DD278348A1

DD278348A1 - Verfahren und vorrichtung zur schnellpyrolyse von kohlen

Info

Publication number: DD278348A1
Application number: DD32352588A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Paul; Dieter Eidner; Bernd Meyer; Eberhardt Weiss; Wilhelm Hoppe; Michael Bieber; Bernd Kroedel
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1990-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehoerige Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohle oder anderem schwelbarem Material mit Hilfe eines festen Waermetraegers. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Wirtschaftlichkeit von Verfahren zur Schnellpyrolyse von Kohlen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohlen zu entwickeln, wobei die Crackung von Teer infolge Uebertemperatur des Waermetraegers vermieden werden soll. Erfindungsgemaess besteht der Prozess aus zwei integrierten Pyrolysestufen, wobei in der ersten Prozessstufe in einer stationaeren Wirbelschicht die Mischung von festem Waermetraeger und rezirkuliertem Bettmaterial und in der zweiten Prozessstufe in einer expandierenden Wirbelschicht die Pyrolyse des zentral zugefuehrten schwelbaren Materials erfolgt. Die Fluidisierung erfolgt mit rezirkuliertem Schwelgas. Dem Schwelreaktor ist ein Transportreaktor nachgeschaltet. Die Gasgeschwindigkeiten betragen 5 bis 10 m/s im Transportreaktor und 1,5 bis 5 m/s im groessten Querschnitt des Schwelreaktors.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohle oder anderem schwelbarem Material mit Hilfe eines festen Wärmeträgers.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Schwelreaktoren zur Schnellpyrolyse von ballastreicher schwelwürdiger Kohle gewinnen seit der Verknappung und Verteuerung des Erdöls an Bedeutung. Die Schnellpyrolyseverfahren sind Hochleistungsalternativverfahren zur Lurgi-Spulgasschwelung, sie sind für in der Zukunft schlechter werdende Kohlequalitäten geeignet. Das in Patentschrift DD-WP 239419 dargelegte Integrierte Pyrolyse-Verbrennungsverfahren ist ein geeignetes, entwicklungsfähiges Schnellpyrolyseverfahren. Für dieses Verfahren ist die Mischung von festem Wärmeträger mit Trockenkohle und anderem schwelbarem Material in einer im Schwelreaktorunterteil befindlichen Wirbelschicht von entscheidender Bedeutung für Wärmeübertragung, Schwelgasentbindung und Hydrodynamik. In der oben genannten Patentschrift ist die Mischung von Trockenkohle und fes'.em Wärmeträger in einer stationären Wirbelschicht, die auf Grund der Schwelgasentbindung expandiert, vorgesehen.

Der Nachteil der in Patentschrift DD-WP 239418 vorgeschlagenen Lösung liegt ip der Übertemperatur des Wärmeträgers. Inder stationären Gas-Ffststoff-Wirbelschicht ist nicht zu verhindern, daß teerhaltiges Schwelgas mit etwa 850⁰C heißem Wärmeträger in Berührungskontakt kommt. Inder Folge kommt es zur Teercrackung, wobei leichtere Flüssigprodukte entstehen. Zur Gewinnung von Kohlewertstoffen als Zielrichtung sind jedoch schwere Teere gefragt.

Vom Lurgi-R'ihrgas-Verfahren als Schüttschicht-Schwelverfahren ist die Teercrackung infolge Wärmeträgerübertemperatur ebenfalls bekannt (Chemische Industrie 105 [1982] 5, S.326-328). Zur ähnlichen Aussagen kommt auch das ENIN-Institut Moskau, das Schnellpyrolyseversuchsanlagen mit Braunkohle betreibt. (Energotehnol. ispol'z. topliv. Moskau 1984, S.43-48)

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Verfahren zur Schnellpyrolyse von Kohlen bzw. kohlenstoffhaltigem Material mit Hilfe eines festen Wärmeträgers.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohlen oder anderem schwelbarem Material mit festem Wärmeträger, das die Crackung von Teer zu Leichtöl infolge hoher Übertemperatur des Wärmeträgers vermeidet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse in zwei integrierten Prozeßstufen abläuft, wobei in der ersten Prozeßstufe die Mischung von festem Wärmeträger und

rezirkuliertem Bettmaterial in einer stationären Wirbelschicht und in der zweiten Prozeßstufe die Pyrolyse von Trockonkohle oder anderen schwelbaren Materialien, die im zentralen Bereich über der ersten Prozeßstufe zugRführt werden, in einer expandierenden Wirbelschicht mit Übergang zum pneumatischen Feststofftrensport erfolgt. Der Eintrag des feston Wärmeträgers mit einer Temperatur von 800 bis 900⁰C geschieht im bodennahen Bereich der stationären Wirbelschicht, die durch rezirkuliertes Schwelgas fluidisiert wird. Die Kühlung des in der ersten Prozeßstufe eingespeisten festen Wärmeträgers wird mit Feststoff vorgenommen, der mit einer Temperatur von 500 bis 600⁰C intern, infolge derzentralon Schwelgasentbindung der zweiten Prozeßstufe, im Schwelreaktor zirkuliert.

Das Massenverhältnis der durchgesetzten Feststoffe, bestehend aus Bettmaterial und Trockenkühle, zum intern im Schwelreaktorunterteil zirkulierenden Feststoff, dem Material der stationären Wirbelschicht, liegt im Bereich von 1:10 bis 1:100. Die Gasgeschwindigkeiten im Transportreaktor liegen im Bereich von 5 bis 10 m/s, im größten Querschnitt des Schwolreaktors in der zweiten Prozeßstufe im Bereich von 1,5 bis 5m/s.

Die Kombination der gefundenen Bereiche für die Parameter Massenverhältnis und Gasgeschwindigkeiten bewirkt die Sicherung des Abbaus der Wärmeträgerüberterr.peratur und der Verweilzeit für die Pyrolyse bei hohem Feststoffdurchsatz. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelreaktor einen Wirbelboden und eine oder mehrere nahe dem Wirbelbodenumfang mündende Wärmeträgereintragsieitungen sowie eine oder mehrere im Bereich von ein bis zwei Meter über dem Wirbelboden zentral angeordnete Eintragsleitungen für Trockenkohle und anderes schwelbares Material besitzt. Das Wirbelgas der ersten Prozeßstufe wird über einon Wirbelboden zugeführt. Der Schwelreaktor ist so ausgeführt, daß das Schwelreaktorunterteil eine Querschnittserweiterung in Strömungsrichtung besitzt, das Schwelreaktormittelteil einen konstanten Querschnitt hat, während das Schwelreaktoroberteil eine Querschnittsverengung aufweist. Dem Schwelreaktor schließt sich in Gasströmungsrichtung der Transportreaktor an.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt in der ersten Prozeßstufe die Absenkung der Temperatur des eingespeisten Wärmeträgers durch Mischung mit kälterem, aus der zweiten Prozeßstufe rezirkuliertem Bettmaterial, die Schnellpyrolyse in dp.· expandierten Wirbelschicht der zweiten Prozeßstufe oberhalb der Trockenkohleeintragsleitung und im anschließenden Trareportreaktor den pneumatischen Abtransport des aus Bettmaterial und Schwelkoks bestehenden Feststoffes sowie ein Nachpyrolysieren von restlichem schwelbarem Material.

Der Vorteil der Erfinuung liegt in der Verbesserung der Ökonomie für Schnellpyrolyseverfahren. In leistungsstarken Schnellpyrolyseverfahren können somit Teerqualitäten erzeugt werden, deren Weiterverarbeitung mit weitestgehend vorhandenen Technologien erfolgen kann.

Ausführungsbeisp.iel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel an Hand einer schematischen Darstellung erläuiort. Die zugehörige Zeichnung zeigt den Querschnitt des Schwelreaktors 1. Im Unterteil dr.s Schwelreaktors 1 befindet sich ein Wirbelbett 3, das unterhalb der ; iockenkohleeintragsleitung 4 eine stationäre Wirbelschicht bildet, die oberhalb der Trockenkohleeintragsleitung 4 expandiert. Als Wirbelgas für den stationären Bereich dient rezirkuliertes Schwelgas, das über die Wirbelgaszuleitung 10, den Wirbelgaseintritt 6 und einem Wirbelboden 9 zugeführt wird. Die Schnellpyrolysetemperatur im Schwelreaktor 1 beträgt 550⁰C. Der 850⁰C heiße Wärmeträger fließt Ober die Wärmeträgereintragsleitung 8 bodennat, zu und wird im stationären Bereich der Wirbelschicht im Bettmaterial, das eine Temperatur von 550⁰C hat und infolge interner Feststoffzirkulation im Wandbereich rückströmt, intensiv abgekühlt. Die Wärmekapazität der Wirbelschicht im Unterteil des Cchwelreaktors 1 wird so gewählt, daß max. 100K als Wärmeträgerübertemperatur, gegenüber der Prozeßtemperatur für die Sc'inellpyrolyse, auftreten. Die Trockenkohle fließt über eine Wirbelschleuse 5, in der sie durch Wirbelgas fluidisiert wird, und die Troc!<enkohleeintragsleitung 4 in den Schwelreaktor 1. Der Trockenkohieeintrag befindet sich im zentralen Bereich des Schwelreaktors 1, der Abstand zum Wirbelboden 3 beträgt 1,5m. Die intensive Schwelgasentbindung verläuft oberhalb des Trockenkohleeintrages, die Wirbelschicht expandiert. Während die transportfähigen Feststoffteilchen im Oberteil des Schwelreaktors 1 durch den Schwelgasstrom beschleunigt und im Transportreaktor 2 pneumatisch abtransportiert worden, rezirkuliert das Bettmaterial am wandnahen Bereich in den stationären Teil der Wirbelschicht. Für den Abzug von großen Feststoffpartikeln ist der Grobascheabzug 7 vorhanden

Für einen Schwelreaktor 1 mit einem Trockenkohledurchsatz von 85t/h ergeben sich bei den Parametern

- Durchmesser Wirbelboden 9 2 m

- Höhe konisches Unterteil des Schwelreaktors 1 2 m

- Höhe zylindrisches Mittelteil des Schwelreaktors 1 1m

- innerer Durchmesser zylindrisches Mittelteil des Schwelreaktors 1 2,5 m

- Höhe konisches Oberteil des Schwelreaktors 1 2m

- innererDurchmesserTransportreaktor2 1,4m

- HöheTransportreaktor2 15m

Gasgeschwindigkeiten im Mittelteil des Schwelreaktors 1 von 1,5m/s bei Halblast und 4,5m/s bei Vollast. Für den Transportreaktor 2 liegt die Gasgeschwindigkeit für Halblast bei 5m/s und für Voliast bei 10 m/s.

Claims

1. Verfahren zur Schnellpyroiyse von Kohlen oder anderem schwelbarem Material in der Wirbelschicht, wobei ein fester Wärmeträger aus dem Bettmaterial einer Wirbelschichtfeuerung entnommen wird und die Fluidisierung der Wirbelschicht durch rezirkuliertes Schwelgas erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse in zwei integrierten Prozeßstufen realisiert wird, wobei in der ersten Prozeßstufe die Mischung des mit einer Temperatur von 800 bis 900⁰C eingespeistem Wärmeträgers mit dem 500 bis 600⁰C heißem Bettmaterial des Schwelreaktors in einer stationären Wirbelschicht erfolgt und in der zweiten Prozeßstufe Trockenkohle oder andere schwelbare Materialien zentral zugeführt und in einer expandierenden Wirbelschicht, die in den pneumatischen Feststofftransport übergeht, pyrolysiert werden, daß das Massenverhältnis der durchgesetzten Feststoffe Bettmaterial und Ί rockenkohle zum intern im Unterteil des Schwelreaktors zirkuliert iden Bettmaterial der stationären Wirbelschicht im Bereich von 1:10 bis 1:100 liegt und daß die Gasgeschwindigkeiten im Bereich des maximalen Querschnittes des Schwelreaktors in Höhe der zweiten Prozeßstufe 1,5 bis 5m/s und im Transportreaktor 5 bis 10m/s betragen.

2. Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohlen oder anderem schwelbaren Material in der Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelreaktor für die erste Prozeßstufe einen Wirbelboden und eine oder mehrere, nahe dem Wirbelbodenumfang mündende Wärmeträgereintragsleitungen sowie eine oder mehrere im Bereich von ein bis zwei Meter über •dem Wirbelboden zentral angeordneten Eintragsleitungen für Trockenkohle und anderes schwelbare Material besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß der Schwelreaktor im Unterteil in Gasströmungsrichtung eine Querschnittserweiterung besitzt, das Schwelreaktormittelteil einen konstanten Querschnitt hat, während das Schwelreaktoroberteil eine Querschnittsverengung aufweist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung