DD257267A5 - METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A RECYCLED, DEGREASED SYNTHETIC FUEL GAS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung eines veredelten, entschwefelten synthetischen Brenstoffgases. Die Bereitstellung derartiger, insbesondere durch die Vergasung von Kohle erzeugter Brennstoffgase in hoher Qualitaet bedingt im Zuge der Gasbehandlung einen unguenstigen thermischen Wirkungsgrad. Erfindungsgemaess wird das Rohgas durch endotherme Umsetzung mit einem weiteren Kohlestofftraeger in einem Injektor abgekuehlt und in seinem Heizwert verbessert, ehe es in einem Zyklon entstaubt sowie nachfolgend in einem Schachtofen mit einer Schwefel entziehenden Beschickung entschwefelt wird. FigurThe invention relates to a method and a device for producing a refined, desulfurized synthetic fuel gas. The provision of such, in particular by the gasification of coal produced fuel gases in high quality caused in the course of gas treatment an unfavorable thermal efficiency. According to the invention, the raw gas is cooled by endothermic reaction with another Kohlestofftraeger in an injector and improved in its calorific value before it is dedusted in a cyclone and then desulfurized in a shaft furnace with a sulfur-depriving feed. figure
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung eines veredelten, entschwefelten synthetischen Brennstoffgases.The invention relates to a method and a device for producing a refined, desulphurised synthetic fuel gas.
Viele Verfahren zur UmwandIung fossiler Brennstoffe, wie zum Beispiel von Kohle in ein synthetisches Heizgas sind bekannt. Für viele Anwendungsfälle ist es wünschenswert, diese Gase weiter zu behandeln und das Gas zu veredeln, zu entstauben und zu entschwefeln, um ein nützlicheres und wertvolleres Endprodukt zu erhalten. Bei der Ausführung dieser weiteren Behandlungsvorgänge ist es wünschenswert, daß die Energieverluste minimal-gehalten und das Heizgas während seiner Weiterbehandlung auf möglichst hoher Temperatur gehalten wird.Many processes for converting fossil fuels, such as coal into a synthetic fuel gas, are known. For many applications it is desirable to further treat these gases and refine, dedust and desulfurize the gas to obtain a more useful and valuable end product. In carrying out these further treatment operations, it is desirable that the energy losses are minimized and the fuel gas is maintained at the highest possible temperature during its further treatment.
Die Austrittstemperatur des Synthesegases von einem typischen Kohlevergaser, der nach dem Staubvergasungs-Verfahren arbeitet, beträgt im allgemeinen zumindest ungefährt 1 2600C. Diese Temperatur ist jedoch etwas zu hoch, wenn es gewünscht wird, das Heizgas mit Kalkstein oder Dolomit zu entschwefeln, wobei Temperaturen im Bereich von ungefähr 98O0C geeigneter sind. In der Vergangenheit ist eine Verminderung der Temperatur durch Vermischung des heißen Synthese-Heizgases mit kühlerem Temperiergas erfolgt. Obwohl diese Technik recht wirksam ist, ist hiermit für das resultierende Gemisch ein Heizwertverlust verbunden, ebenso wie die ursprünglich höhere Gastemperatur partiell verloren geht und zu einem insgesamt beträchtlichen Energieverlust durch einen hohen Verlustwärmeanteil führt. Zum Beispiel wird in jedem Fall der Heizwert reduziert, wenn der Heizwert des kalten Gases niedrig ist. Eine Technik, bei der Temperiergas verwendet wird, benutzt zum Beispiel das Gichtgas eines Direktreduktions-Schachtofens zur Erzeugung von metallischem Eisen, das mit dem heißen Synthese-Heizgas gemischt wird (US-PS 4234169).The outlet temperature of the synthesis gas from a typical coal gasifier, which operates on the dust gasification process is generally at least ungefährt 1 260 0 C. This temperature, however, is somewhat too high when it is desired to desulfurize the fuel gas with limestone or dolomite, in which Temperatures in the range of about 98O 0 C are more suitable. In the past, the temperature has been reduced by mixing the hot synthesis hot gas with cooler tempering gas. Although this technique is quite effective, this results in a loss in calorific value for the resulting mixture, as well as the initially higher gas temperature being partially lost and leading to an overall considerable energy loss due to a high amount of waste heat. For example, in each case, the calorific value is reduced when the calorific value of the cold gas is low. For example, a technique using tempering gas uses the blast furnace gas of a direct reduction shaft furnace to produce metallic iron mixed with the hot synthesis heating gas (US Pat. No. 4,234,169).
Aus dieser Lösung ist es auch bekannt, daß heißes Brennstoffgas (synthetisches Heizgas) mit einer Beschickung, die Kohlenstoff enthält, in einem Gegenstrom-Schachtofen reagiert werden kann, um die Temperatur des synthetischen Heizgases zu reduzieren und seinen Schwefelanteil zu verringern. Eine Veredelung wird durch Reaktion des Heizgases mit einer Kohlenstoff enthaltenden Beschickung in einem Schachtofen erreicht, wobei hierdurch die Oxidationsmittel, wie zum Beispiel CO2 und H2O aus dem Brennstoff entfernt werden.From this solution it is also known that hot fuel gas (synthetic fuel gas) can be reacted with a feed containing carbon in a countercurrent shaft furnace to reduce the temperature of the synthetic fuel gas and reduce its sulfur content. Refining is achieved by reacting the heating gas with a carbonaceous feed in a shaft furnace, thereby removing the oxidizing agents, such as CO2 and H 2 O, from the fuel.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges und energiewirtschaftliches Verfahren und eine ebensolche Einrichtung zur Erzeugung eines Brennstoffgases aus einem Brennstoff anzugeben.The object of the present invention is to provide a cost-effective and energy-economical method and a device for producing a fuel gas from a fuel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines veredelten, entschwefelten synthetischen Brennstoffgases zu schaffen, das bei verbessertem thermischen Wirkungsgrad die Erzeugung eines in hohem Maße von Feststoffen und Schwefel gereinigten, sauberen Brennstoffgases aus einem gasförmigen oder nichtdgasförmigen Brennstoff ermöglicht.The invention has for its object to provide a method for producing a refined, desulfurized synthetic fuel gas, which enables the production of a highly purified of solids and sulfur, clean fuel gas from a gaseous or non-gas fuel with improved thermal efficiency.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung eines veredelten, entschwefelten synthetischen Brennstoffgases, insbesondere aus einem festen, fossilen Brennstoff, zu schaffen, die eine kontinuierliche Gaserzeugung beiA further object of the invention is to provide a device for producing a refined, desulphurised synthetic fuel gas, in particular a solid, fossil fuel, which ensures continuous gas production
verringerter Verlustwärme und die Bereitstellung des Brennstoffgases in einer in bezug auf Heizwert und Fremdstoffanteil wesentlich verbesserten Qualität gewährleistet.ensures reduced heat loss and the provision of the fuel gas in a significantly improved in terms of calorific value and impurity content quality.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vergasung eines ersten Brennstoffes zur Erzeugung eines synthetischen Brennstoffgases erfolgt, dieses mit einem zweiten Brennstoff zur Erzeugung eines veredelten, angereicherten synthetischen Brennstoffgases reagiert wird, das veredelte, angereicherte synthetischen Brennstoffgas in einem Schachtofen im Gegenstromprinzip durch eine Schwefel entfernende Beschickung hindurchgeführt wird, wodurch das veredelte, angereicherte synthetische Brennstoffgas mit der Beschickung reagiert und hierdurch Schwefel von dem veredelten, angereicherten synthetischen Brennstoffgas entfernt wird.The first object is inventively achieved in that a gasification of a first fuel to produce a synthetic fuel gas is carried out, this is reacted with a second fuel to produce a refined, enriched synthetic fuel gas, the refined, enriched synthetic fuel gas in a shaft furnace in a countercurrent principle by a Sulfur-removing feed, whereby the refined, enriched synthetic fuel gas reacts with the feed and thereby removes sulfur from the refined, enriched synthetic fuel gas.
Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vergasungsein richtung zur Vergasung des festen, fossilen Brennstoffes zur Erzeugung eines synthetischen Brennstoffgases, eine Kombinationseinrichtung zur Zusammenführung des synthetischen Brennstoffgases mit einem zweiten Brennstoff zur Erzeugung eines veredelten synthetischen Brennstoffgases mit niedrigerer Temperatur, eine Feststoffabscheideeinrichtung zur Entfernung von Feststoffen aus dem veredelten synthetischen Brennstoffgas und eine Entschwefelungseinrichtung zur Reaktion des veredelten synthetischen Brennstoffgases mit einem Schwefel reduzierenden Mittel zur Verringerung des Schwefelanteiis des veredelten synthetischen Brennstoffgases vorgesehen sind.The further object is achieved in that a Vergasungsein device for gasification of the solid, fossil fuel to produce a synthetic fuel gas, a combination device for combining the synthetic fuel gas with a second fuel to produce a refined synthetic fuel gas at a lower temperature, a Feststoffabscheideeinrichtung for removal of refined synthetic fuel gas solids and desulfurization means for reacting the refined synthetic fuel gas with a sulfur reducing agent for reducing the sulfur content of the refined synthetic fuel gas.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird Kohle als Ausgangsmaterial zur Erzeugung des Brennstoffgases verwendet. Die Kohle wird zuerst unter Verwendung einer geeigneten Einrichtung, zum Beispiel eines Aufströmbett-Vergasers, vergast, um ein heißes synthetisches Heizgas (Brennstoffgas) zur erzeugen. Diesem Vergasungsprozeß folgt ein Veredelungs- und Anreicherungsprozeß, intern eine endotherme chemische Reaktionen zwischen dem synthetischen Heizgas und einem zweiten Brennstoff ein angereichertes und veredeltes synthetisches Heizgas erzeugt. In vorteilhafter Weise können heiße Zyklonabscheider verwendet werden, um die größeren Partikel aus dem Heizgasstrom abzuscheiden. Zur Entschwefelung wird das synthetische Heizgas im Gegenstrom mit gebranntem Kalkstein in einem Schachtofen reagiert, um seinen Schwefelanteil zu verringern. Festkörper, die im wesentlichen aus CaS und CaO bestehen, und die durch die Reaktion zwischen dem Heizgas und dem gebrannten Kalkstein erzeugt werden, werden aus dem Schachtofen abgeführt und als Feststoffabfall abgelagert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch die Kohlevergasung, ein synthetisches Heizgas mit einer Temperatur im Bereich von ungefähr 115O0C bis 1 5400C erzeugt. Das synthetische'Heizgas wird anschließend mit dem zweiten Brennstoff vermischt und reagiert mit diesem, um ein veredeltes und angereichertes Heizgas mit niedrigerer Temperatur zu erzeugen. Im allgemeinen enthält das veredelte und angereicherte synthetische Heizgas Staub- und Feststoffpartikel. Es wird daher die Verwendung eines Zyklonabscheiders bevorzugt, der den größten Teil der Staubpartikel, Kohleteilchen und andere Feststoffe aus dem abgekühlten, veredelten und angereicherten synthetischen Heizgas entfernt.In a preferred embodiment, coal is used as the starting material to produce the fuel gas. The coal is first gasified using a suitable means, for example, a riser bed gasifier, to produce a hot synthetic heating gas (fuel gas). This gasification process is followed by a refining and enrichment process internally generating an endothermic chemical reaction between the synthetic fuel gas and a second fuel enriched and refined synthetic fuel gas. Advantageously, hot cyclone separators can be used to separate the larger particles from the heating gas stream. For desulfurization, the synthetic heating gas is reacted countercurrently with calcined limestone in a shaft furnace to reduce its sulfur content. Solids consisting essentially of CaS and CaO and produced by the reaction between the fuel gas and the calcined limestone are discharged from the shaft furnace and deposited as solid waste. In a preferred embodiment, the coal gasification produces a synthetic fuel gas having a temperature in the range of about 115O 0 C to 1 540 0 C. The synthetic heating gas is then mixed with the second fuel and reacts with it to produce a refined and enriched heating gas at a lower temperature. In general, the refined and enriched synthetic heating gas contains dust and solid particles. It is therefore preferred to use a cyclone separator which removes most of the dust particles, carbon particles and other solids from the cooled, refined and enriched synthetic heating gas.
Diese Feststoffe werden vorzugsweise als Brennstoff für die Vergasungseinrichtung wiedergewonnen und dieser wieder zugeführt. Das veredelte, angereicherte und gereinigte synthetische Heizgas gelangt nach dieser Ausführungsform von dem Zyklon aus in einen Schachtofen und strömt im Gegenstromprinzip durch die Beschickung des Schachtofens. Kalkstein, der sich vorteilhafterweise in der Beschickung befindet, wird bei einer Temperatur von ca. 9000C bis 9250C durch den heißen Gasstrom gebrannt. Der gebrannte Kalkstein reagiert mit den Schwefelbestandteilen in dem veredelten synthetischen Heizgas zu CaS und vermindert hierdurch den Schwefelanteil des veredelten und angereicherten synthetischen Heizgases. Staubpartikel und andere Feststoffe, die nicht durch den ersten Zyklon abgeschieden und entfernt werden, neigen ebenfalls dazu, an den Oberflächen des gebrannten Kalkes anzuhaften und mit entfernt zu werden, wenn die Beschickung ersetzt wird. Außerdem können Staubteilchen, wenn dies gewünscht wird, auch durch Einführen des veredelten und angereicherten synthetischen Heizgases in eine zweite Zyklon-Reinigungsstufe entfernt werden.These solids are preferably recovered as fuel for the gasification device and fed back to it. The refined, enriched and purified synthetic heating gas passes in this embodiment of the cyclone in a shaft furnace and flows countercurrently through the feed of the shaft furnace. Limestone, which is advantageously in the feed, is fired at a temperature of about 900 0 C to 925 0 C by the hot gas stream. The calcined limestone reacts with the sulfur components in the refined synthetic heating gas to CaS and thereby reduces the sulfur content of the refined and enriched synthetic fuel gas. Dust particles and other solids that are not separated and removed by the first cyclone also tend to adhere to the surfaces of the quicklime and be removed as the feed is replaced. In addition, if desired, dust particles may also be removed by introducing the refined and enriched synthetic heating gas into a second cyclone purification stage.
Ausführungsbeispielembodiment
. i , i
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine Einrichtung, die erforderlich ist, um ein synthetisches Brennstoffgas (nachfolgend als synthetisches Heizgas bezeichnet) zu veredelnThe invention is explained below with reference to an embodiment and an accompanying drawing. This shows a means required to refine a synthetic fuel gas (hereinafter referred to as synthetic heating gas)
Im Rahmen dieser Patentanmeldung bedeuten die Begriffe In the context of this patent application, the terms mean
Veredeln: . Das Erhöhen des Heizwertes des Heizgases durch Erhöhen der Qualität des Gases,Refining:. Increasing the heating value of the heating gas by increasing the quality of the gas,
Qualität: Die Qualität ist als Verhältnis der Summe der Reduktionsmittel zur Summe der Oxidationsmittel definiert,Quality: The quality is defined as the ratio of the sum of the reducing agents to the sum of the oxidizing agents,
d. h. durch das Verhältnis:d. H. by the ratio:
H2 +COH 2 + CO
H2O + CO2 H 2 O + CO 2
Anreicherung: Bedeutet hier die Erhöhung des Heizwertes des Gases durch die Zugabe von Kohlewasserstoffen, wie zum Beispiel Methan.Enrichment: Here means the increase in the calorific value of the gas by the addition of hydrocarbons, such as methane.
Die Einrichtung zur Erzeugung des Heizgases wird unter Verwendung von Kohle oder eines anderen nichtgasförmigen Primärbrennstoffes betrieben und enthält eine Kombinationseinrichtung 16 zur Anreicherung und Veredelung des synthetischen Heizgases unter Anwendung einer endothermen chemischen Reaktion, um ein veredeltes Heizgas zu erzeugen, eine Feststoffabscheideeinrichtung 30 zum wesentlichen Entstauben und Entfernen von Feststoffen aus dem veredelten Heizgas unter Verwendung von Zyklonreinigern als primäre Staubentfernungseinrichtung und eine Entschwefelungseinrichtung 34, zur Entschwefelung des angereicherten und veredelten synthetischen Heizgases durch Reaktion des synthetischen veredelten Heizgases mit einem Entschwefeluhgsmittel, wie zum Beispiel gebrannten Kalkstein, zum Beispiel auf der Grundlage der folgenden Gleichung:The means for generating the fuel gas is operated using coal or other non-gaseous primary fuel and includes a combination means 16 for enriching and refining the synthetic fuel gas using an endothermic chemical reaction to produce a refined fuel gas, a solids separator 30 for substantially dedusting and Removing solids from the refined fuel gas using cyclone cleaners as the primary dust removal means; and desulfurizing means 34 for desulfurizing the enriched and refined synthetic fuel gas by reacting the synthetic upgraded fuel gas with a desulfurizer such as calcined limestone, for example based on the following Equation:
CaO + H5S -* CaS + H2O.CaO + H 5 S - * CaS + H 2 O.
Bei der Ausführung der Erfindung wird die Kohle in eine Vergasungseinrichtung 10 durch ein Rohr 12 geführt. Die Vergasungseinrichtung 10, die von herkömmlicher Art sein kann, erzeugt ein synthetisches Heizgas, dessen Temperatur bei ungefähr 1 095°C liegt. Bei der Kohlevergasung ist davon auszugehen, daß das synthetische Heizgas beträchtliche Staub- und Schwefelanteile aufweisen wird und von verhältnismäßig niedriger Qualität ist. Synthetisches Gas mit dieser verhältnismäßig niedrigen Qualität, d.h. „schmutziges" synthetisches Heizgas strömt von der Vergasungseinrichtung 10 durch ein Rohr 14 zum ersten Eingang eines Injektors 16, der die Kombinationseinrichtung bildet. In dem Injektor 16 wird das heiße synthetische Heizgas aus der Vergasungseinrichtung 10 mit einem zweiten Brennstoff vermischt und mit diesem zweiten Brennstoff reagiert, der dem Injektor 16 durch ein zweites Rohr 18 zugeführt.wird.In the practice of the invention, the coal is fed into a gasifier 10 through a pipe 12. The gasifier 10, which may be of a conventional type, produces a synthetic heating gas whose temperature is about 1095 ° C. In coal gasification, it is expected that the synthetic fuel gas will have considerable dust and sulfur content and is of relatively low quality. Synthetic gas of this relatively low quality, i. "Dirty" synthetic fuel gas flows from the gasifier 10 through a pipe 14 to the first input of an injector 16 which forms the combination means In the injector 16, the hot synthetic heating gas from the gasifier 10 is mixed with a second fuel and reacted with this second fuel which is supplied to the injector 16 through a second tube 18.
In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zweite Brennstoff gebrochene, zerkleinerte Kohle, von der die sehr feinen, staubförmigen Partikel entfernt wurden. Die zerkleinerte Kohle wird durch das Rohr 18 im Gasstrom eines geeigneten Trägergases zugeführt. In dem Injektor 16 reagieren die Kohlestoffkomponenten der Kohle mit dem Kohlendioxid und den Wasserteilen des synthetischen Heizgases aus der Vergasungseinrichtung 10, wobei Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen, die die Qualität des synthetischen Heizgases veredeln und verbessern und dieses anreichern. Falls erforderlich werden kleine Anteile von Wasser (Dampf) dem Heizgas zugesetzt. Diese, die Temperatur verringernden und die Gasqualität verbessernden und das Gas veredelnden Reaktionen, die in dem Injektor 16 stattfinden, sind:In this preferred embodiment, the second fuel is crushed, crushed coal from which the very fine, dusty particles have been removed. The comminuted coal is supplied through the tube 18 in the gas stream of a suitable carrier gas. In the injector 16, the carbon components of the coal react with the carbon dioxide and the water portions of the synthetic heating gas from the gasifier 10 to form carbon monoxide and hydrogen, which enhance and enhance the quality of the synthetic fuel gas and enrich it. If necessary, small amounts of water (steam) are added to the heating gas. These temperature-reducing and gas-quality improving and gasifying reactions taking place in the injector 16 are:
C + H2O -» CO + H2 C+ CO2 ^ 2 CO.C + H 2 O -> CO + H 2 C + CO 2 ^ 2 CO.
Diese endothermen Reaktionen reichern das synthetische Heizgas an und veredeln dieses, während sie dazu führen, daß sich die Temperatur des Heizgases am Ausgang des Injektors 16 auf ungefähr 9800C verringert. Die Wärme, die erforderlich ist, um diese endothermen Reaktionen auszuführen, wird von der inneren thermischen Energie des heißen synthetischen Heizgases geliefert, das durch das Rohr 14 eintritt. Im Ergebnis dieser endothermen Reaktionen ist die Qualität des synthetischen Heizgases verbessert und dieses veredelt. Diese Reaktionen erhöhen den Heizwert des synthetischen Heizgases und verwandeln die sonst üblicherweise verlorengehende thermische Energie des Heizgases direkt in chemische Energie.These endothermic reactions enrich and enhance the synthetic fuel gas while causing the temperature of the fuel gas at the exit of the injector 16 to decrease to about 980 ° C. The heat required to perform these endothermic reactions is provided by the internal thermal energy of the hot synthetic heating gas entering through the tube 14. As a result of these endothermic reactions, the quality of the synthetic fuel gas is improved and refined. These reactions increase the calorific value of the synthetic hot gas and directly convert the otherwise normally lost thermal energy of the hot gas into chemical energy.
Ein Rohr 20 bringt das veredelte synthetische Heizgas aus dem Injektor 16 zum Eingang eines als Gasreiniger wirksamen Zyklon 30 (Feststoffabscheideeinrichtung). Die Hauptmenge der Kohleteilchen und anderer Feststoffe aus der Vergasungseinrichtung 10 und dem Injektor 16 werden dann aus dem Gasstrom durch den Zyklon 30 entfernt und zu der Vergasungsei η richtung 10 durch ein geeignetes Rohr 31 zurückgeführt, um wieder einen Teil des primären Kohle-Brennstoffes zu bilden. Nach dem Durchgang durch den Zyklon 30 ist das veredelte, angereicherte und abgekühlte synthetische Heizgas verhältnismäßig frei von Feststoffen.A tube 20 brings the refined synthetic fuel gas from the injector 16 to the input of a cyclone effective as a gas cleaner 30 (Feststoffabscheideeinrichtung). The majority of the coal particles and other solids from the gasifier 10 and the injector 16 are then removed from the gas stream through the cyclone 30 and returned to the gasification direction 10 through a suitable tube 31 to again form part of the primary coal fuel , After passing through the cyclone 30, the refined, enriched and cooled synthetic fuel gas is relatively free of solids.
Das veredelte, angereicherte synthetische Heizgas Wird in einen ersten und in einen zweiten, unter Druck stehenden im Gegenstrom arbeitenden Schachtofen 34 und 36 über ein Rohr 32 und ein erstes und ein zweites Ventil 38 und 40 eingeführt, wie dies nachfolgend erläutert ist.The refined, enriched synthetic heating gas is introduced into first and second pressurized countercurrent shaft furnaces 34 and 36 via a pipe 32 and first and second valves 38 and 40, as explained below.
Ein Zuführung.srohr 50, das am oberen Ende des ersten Schachtofens 34 angeordnet ist, trägt eine Dichtungseinrichtung 52 und einen Beschickungstrichter 54. In vergleichbarerweise ist eine zweite Dichtungseinrichtung 56 dem Abgaberohr 60 zugeordnet und bildet eine Dichtung für das untere Ende des ersten Schachtofens 34. Ein zweiter Schachtofen 36 ist im wesentlichen in gleicher Weise wie der erste Schachtofen 34 aufgebaut. Ein Zuführungsrohr 70 ist mit einer Druckdichtungseinrichtung 72 und einem Beschickungstrichter 74 am oberen Ende des zweiten Schachtofens 36 versehen. Eine untere Dichtungseinrichtung 81 ist über ein Abgaberohr 76 am unteren Ende des zweiten Schachtofens 36 vorgesehen.A feeder tube 50 located at the top of the first shaft furnace 34 carries a seal 52 and a hopper 54. Similarly, a second seal 56 is associated with the discharge tube 60 and forms a seal for the lower end of the first shaft furnace 34. A second shaft furnace 36 is constructed in substantially the same manner as the first shaft furnace 34. A feed tube 70 is provided with a pressure seal 72 and a feed hopper 74 at the upper end of the second shaft furnace 36. A lower seal device 81 is provided via a discharge pipe 76 at the lower end of the second shaft furnace 36.
Vor Beginn des Arbeitsprozesses zum Veredeln, Reinigen und Anreichern des synthetischen Heizgases werden Beschickungen 55 und 79 im ersten und zweiten Schachtofen 55 und 79 vorgesehen. Wie bereits oben erläutert, enthalten diese Beschickungen ein Entschwefelungsmittel, wie zum Beispiel gebrannten Kalkstein oder Dolomit. Zur Bereitstellung der Beschickungen können die Schachtofen 34,36 mit Rohkalkstein oder Dolomit und zumindest teilweise gebranntem Kalkstein beschickt werden, wobei eine beliebige, übliche Technik zur Erhitzung der Beschickungen 34, 36 verwendet wird.Before starting the work process for refining, purifying and enriching the synthetic hot gas, feeds 55 and 79 are provided in the first and second shaft kilns 55 and 79. As explained above, these feeds contain a desulphurising agent, such as calcined limestone or dolomite. To provide the feeds, the shaft furnace 34, 36 may be charged with raw limestone or dolomite and at least partially calcined limestone, using any conventional technique for heating the charges 34, 36.
Nachdem die eine Beschickung 55 zumindest teilweise gebrannt ist, wird heißes angereichertes und veredeltes synthetisches Heizgas aus dem Zyklon 30 zugeführt und strömt durch das Rohr 32, das Ventil 38, und das Heißblassystem 82 des Schachtofens 34 aufwärts durch die Beschickung 55. Wenn das veredelte synthetische Heizgas durch die Beschickung 55 nach oben strömt, reagieren Schwefelbestandteile des angereicherten und veredelten synthetischen Heizgases mit dem Kalk, so daß der Schwefelanteil des veredelten und angereicherten synthetischen Heizgases verringert wird. Die Wärme des heißen synthetischen Heizgases heizt dabei die Beschickung 55 weiter auf und brennt dabei weitere Teile dieser Beschickung 55, wobei teilweise Kalk aus der Beschickung entfernt wird, wenn der Schwefel des Heizgases mit dem Kalk reagiert. Staubteilchen und Feststoffe, die im Gasstrom enthalten sind, haften an den Beschickungsmaterialien, mit der Folge einer zusätzlichen Entstaubung. Das entstaubte, entschwefelte und veredelte sowie angereicherte synthetische Heizgase verläßt den Schachtofen 34 und strömt durch ein Ventil 78 und ein Rohr 86 in einen Heizzyklon 88. Dieser ist vorgesehen, um je nach Bedarf eine 'weitere Feinentstaubung des fertigbehandelten synthetischen Heizgases vorzunehmen. Feststoff abfalle werden aus dem Heizzyklon 88 durch ein Rohr 71 abgeführt.After the one feed 55 is at least partially fired, hot enriched and refined synthetic heating gas is supplied from the cyclone 30 and flows through the pipe 32, the valve 38, and the hot blow system 82 of the shaft furnace 34 upwardly through the feed 55. If the refined synthetic Heating gas flows upward through the feed 55, sulfur components of the enriched and refined synthetic heating gas react with the lime, so that the sulfur content of the refined and enriched synthetic heating gas is reduced. The heat of the hot synthetic fuel gas heats the feed 55 further and burns other parts of this feed 55, with some lime being removed from the feed when the sulfur of the fuel gas reacts with the lime. Dust particles and solids contained in the gas stream adhere to the feed materials, resulting in additional dedusting. The dedusted, desulfurized and refined as well as enriched synthetic hot gases leaves the shaft furnace 34 and flows through a valve 78 and a pipe 86 in a heating cyclone 88. This is provided to 'make as needed a further fine dedusting of the finished synthetic hot gas. Solid waste are discharged from the heating cyclone 88 through a pipe 71.
Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die Schwefelkonzentration oder die Strömungsmenge bzw. -geschwindigkeit des veredelten und angereicherten synthetischen Heizgases, das den Schachtofen 34 verläßt, anzeigt, daß die Wirksamkeit der Entschwefelung infolge der Verunreinigungen der Beschickung 55 durch Schwefel und Feststoffe auf einen Wert unterhalb eines bestimmten, gestatteten Wertes abgenommen hat, wobei zu diesem Zeitpunkt die Strömungsrichtung des veredelten und angereicherten synthetischen Heizgases geändert und dieses durch den zweiten Schachtofen 36 durch Öffnung der Ventile 40 und 80 durchgeführt wird. Der erste Schachtofen 34 wird zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet durch Schließen der Ventile 38 und 78. Ein ausgewählter Teil der Beschickung 55 wird durch das Rohr 61 zur Abkühlung durch eine Fördereinrichtung 62 aus dem Schachtofen 34 ausgetragen. Ein Ersatz der Beschickung 55 wird durch Öffnen der oberen Dichtungseinrichtung 52 und Beschickung von frischem Kalkstein in den Schachtofen 34 über den Beschickungstrichter 54 erreicht. Nach dem Abführen eines Teiles der Beschickung 55 und dem Ersatz dieses Anteiles durch neues Beschickungsmaterial, werden die obere und untere Dichtungseinrichtung 52 und 56 wieder geschlossen, so daß der Schachtofen 34 ebenfalls abgedichtet ist. Die heißen HeizgaseThis process continues until the sulfur concentration or flow rate of the refined and enriched synthetic hot gas leaving the shaft furnace 34 indicates that the desulfurization efficiency due to sulfur and solids contamination of the feed 55 is below one certain permissible value, at which time the flow direction of the refined and enriched synthetic heating gas is changed and this is performed by the second shaft furnace 36 by opening the valves 40 and 80. The first shaft furnace 34 is shut off at this time by closing the valves 38 and 78. A selected portion of the charge 55 is discharged from the shaft furnace 34 through the pipe 61 for cooling by a conveyor 62. Replacement of the feed 55 is achieved by opening the upper seal 52 and feeding fresh limestone into the shaft furnace 34 via the feed hopper 54. After discharging a portion of the feed 55 and replacing this portion with new feed material, the upper and lower seal means 52 and 56 are closed again, so that the shaft furnace 34 is also sealed. The hot gases
erhitzen und brennen den frischen Kalkstein im Schachtofen 34, um Kalk zu erzeugen. Der Ersatz der Beschickung 55 bringt den ersten Schachtofen 34 wieder in die Lage, ihn zur Entschwefelung des Heizgases bzw. des vergasten Brennstoffes zu verwenden, wenn die Schwefelkonzentration des Heizgases, das den zweiten Schachtofen 36 verläßt, anzeigt, daß die Wirksamkeit der Entschwefelung unterhalb eines akzeptablen Wertes gesunken ist.heat and burn the fresh limestone in the shaft furnace 34 to produce lime. The replacement of the feed 55 enables the first shaft furnace 34 to be used for desulfurization of the fuel gas when the sulfur concentration of the fuel gas leaving the second shaft furnace 36 indicates that the desulfurization efficiency is below one acceptable value has fallen.
Es wird in bezug auf den Schachtofen 36 darauf hingewiesen, daß die Beschickung 79 im zweiten Schachtofen 36 ebenfalls während des Entstaubungs- und Entschwefeluhgszyklus stationär ist. Wenn das veredelte Synthesegas (synthetisches Heizgas) durch die Beschickung nach oben strömt, laufen die gleichen Entstaubungs- und Entschwefelungsvorgänge ab, wie sie bereits oben in bezug auf den Schachtofen 34 beschrieben wurden und führen zu einer fortschreitenden Verunreinigung der Beschickung 79, mit der Folge eine Verminderung der Wirksamkeit der Beschickung 79, wie dies bereits oben in bezug auf den Schachtofen 34 erläutert wurde. Wenn die Schwefelkonzentration des Heizgases, das den zweiten Schachtofen 36 verläßt, anzeigt, daß die Wirksamkeit der Entschwefelung unterhalb eines noch tolerierbaren Wertes abgesunken ist oder die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit des Heizgases, das den zweiten Schachtofen 36 am Auslaß 93 verläßt, anzeigt, daß die Gasströmungsdurchlässigkeit infolge übermäßig feiner Teilchen in der Beschickung auf einen Wert unterhalb eines zulässigen Wertes abgesunken ist, werden die Ventile 38 und 78 geöffnet, die Ventile 40 und 80 geschlossen und wird das veredelte und angereicherte synthetische Heizgas wieder in seiner Strömungsrichtung geändert und durch den ersten Schachtofen 34 und die, wie oben erläutert, erneuerte Beschickung 55 geführt. Ein Teil der Beschickung 79, die Kalk, Kalziumsulfid, Staub oder ungebrannten Kalkstein sowie irgendwelche Kombinationen dieser Bestandteile enthält, wird aus dem zweiten Schachtofen 36 durch Öffnung der unteren Dichtungseinrichtung 81 entfernt, so daß ein Teil des Beschickungsmaterials 79 durch das Abgaberohr 77 aus dem Schachtofen 36 ausgetragen und durch die Fördereinrichtung 84 abgeführt werden kann. Nachdem ein bestimmter Teil der Beschickung 79 ausgesondert wurde, wird die untere Dichtungseinrichtung 81 geschlossen und die Beschickung 79 durch Öffnen der oberen Dichtungseinrichtung 72 und Beschicken mit Kalkstein über den Beschickungstrichter 74 ersetzt. Nachdem partiell die Beschickung 79 ersetzt wurde, wird die obere Dichtungseinrichtung 72 geschlossen und der Schachtofen 36 ist wieder bereit zur Entschwefelung des veredelten Synthesegases.It will be noted with reference to the shaft furnace 36 that the charge 79 in the second shaft furnace 36 is also stationary during the dedusting and desulfurization cycle. As the refined synthesis gas (synthetic heating gas) flows up through the feed, the same dedusting and desulphurisation operations as described above with respect to the shaft furnace 34 occur and result in progressive contamination of the feed 79, with the result of Reduction of the efficiency of the feed 79, as has already been explained above with respect to the shaft furnace 34. When the sulfur concentration of the hot gas exiting the second shaft furnace 36 indicates that the desulfurization efficiency has dropped below a tolerable value, or the flow rate of the hot gas leaving the second shaft furnace 36 at the outlet 93 indicates that the desulphurization efficiency has dropped Gas flow permeability has dropped due to excessively fine particles in the feed to a value below a permissible value, the valves 38 and 78 are opened, the valves 40 and 80 are closed and the refined and enriched synthetic fuel gas is changed again in its flow direction and through the first shaft furnace 34 and the, as explained above, renewed feed 55 out. A portion of the feed 79 containing lime, calcium sulfide, dust or unburned limestone and any combinations of these components is removed from the second shaft furnace 36 by opening the lower seal assembly 81 so that a portion of the feedstock 79 is discharged through the discharge tube 77 from the shaft furnace 36 discharged and can be removed by the conveyor 84. After a certain portion of the feed 79 has been discarded, the lower seal means 81 is closed and the feed 79 is replaced by opening the upper seal means 72 and charging limestone via the feed hopper 74. After the feed 79 has been partially replaced, the upper sealing device 72 is closed and the shaft furnace 36 is again ready for the desulfurization of the refined synthesis gas.
Nach einem angemessenen Zeitintervall, werden die Ventile 40 und 80 geöffnet und die Ventile 38 und 78 geschlossen, um das veredelte synthetische Heizgas wieder umzudirigieren und zum zweiten Schachtofen 36 zur Entstaubung und Entschwefelung zu führen, wie dies voranstehend erläutert ist. Somit wird ein alternierender Zyklus ständig wiederholt, wobei ein Schachtofen zur Entstaubung und Entschwefelung verwendet wird, während der andere Schachtofen gerade gereinigt wird und seine Beschickung wieder erneuert wird. Die Schachtofen 34 und 36 arbeiten alternierend in diesem Zyklus, um eine kontinuierliche Bereitstellung von heißem, behandeltem Heizgas (Gas der vergasten Kohle) zu gewährleisten. In diesem Ausführungsbeispiel ist das behandelte Heizgas ein gesäubertes, entschwefeltes, angereichertes und veredeltes synthetisches Heizgas. In diesem Ausführungsbeispiel wird Kohle als zweiter Brennstoff verwendet. In gleicher Weise sind andere Brennstoff wie Erdgas oder Methan verwendbar. Wenn Methan als zweiter Brennstoff verwendet wird, reagiert der Wasserdampf, der in dem synthetischen Heizgas enthalten ist, mit dem Methan zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff. In ähnlicher Weise reagieren die Kohlendioxide mit dem Methan um Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu bilden, wobei angereichertes synthetisches Brennstoffgas (Heizgas) erzeugt wird. Falls erforderlich, kann Dampf und CO2 zu dem synthetischen Heizgas zugesetzt werden, um einen Mangel in bezug auf diese notwendigen Reaktionsmittel im synthetischen Heizgas zu korrigieren und dessen Qualität zu regeln. Diese nachfolgend dargestellten chemischen Reaktionen führen ebenfalls zu einer Abnahme der Temperatur des synthetischen Heizgases, ähnlich den Kühlreaktionen, die oben in bezug auf die Verwendung von Kohle erläutert wurden. Die Gleichungen sind:After an appropriate time interval, the valves 40 and 80 are opened and the valves 38 and 78 are closed to redirect the refined synthetic fuel gas and lead to the second shaft furnace 36 for dedusting and desulfurization, as discussed above. Thus, an alternate cycle is constantly repeated using a shaft furnace for dedusting and desulfurization while the other shaft furnace is being cleaned and its charge is renewed. The shaft furnaces 34 and 36 operate alternately in this cycle to ensure a continuous supply of hot, treated fuel gas (gas of the gasified coal). In this embodiment, the treated fuel gas is a cleaned, desulfurized, enriched and refined synthetic fuel gas. In this embodiment, coal is used as the second fuel. Likewise, other fuels such as natural gas or methane are usable. When methane is used as the second fuel, the water vapor contained in the synthetic heating gas reacts with the methane to carbon monoxide and hydrogen. Similarly, the carbon dioxides react with the methane to form carbon monoxide and hydrogen, producing enriched synthetic fuel gas (fuel gas). If necessary, steam and CO.sub.2 may be added to the synthetic heating gas to correct for and control the quality of a shortage of these necessary reactants in the synthetic heating gas. These chemical reactions shown below also result in a decrease in the temperature of the synthetic hot gas, similar to the cooling reactions discussed above with respect to the use of coal. The equations are:
CH4+ H2O -» CO + 3, H2 CH 4 + H 2 O - »CO + 3, H 2
Eine Untersuchung des vorgeschriebenen Arbeitszyklus, zeigt ohne weiteres, daß auch andere Systemkonfigurationen und Prozeßparameter verwendbar sind. Zum Beispiel können drei Schachtofen verwendet werden, von denen zwei in Betrieb sind, während der Dritte gerade gereinigt und neu beschickt wird. In solch einem System besteht lediglich das Grunderfordernis, daß die Arbeitszyklen der Schachtofen so miteinander abwechseln, daß jederzeit ein geeignet arbeitsbereiter Schachtofen verfügbar ist, wen η es erforderlich ist, daß ein anderer Schachtofen abgeschaltet werden muß. Es ist auch möglich, mit einem Schachtofen kontinuierlich zu arbeiten, wenn dieser während seines Betriebes zugleich neu beschickt wird. Eine solche Betriebsweise sollte allerdings in bezug auf die Entstaubung weniger günstig sein als die oben erläuterten alternierenden Arbeitszyklen, da, wenn sich die Beschickung durch den Schachtofen abwärts bewegt, Staubteilchen, die an den Kalkteilchen oder dem Kalkstein oder anderem Beschickungsmaterial anhaften, wieder freigesetzt werden, mit der Folge, daß eine starke Staubkonzentration im oberen Bereich des Schachtofens auftritt. Es kann auch dadurch Staub erzeugt werden, daß die Teilchen aneinander reiben, wenn die Beschickung sich durch den Schachtofen nach unten bewegt, mit der Folge einer verstärkten Staubübertragung vom Schachtofen zum zweiten Zyklon 88. Es ist auch möglich, den Entstaubungs- untiEntschwefelungszyklus zu beginnen, bevor der zweite Schachtofen 36 mit Kalkstein beschickt ist, vorausgesetzt, daß der erste Schachtofen 34 so gestaltet und angeschlossen ist, daß der zweite Schachtofen 36 vollständig beschickt und zum Betrieb vorbereitet werden kann und in der Lageist, die weitere Prozeßführung zu übernehmen, wenn es erforderlich ist, die Beschickung 55 im ersten Schachtofen 34zu ersetzen. Dolomit kann gänzlich oder teilweise durch Kalkstein in der Beschickung 55,79 ersetzt werden.Examination of the prescribed duty cycle shows readily that other system configurations and process parameters are usable. For example, three shaft furnaces may be used, two of which are in operation while the third is being cleaned and reloaded. In such a system, there is only a basic requirement that the working cycles of the shaft furnace alternate with one another such that a suitable working shaft furnace is always available when it is necessary for another shaft furnace to be shut down. It is also possible to work continuously with a shaft furnace when it is recharged during its operation at the same time. Such operation, however, should be less favorable in terms of dedusting than the alternating duty cycles discussed above, because as the feed through the shaft furnace moves down, dust particles adhered to the lime particles or limestone or other feedstock are released again, with the result that a strong dust concentration occurs in the upper part of the shaft furnace. Dust may also be generated by the particles rubbing against each other as the feed moves down the shaft furnace, resulting in increased dust transfer from the shaft furnace to the second cyclone 88. It is also possible to begin the dedusting and desulphurisation cycle. before the second shaft furnace 36 is loaded with limestone, provided that the first shaft furnace 34 is designed and connected so that the second shaft furnace 36 can be completely charged and prepared for operation and able to take over the further process control if required is to replace the feed 55 in the first shaft furnace 34. Dolomite can be wholly or partly replaced by limestone in the feed 55,79.
Als Injektor 16 kann jede Vorrichtung Verwendet werden, die das synthetische Heizgas sorgfältig mit dem zweiten Brennstoff mischt. Im übrigen kann der Injektor 16 unter Verwendung herkömmlicher verfügbarer Bauteile und bekannter Konstruktionsprinzipien zusammengefügt werden. Daher ist keine detaillierte Beschreibung der baulichen Einzelheiten dieses als Mischeinrichtung wirksamen Injektors 16 erforderlich.As injector 16, any device can be used which mixes the synthetic fuel gas carefully with the second fuel. Incidentally, the injector 16 may be assembled using conventional available components and known design principles. Therefore, no detailed description of the structural details of this injector 16 which is effective as a mixer is required.
Die vorerläuterte Einrichtung für die Entstaubung und Entschwefelung des synthetischen Heizgases und das zugehörige Verfahren sind besonders vorteilhaft in einem sogenannten kombinierten Zyklus der elektrischen Energieerzeugung einsetzbar. In solch einem Prozeß wird das heiße, veredelte und angereicherte synthetische Heizgas, das über ein Rohr 92 abgegeben wird, als Brennstoff für eine Verbrennungsturbine verwendet. Die Abgase von der Verbrennungsturbine werden durch einen Wärmetauscher (Wärmewiedergewinnungskessel) geführt, um die Temperatur der Abgase zu verringern und den Gesamtwirkungsgrad des Prozesses zu erhöhen.The vorerläuterte device for the dedusting and desulfurization of the synthetic fuel gas and the associated method can be used particularly advantageously in a so-called combined cycle of electrical energy production. In such a process, the hot, refined and enriched synthetic fuel gas discharged via a pipe 92 is used as fuel for a combustion turbine. The exhaust gases from the combustion turbine are passed through a heat exchanger (heat recovery boiler) to reduce the temperature of the exhaust gases and increase the overall efficiency of the process.
Aus der vorstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles wird deutlich, daß die Erzeugung eines sauberen, entschwefelten, veredelten und angereicherten synthetischen Brennstoffgases aus einem fossilen Brennstoff, wie zum Beispiel aus Kohle, wesentlich verbessert wird. Zusätzlich wird ein Verfahren und eine Einrichtung zum gleichzeitigen und wirksamen Veredeln, Anreichern und Abkühlen des bei der Vergasung von Kohle entstehenden synthetischen Brennstoffgases angegeben, wobei Zykionabscheider verwendet werden können, um Staub und Feststoffteile aus dem Brennstoffgas ' abzuscheiden.It will be apparent from the foregoing description of a preferred embodiment that the production of a clean, desulphurized, refined and enriched synthetic fuel gas from a fossil fuel, such as coal, is substantially improved. In addition, there is provided a method and apparatus for simultaneously and effectively refining, enriching and cooling the synthetic fuel gas resulting from the gasification of coal, wherein cyclones may be used to separate dust and particulate matter from the fuel gas.
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