DD262335A3

DD262335A3 - METHOD FOR PRODUCING A HEAT-RICH FUEL AND LIQUID COAL MATERIALS FROM DUST-SOLE COAL

Info

Publication number: DD262335A3
Application number: DD29329786A
Authority: DD
Inventors: Heinz Hackel; Klaus Schoene; Heinz Martin; Horst Kretschmer; Manfred Schingnitz; Claus Lucas; Wolfgang Seidel; Dieter Koenig
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1988-11-30

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. 1Process for the production of a high-calorie fuel gas and of liquid coal values from pulverized coal. The invention relates to the production of a high-calorie fuel gas and of liquid coal values from pulverized coal, preferably lignite, in the presence of water vapor and / or carbon dioxide. The object of the invention is to carry out the production of the fuel gas and of liquid coal values with a continuous and defined transport and reaction sequence and with low residence times. The object of the invention is to allow the dusty coal to react together with a gasification agent in the form of a gas-solid suspension under elevated pressure. According to the invention, the dusty coal, with or without the addition of catalysts and / or other fine-grained aggregates, is transported together with steam and / or carbon dioxide in one or more externally heated conveying tubes, reacted during short residence times and then expanded in a separating apparatus. The generated gas can be used as a high quality fuel gas or as Zumischkomponente for city gas production. The liquid carbon values and the remaining coke can be used in a known manner. Fig. 1

Description

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Field of application of the invention

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.The invention relates to a method for producing a high-calorie fuel gas and liquid carbon values from pulverized coal, preferably brown coal, in the presence of water vapor and / or carbon dioxide and indirect external heat. The resulting gas can serve as a high quality fuel gas or as Zumischkomponente for city gas production. Any resulting carbon values that condense under normal conditions can be used or further processed in the usual way. The remaining coke can be used as fuel dust or used in one of the known dust gasification process for producing a hydrogen and carbon monoxide rich gas.

Characteristic of the known technical solutions

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.Methods are already known in which powdered coal is gasified in the fluidized bed with water vapor and / or carbon dioxide. Recently, the supply of the required process heat via helium secondary circuits of high-temperature nuclear reactors, which are immersed in the fluidized bed.

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.However, methods have been proposed in which coal is gasified with a gasification agent in tubular, indirectly heated gasification chambers. Such a method is described in the patent application DE 1796050. It is characterized in that raw lignite is selected as the raw material whose expelled by the heating own water is used in a conventional manner as a gasification agent. The method is tied to horizontally laid pipelines and assumes that the coal in the course of evaporation of the water contained therein and its degassing contains a loosening, is fluidized by the resulting gases and vapors so to speak, and that continuously discharged by the resulting Gasströrrmng the solid particles become. However, it must be doubted that this automatism can be realized on an industrial scale so that a steady flow of the solid particles occurs by fluidization and that thus a throughput of economic magnitude can be realized. Also, a steady and adequate supply of heat to the reactants because of the undefined conditions in the gasification space is unthinkable. The heat consumption in the zone of the horizontal tubular gasification space, in which the evaporation of the natural water of the raw lignite takes place, is out of proportion to the heat demand in the heating and reaction zones. Also, it is not possible that the raw coal during the entire process into such a grain disintegrates that the feed - as described in the drafting - largely behaves like a Fluidatbett.

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.A process for producing synthetic natural gas by gasification of brown coal, preferably crude lignite, is described in the Offenlegungsschrift DE 2329959. Again, the raw lignite is introduced into externally heated pipes, where it is gasified with the vaporizing natural water. This is followed by CO conversion and methanation. The heat obtained in the methanation is returned to the gasification area. It is a carbon conversion of over 75% sought. Except methane, the product gas coming from the gasification stage contains no hydrocarbons. For this it is necessary to drive with a correspondingly high ratio of steam / dry coal and with high residence times. This also applies if the coal has been previously dried to limit the excess of steam. Neither in the invention description nor in the claims is anything said about the way in which the solids are to be transported out of the pipes and out of the pipes.

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.In DE-OS 2035088 (C 10j 3/10), a method and an apparatus are described in which the gasification of coal with water vapor and / or carbon dioxide takes place in externally heated metal tubes with turbulent flow. In this case, the fuel to be gasified is dust-like or finely injected into the highly heated gasification agent. The aim is complete gasification, dust-like ash is obtained as a residue and is discharged with the gas from the combined in a common chamber tubes. For this purpose, a ratio of gasification agent fuel in the order of about 2 to 5m ³ i. N./kg applied. This corresponds to a mass ratio of solid gas in the order of less than 1 kg / kg and thus the delivery principle of a Dünnstromförderung. The heat transfer coefficients of this thin phase against the heated pipe wall are close to those of the pure gasification agent. The supply of catalysts or other additives to the fuel is not provided.

Object of the invention

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.The object of the invention is to produce from pulverulent coal, preferably lignite, a fuel gas rich in calorific value and liquid carbon values with a continuous and defined transport and reaction sequence and with low residence times, so that the process engineering and equipment expense is minimized.

Explanation of the essence of the invention

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.The technical problem to be solved by the invention is to heat pulverized coal together with a gasification agent in the form of a gas-solid suspension under elevated pressure and thereby released from the coal degassing both with each other and with the gasification agent and with the residual coke rgagieren.

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.According to the invention the object is achieved in that pulverized coal, preferably brown coal, is transported with or without catalysts and / or other likewise fine-grained aggregates together with water vapor and / or carbon dioxide as a gas-solid suspension in one or more parallel conveyor tubes. These delivery pipes are thermally insulated and / or heated from the outside and of appropriate length. The flow density of the suspension is greater than 20% of the bulk density and thus corresponds to a dense phase conveying or flow promotion. The flow rate is 1 to 12 m / s. The reaction temperatures are between 600 and 1000 ⁰ C, the reaction pressure between 0.1 and 15 MPa. The mass ratio fuel delivery gas can reach up to over 100kg / kg. With a throughput of fuel, based on the reaction space cross-section of at least 100 kg per cm ² and hour and up to 1000 kg per cm ² and hour comparable processes are exceeded many times. The heat transfer coefficient of the suspension to the conveyor tube inner wall and the achievable heat flow density is due to the very dense phase correspondingly high. It is not intended to achieve a substantial degree of conversion of the residual coke. As a result, the required residence time with about 5 to 60s is correspondingly low. It can be influenced by the length of the conveying and reaction tube and by the flow rate of the suspension. Thereafter, the reaction mixture is passed into a separating apparatus, wherein, while maintaining high temperatures, a relaxation to a lower pressure. This is to ensure that the generated gas and vapor degassing and gasification products initially do not condense and the remaining coke can be deposited in dust-like form. It can be used as a fuel dust or in a dust gasification process to produce a H ₂ and CO rich gas. The gaseous and vaporous products are cooled and dedusted. The generated fuel gas is separated from the condensed liquid products subjected to conventional further processing.

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.The coal or the gas-solid suspension can be added finely divided catalysts for promoting the cracking and gasification reactions and additives, which serve the sulfur binding, the prevention of agglomeration of the solid particles or other known effects.

embodiment

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 dieThe invention will be explained below with reference to FIG. 1 in an exemplary embodiment. From the dust bunker 1, pulverized coal having a water content of 8% by mass and containing 10% by mass of iron-containing power plant ash has been added in order to prevent agglomeration of the coal particles and sulfur binding , fed via the pressure locks 2 and 3 to the feed and metering vessel 4. The vertebrate bottom located at the bottom of the vessel 4 is supplied with carbon dioxide from the line 6. The pressure in the feed vessel 4 is 4 MPa. About the delivery pipe 7, the gas-solid suspension reaches a heat density of 450 kg / m ^3, the heat exchanger 8, in which the mixture is preheated by the sensible heat of the gaseous and vaporous products to about 500 ⁰ C. Thereafter, in the extension 9 of the conveying tube 7, superheated steam from the line 10AIs injection gas is added, whereby in conjunction with the gases and vapors already formed, the flow density to 150 kg / m ³ is obtained. In another heat exchanger 11 is the

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.Reaction temperature brought to over 800 ⁰ C. As a heating medium, the hot flue gas generated in the combustion chamber 12, the sensible heat is then used in the steam superheater 13 for overheating of the steam. The reaction of the gas-solid mixture aims in the heat-insulated extension 14 of the delivery tube to the thermodynamic equilibrium. The reaction is terminated by the entry of the mixture into the separating apparatus 15 and the resulting expansion as well as by the deposition of the remaining coke. The gaseous and vaporous products leave pressure-controlled separation apparatus 15 at a pressure of about 2 MPa and 700 ° C via line 16. In the hot cyclone 17, they are dedusted and in the heat exchanger 8 and the waste heat boiler 18, which serves to generate the required water vapor, pre-cooled. This high-boiling products are already condensed out. The further cooling, condensation and fine cleaning take place in a known manner.

Der im Trennapparat 15 sich absetzende Restkoks wird über die Druckschleusen 19 und 20, in denen er gekühlt wird, der weiteren Nutzung zugeführt.The residual coke which settles in the separating apparatus 15 is supplied to further use via the pressure locks 19 and 20, in which it is cooled.

Der Einfachheit halber wurde in diesem Ausführungsbeispiel nur 1 Förderrohr dargestellt, obwohl erfindungsgemäß vom Dosiergefäß 4 z. B. gleichzeitig 12 Förderrohre abgehen können.For the sake of simplicity, only 1 delivery tube was shown in this embodiment, although according to the invention from the metering vessel 4 z. B. at the same time can go 12 delivery pipes.

Claims

1. A process for the production of a high-calorie fuel gas and liquid carbon values, from pulverized coal, preferably brown coal, in the presence of water vapor and / or. Carbon dioxide, characterized in that the pulverulent coal with or without the addition of catalysts and / or other likewise dusty aggregates together with the water vapor and / or carbon dioxide in the form of a gas-solid suspension having a flow density greater than 20% of the bulk density to the principle of flow promotion in one or more parallel connected externally heated or thermally insulated delivery pipes appropriate length at temperatures between 600 and 1000 ⁰ C and at pressures between 0.1 and 15MPa at a flow rate between 1 and 12m / s is transported and that while the Serving gas serving water vapor and / or carbon dioxide with the released from the coal gases and vapors and these react with each other and partially with the residual coke and then passed the gaseous and vaporous reaction products together with the residual coke into a separating apparatus while maintaining high r temperatures are relaxed to a pressure well below the reaction pressure.

2. The method according to claim 1, characterized in that the sensible heat of the reaction products is at least partially used for heating the reactants.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the separating apparatus leaving the gases and vapors are dedusted in a hot cyclone and then the liquid carbon values are condensed out.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the dusty coal is added as an aggregate Kraftwerksasche or dusty iron oxide and / or residual coke.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the inventive method is carried out in two or more stages by the completely oderteilweise degassed coal is again subjected to appropriate cooling according to the invention with water vapor and / or carbon dioxide as a carrier gas.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the residual coke is fed to a known dust gasification in fluidized form for producing a hydrogen and carbon monoxide rich gas.