DD208602A5

DD208602A5 - Verfahren und vorrichtung zur hydrierenden vergasung von kohle

Info

Publication number: DD208602A5
Application number: DD82244350A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Bulang
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1981-10-29
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1984-04-04
Also published as: FR2515637B1; DE3142888A1; GB2108524A; FR2515637A1; JPS5930891A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Vergasung von Kohle, Torf oder Biomasse mit einem Vergasungsreakor. Ziel der Erfindung ist es, Energie einzusparen sowie den Material- und Arbeitsaufwand und den Anteil an schaedlichen Stoffen im Rauchgas zu reduzieren. Die Aufgabe besteht darin, ein energiesparendes Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrierenden Vergasung zu schaffen. Erfindungsgemaess ist der Vergasungsreaktor und der Zugehoerige Gaserzeugungskreislauf mit einer Kraftwerksanlage kombiniert derart, dass die Brennkammer des Kraftwerkes mit dem Restkoks aus dem Reaktor gespeist wird, dass die Hochtemperaturwaerme aus der Brennkammer fuer die Erzeugung von Wasserstoff fuer den Vergasungsprozess genutzt wird.

Description

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13.1.8

Verfahren und Vorrichtung zur hydrierenden Vergasung von Kohle

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrierenden Vergasung von Kohle, Torf oder Biomasse mit einem Vergasungßreaktor.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein Vergasungsreaktor dient zur Erzeugung von Methan (CHL) aus Rohkohle. Zu diesem Zweck wird die Rohkohle im Reaktor teilweise mit Wasserstoff bei 100 bar vergast» Der erforderliche Wasserstoff wird in einem Gaserzeugungs-Kreislauf unter Verwendung eines Anteiles des erzeugten CH. und unter Aufnahme von Hochtemperatur-Prozeßwärme kontinuierlich erzeugt. Hierzu werden üblicherweise speziell dafür vorgesehene Brennkammern verwendet, die mit der üblicherweise erhältlichen Primärenergie, insbesondere Kohle, gespeist werden»

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Energie bei der hydrierenden Vergasung von Kohle einzusparen sowie den Material- und Arbeitsaufwand und den Anteil an schädlichen Stoffen im Rauchgas zu reduzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieaparendes Verfahren zur hydrierenden Vergasung zu schaffen.

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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die für die Vergasung erforderliche Prozeßwärme durch Verbrennung des Restkoks aus dem Vergasungsreaktor erzeugt wird.

Hierdurch wird die gesonderte Primärenergie durch den Restkok.s aus dem Reaktor, der üblicherweise als Abfallprodukt abfällt, ersetzt, womit nicht nur eine bemerkenswerte Energie einsparung, sondern auch eine wesentliche Minderung der Umweltbelastung erreicht wird. Außerdem wird der Abtransport von Abfall-Restkoks verringert.

Im Vergasungaprozeß findet gleichzeitig mit der Methanbildung eine Entschwefelung der Kohle und eine Bindung des Stickstoffes statt, so daß bei der Verbrennung des Restkoks ein schwefel- und stickstoffoxidfreies Rauchgas entsteht«

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird für die Verbrennung des Restkoks die Brennkammer eines Kraftwerkes verwendet. Dabei ist die Brennkammer in eine Zone hoher Temperatur zur Prozeßwärmeerzeugung und in eine Zone niedrigerer Temperatur unterteilt.

Hierdurch ist gleichzeitig ein umweltfreundliches Kraftwerk geschaffen, dessen Rauchgas arm an schädlichen Stoffen ist.

Zur Nutzung der Prozeßwärme bei möglichst hoher Temperatur wird vorzugsweise ein Spaltreaktor mit einem Katalysator. in._;, der Heißzone der Brennkammer des Kraftwerkes angeordnet.

An dem Katalysator erfolgt die für den Vergasungsprozeß erforderliche Spaltung eines Teiles des produzierten Methans« Die hierzu benötigte Wärmeenergie höheren Temperaturniveaus wird in der Heißzone des Rauchgases entnommen. Dieses hat den Vor-

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teil, daß im Kraftwerk die wertvolle Hochtemperaturwärme, die normalerweise verloren geht, für den Gaserzeuger-Kreislauf genützt wird. Durch die Kombination der hydrierenden Vergasung mit einem Kraftwerk ist somit ein wesentlicher Beitrag zur Energieeinsparung gewonnen, der nicht nur den Wirkungsgrad eines Vergasungsreaktor, sondern gleichzeitig eines Kraftwerkes um einen bedeutenden Wert steigert.

Eine besonders gute Wärmeübertragung von der Kraftwerk-Brennkammer auf den Gaserzeuger-Kreislauf kann dadurch erreicht werden, wenn ein bekannter Röhrenspaltreaktor mii geeignetem Katalysator verwendet wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der für den Gaserzeuger-Kreislauf erforderliche Dampf aus der Dampfanlage des Kraftwerkes entnommen.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens weist eine Brennkammer auf, die mit dem Restkoksausgang des Vergaserreaktors verbunden ist. Sie enthält weiterhin einen Spaltreaktor, In dem bei hoher Temperatur die Prozeßwärme bezogen wird. Dabei ist die genannte Brennkammer die Brennkammer eines Kraftwerkes, Besonders vorteilhaft ist, daß der Vergasungsreaktor mit dem zugehörigen Gaserzeugungs-Kreislauf und dem Kraftwerk eine Baueinheit bildet. In weiterer Ausgestaltung der Anlage ist der Dampfkreislauf für den Vergasungsprozeß im Dampfkreislauf des Kraftwerkes integriert.

Hierdurch entfallen gesonderte Dämpferzeuger,-was sowohl eine Verminderung der Baugröße als auch Material und Arbeitseinsparung mit sich zieht. Außerdem vereinfacht diese Maßnahme die Verwirklichung einer kompakten Baueinheit Vergaser-Kraftwerk O

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Ausftihrungabeispiel

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematiach dargestellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist eine kombinierte Vergasungs-Kraftwerk-Anlage, bestehend aus einer mit gestrichelten Linien zusammengefaßten Vergasungsanlage 10 und einem mit strichpunktierten Linien zusammengefaßten Kraftwerk 11.

Die Erzeugung von CH. erfolgt ini/einem. Reaktor 12, in dem getrocknete Rohkohle 13 teilweise mit Wasserstoff bei einem Druck von ca. 100 bar vergast wird, Hierbei verbindet sich sowohl der Kohlenstoff als auch das Schwefel, der Stickstoff, der Sauerstoff, die in der Kohle enthalten sind, mit Wasserstoff zu wasserstoffhalt igen Verbindungen, die über eine Leitung 14 in eine Gasreinigungsvorrichtung 15 geleitet werden. In der Gasreinigungsvorrichtung 15 werden die Verbindungen getrennt und abgeführt. Die Restgase nach der Entfernung von Mo und H₂S gelangen in eine Tieftemperatur-Trennanlage 16, in der Restwasserstoff und eventuell GO₂ abgetrennt wird«, Das auf diese Weise getrennte CH. wird schließlich über eine Entspannungsturbine 17 einem nicht dargestellten Speicher oder Verbraucher zugeleitet.

Ein Teil des auf ca. 50 bar entspannten synthetisierten CH, wird zur Erzeugung des für den Vergasungsprozeß erforderlichen Wasserstoffes über. e^@^_:!ß|^^:t||^gtT^a^^2W^-^^e "Öäs 'abgezweigte CH. wird mit Wasserdampf zersetzt und anschließend in einem Hochtemperatur-Wärmetauscher 20 erhitzt. Das erhitzte Dampf-Methangemisch wird durch einen Röhrenspaltreaktor 21 geführt, in dem das Gemisch an einem Nickelkatalysator in Kohlenmonoxid und Wasserstoff gespalten wird. Diewer Prozeß läuft bei

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hohen Temperaturen, in etwa 900 ⁰C ab. Die Hochtemperaturwärme des Reaktionsgemisches 00, Hp, wird im Wärmetauscher aur Erhitzung dee Methan-Dampfgemisches abgegeben. In einem nachgeschalteten Reformator 22 wird durch Zusätzen von Wasserdampf das CO in CO₂ und H₂ umgesetzt und in die Trennanlage geleitet. Der in der Trennanlage von Fremdgasresten befreite Wasserstoff wird schließlich mit einem Verdichter 25 auf ca. 100 bar verdichtet und dem Reaktor 12 zugeführt.

Zur Erzeugung der erforderlichen Wärmeenergie für die Herstellung des Wasserstoffes wird die Brennkammer 28 des Kraftwerkes 11 unter Nutzung des aus dem Reaktor 12 entfallenden Reatkoke verwendet. Hierzu wird der Restkoks direkt über eine entsprechende Leitung 30 aus der Koksschleuse 32 und mit einer zwischengeschalteten Mühle 31 fein vermählen in die Brennkammer 28 transportiert. Diese Weiterverwertung des Restkoks hat über den Vorteil der Primärenergieeinsparung hinaus, den weiteren wichtigen Vorteil, daß das damit erzeugte Rauchgas kein schädliches Schwefel und Stickstoff enthält.

Das Kraftwerk 11 besteht im wesentlichen aus der Brennkammer 28, Verdampfer 30a,Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbinen 35, 36 bzw. 37 und einem Generator .3,8* ..,,Mir die Dampferzeugung muß das über 1000 ⁰C heiße Rauchgas auf 900 bis 800 ⁰C herabgesenkt werden. Die üierhei entfallende Hochtemperaturwärme, die bei den üblichen Kraftwerken nicht genutzt wird, wird in der hier beschriebenen Anlage optimal, und zwar für den Gaserzeuger-Kreislauf genutzt. Hierfür ist der Röhrenspaltreaktor 21 in der Heißzone 40 dgr Brennkammer 28 unterhalb der Verdampfer 30a angeordnet, so daß der Rb'hrenspaltreaktor 21 gleichzeitig zur Kühlung des Rauchgases für die Verdampfer 30a dient. Der Verdampfer 30a ist in einer Zone niederer Temperatur der Brennkammer angeordnet.

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Der für den Gaserzeuger-Kreislauf erforderliche Dampf kann vorteilhaft aua der Dampfanlage des Kraftwerkes 11, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Entspannungsturbine 42 entnommen werden.

Zur Unterstützung des wirtßchaftlichen kontinuierlichen,Betriebes der Anlage 10, 11 kann eine weitere Kraftanlage 45 vorgesehen werden, mit der überschüssiges CH. genutzt wird. Bei geringem GH.-Bedarf wird dann das überschüssige Methan über eine Turbine 46 entspannt und in einer Brennkammer 47 verbrannt. Mit den Rauchgasen wird ein Verdichter 48 und eine Gasturbine 49 zum Antreiben eines Generators 50 betrieben.

Claims

2Λ Λ3 5 O O -τ- ^ 13.1 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur hydrierenden Vergasung von Kohle, Torf oder Biomasse mit einem Vergasungsreaktor, gekennzeichnet dadurch, daß die für die Vergasung erforderliche Prozeßwärme dui'ch Verbrennung des Restkoks aus dem Vergasungsreaktor (12) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Verbrennung des Restkoks die Brennkammer (28) eines Kraftwerkes (11) verwendet wird.

3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Brennkammer (28) in eine Zone (40) hoher Temperatur zur Prozeßwärmeerzeugung, und in eine Zone (52) niederer Temperatur unterteilt ist,

4. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Prozeßwärme in einem Spaltreaktor (21) aufgenommen wird, der in der Heißzone (40) der Brennkammer (28) des Kraftwerkes (11) angeordnet ist.

5. Verfahren nach Punkt 4_f gekennzeichnet dadurch, daß ein Rö'hrenspaltreaktor (21) mit einem Katalysator vorgesehen

6. Verfahren nach einem der vorhergehendem Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der für den Vergaüungsprozeß erforderliche Dampf aus einer Kraftwerk-Dampfanlage entnommen wird.

7. Anlage zixt? Durchführung des Verfahrens gemäß Punkt 1, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (28), die mit dem Restkoksausgang (32) des Vergasungsreaktors (12) verbunden

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ist, und die einen Spaltreaktor (21) enthält, in dem bei hoher Temperatur die Prozeßwärme bezogen wird«,

8. Anlage nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Brennkammer eine Brennkammer (28) eines Kraftwerkes (11) ist.

9. Anlage nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Vergasungsreaktor mit dem zugehörigen Gaserzeugungs-Kreislauf (10) und dem Kraftwerk (11) eine Baueinheit bildet₀

10. Anlage nach Punkt 7 oder 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Dampfkreislauf für den Vergasungsprozeß im Dampfkreislauf des Kraftwerkes (11) integriert ist.

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