DE102007006983A1 - Verfahren zur Kühlung von Rohgasen der Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe unter Druck - Google Patents

Verfahren zur Kühlung von Rohgasen der Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe unter Druck Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Rohgasen der Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe unter Druck, wobei die heißen, partikelbeladenen Rohgase, die den Wirbelschichtvergaser mit der Vergaser-Austrittstemperatur verlassen, mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltenden zweiten Vergasungsmitteln durch endotherme Reaktion gekühlt werden. Erfindungsgemäß wird das Verfahren so geführt, dass in die heißen, partikelbeladenen Rohgase, die den Wirbelschichtvergaser mit der Vergaser-Austrittstemperatur verlassen, so Wasserdampf und/oder Kohlendioxid eingemischt werden, dass durch endotherme Reaktion mit den überhitzten kohlenstoffhaltigen Partikeln der Rohgase die im Ergebnis der Einmischung gebildeten Reaktionsgase bis zu deren kinetischen Reaktionsendtemperatur oder darunter abgekühlt werden, so dass die partikelbeladenen Rohgase nicht mehr zur Hochtemperaturverschmutzung, Ansatzbildung oder Korrosion neigen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Rohgasen der Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe unter Druck, wobei die heißen, partikelbeladenen Rohgase, die den Wirbelschichtvergaser mit der Vergaser-Austrittstemperatur verlassen, mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltende zweite Vergasungsmittel durch endotherme Reaktion gekühlt werden.
  • Moderne Verfahren der Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe sind durch hohe Drücke (bis 40 bar) und hohe Vergasungstemperaturen (bis 1100°C) gekennzeichnet. Die heißen Rohgase, die den Wirbelschichtvergaser verlassen, führen feste Partikel (Restkokse der Vergasung und Aschen bzw. erstarrte Schlacken) mit sich. Die Partikel bestehen in der Regel mengenmäßig überwiegend aus Kokskohlenstoff und untergeordnet aus Aschen bzw. erstarrten Schlacken. Die hohen Temperaturen sind erforderlich, um hohe Kohlenstoff-Umsatzgrade von möglichst über 90% und niedrige Kohlenwasserstoffgehalte (Methan, Benzol, Naphthalin) zu erreichen. Sie erschweren jedoch die weitere Behandlung der Gase, z. B. durch Hochtemperaturverschmutzung, Korrosion und Ansatzbildung bei der Rohgaskühlung. Auch sind hohe Temperaturen aus Gründen der Energieeffizienz von Nachteil.
  • Um der Verschmutzungsneigung entgegenzuwirken, werden die Rohgase vor oder nach dem Austritt aus dem Vergaser durch Verdampfungskühlung mit Wasser gequencht. So wird im Kopf des HTW-Wirbelschichtvergasers Wasser eingedüst, um die Temperatur zu senken. Ein Hinweis findet sich in „Schumacher, H.-J.; Meyer, B.; Brüngel, N.; Renzenbrink, W.: „Das Rheinbraun Hoch-Temperatur-Winkler (HTW)-Verfahren zur Kohleveredlung.-Betriebsergebnisse der 25 bar HTW-Druckvergasungsanlage"; Braunkohle; November 1993".
  • DE 30 33 115 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelreaktors mit einem oberhalb des Wirbelbettes angeordneten Nachreaktionsraum, wobei Sauerstoff und Dampf enthaltende Vergasungsmittel so in den Nachreaktionsraum eingeführt werden, dass die Temperatur im Nachreaktionsraum gleichhoch gehalten wird und der Kohlenstoffgehalt der Partikel im Nachreaktionsraum von unten nach oben abnimmt. Kurz vor der Austrittsöffnung des Reaktors wird dann ein Quenchmittel in den Reaktionsraum gegeben, welches die Temperatur des Gases durch Verdampfungskühlung um etwa 80 bis 100°C herabsetzt, um auf diese Weise sicherzustellen, dass das den Reaktor verlassende Gasgemisch keine Feststoffteilchen enthält, deren Asche erweicht ist und Anbackungen in nachgeschalteten Leitungen verursachen könnte.
  • Durch die mit den vorgenannten physikalischen Quenschen einhergehende Verringerung des Exergieinhaltes der Rohgase verringern sich die energetischen Wirkungsgrade bei der Abwärmenutzung zusätzlich. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Rohgaswärme zur Trocknung und Vorerhitzung der Einsatzkohle zu nutzen, siehe „Anderson, B. et al: "Development of lntegrated Dtying and Gasification of Brown Coat for Power Generation"; Institute of Chemical Engineers Conference: Gasification – The Gateway to the Future; Dresden; September 1998 ". Diese Lösung ist außerordentlich aufwendig, kompliziert den Vergasungsprozess und bringt andere wesentliche Nachteile, wie die Freisetzung von Pyrolyseprodukten, die in den nachgeschalteten Anlagen kondensieren und entfernt werden müssen, mit sich.
  • Zur Abspaltung von Verunreinigungen der Vergasung fester kohlenstoffhaltiger Brennstoffe offenbart DE 34 23 513 A1 die Vermischung des verunreinigten Rohgases mit einem zweiten kohlenmonoxid- und wasserstoffenthaltenen Gas, welches aber eine höhere Temperatur aufweist als die erste Gasmischung. Dabei werden zumindest ein Teil der Verunreinigungen der ersten Gasmischung abgespalten. Eine Kühlung der heißen Reaktionsgase wird je nach molarem Verhältnis der beiden Gase erreicht. Die Realisierung dieses Vorschlages scheitert an der Notwendigkeit des parallelen und zu jedem Zeitpunkt genau aufeinander abgestimmten Betriebes von zwei unabhängigen Vergasungsverfahren.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe bereitzustellen, mit dessen Hilfe die heißen, partikelbeladenen Rohgase auf einfache Art und Weise ohne nennenswerte Exergieverluste abgekühlt und gleichzeitig die Verschlackungs- und Verschmutzungsgefahr beseitigt oder zumindest erheblich vermindert werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in die heißen, partikelbeladenen Rohgase, die den Wirbelschichtvergaser mit der Vergaser-Austrittstemperatur verlassen, so Wasserdampf und/oder Kohlendioxid eingemischt werden, dass durch endotherme Reaktion mit den überhitzten kohlenstoffhaltigen Partikeln der Rohgase die im Ergebnis der Einmischung gebildeten Reaktionsgase bis zu deren kinetischen Reaktionsendtemperatur oder darunter abgekühlt werden, so dass die partikelbeladenen Rohgase nicht mehr zur Hochtemperaturverschmutzung, Ansatzbildung oder Korrosion neigen.
  • Die eingemischten Gase Wasserdampf und/oder Kohlendioxid werden im Folgenden auch als „zweite Vergasungsmittel" bezeichnet, im Unterschied zu den „ersten Vergasungsmitteln", die zur Vergasung im Wirbelschichtvergaser eingesetzt werden und üblicherweise aus einer Mischung von Wasserdampf und Sauerstoff bestehen.
  • Die Erfindung beruht auf folgende wesentliche Zusammenhängen. Die kinetische Reaktionsendtemperatur ist nach Hedden/Foerst, W.: „Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie"; Band 10, Seite 375; Urban & Schwarzenberg; München, Berlin; 1958 diejenige Temperatur, bei der die endothermen Vergasungsreaktionen bei der Festbettvergasung ohne Wärmezufuhr oder Wärmeababfuhr von außen entsprechend der Reaktionsfähigkeit des Restkohlenstoffes, d. h. reaktionskinetisch, „einfrieren". Die kinetische Reaktionsendtemperatur kann auch auf die Bedingungen der Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe unter Druck übertragen werden. Die beiden wichtigsten endothermen Vergasungsreaktionen sind die Boudouard-Reaktion (C + CO2 → 2 CO) und die heterogene Wassergasreaktion (C + H2O → CO + H2). Die Höhe der kinetischen Reaktionsendtemperatur hängt von den eingesetzten, endothermen Vergasungsmitteln Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und von der Reaktionsfähigkeit des Kokskohlenstoffes des jeweiligen Brennstoffes ab. Es ist bekannt, dass die kinetischen Reaktionsendtemperaturen für Kohlendioxid unter technischen Bedingungen um ca. 50 bis 100 K höher liegen als die für Wasserdampf. Bezüglich der Brennstoffabhängigkeit ist bekannt, dass die kinetischen Reaktionsendtemperaturen gegenüber Wasserdampf bei der Vergasung von Steinkohlen die höchsten Werten (900 bis 1000°C) und bei der Vergasung von Biomassen die niedrigsten Werten (650 bis 750°C) annehmen. Braunkohlen liegen mit Werten von 800 bis 900°C dazwischen. Schließlich sei noch die exotherme, heterogene Methanbildungsreaktion C + 2 H2 → CH4 erwähnt, die jedoch für die Einstellung der kinetischen Reaktionsendtemperaturen ohne Bedeutung ist, aber zur Erhöhung des Methangehaltes im Rohgas beitragen kann, die in der Regel unerwünscht ist. Die Methanbildung ist kinetisch gehemmt, wenn Restkohlenstoff der Vergasung als Reaktionspartner zur Verfügung steht.
  • Erfindungswesentlich sind die Erkenntnisse,
    • a) dass eine Temperaturüberhöhung zwischen den Temperaturen der partikelbeladenen Rohgase am Austritt des Vergasers und den kinetischen Reaktionsendtemperaturen gegenüber Wasserdampf, Kohlendioxid oder Gemischen aus Wasserdampf und Kohlendioxid vorliegt,
    • b) dass die hohen Temperaturen der partikelbeladenen Rohgase am Austritt des Vergasers die Gewähr dafür sind, dass sich die kinetischen Reaktionsendtemperaturen nach Einmischung von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid sehr schnell einstellen,
    • c) dass die auf die kinetischen Reaktionsendtemperaturen abgekühlten partikelbeladenen Reaktionsgase überwiegend nicht mehr zur Hochtemperaturverschmutzung, Ansatzbildung und Korrosion neigen und
    • d) dass die fühlbare Wärme entsprechend der Temperaturüberhöhung überwiegend in chemisch gebundene Wärme umgewandelt wird.
  • Die Menge der eingemischten zweiten Vergasungsmittel richtet sich in erster Linie nach der Größe der Temperaturüberhöhung und kann mit hinreichender Zuverlässigkeit praktisch ermittelt werden. Dabei geht man so vor, dass den partikelbeladenen Rohgasen schrittweise mehr zweite Vergasungsmittel zugeführt werden, und zwar so lange, bis sich die Temperaturen der Reaktionsgase nicht mehr durch endotherme Reaktionen verringern. Das Erreichen der kinetischen Reaktionsendtemperaturen ist anhand der Aufzeichnung der Abhängigkeit der Temperatur der Reaktionsgase von der Vergasungsmittelmenge deutlich erkennbar.
  • Es ist aber auch möglich, dass in Abhängigkeit von den Brennstoffeigenschaften die Temperaturabsenkung auf Temperaturwerte oberhalb oder unterhalb der kinetischen Reaktionsendtemperatur vorgenommen wird. Bei Brennstoffen mit geringer Verschmutzungsneigung, z. B. bei Steinkohlen mit hohen Ascheerweichungspunkten, kann es durchaus zweckmäßig sein, weniger zweite Vergasungsmittel zuzuführen, als für die Einstellung der kinetischen Reaktionsendtemperaturen erforderlich wäre, da auch bei höheren Temperaturen keine Verschmutzungsgefahr besteht. Umgekehrt wird es bei stark verschmutzenden Brennstoffen, wie z. B. Biomassen, angeraten sein, mehr zweite Vergasungsmittel zuzuführen, um Temperaturen einzustellen, die unterhalb der kinetischen Reaktionsendtemperaturen liegen, bei denen aber sichergestellt ist, dass keine Verschmutzung der nachgeschalteten Einrichtungen erfolgt.
  • Vorzugsweise werden die zweiten Vergasungsmittel vor deren Einmischung auf Temperaturen von 250 bis 400°C vorgewärmt. Dadurch werden die unvermeidlichen Verluste an fühlbarer Wärme infolge der Aufheizung der zweiten Vergasungsmittel durch die Rohgase gering gehalten. Unter Verzicht auf einen Teil des endothermen Reaktionsumsatzes der Vergasungsreaktionen ist es auch vorteilhaft, geringer vorgewärmte zweite Vergasungsmittel oder sogar Wasser anstelle von Wasserdampf einzumischen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Kohlenstoff-Frachten der partikelbeladenen Rohgase geringer sind als die für die endothermen Reaktionen erforderlichen minimalen Kohlenstoff-Frachten. Die minimalen Kohlenstoff-Frachten stellen die für die Einstellung der kinetischen Reaktionsendtemperaturen in den partikelbeladenen Rohgasen mindestens erforderlichen Mengen an Kokskohlenstoff dar. Das sind pro 100 K Abkühlung der partikelbeladenen Rohgase mindestens etwa 8 bis 10 g Kohlenstoff/m3 i.N., Rohgas (feucht), d. h. die minimalen Kohlenstoff-Frachten müssen um so größer sein, je höher die Temperaturüberhöhung ist bzw. je stärker die Rohgase abgekühlt werden.
  • Die zweiten Vergasungsmittel können aus Wasserdampf oder Kohlendioxid oder aus Mischungen beider bestehen. Mischungen von Wasserdampf und Kohlendioxid sind in einem weiten Bereich von 0,2 bis 5 m3 i.N H2O/m3 i.N CO2 – je nach Verfügbarkeit der Gase oder der gewünschten Veränderung der Gaszusammensetzung der Reaktionsgase – variierbar.
  • Die zweiten Vergasungsmittel können den partikelbeladenen Rohgasen beim Verlassen des Wirbelschichtvergasers an verschiedenen Stellen eingemischt werden. Die Einmischung erfolgt vorzugsweise vor deren Austritt im Kopf des Wirbelschichtvergasers oder bei deren Austritt aus dem Wirbelschichtvergaser oder nach deren Austritt aus dem Wirbelschichtvergaser oder gleichzeitig an mindestens zwei Stellen.
  • Die Geschwindigkeit der Einstellung der kinetischen Reaktionsendtemperaturen nach Einmischung der zweiten Vergasungsmittel Wasserdampf und/oder Kohlendioxid ist außerordentlich hoch, da die im Gas und in den Partikeln gespeicherte Wärme am Ort der Reaktion zur Verfügung steht, um die endothermen Reaktionen zu initiieren und unter Wärmeverbrauch ablaufen zu lassen.
  • Auf die Lösung einer weiteren wichtigen Aufgabe der Erfindung, die in der Vermeidung der Hochtemperaturverschmutzung, Ansatzbildung und Korrosion besteht, sei im Folgenden kurz eingegangen. Sie liegt in zwei Unterschieden im Vergleich zur Quenchkühlung mit Wasser oder zur indirekten Kühlung der heißen, partikelbeladenen Rohgase mittels Wärmetauschern nach dem Stand der Technik begründet. Der erste Unterschied besteht darin, dass die Feststoffpartikel gemäß der Erfindung den Bereich hoher Temperaturen wesentlich schneller durchlaufen und gleichmäßig abkühlen, bevor sie auf gekühlte Wände treffen und dort „klebrige" oder kohäsive Ansätze bilden können. Der zweite Unterschied betrifft die Umkehr des Temperaturprofils der Partikel bei deren Abkühlung. Bei der Quenchkühlung und der indirekten Kühlung kühlen die Partikel von außen nach innen ab, bei der erfindungsgemäßen Kühlung dagegen gleichmäßig über das gesamte Partikelvolumen. Im ersten Fall finden Kondensations- und Sublimationsausscheidungen aus der Gasphase nahezu ausschließlich auf der kälteren Partikeloberfläche, im zweiten überwiegend auf der inneren Oberfläche statt, wodurch die Klebe- bzw. Adhäsionsneigung deutlich reduziert wird. Durch die Vermeidung der Ansatzbildung an den metallischen Wärmetauscheroberflächen wird auch das Korrosionsproblem gelöst oder mindestens wesentlich verringert.
  • Mit Hilfe der Erfindung, die auf einer sehr einfach zu realisierenden und zu betreibenden Eindüsung von Vergasungsmittel in heiße partikelbeladene Rohgase beruht, wird die Aufgabe gelöst, diese Rohgase auf einfache Art und Weise mit geringsten Exergieverlusten abzukühlen und gleichzeitig die Verschlackungs- und Verschmutzungsgefahr zu vermindern bzw. zu beseitigen.
  • Anhand des Schemas in 1 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Trockenbraunkohle (1) mit einem Wassergehalt von 12 Ma.-% wird unter Zufuhr erster Vergasungsmittel aus Wasserdampf und Sauerstoff (2) im Wirbelschichtvergaser (3) bei einem Druck von 33 bar vergast. Partikelbeladenes Rohgas (4) wird aus dem Wirbelschichtvergaser (3) mit einer Temperatur von 1000°C und einer Partikelbeladung von 44 g/m3 i.N. (feucht) abgezogen. Die Rohgasausbeute beträgt 1,69 m3 i.N (feucht)/kg Trockenbraunkohle. Die Partikel bestehen aus ca. 60% Kokskohlenstoff und ca. 40% Asche.
  • Somit beträgt die Kokskohlenstoff-Fracht des partikelbeladenen Rohgases (4) ca. 25 g Kohlenstoff/m3 i.N Rohgas (feucht). Der Anteil des Kokskohlenstoffes bezogen auf den mit der Trockenbraunkohle (1) in den Wirbelschichtvergaser (3) eingebrachten Kohlenstoff beträgt 8%.
  • In die Strömung des partikelbeladenen Rohgases (4) nach dem Wirbelschichtvergaser (3) wird das zweite Vergasungsmittel (5) durch Eindüsung eingemischt. Das zweite Vergasungsmittel (5) besteht aus überhitztem Wasserdampf (274°C, 36 bar). Die Menge des eingemischten Wasserdampfes des zweiten Vergasungsmittels (5) beträgt 0,218 kg/m3 i.N Rohgas (feucht), entsprechend des ca. 1,8-fachen der Dampfmenge des ersten Vergasungsmittels (2). Während und sofort nach der Einmischung finden die endothermen Vergasungsreaktionen unter Absenkung der Temperatur auf die kinetische Reaktionsendtemperatur von ca. 850°C statt und es bildet sich das Reaktionsgas (6). Durch die Einmischung des zweiten Vergasungsmittels (5) werden etwa 50% des Kokskohlenstoffes des partikelbeladenen Rohgases (4) umgesetzt, d. h. 4% bezogen auf den mit der Trockenbraunkohle (1) in den Wirbelschichtvergaser (3) eingebrachten Kohlenstoff. Etwa 38% des eingemischten Wasserdampfes des zweiten Vergasungsmittels (5) werden chemisch umgesetzt. Die Gleichgewichts-Temperaturlagen der stöchiometrisch unabhängigen Reaktionen, die sich im 850°C heißen Reaktionsgas einstellen, betragen ca. 820 bis 830°C für die Boudouard-Reaktion (C + CO2 → 2 CO) und die heterogene Wassergasreaktion (C + H2O → CO + H2) und ca. 1000°C für die heterogene Methanbildungsreaktion (C + 2 H2 → CH4). Die letztgenannte, exotherme Reaktion läuft praktisch nicht ab, d. h. es kommt nicht zur unerwünschten Neubildung von Methan.
  • Die Synthesegasausbeute (CO + H2) erhöht sich von 1,14 auf 1,20 m3 i.N/kg Trockenbraunkohle. Das H2/CO-Verhältnis sowie das Dampf-/Trockengas-Verhältnis verschieben sich zu höheren Werten (von 0,74 auf 1,19 mol H2/mol CO sowie von 0,15 auf 0,30 mol H2O mol Trockengas). Das sind erhebliche energetische Vorteile, insbesondere für eine anschließende CO-Konvertierung.
    • 1
    Trockenbraunkohle
    2
    erste Vergasungsmittel
    3
    Wirbefschichtvergaser
    4
    partikelbeladenes Rohgas
    5
    zweite Vergasungsmittel
    6
    Reaktionsgas
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3033115 A1 [0004]
    • - DE 3423513 A1 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Schumacher, H.-J.; Meyer, B.; Brüngel, N.; Renzenbrink, W.: „Das Rheinbraun Hoch-Temperatur-Winkler (HTW)-Verfahren zur Kohleveredlung.-Betriebsergebnisse der 25 bar HTW-Druckvergasungsanlage"; Braunkohle; November 1993 [0003]
    • - Anderson, B. et al: "Development of lntegrated Dtying and Gasification of Brown Coat for Power Generation"; Institute of Chemical Engineers Conference: Gasification – The Gateway to the Future; Dresden; September 1998 [0005]
    • - Foerst, W.: „Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie"; Band 10, Seite 375; Urban & Schwarzenberg; München, Berlin; 1958 [0010]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Kühlung von Rohgasen der Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe unter Druck, wobei die heißen, partikelbeladenen Rohgase, die den Wirbelschichtvergaser mit der Vergaser-Austrittstemperatur verlassen, gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die heißen, partikelbeladenen Rohgase, die den Wirbelschichtvergaser mit der Vergaser-Austrittstemperatur verlassen, so Wasserdampf und/oder Kohlendioxid eingemischt werden, dass durch endotherme Reaktion mit den überhitzten kohlenstoffhaltigen Partikeln der Rohgase die im Ergebnis der Einmischung gebildeten Reaktionsgase bis zu deren kinetischen Reaktionsendtemperatur oder darunter abgekühlt werden, so dass die partikelbeladenen Rohgase nicht mehr zur Hochtemperaturverschmutzung, Ansatzbildung oder Korrosion neigen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass bei Brennstoffen mit geringer Verschmutzungsneigung soviel Wasserdampf und/oder Kohlendioxid eingemischt werden, dass die im Ergebnis der Einmischung gebildeten Reaktionsgase auf eine Temperatur oberhalb der kinetischen Reaktionsendtemperatur abgekühlt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass bei Brennstoffen mit hoher Verschmutzungsneigung soviel Wasserdampf und/oder Kohlendioxid eingemischt werden, dass die im Ergebnis der Einmischung gebildeten Reaktionsgase auf eine Temperatur unterhalb der kinetischen Reaktionsendtemperatur abgekühlt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass überhitzter Wasserdampf mit Temperaturen im Bereich von 250 bis 400°C eingemischt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass erhitztes Kohlendioxid mit Temperaturen im Bereich von 250 bis 400°C eingemischt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mischungen aus Wasserdampf und Kohlendioxid mit einem Verhältnis von 0,2 bis 5 m3 i.N H2O/m3 i.N CO2 eingemischt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in die heißen, partikelbeladenen Rohgase, die den Wirbelschichtvergaser mit der Vergaser-Austrittstemperatur verlassen, entweder unmittelbar vor und/oder unmittelbar nach dem Austritt aus dem Wirbelschichtvergaser eingemischt werden.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3033115A1 (de) 1980-09-03 1982-04-22 Rheinische Braunkohlenwerke AG, 5000 Köln Verfahren zum betreiben eines wirbelbettreaktors zum vergasen von kohlenstoffhaltigem material
DE3423513A1 (de) 1983-06-28 1985-01-10 Shell Internationale Research Maatschappij B.V., Den Haag Verfahren zur herstellung eines kohlenmonoxid und wasserstoff enthaltenden gases
DE4310447A1 (de) * 1993-03-31 1994-10-06 Krupp Koppers Gmbh Verfahren zur Kühlung von durch Vergasung gewonnenem Rohgas

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3033115A1 (de) 1980-09-03 1982-04-22 Rheinische Braunkohlenwerke AG, 5000 Köln Verfahren zum betreiben eines wirbelbettreaktors zum vergasen von kohlenstoffhaltigem material
DE3423513A1 (de) 1983-06-28 1985-01-10 Shell Internationale Research Maatschappij B.V., Den Haag Verfahren zur herstellung eines kohlenmonoxid und wasserstoff enthaltenden gases
DE4310447A1 (de) * 1993-03-31 1994-10-06 Krupp Koppers Gmbh Verfahren zur Kühlung von durch Vergasung gewonnenem Rohgas

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Anderson, B. et al: "Development of lntegrated Dtying and Gasification of Brown Coat for Power Generation"; Institute of Chemical Engineers Conference: Gasification - The Gateway to the Future; Dresden; September 1998
Foerst, W.: "Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie"; Band 10, Seite 375; Urban & Schwarzenberg; München, Berlin; 1958
Hedden, K.: Die BEdeutung der Reaktionsgeschwind- igkeit für die Abgaszusammensetzung bei Vergas- ungsprozessen. In: Chemie-Ing.-Technik 30. Jahrg. 1958 / Nr. 3, S. 125-132
Hedden, K.: Die BEdeutung der Reaktionsgeschwindigkeit für die Abgaszusammensetzung bei Vergasungsprozessen. In: Chemie-Ing.-Technik 30. Jahrg. 1958 / Nr. 3, S. 125-132 *
Schumacher, H.-J.; Meyer, B.; Brüngel, N.; Renzenbrink, W.: "Das Rheinbraun Hoch-Temperatur-Winkler (HTW)-Verfahren zur Kohleveredlung.-Betriebsergebnisse der 25 bar HTW-Druckvergasungsanlage"; Braunkohle; November 1993

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