglich ist.
Als Beispiel sei hierzu auf die Gewinnung von Kohle, z. B.
Braunkohle, im Tagebau mittels großer Schaufelradbagger
verwiesen, die das Heraushalten von im Kohleflöz einge
lagerten mehr oder weniger schmalen Schichten aus Sand oder
anderen unvergasbaren Materialien nicht erlauben. Ent
sprechendes gilt auch für die Gewinnung anderer Kohlearten
und auch für den untertägigen Bergbau.
Für den einleitend beschriebenen Vergasungsprozeß stellt
der absolute und relative Anteil an nicht umsetzbaren
mineralischen Begleitmaterialien im Brennstoff, jedenfalls
innerhalb bestimmter Grenzen, kein Problem dar, so daß auch
Brennstoffe mit einer gegenüber den bisher eingesetzten
Brennstoffen schlechteren Qualität im Sinne von höherem
Aschegehalt für die Gewinnung von Synthesegas verwendet
werden könnten. Dies ist sogar aus Kostengründen sehr
erwünscht, da Brennstoffe mit höherem Ballastanteil
merklich billiger sind. Schwierigkeiten bereitet jedoch die
Tatsache, daß die Relation zwischen vergasbarem Kohlenstoff
und nicht vergasbaren mineralischen Begleitstoffen in
vielen Fällen bei diesen Kohlen minderer Qualität stark
schwankt. Dieser Nachteil könnte selbstverständlich durch
eine entsprechende Vorbehandlung der Kohle beseitigt oder
doch zumindest merklich verringert werden. Damit ist jedoch
eine Verteuerung des im Vergasungsprozeß verwendeten
Brennstoffes verbunden, die den Kostenvorteil der Kohle
minderer Qualität, der aus Wirtschaftlichkeitsgründen auch
für den Vergasungsprozeß nutzbar gemacht werden muß,
zumindest weitgehend beseitigt.
Der über die Dauer des Vergasungsprozesses schwankende
Anteil an nicht vergasbaren Mineralien hat bei der bisher
üblichen Prozeßführung den Nachteil, daß die Höhe des
Festbettes und damit das Niveau der oberen Begrenzung
desselben unvorhersehbaren und unkontrollierbaren Schwan
kungen unterliegt, die abhängen von den Schwankungen des
Gehalts an unvergasbaren Bestandteilen des in den Vergaser
eingeführten Brennstoffes. D. h., daß die Einhaltung der
für einen störungsfreien Ablauf des Vergasungsprozesses
erforderlichen Bedingung, die obere Begrenzung des Festbet
tes in jedem Fall unterhalb eines Niveaus zu halten, bei
welchem es mit sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel in
Berührung kommt, nicht mehr gewährleistet ist. Vielmehr
besteht die Gefahr, daß auch bei nur kurzzeitigem Ansteigen
des Anteils an nicht vergasbaren Feststoffen die Höhe des
Festbettes soweit ansteigt, daß zumindest sein oberer
Bereich in eine Zone gelangt, in die sauerstoffhaltiges
Vergasungsmittel eingeblasen wird, da sich in dieser Zone
normalerweise der untere Abschnitt des Wirbelbettes
befindet. Dieses Ansteigen des Festbettes ist darauf
zurückzuführen, daß die unvergasbaren mineralische Substan
zen, soweit sie Begleitmineralien darstellen, also nicht
mit der Kohle verwachsen sind, sofort nach dem Eintreten in
den Reaktor durch das Wirbelbett nach unten bis auf das
Festbett hindurchfallen, da sie ein merklich höheres
spezifisches Gewicht aufweisen als jene Partikel, die ganz
oder überwiegend aus Kohlenstoff bestehen. Der höhere
Anteil an unvergasbaren Substanzen kann sich aber auch
dahingehend auswirken, daß die kohlenstoffhaltigen Partikel
einen höheren Ascheanteil aufweisen, so daß auch hierdurch
der Anteil der festen Vergasungsrückstände, der in das
Festbett gelangt, größer wird und somit zu einem Anwachsen
des Festbettes und somit zu einer Verlagerung der oberen
Begrenzung desselben nach oben führt.
Es war bereits erläutert worden, daß das Einblasen von
sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel in das Festbett nach
kurzer Zeit zu einer erheblichen Temperaturerhöhung führt,
da der Kohlenstoff, der insbesondere im oberen Teil des
Festbettes befindlichen C-haltigen Partikel mit dem
Sauerstoff unter Bildung erheblicher Wärmemengen umgesetzt
wird oder werden. Dabei entstehen Temperaturspitzen, die
ein Schmelzen oder Sintern zumindest bestimmter Aschean
teile bewirken, so daß Anbackungen und Agglomeratbildungen
praktisch unvermeidbar sind. Hierbei ist zusätzlich zu
berücksichtigen, daß normalerweise im oberen Bereich des
Festbettes ohnehin eine Anreicherung an kohlenstoffhaltigen
Materialien vorhanden ist, so daß die Menge an mit dem
Sauerstoff des Vergasungsmittels umsetzbaren Kohlenstoff
normalerweise immer ausreichen wird, um eine zu den
vorbeschriebenen unerwünschten Folgen führende Temperatur
erhöhung zu bewirken. Diese Anreicherung an Kohlenstoff
enthaltenden Partikeln im oberen Bereich des Festbettes ist
insbesondere darauf zurückzuführen, daß normalerweise durch
das Festbett von unten nach oben ein Gas geleitet wird,
welches eine zu starke Verfestigung des Festbettes verhin
dern soll, ohne allerdings dieses soweit aufzulockern, daß
es die physikalischen Eigenschaften eines Wirbelbettes hat.
Bei diesem durch das Festbett geleiteten Gas, das ggf. auch
die Funktion eines Kühlmediums haben kann, handelt es sich
in vielen Fällen um ein endothermes Vergasungsmittel, also
beispielsweise CO2 oder Dampf.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren der einleitend
beschriebenen Art. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, dieses
Verfahren so zu verbessern, daß auch feste Brennstoffe
eingesetzt werden können, die einen stark schwankenden
Gehalt an nicht vergasbaren Feststoffen aufweisen, ohne daß
dadurch der störungsfreie Verlauf des Vergasungsverfahrens
eine merkliche Beeinträchtigung erfährt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß
die Geschwindigkeit, mit welcher die das Festbett bildenden
festen Vergasungsrückstände aus dem Vergasungsprozeß
abgezogen werden, in Abhängigkeit von der Höhe des Festbet
tes derartig geregelt wird, daß die obere Begrenzung des
Festbettes unterhalb jenes Bereiches bleibt, in welchem
sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel in den Vergasungsprozeß
eingeführt wird. Im Ergebnis bedeutet dies, daß die
Geschwindigkeit, mit welcher die festen Vergasungsrückstän
de aus dem Vergasungsprozeß bzw. dem Reaktor abgezogen
werden, abhängt vom Anteil der Menge der nicht umsetzbaren
Bestandteile des in den Vergasungsprozeß eingeführten
kohlenstoffhaltigen Materials. Da die Erfassung dieses
Anteils jedoch nicht oder nur mit großem Aufwand möglich
wäre, wird die Höhe des Festbettes erfaßt, und diese als
Regelgröße verwendet.
Als besonders zweckmäßig hat sich eine Verfahrensführung
herausgestellt, bei welcher als Meßwert zur Bestimmung der
Lage der oberen Begrenzung des Festbettes die Temperatur im
Festbettbereich verwendet wird. Eine derartige Verfahrens
weise beruht auf der Tatsache, daß die Temperatur im
Wirbelbett normalerweise höher ist als die im Festbett, und
zwar aufgrund der im Wirbelbett stattfindenden exothermen
Umsetzungen. Das Festbett ist demgegenüber merklich kühler.
Dies gilt insbesondere dann, wenn von der bereits erwähnten
Möglichkeit Gebrauch gemacht wird, ein endotherme Um
setzungen bewirkendes Vergasungsmittel durch das Festbett
strömen zu lassen, da die Umsetzungen dieses Vergasungs
mittels mit dem noch im Festbett vorhandenen kohlenstoff
haltigen Partikeln zu einer merklichen Temperaturver
ringerung führt. Im allgemeinen wird der Temperaturunter
schied zwischen Wirbelbett und oberem Abschnitt des
Festbettes in der Größenordnung von 100-300°C liegen.
Eine andere Möglichkeit sieht vor, als Meßwert zur
Feststellung der Lage der oberen Begrenzung des Festbettes
den Druckabfall längs des Festbettes zu verwenden.
Hierbei wird die Tatsache nutzbar gemacht, daß dieser
Druckabfall im Festbett merklich tiefer liegt als in einer
entsprechenden Strecke gleicher Höhe im Wirbelbett.
In der Zeichnung ist als bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Schema ein Längsschnitt durch einen
Wirbelbett-Vergaser dargestellt, wobei auf die Darstellung
der Nebenaggregate z. B. für die Reinigung des Produkt
gases, die Abführung der festen Vergasungsrückstände usw.
verzichtet wurde.
Der Vergasungsprozeß zur Herstellung von Synthesegas läuft
in einem Reaktor 10 ab, in dessen unterem, von oben nach
unten konisch sich verjüngenden Bereich 12 sich das
Wirbelbett (fluidisiertes Bett) 14 befindet. An dem
konischen Bereich 12 schließt sich bei dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel nach oben hin ein
zylindrischer Bereich 16 an, der die Nachvergasungszone 18
enthält.
An seinem unteren Ende geht der Reaktor 10 in ein Hosenrohr
20 über, dessen beide Abschnitte in eine Förder- und
Kühlschnecke 22 münden. Durch das Hosenrohr 20 und die
Schnecke 22 werden die festen Vergasungsrückstände abge
zogen, die sich unterhalb des Wirbelbettes 14 in einem
Festbett 24 sammeln.
Der zu vergasende feste Brennstoff wird durch eine Schnecke
26 aus einem Vorratsbehälter 28 in den Reaktor 10 einge
führt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispiel tritt der feste Brennstoff in einer merklichen
Entfernung unterhalb der oberen Begrenzung 30 des Wirbel
bettes 14 in letzteres ein.
Der Reaktor 10 ist mit mehreren Zuleitungen für gasförmige
Medien versehen. Die am weitesten unten befindlichen
Zuleitungen 32 münden in die beiden Abschnitte des Hosen
rohres 20. Sie dienen zur Zuführung eines gasförmigen
Mediums zur Auflockerung des Festbettes 24. Bei diesem
Medium kann es sich um ein endothermes Vergasungsmittel,
beispielsweise Dampf oder CO21 aber auch um ein inertes
Medium, z. B. Stickstoff, handeln. Letzteres kann z. B.
dann in Frage kommen, wenn das im Reaktor 10 hergestellte
Produktgas für die Ammoniak-Synthese verwendet wird.
In dem oberhalb des Hosenrohres 20 befindlichen konischen
Bereich 12 des Reaktors 10 sind sieben vertikale Abstände
voneinander aufweisende Ebenen vorgesehen, in denen
Vergasungsmittel in den Reaktor 10 eingeführt werden. Durch
die Zuleitungen 34, 36, 38 in den unteren drei Ebene wird
endotherme Umsetzung bewirkendes Vergasungsmittel zuge
führt. In den Zuleitungen 40, 41, 42, 43, die in darüber
befindlichen Ebenen liegen, werden Vergasungsmittel
zugeführt, die auch Sauerstoff enthalten.
Weitere Zuleitungen 44, 45, 46, 47 sind dem Nachreaktions
raum 18 zugeordnet. Durch sie werden normalerweise exo
therme und endotherme Umsetzungen bewirkende Vergasungsmit
tel in die Nachreaktionszone 18 eingeführt.
Der durch die Schnecke 26 in den Reaktor 10 eingeführte
feste Brennstoff gelangt zunächst in das Wirbelbett 14, in
welchem die Brennstoffpartikel durch die Vergasungsmittel,
die Entgasungsprodukte, durch Verdampfen des im Brennstoff
enthaltenen Wassers entstehenden Dampf und die Umsetzungs
produkte fluidisiert wird. Die sehr kleinen, also staubför
migen Bestandteile der in das Wirbelbett eingeführten
Brennstoffe werden verhältnismäßig schnell durch das die
obere Begrenzung des Wirbelbettes 30 nach oben durchströ
mende Gas in den Nachreaktionsraum 18 mitgerissen, in
welchem sie weitgehend umgesetzt werden. Das Ausmaß der
Zuführung von Vergasungsmittel in den Nachreaktionsraum 18
hinein hängt insbesondere ab von der Menge des im Nachre
aktionsraum 18 umzusetzenden Kohlenstoffes.
Die schwereren Partikel fallen nach unten durch das
Wirbelbett 14 hindurch auf das Festbett 24. Bei diesen
schwereren Partikeln kann es sich einmal um gröbere,
überwiegend kohlenstoffhaltige Partikel handeln, die zu
groß sind, als daß sie von dem das Wirbelbett von unten
nach oben strömenden Gas getragen werden könnten. Zum
anderen sedimentieren solche Partikel nach unten durch das
Wirbelbett 14 hindurch auf das Festbett 24, deren Gewicht
im Verhältnis zur Korngröße zu hoch ist. Es kann sich dabei
einmal um kohlenstoffhaltige Partikel mit hohem Aschegehalt
handeln. Es kann sich aber auch um solche Partikel wie z.
B. Sandkörner handeln, die ausschließlich aus nicht
vergasbaren Substanzen bestehen.
Das im Reaktor 10 erzeugte Produktgas wird durch eine nahe
dem oberen Ende des Reaktors 10 befindliche Leitung 50
abgezogen und nach Vorreinigung in einem Zyklon 52 nachge
ordneten Einrichtungen, z. B. für die Gasreinigung, zuge
führt. Die im Zyklon 52 abgeschiedenen Feststoffpartikel,
die im allgemeinen noch C enthalten, können über eine
Leitung 54 in das Wirbelbett 14 und somit in den Reaktor 10
zurückgeführt werden.
Im unteren Abschnitt des konischen Bereiches 12 sind
Temperaturfühler 57, 58, 59 in Ebenen angebracht, die
verhältnismäßig kleine vertikale Abstände voneinander
aufweisen.
Normalerweise, d. h. bei konstant bleibendem Anteil der
nicht vergasbaren Substanzen in dem über die Schnecke 26
zugeführten Brennstoff, würde die obere Begrenzung des
Festbettes 24 etwa im Bereich der Ebene 60 liegen, wobei
natürlich aufgrund der Tatsache, daß alle Feststoffteile im
Reaktor 10 in ständiger Bewegung sind, die obere Begrenzung
des Festbettes niemals genau in einer Ebene verlaufen wird.
Unmittelbar oberhalb des durch die Ebene 60 gekennzeichne
ten Bereiches sind die zuunterst befindlichen Düsen
angeordnet, durch die über die Zuleitung 34 endotherme
Umsetzungen bewirkendes Vergasungsmittel zugeführt wird.
Für alle Einblasebenen oder -bereiche gilt, daß die Düsen
vorteilhaft über den Umfang des Reaktors verteilt angeord
net sind.
Bei schwankendem Gehalt an nicht vergasbaren Stoffen in dem
in den Reaktor 10 eingeführten Brennstoff schwanken auch
die Anteile der Feststoffe, die in das Festbett 24 gelangen
und von dort über die Schnecke 22 abgezogen werden müssen.
Dieser Tatsache wird dadurch Rechnung getragen, daß im
unteren Teil des konischen Bereiches 12 ein Abschnitt 62
vorgesehen ist, der unterseitig durch die Ebene 60 und
obersseitig durch eine davon in einem Abstand befindliche
zweite Ebene 61 begrenzt ist. Dieser Abschitt 62 definiert
den Bereich, innerhalb dessen die Höhe es Festbettes 24 in
Abhängigkeit vom Anteil der im zugeführten Brennstoff
enthaltenen nicht vergasbarem Materialien variiert. D. h.,
daß in Abhängigkeit vom Anteil der nicht vergasbaren
Materialien der Abschnit 62 entweder vom Wirbelbett 14 oder
vom Festbett 24 oder in seinem oberen Bereich vom Wirbel
bett 14 und in seinem unteren Bereich vom Festbett 24
ausgefüllt ist.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der untere Temperaturfühler 59 etwa in Höhe der unteren
Begrenzung des Bereiches 62 angeordnet. Der obere Tempera
turfühler 57 liegt etwa in Höhe der Ebene 61, die die obere
Grenze des Schwankungsbereiches 62 definiert. Ein dritter
Temperaturfühler 58 ist etwa in der Mitte des vertikalen
Schwankungsbereiches 62 angeordnet. Die Temperaturfühler
57, 58 und 59 sind über Leitungen 64 und einem Regler 66
verbunden, der den Antrieb 68 der Förder- und Kühlschnecke
22 beeinflußt.
Wenn die obere Begrenzung des Festbettes 24 etwa in Höhe
der Ebene 60 liegt, wird der Temperaturfühler 59 eine
tiefere Temperatur anzeigen als die darüberangeordneten
Temperaturfühler 57 und 58, diesich dann im Bereich des
Wirbelbettes 14 befinden, das sich unter der genannten
Voraussetzung nach unten bis etwa zur Ebene 60 erstreckt.
Die Tatsache, daß im unteren Bereich des Wirbelbettes 14
durch die Zuführungen 34, 36, und 38 ausschließlich
endotherme Umsetzungen bewirkende Vergasungsmittel zu
geführt werden, ist dabei ohne Belang, da innerhalb des
Wirbelbettes weitgehend eine gleichmäßige Temperatur
vorhanden ist. Dies ist unter anderem darauf zurückzu
führen, daß die im oberen Bereich des Wirbelbettes 14 mit
dem Sauerstoff unter Wärmebildung umgesetzten Partikel
aufgrund ihrer durch den Fluidisiereffekt bewirkten
ständigen Bewegung auch in den unteren Teil des Wirbelbet
tes gelangen, so daß ein ständiger Temperaturausgleich
erfolgt; das Wirbelbett 14 zeichnet sich durch eine hohe
Wärmeleitfähigkeit aus.
Wenn der Anteil der nicht vergasbaren Materialien in der
über die Schnecke 26 zugeführten Kohle oder dgl. größer
wird, nimmt auch die Höhe des Festbettes 24 zu, wobei
unterstellt wird, daß die Förderschnecke 22 mit konstanter
Geschwindigkeit läuft. D. h., daß dessen obere Begrenzung
sich in Richtung auf die Ebene 61 bewegt. Sobald die
obere Begrenzung des Festbettes 24 in den Bereich des
Temperaturfühlers 58 gelangt, zeigt dieser eine Abnahme der
Temperatur an, die über den Regler 66 zu einer Beein
flussung des Antriebes 68 des Schneckenförderers 22 im
Sinne einer Erhöhung der Förderleistung benutzt wird. Damit
werden pro Zeiteinheit mehr feste Vergasungsrückstände aus
dem Festbett 24 ausgetragen. Wenn die erhöhte Förder
leistung der nunmehr mit dem Brennstoff in den Reaktor
eingeführten Menge an nicht vergasbaren Materialien
entspricht, wird die obere Begrenzung des Festbettes 24
etwa in Höhe des Temperaturfühlers 58 bleiben, bis sich die
Menge an zugeführten nicht vergasbaren Materialien wieder
ändert. Falls die erhöhte Fördergeschwindigkeit der
Förderschnecke 22 dazu führt, daß mehr feste Vergasungs
rückstände aus dem Festbett abgezogen werden als pro
Zeiteinheitan nicht vergasbaren Materialien mit dem
Brennstoff in den Reaktor eingeführt werden, sinkt die
obere Begrenzung des Festbettes 24, bis die untere Begren
zung des Wirbelbettes 14 den Temperaturfühler 59 er
reicht. Die dadurch im Bereich des Temperaturfühlers 59
bewirkte Temperaturerhöhung wird dann wieder über den
Regler 66 benutzt, die Fördergeschwindigkeit der Förder
schnecke 22 entsprechend zu reduzieren.
Wenn die durch das Ansteigen der oberen Begrenzung des
Festbettes 24 bis zum Temperaturfühler 58 bewirkte Steige
rung der Fördergeschwindigkeit der Förderschnecke 22 nicht
ausreicht, um ein weiteres Ansteigen des Festbettes zu
verhindern, wird dieses, wenn die Zufuhr einer entsprechend
größeren Menge an nicht vergasbaren Materialien anhält,
nach einer bestimmten Zeit den oberen Temperaturfühler 57
erreichen, der die durch das Ansteigen des Festbettes in
diesem Bereich bewirkte Verringerung der Temperatur
feststellt und über den Regler 66 eine nochmalige Erhöhung
der Fördergeschwindigkeit der Förderschnecke 22 bewirkt, so
daß in jedem Fall ein Ansteigen des Festbettes 24 bis in
den Bereich, in den exothermes Vergasungsmittel, beispiels
weise durch die Zuleitung 40, in den Reaktor 10 eingeführt
wird, vermieden wird.
Es bedarf keiner Erläuterung, daß Anzahl und Anordnung der
Temperaturfühler in Abhängigkeit von den jeweiligen
Gegebenheiten, insbesondere der gewünschten Regelgenauig
keit und der Höhe des Schwankungsbereiches 62 gewählt
werden können.
Insbesondere bei stärkerem Ansteigen des Festbettes 24, z.
B. bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei
spiel bis in den Bereich oberhalb der Zuführung 36 für
Vergasungsmittel hinein, können auch Zustände eintreten,
die zwischen denen eines Wirbelbettes und denen eines
Festbettes liegen. In jedem Fall wird, wenn das Festbett 24
die durch die Ebene 60 gekennzeichnete untere Grenze des
Schwankungsbereiches 62 übersteigt,dieses eine gewisse
Auflockerung durch das durch die Zuleitung 34 und ggf. auch
die Zuleitung 36 zugeführte Vergasungsmittel erfahren. Dies
wird jedoch normalerweise nicht zu einem fluidisierten
Zustand führen, da, selbst im oberen Bereich des Festbettes
24, der Anteil an Partikeln, die zu schwer sind, als daß
sie in einen fluidisierten Zustand gebracht werden könnten,
überwiegt. Immerhin besteht aber die Möglichkeit, daß
leichtere Partikel, die bereits ins Festbett sedimentiert
waren, durch das die Zuleitungen 34 und ggf. 36 zugeführte
Vergasungsmittel wieder nach oben in das Wirbelbett
getragen werden, wodurch ebenfalls eine Herabsetzung der
oberen Begrenzung des Wirbelbettes 24 erreicht wird.
Derartige Zwischenzustände üben auf die angestrebte
Regelung der Festbetthöhe keine nachteiligen Einflüsse aus,
da sie den durch die Regeleingriffe verursachten Änderungen
nicht entgegenwirken, normalerweise vielmehr in deren Sinn
wirken.
Anstelle der vorgesehenen Temperaturfühler 57 bis 59 können
auch Meßwertgeber vorgesehen sein, die den Druck erfassen,
der in diesem Bereich des Reaktors 10 herrscht. Bei der
Verwendung von Druckmeßgebern wird von der Tatsache
Gebrauch gemacht, daß sich örtliche Druckunterschiede
einstellen, die analog den vorbeschriebenen Temperatur
unterschieden sind.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus festen
Brennstoffen bei erhöhtem Druck in einem Wirbelbett unter
Verwendung von endotherm und exotherm reagierenden Ver
gasungsmitteln, wobei oberhalb des Wirbelbettes ein
Nachvergasungsraum und unterhalb des Wirbelbettes ein
Festbett aus den festen Vergasungsrückständen angeordnet
ist und die Brennstoffe in das Wirbelbett eingeführt, die
festen Vergasungsrückstsände aus dem Festbett abgezogen
und das erzeugte Synthesegas aus dem Nachvergasungsraum
abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsge
schwindigkeit, mit welcher die das Festbett bildenden
festen Vergasungsrückstände aus dem Vergasungsprozess
abgezogen werden, in Abhängigkeit von der Höhe des Fest
bettes derart geregelt wird, daß die obere Begrenzung des
Festbettes unterhalb jenes Bereiches bleibt, in welchem
sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel in den Vergasungsprozeß
eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Meßwert zur Bestimmung der Lage der oberen Begrenzung
des Festbettes die Temperatur im Festbettbereich verwendet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Meßwert zur Feststellung der Lage der oberen Be
grenzung des Festbettes der Druck in diesem Bereich
verwendet wird.
4. Reaktor zur Herstellung von Synthesegas aus festen
Brennstoffen unter Verwendung von endotherm und exotherm
reagierenden Vergasungsmitteln mit einem Wirbelbett, einem
darüber angeordneten Nachvergasungsraum und einem unterhalb
des Wirbelbettes befindlichen Festbett aus den festen
Vergasungsrückständen und mit einer Einrichtung zum
Einführen der festen Brennstoffen in das im Reaktor
befindliche Wirbelbett und einer Einrichtung zum Abziehen
der festen Vergasungsrückstände aus dem Festbett, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reaktor mit Einrichtungen zum
Feststellen der Lage der Grenze zwischen Wirbelbett (14)
und Festbett (24) versehen ist und die Einrichtung zum
Abziehen der festen Vergasungsrückstände in Abhängigkeit
von der Lage dieser Grenze geregelt wird.
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