DE3820013C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gemeinsamen Vergasung von in einem fluiden Medium suspendierten festen, staubförmigen Brennstoff und aschehaltigem flüssigen Brennstoff in einem Vergasungsreaktor, der für die Partialoxidation fester, staubförmiger Brennstoffe mit technischem Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf unter erhöhtem Druck in einer Flammenreaktion ausgelegt ist.The invention relates to a method for joint gasification of solid, dust-like suspended in a fluid medium Fuel and ash-containing liquid fuel in a gasification reactor which is more solid, dust-like fuels with technical oxygen and optionally Water vapor under elevated pressure in a flame reaction is designed.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von wasserstoff- und kohlenmonoxidreichen Rohgasen durch autotherme Partialoxidation flüssiger Brennstoffe mit Sauerstoff in einer Flammenreaktion sind beschrieben in "Chemiker-Zeitung" 3 (1972), Seiten 123 bis 134, "Chemical Economy and Engineering Review" 5 (1973), Seiten 22 bis 28, "Ullmann, Enzyklopädie der technischen Chemie", Band 14 (1977), Seiten 395 und 396 und in der Patentschrift DE OS 32 42 699. All diesen Verfahren ist gemeinsam, daß der flüssige Brennstoff und der zur autothermen Partialoxidation des Brennstoffs benötigte technische Sauerstoff über einen oder mehrere Brenner einem durch feuerfestes Mauerwerk umgrenzten, freien Reaktionsraum innerhalb eines Reaktorgehäuses zugeführt werden, auch dann, wenn zwei verschiedene Brennstoffqualitäten, wie zum Beispiel Kohlenstaub und Öl oder Erdgas und Öl, in einem Reaktor vergast werden (DE-OS 35 34 015). Der Umsatz erfolgt als Flammenreaktion, wobei das glühende feuerfeste Mauerwerk als permanente Zündquelle wirkt.Known process for the preparation of hydrogen and carbon monoxide rich Crude gases by autothermal partial oxidation liquid Are fuels with oxygen in a flame reaction described in "Chemiker-Zeitung" 3 (1972), pages 123 to 134, "Chemical Economy and Engineering Review" 5 (1973), p. 22 to 28, "Ullmann, Enzyklopadie der technischen Chemie", Volume 14 (1977), pages 395 and 396 and in the patent DE OS 32 42 699. All these methods have in common that the liquid fuel and needed for the autothermal partial oxidation of the fuel technical oxygen via one or more burners an enclosed by refractory masonry, free reaction space be supplied within a reactor housing, too then, if two different fuel qualities, such as Example coal dust and oil or natural gas and oil, in one Be gasified reactor (DE-OS 35 34 015). The turnover takes place as a flame reaction, being the glowing refractory masonry acts as a permanent ignition source.

In Kohleveredlungswerken und Raffinerien fallen flüssige Kohlenwasserstoff-Rückstände mit hohen Gehalten an Staub und mineralischen Bestandteilen (Asche), wie staubhaltige Teerrückstände oder Hydrierrückstände, an. Die Anwendung der obengenannten Verfahren für die Verwertung solcher aschehaltigen Rückstände ist problematisch, vielfach sogar unmöglich, weil die bei der Flammenreaktion entstehende flüssige Schlacke das feuerfeste Mauerwerk der Reaktoren infiltriert und dieses zerstört.Coal refineries and refineries are liquid Hydrocarbon residues with high levels of dust and mineral components (ash), such as dusty Tar residues or hydrogenation residues,  on. The application the above-mentioned process for the recovery of such ash-containing Residues are problematic, in many cases even impossible because the resulting in the flame reaction liquid Slag infiltrates the refractory masonry of the reactors and this destroyed.

Es sind zum Beispiel für die Vergasung fester, staubförmiger Brennstoffe mit technischem Sauerstoff nach dem Prinzip der Partialoxidation Reaktoren bekannt, deren Reaktionsraumkontur gekühlt ist und beispielsweise aus wendelartig angeordneten, mit Druckwasser beaufschlagten Rohren besteht, die reaktionsraumseitig bestiftet und mit einer dünnen Stampfmassenschicht belegt sind. Solche Reaktoren widerstehen dem Angriff flüssiger Schlacke. Die stark gekühlte Reaktionstemperatur erfüllt jedoch nicht die Funktion einer permanenten Zündquelle, die nach kurzzeitigen Störungen in der Brennstoffzuführung eine sofortige Neuzündung und damit den gefahrlosen Weiterbetrieb sichern soll.For example, for gasification, they are firmer, more dusty Fuels with technical oxygen according to the principle of Partialoxidation reactors known whose reaction space contour is cooled and arranged, for example, from helical, pressurized water pipes, the reaction chamber side donated and with a thin ramming layer are occupied. Such reactors resist the attack more fluidly Slag. The strongly cooled reaction temperature met However, not the function of a permanent ignition source, the after brief disturbances in the fuel supply one immediate re-ignition and thus the safe continued operation should secure.

Flüssige Rückstände der Kohleveredlung oder Erdölverarbeitung fallen in schwankender Menge und mit schwankender Qualität an. Es ist auch nicht auszuschließen, daß durch Entmischungen kurzzeitig ein Wasserpfropfen in der Zuleitung zu einer Verwertungseinrichtung gefördert wird. Die Verwendung eines Reaktors mit gekühlter Reaktionstemperatur wäre deshalb mit einem sehr aufwendigen Sicherheitssystem insbesondere zur Überwachung der Qualität und des Mengenflusses des flüssigen, aschehaltigen Rückstandes auszurüsten, das zur Vermeidung gefährlicher Sauerstoffdurchbrüche durch beispielsweise Qualitätsverschlechterung des flüssigen, aschehaltigen Rückstandes schon bei relativ kurzzeitigen Abweichungen von der Norm zur Abschaltung der Anlage führen müßte.Liquid residues of coal refinement or petroleum processing accumulate in fluctuating quantities and with varying quality. It is also not excluded that by segregation briefly a Wasserpfropfen in the supply line to a utilization device is encouraged. The use of a reactor with cooled reaction temperature would therefore be with a very complex security system, in particular for monitoring the quality and quantity flow of the liquid, ashes To equip the residue, to avoid dangerous oxygen breakthroughs for example due to quality deterioration the liquid, ash-containing residue already at relative short - term deviations from the standard for switching off the Plant would have to lead.

In einem anderen Verfahren (DE-OS 27 43 865) zur Verwertung von Rückständen aus der Kohleverflüssigung wird aus diesen Rückständen in Gegenwart von Erdalkaliverbindungen zunächst Koks erzeugt, der dann mit Wasserdampf vergast wird. Eine solche Aufarbeitung des flüssigen Rückstandes ist, soweit überhaupt möglich, mit erheblichem Aufwand verbunden.In another method (DE-OS 27 43 865) for the recovery of Residues from the coal liquefaction will be from these residues in the presence of alkaline earth compounds, first coke produced, which is then gasified with water vapor. Such Work-up of the liquid residue is, if at all possible, connected with considerable effort.

Das Ziel der Erfindung ist eine wirtschaftlich günstige und verbundwirtschaftlich flexible Vergasung brennbarer, aber aschehaltiger flüssiger Rückstände bei voller Gewährleistung der technischen Sicherheit.The object of the invention is an economically favorable and technically flexible gasification combustible, but ashy liquid residues with full warranty technical safety.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sicherheitstechnisch, regelungstechnisch und technologisch einfaches Verfahren zur Vergasung von brennbaren, aber aschehaltigen Rückständen, vorzugsweise aschereichen Teeröl-Rückständen der Kohleveredlung zu entwickeln.The invention is based on the object, a safety, control technology and technologically simple Process for the gasification of flammable but ash-containing Residues, preferably ash-rich tar oil residues to develop the coal refinement.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der aschereiche flüssige Brennstoff einem Vergasungsreaktor zugeführt wird, dessen Reaktionsraum eine gekühlte Kontur aufweist und dem gleichzeitig durch mindestens einen Kohlenstoffbrenner ein in einem fluiden Medium suspendierter staubförmiger Brennstoff zusammen mit technischem Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf zugeführt wird, und daß der aschehaltige flüssige Brennstoff gemeinsam mit dem staubförmigen Brennstoff nach dem Prinzip der autothermen Partialoxidation, vorzugsweise unter erhöhtem Druck von zum Beispiel 3,0 MPa vergast wird.According to the invention, this object is achieved by the ash-rich liquid fuel is a gasification reactor is supplied, the reaction space is a cooled Contour and at the same time by at least one Carbon burner a suspended in a fluid medium dusty fuel together with technical oxygen and optionally steam is supplied, and that the ashy liquid fuel together with the dusty Fuel according to the principle of autothermal partial oxidation, preferably under elevated pressure of, for example 3.0 MPa is gasified.

Erfindungsgemäß erfolgt die Zuführung des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes zum Vergasungsreaktor über eine separate, von dem/den Kohlenstaubbrennern für die Zuführung des staubförmigen Brennstoffes und des technischen Sauerstoffes unabhängige Zuführungseinrichtung derart, daß der aschehaltige flüssige Brennstoff mit Wasserdampf im Vergasungsreaktor zerstäubt wird und der Wasserdampf weiterhin als Spülmedium für die Zuführungseinrichtung für den aschehaltigen flüssigen Brennstoff verwendet wird, wenn der Vergasungsreaktor in Betrieb genommen wird oder wenn zwar in einem fluiden Trägermedium suspendierter, fester, staubförmiger Brennstoff, nicht aber aschehaltiger flüssiger Brennstoff vergast werden soll.According to the invention, the supply of ash-containing liquid fuel to the gasification reactor via a separate from the coal dust burner (s) of dusty fuel and technical oxygen independent feeding device such that the ashy liquid fuel with water vapor in the gasification reactor is atomized and the water vapor continues as rinsing medium for the feeding device for the ash-containing liquid fuel is used when the gasification reactor is put into operation or if in a solid, dust-like suspension suspended in a fluid carrier medium Fuel, but not ashy liquid fuel to be gassed.

Erfindungsgemäß wird der Zuführungseinrichtung für den aschehaltigen flüssigen Brennstoff nur noch Wasserdampf, aber kein technischer Sauerstoff zugeführt. Der für die Partialoxidation des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes benötigte technische Sauerstoff wird gemeinsam mit dem zur Vergasung des festen, staubförmigen Brennstoffes benötigten technischen Sauerstoff mittels einer gemeinsamen Sauerstoffmengenmessung und -regelung über den/die Kohlenstaubbrenner dem Vergasungsreaktor zugeführt.According to the invention, the supply device for the ash-containing liquid fuel only water vapor, but no supplied with technical oxygen. The one for the partial oxidation the ash-containing liquid fuel needed technical Oxygen is used together with the gasification of the solid, dusty fuel needed technical oxygen by means of a common oxygen quantity measurement and control fed via the / the pulverized coal burner to the gasification reactor.

Erfindungsgemäß müssen bei der gemeinsamen Vergasung von in einem fluiden Trägermedium suspendierten festen, staubförmigen Brennstoff und aschehaltigem flüssigem Brennstoff aus Gründen der technischen Sicherheit folgende Bedingungen eingehalten werden:According to the invention, in the common gasification of in solid, dust-like suspended in a fluid carrier medium Fuel and ashy liquid fuel for reasons technical safety, the following conditions are met become:

wobei das Verhältnis (_o/_s)_Max von einem übergeordneten Sicherheitssystem überwacht wird.
_F [kg/h] Massenstrom des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes
_s [kg/h] Massenstrom des staubförmigen Brennstoffes
L_F, L_s Theoretischer Sauerstoffbedarf für eine vollständige Verbrennung der Brennstoffe
_o [m³ i.N./h] Maximal zulässiger Volumenstrom reiner Sauerstoff zu dem (den) Kohlenstaubbrenner(n)wherein the ratio ( _o / _s ) _{Max is} monitored by a higher level security system.
_F [kg / h] mass flow of ash-containing liquid fuel
_s [kg / h] Mass flow of dusty fuel
L _F , L _s Theoretical oxygen demand for a complete combustion of the fuels
_o [m³ iN / h] Maximum permissible volume flow of pure oxygen to the pulverized coal burner (s)

Bei Einhaltung dieser Bedingungen ist eine Verwertung aschehaltiger flüssiger Rückstände durch Vergasung bei voller Gewährleistung der technischen Sicherheit möglich, ohne daß die momentanen Meßwerte von Qualität und Mengenstrom des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes in das Sicherheitssystem eingebunden werden müssen. Ein für das Sicherheitssystem geeignetes Überwachungsverfahren der Qualität des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes müßte mit Totzeiten von maximal 1 s arbeiten, was allenfalls nur mit extrem hohem Aufwand erreichbar wäre.If these conditions are met, recovery is more ash-containing liquid residues due to gasification at full warranty technical safety possible without the instantaneous measurements of quality and flow rate of ashes liquid fuel integrated into the safety system Need to become. One suitable for the security system Monitoring method of the quality of ash-containing liquid Fuel would have to work with dead times of a maximum of 1 s, which would be achievable only with extremely high effort.

Bei einem kurzzeitigen Ausfall des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes (beispielsweise durch Förderung eines Wasserpfropfens) wird der für die Vergasung des aschehaltigen flüssigen Rückstandes bestimmte Sauerstoff voll durch den staubförmigen Brennstoff (unter Bildung von H₂O und CO₂) gebunden, ohne daß Sauerstoff in die dem Vergasungsreaktor nachgeschalteten Anlagen gelangen kann.In the case of a short-term loss of ash-containing liquid Fuel (for example, by pumping a water plug) is the one for the gasification of the ash-containing liquid Residual certain oxygen full through the dusty Fuel (forming H₂O and CO₂), without oxygen in the downstream of the gasification reactor Can reach plants.

In einem Vergasungsreaktor 1, dessen Reaktionsraumkontur durch eine mit Druckwasser durchflossene Rohrwandkonstruktion 2 gebildet wird, die reaktionsraumseitig durch eine dünne Stampfmassenschicht geschützt wird, erfolgt die Vergasung von Braunkohlenstaub mit technischem Sauerstoff (x_O₂ = 0,95) und Wasserdampf in einer Flammenreaktion unter Bedingungen der autothermen Partialoxidation bei Reaktionsraumtemperaturen von 1400 bis 1800°C und bei einem Druck von 2,5 bis 3,0 MPa(Ü) zu einem wasserstoff- und kohlenmonoxidreichen Rohgas. Der mit Stickstoff fluidisierte Braunkohlenstaub, der einen mittleren theoretischen Sauerstoffbedarf von L_s = 1,2 m³ i.N./kg hat, der technische Sauerstoff und der Wasserdampf werden über einen Kohlenstaubbrenner 3 dem Reaktionsraum zugeführt. Der Kohlenstaubbrenner 3 ist für eine Leistung von 15 bis 30 t/h Braunkohlenstaub, 8000 bis 16 000 m³ i.N./h technischem Sauerstoff und 1 bis 3 t/h Wasserdampf ausgelegt.In a gasification reactor 1 , the reaction chamber contour is formed by a pressure-water flowed pipe wall construction 2 , the reaction chamber side is protected by a thin ramming layer, the gasification of lignite dust with technical oxygen (x _O₂ = 0.95) and steam in a flame reaction under conditions of autothermal partial oxidation at reaction space temperatures of 1400 to 1800 ° C and at a pressure of 2.5 to 3.0 MPa (U) to a hydrogen and carbon monoxide rich crude gas. The lignite dust fluidized with nitrogen, which has an average theoretical oxygen requirement of L _s = 1.2 m 3 iN / kg, the technical oxygen and the water vapor are fed via a pulverized coal burner 3 to the reaction space. The pulverized coal burner 3 is designed for an output of 15 to 30 t / h of lignite dust, 8000 to 16,000 m³ / h of technical oxygen and 1 to 3 t / h of steam.

Aus verbundwirtschaftlichen Gründen ist es erforderlich, einen aschereichen Teeröl-Rückstand der ZusammensetzungFor reasons of network economy, it is necessary an ash-rich tar oil residue of the composition

CC 70-78 Gew.-%70-78% by weight HH 8-10 Gew.-%8-10% by weight OO 4-6 Gew.-%4-6% by weight SS 0,5-1 Gew.-%0.5-1% by weight NN 0,5-1 Gew.-%0.5-1% by weight H₂OH₂O 1-2 Gew.-%1-2% by weight Ascheash 5-15 Gew.-%5-15% by weight

mit einem mittleren theoretischen Sauerstoffbedarf von L_F = 1,8 m³ i.N./kg wechselnder Menge gemeinsam mit Kohlenstaub zu vergasen.with an average theoretical oxygen demand of L _F = 1.8 m³ / kg of alternating quantity together with pulverized coal.

Die Zuführung des durch vorherige Erwärmung fließfähig gemachten Teeröls zum Vergasungsreaktor erfolgt gemeinsam mit Wasserdampf über eine Zuführungseinrichtung 4 (Fig. 1).The feed of the tar oil made fluid by prior heating to the gasification reactor takes place together with steam via a feed device 4 ( FIG. 1).

Die Reaktionsbedingungen sind durch die Menge an technischem Sauerstoff O₂ (F 6), die Braunkohlenstaubmenge _s (F 7) und die Teerölmenge M_F (F 8) so einzuregulieren, daß der Wert λ_Soll im Reaktionsraum im Bereich von λ_Soll = 0,40 liegt. Zur Gewährleistung der technischen Sicherheit wird der maximal zulässige λ-Wert zu λ_Max = 0,80 festgelegt.The reaction conditions are by the amount of technical oxygen O₂ (F 6), the lignite dust amount _s (F 7) and the tar oil amount M _F (F 8) to regulate so that the value λ _target in the reaction space in the range of λ _target = 0.40 lies. To ensure technical safety, the maximum permissible λ value is set to λ _Max = 0.80.

Auf Grund der Qualitäten der eingesetzten Brennstoffe Braunkohlenstaub und Teeröl und des technischen Sauerstoffes und bei Beachtung der reaktions- und sicherheitstechnischen Erfordernisse darf das Verhältnis von technischer Sauerstoffmenge _O₂ (F 6) zu Kohlenstaubmenge _s (F 7) maximalDue to the qualities of the fuels used lignite dust and tar oil and the technical oxygen and in compliance with the reaction and safety requirements, the ratio of technical oxygen _{amount O₂} (F 6) to coal dust _s (F 7) maximum

sein.his.

Dieser maximal zulässige Wert des Verhältnisses wird mittels Fr 9 von einem übergeordneten Sicherheitssystem 10 (Fig. 1) überwacht. This maximum permissible value of the ratio is monitored by means of Fr 9 from a higher-level security system 10 ( FIG. 1).

Für das Betriebsregime des Vergasungsreaktors wird ein Mengenverhältnis von technischem Sauerstoff und Braunkohlenstaub von 80% des sicherheitstechnisch zulässigen Maximalwertes (_O₂/_s)_Max, also 0,80 m³ i.N./kg festgelegt, woraus sich bei Beachtung der ForderungFor the operating regime of the gasification reactor, a ratio of technical oxygen and lignite dust of 80% of the maximum permissible safety value ( _O₂ / _s ) _Max , ie 0.80 m³ iN / kg set, resulting in respect of the requirement

ein maximal mögliches Mengenverhältnis von Teeröl zu Braunkohlenstaub von 0,39 kg/kg ergibt.a maximum possible ratio of tar oil to lignite dust of 0.39 kg / kg.

In der nachstehenden Tabelle 1 sind einige Beispiele für Betriebsvarianten des Vergasungsreaktors unter Beachtung der Leistung des Kohlenstaubbrenners dargestellt:In Table 1 below are some examples of Operating variants of the gasification reactor under consideration the performance of the pulverized coal burner shown:

Tabelle 1 Table 1

In den Beispielen Nr. 1 und Nr. 6 wird die Zuführungsvorrichtung für Teeröl 4 (Fig. 1) zur Gewährleistung der technologisch richtigen Strömungsrichtung nur mit Wasserdampf der Menge F11 gespült.In Example Nos. 1 and 6, the tar oil supply device 4 ( Fig. 1) is purged only with steam of the amount F11 to ensure the technologically correct flow direction.

Claims (2)

1. Verfahren zur gemeinsamen Vergasung von einem in einem fluiden Medium suspendierten festen, staubförmigen Brennstoff und einem aschehaltigen flüssigen Brennstoff nach dem Prinzip der autothermen Partialoxidation unter erhöhtem Druck in einem Vergasungsreaktor mit gekühlter Reaktionsraumkontur, wobei der staubförmige Brennstoff und der technische Sauerstoff über mindestens einen Kohlenstaubbrenner in den Reaktionsraum eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der aschehaltige flüssige Brennstoff separat und unabhängig von dem (den) Brenner(n) so zusammen mit Wasserdampf über eine Zuführungseinrichtung dem Reaktionsraum zugeführt wird, daß der Wasserdampf eine Zerstäubung des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes herbeiführt und zugleich als Spülmedium für die Zuführungseinrichtung dient, und daß der für die autotherme Partialoxidation des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes benötigte technische Sauerstoff gemeinsam mit dem zur Vergasung des staubförmigen Brennstoffes bestimmten Sauerstoff mittels einer gemeinsamen Sauerstoffdurchflußmessung und -regelung über den/die Kohlenstaubbrenner dem Vergasungsreaktor zugeführt wird.1. A process for the common gasification of a suspended in a fluid medium solid, dusty fuel and a ash-containing liquid fuel according to the principle of autothermal partial oxidation under elevated pressure in a gasification reactor with cooled reaction space contour, wherein the dusty fuel and the technical oxygen via at least one pulverized coal burner be introduced into the reaction space, characterized in that the ash-containing liquid fuel separately and independently of the (the) burner (s) is supplied together with water vapor via a supply means to the reaction space, that the water vapor atomization of the ash-containing liquid fuel causes and at the same time serves as a rinsing medium for the supply device, and that required for the autothermal partial oxidation of the ash-containing liquid fuel technical oxygen together with the for gasification of the dust-like n Brennstoffes certain oxygen is supplied to the gasification reactor via a common Sauerstoffdurchflußmessung and control over the / the pulverized coal burner. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Vergasung von festem, staubförmigem Brennstoff und aschehaltigem flüssigem Brennstoff unter den folgenden Bedingungen erfolgt: wobei gilt und das Verhältnis (_o/_s)_Max von einem übergeordneten Sicherheitssystem überwacht wird.
_F, _s Massenströme des aschehaltigen flüssigen und des festen, staubförmigen Brennstoffes
L_F, L_s Theoretischer Sauerstoffbedarf des aschehaltigen flüssigen und des festen, staubförmigen Brennstoffes
_o Maximal zulässiger Volumenstrom reiner Sauerstoff zu dem (den) Brenner(n).2. The method according to claim 1, characterized in that the common gasification of solid, pulverulent fuel and ash-containing liquid fuel under the following conditions: where is true and the ratio ( _o / _s ) _{Max is} monitored by a higher level security system.
_F , _s mass flows of ashy liquid and solid, dusty fuel
L _F , L _s Theoretical oxygen demand of the ash-containing liquid and the solid, dusty fuel
_o Maximum permissible volume flow of pure oxygen to the burner (s).