DD262335A3 - Verfahren zur erzeugung eines heizwertreichen brenngases und von fluessigen kohlewertstoffen aus staubfoermiger kohle - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines heizwertreichen Brenngases und von fluessigen Kohlewertstoffen aus staubfoermiger Kohle. Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung eines heizwertreichen Brenngases und von fluessigen Kohlewertstoffen aus staubfoermiger Kohle, vorzugsweise Braunkohle, in Anwesenheit von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid. Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Erzeugung des Brenngases und von fluessigen Kohlewertstoffen bei stetigem und definiertem Transport- und Reaktionsablauf und bei geringen Verweilzeiten durchzufuehren. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die staubfoermige Kohle gemeinsam mit einem Vergasungsmittel in Form einer Gas-Feststoff-Suspension unter erhoehtem Druck reagieren zu lassen. Erfindungsgemaess wird die staubfoermige Kohle mit oder ohne Zusatz von Katalysatoren und/oder anderen feinkoernigen Zuschlagstoffen gemeinsam mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in einem oder mehreren von aussen beheizten Foerderrohren transportiert, bei kurzen Verweilzeiten in Reaktion gebracht und anschliessend in einem Trennapparat entspannt. Das erzeugte Gas kann als hochwertiges Heizgas oder als Zumischkomponente zur Stadtgaserzeugung genutzt werden. Die fluessigen Kohlewertstoffe und der verbleibende Restkoks koennen in bekannter Weise genutzt werden. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines heizwertreichen Brenngases und von flüssigen Kohlewertstoffen aus staubförmiger Kohle, vorzugsweise Braunkohle, in Anwesenheit von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und bei indirekter äußerer Wärmezufuhr. Das entstehende Gas kann als hochwertiges Heizgas oder als Zumischkomponente zur Stadtgaserzeugung dienen. Dabei anfallende Kohlewertstoffe, die unter Normalbedingungen kondensieren, können in der üblichen Weise verwendet oder weiterverarbeitet werden. Der verbleibende Restkoks kann als Brennstaub genutzt oder in einem der bekannten Staubvergasungsverfahren zur Erzeugung eines wasserstoff^ und kohlenmonoxidreichen Gases eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen staubförmige Kohle in der Wirbelschicht mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid vergast wird. In letzter Zeit erfolgt die Zuführung der erforderlichen Prozeßwärme über Helium-Sekundärkreisläufe aus Hochtemperaturkernreaktoren, die in die Wirbelschicht eintauchen.

Vorgeschlagen wurden aber auch Verfahren, bei denen Kohle mit einem Vergasungsmittel in rohrförmigen, indirekt beheizten Vergasungsräumen vergast wird. Ein solches Verfahren wird in der Auslegeschrift DE 1796050 beschrieben. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß als Einsatzgut Rohbraunkohle gewählt wird, deren durch die Aufheizung ausgetriebenes Eigenwasser in an sich bekannter Weise als Vergasungsmittel dient. Das Verfahren ist an horizontal verlegte Rohrleitungen gebunden und geht davon aus, daß die Kohle im Zuge der Verdampfung des in ihr enthaltenen Wassersund ihrer Entgasung eine Auflockerung enthält, durch die entstehenden Gase und Dämpfe gewissermaßen fluidisiert wird und daß durch die entstehende Gasströrrmng des Feststoffteilchen kontinuierlich ausgetragen werden. Es muß jedoch bezweifelt werden, daß dieser Automatismus großtechnisch so realisiert werden kann, daß ein stetiger Fluß der Feststoffteilchen durch Fluidisierung eintritt und daß damit ein Durchsatz in wirtschaftlicher Größenordnung realisiert werden kann. Auch ist eine stetige und angemessene Wärmezufuhr zu den Reaktionsteilnehmern wegen der Undefinierten Verhältnisse im Vergasungsraum nicht denkbar. Der Wärmeverbrauch in der Zone des horizontalen rohrförmigen Vergasungsraumes, in der die Verdampfung des Eigenwassers der Rohbraunkohle stattfindet, steht in keinem Verhältnis zum Wärmebedarf in den Aufheiz- und Reaktionszonen. Auch ist es nicht möglich, daß die Rohkohle während des gesamten Vorganges in eine solche Körnung zerfällt, daß sich das Einsatzgut — wie in der Auslegungsschrift beschrieben — weitgehend wie ein Fluidatbett verhält.

Ein Verfahren zur Erzeugung von synthetischem Erdgas durch Vergasung von Braunkohle, vorzugsweise Rohbraunkohle, wird in derOffenlegungsschrift DE 2329959 beschrieben. Auch hier wird die Rohbraunkohle in von außen beheizte Rohre eingeschleust, wo sie mit dem verdampfenden Eigenwasser vergast wird. Anschließend erfolgt eine CO-Konvertierung und eine Methanisierung. Die bei der Methanisierung gewonnene Wärme wird in den Vergasungsbereich zurückgeführt. Es wird ein Kohlenstoffumsetzungsgrad von über 75% angestrebt. Außer Methan enthält das aus der Vergasungsstufe kommende Produktgas keine Kohlenwasserstoffe. Dazu ist es erforderlich, mit einem entsprechend hohen Verhältnis Wasserdampf/ Trockenkohle und mit hohen Verweilzeiten zu fahren. Das gilt auch dann, wenn die Kohle zur Begrenzung des Wasserdampfüberschusses vorher angetrocknet wurde. Weder in der Erfindungsbeschreibung noch in deri Patentansprüchen wird etwas darüber ausgesagt, aufweiche Weise die Feststoffein den Rohren und aus den Rohren heraus transportiert werden sollen.

In der DE-OS 2035088 (C 10j 3/10) werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei denen die Vergasung von Kohle mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in von außen beheizten Metallrohren bei turbulenter Strömung stattfindet. Dabei wird derzu vergasende Brennstoff staubförmig oderfeinkörnig in das hocherhitzte Vergasungsmittel eingedüst. Angestrebt wird eine vollständige Vergasung, wobei staubförmige Asche als Rückstand anfällt und mit dem Gas aus den in einer gemeinsamen Kammer zusammengefaßten Rohren ausgetragen wird. Dazu wird ein Verhältnis Vergasungsmittel-Brennstoff in der Größenordnung von etwa 2 bis 5m³ i. N./kg angewendet. Das entspricht einem Masseverhältnis Feststoff-Gas in der Größenordnung von weniger als 1 kg/kg und damit dem Förderprinzip einer Dünnstromförderung. Die Wärmeübergangszahlen dieser dünnen Phase gegen die beheizte Rohrwand kommen denen des reinen Vergasungsmittels nahe. Die Zuführung von Katalysatoren oder anderen Zuschlagstoffen zum Brennstoff ist nicht vorgesehen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, aus staubförmiger Kohle, vorzugsweise Braunkohle, ein heizwertreiches Brenngas und flüssige Kohlewertstoffe bei stetigem und definiertem Transport- und Reaktionsablauf und bei geringen Verweilzeiten zu erzeugen, so daß der verfahrenstechnische und apparative Aufwand minimiert wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, staubförmige Kohle gemeinsam mit einem Vergasungsmittel in Form einer Gas-Feststoff-Suspension unter erhöhtem Druck zu erhitzen und die dabei aus der Kohle entbundenen Entgasungsprodukte sowohl miteinander als auch mit dem Vergasungsmittel und mit dem Restkoks rgagierenzu lassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß staubförmige Kohle, vorzugsweise Braunkohle, mit oder ohne Katalysatoren und/oder anderen ebenfalls feinkörnigen Zuschlagstoffen gemeinsam mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid als Gas-Feststoff-Suspension in einem oder mehreren parallelgeschalteten Förderrohren transportiert wird. Diese Förderrohre sind wärmeisoliert und/oder von außen beheizt und von zweckentsprechender Länge. Die Fließdichte der Suspension beträgt größer 20% der Schüttdichte und entspricht damit einer Dichtstromförderung bzw. Fließförderung. Die Fließgeschwindigkeit liegt bei 1 bis 12 m/s. Die Reaktionstemperaturen betragen zwischen 600 und 1000⁰C, der Reaktionsdruck zwischen 0,1 und 15MPa. Das Masseverhältnis Brennstoff-Fördergas kann bis über 100kg/kg erreichen. Mit einer Durchsatzleistung an Brennstoff, bezogen auf den Reaktionsraumquerschnitt von mindestens 100 kg pro cm² und Stunde und bis zu 1000 kg pro cm² und Stunde werden vergleichbare Verfahren um ein Vielfaches übertroffen. Die Wärmeübergangszahl von der Suspension an die Förderrohrinnenwand sowie die erreichbare Wärmestromdichte liegt wegen der sehr dichten Phase entsprechend hoch. Es ist nicht beabsichtigt, einen wesentlichen Umsetzungsgrad des Restkokses zu erreichen. Dadurch liegt die erforderliche Verweilzeit mit etwa 5 bis 60s entsprechend niedrig. Sie kann durch die Länge des Förder- und Reaktionsrohres und durch die Fließgeschwindigkeit der Suspension beeinflußt werden. Danach wird das Reaktionsgemisch in einen Trennapparat geführt, wobei unter Beibehaltung hoher Temperaturen eine Entspannung auf einen niedrigeren Druck erfolgt. Damit soll erreicht werden, daß die erzeugten gas- und dampfförmigen Ent- und Vergasungsprodukte zunächst nicht kondensieren und der verbleibende Restkoks in staubförmiger Form abgeschieden werden kann. Er kann als Brennstaub oder auch in einem Staubvergasungsverfahren zur Erzeugung eines H₂- und CO-reichen Gases genutzt werden. Die gas- und dampfförmigen Produkte werden gekühlt und entstaubt. Das erzeugte Brenngas wird von den kondensierten Flüssigprodukten, die einer üblichen Weiterverarbeitung unterzogen werden, getrennt.

Der Kohle bzw. der Gas-Feststoff-Suspension können feinverteilte Katalysatoren zur Förderung der Crack- und Vergasungsreaktionen sowie Zuschlagstoffe zugesetzt werden, die der Schwefelbindung, der Verhinderung des Agglomerierens der Feststoffpartikel oder anderen an sich bekannten Wirkungen dienen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend anhand des Bildes 1 an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden: Aus dem Staubbunker 1 wird staubförmige Kohle mit einem Wassergehalt von 8Ma.-%, die mit 10 Ma.-% eisenhaltiger Kraftwerksasche zwecks Verhinderung des Agglomerierens der Kohleteilchen und zwecks Schwefelbindung versetzt wurde, über die Druckschleusen 2 und 3 dem Einspeise- und Dosiergefäß 4 zugeführt. Der unten am Gefäß 4 befindliche Wirbelboden wird mit Kohlendioxid aus der Leitung 6 angeströmt. Der Druck im Einspeisegefäß 4 beträgt 4MPa. Über das Förderrohr 7 erreicht die Gas-Feststoff-Suspension mit einer Fließdichte von 450kg/m³ den Wärmeübertrager 8, in dem das Gemisch durch die fühlbare Wärme der gas- und dampfförmigen Produkte auf etwa 500⁰C vorerhitzt wird. Danach wird in die Verlängerung 9 des Förderrohres 7 überhitzter Wasserdampf aus der Leitung 1OaIs Injektionsgas zugesetzt, wodurch in Verbindung mit den bereits entstandenen Gasen und Dämpfen die Fließdichte auf 150 kg/m³ anfällt. In einem weiteren Wärmeübertrager 11 wird die

Reaktionstemperatur auf über 800⁰C gebracht. Als Heizmedium dient das in der Brennkammer 12 erzeugte heiße Rauchgas, dessen fühlbare Wärme anschließend im Dampfüberhitzer 13 zur Überhitzung des Wasserdampfes genutzt wird. Die Reaktion des Gas-Feststoff-Gemisches strebt in der wärmeisolierten Verlängerung 14 des Förderrohres dem thermodynamischen Gleichgewicht zu. Durch den Eintritt des Gemisches in den Trennapparat 15 und die dabei eintretende Entspannung sowie durch die Abscheidung des verbleibenden Restkokses wird die Reaktion beendet. Die gas- und dampfförmigen Produkte verlassen druckgeregelt den Trennapparat 15 mit einem Druck von etwa 2 MPa und 700°C über die Leitung 16. Im Heißzyklon 17 werden sie entstaubt und im Wärmeübertrager 8 sowie im Abhitzekessel 18, der der Erzeugung des benötigten Wasserdampfes dient, vorgekühlt. Dabei werden bereits hochsiedende Produkte auskondensiert. Die weitere Kühlung, Kondensation und Feinreinigung finden in bekannter Weise statt.

Der im Trennapparat 15 sich absetzende Restkoks wird über die Druckschleusen 19 und 20, in denen er gekühlt wird, der weiteren Nutzung zugeführt.

Der Einfachheit halber wurde in diesem Ausführungsbeispiel nur 1 Förderrohr dargestellt, obwohl erfindungsgemäß vom Dosiergefäß 4 z. B. gleichzeitig 12 Förderrohre abgehen können.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erzeugung eines heizwertreichen Brenngases und von flüssigen Kohlewertstoffen, aus staubförmiger Kohle, vorzugsweise Braunkohle, in Anwesenheit von Wasserdampf und/oder. Kohlendioxid, dadurch gekennzeichnet, daß die staubförmige Kohle mit oder ohne Zusatz von Katalysatoren und/oder anderen ebenfalls staubförmigen Zuschlagstoffen zusammen mit dem Wasserdampf und/oder dem Kohlendioxid in Form einer Gas-Feststoff-Suspension, die mit einer Fließdichte größer 20% der Schüttdichte nach dem Prinzip einer Fließförderung in einer oder mehreren parallelgeschalteten von außen beheizten bzw. wärmeisolierten Förderrohrleitungen zweckentsprechender Länge beiTemperaturen zwischen 600 und 1000⁰C und bei Drücken zwischen 0,1 und 15MPa mit einer Fließgeschwindigkeit zwischen 1 und 12m/s transportiert wird und daß dabei der als Fördergas dienende Wasserdampf und/oder das Kohlendioxid mit den aus der Kohle entbundenen Gasen und Dämpfen und diese miteinander sowie teilweise mit dem Restkoks reagieren und anschließend die gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte gemeinsam mit dem Restkoks in einen Trennapparat geführt und dabei unter Beibehaltung hoher Temperaturen auf einen deutlich unter dem Reaktionsdruck liegenden Druck entspannt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fühlbare Wärme der Reaktionsprodukte mindestens teilweise zur Aufheizung der Reaktionsteilnehmer genutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Trennapparat verlassenden Gase und Dämpfe in einem Heißzyklon entstaubt und anschließend die flüssigen Kohlewertstoffe auskondensiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der staubförmigen Kohle als Zuschlagstoff Kraftwerksasche oder staubförmiges Eisenoxid und/oder Restkoks zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erfindungsgemäße Verfahren in zwei oder mehreren Stufen durchgeführt wird, indem die ganz oderteilweise entgaste Kohle nach entsprechender Kühlung erneut mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid als Fördergas dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Restkoks einem an sich bekannten Staubvergasungsverfahren in fluidisierter Form zur Erzeugung eines wasserstoff- und kohlenmonoxidreichen Gases zugeführt wird.