DE102009049181A1

DE102009049181A1 - Verfahren zur Kombination von Wirbelschichttrocknung und Vergasung unter erhöhtem Druck

Info

Publication number: DE102009049181A1
Application number: DE102009049181A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: DE102009049181B4

Abstract

Das Patent beschreibt ein Verfahren zur Vergasung von Brennstoffen mit hohen Wassergehalten, wobei die Trocknung und Vergasung bei erhöhtem Druck stattfinden. Dabei können beide Prozesse auf gleichem Druckniveau durchgeführt werden, der Vergasungsdruck kann aber auch höher als der Trocknungsdruck sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das die Wirbelschichttrocknung mit der Vergasung von Brennstoffen unter erhöhtem Druck kombiniert mit den Merkmalen des Oberbegriffes des 1. Anspruches.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kombination von Wirbelschichttrocknung und anschließender Vergasung des getrockneten Brennstoffes mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel unter erhöhtem Druck, wobei der Trocknungsvorgang gleichfalls unter Druck verläuft. Unter Brennstoffen werden hierbei Kohlen geringen Inkohlungsgrades, die in der Regel höhere Wassergehalte aufweisen, Torfe, bestimmte Fraktionen aus der Aufbereitung von Abfall und Reststoffen mit höheren Zellulosegehalten sowie für die Energieerzeugung zur Verfügung gestellte Biomassen primären oder sekundären Aufkommens verstanden.
Für die Vergasung von festen Brennstoffen unter Druck sind Verfahren der Wirbelschicht- und Flugstromvergasung langjährig bekannt, ein Beispiel findet sich in J. Carl u. a., Noell-Konversionsverfahren, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1996. Die Wirbelschichttrocknung wird ausdrücklich beschrieben durch J. Schmalfeld u. a. „Erfahrungen mit dem Betrieb der Dampf-Wirbelschichttrocknungsanlage LOY YANG in Australien" VDI-Bericht 1280 (1998) s. 107 ff., sowie H.-J. Klutz u. a. „Das WTA-Verfahren als Vortrocknungsstufe für moderne Kraftwerke auf Basis Braunkohle" VGB Kraftwerkstechnik 76 (1996)3, S. 224 ff.
Während die beschriebene Wirbelschichttrocknungstechnologie (WTA) nur bei sehr geringem Überdruck und Temperaturen bis 110°C arbeitet, wird die Vergasung, beispielsweise die Flugstromvergasung, bei Drücken > 1 MPa betrieben. Hieraus folgt der Nachteil, dass der in der WTA getrocknete Brennstoff bei annährend Normaldruck über eine bekannte Dünnstromfördertechnik einem Brennstoffschleusensystem zugeführt wird, um ihn auf den für die Staubdruckvergasung gewünschten Druck zu bringen und ihn anschließend im Vergasungsreaktor umzusetzen. Hierbei wird neben dem für die Schleusung erforderlichen Bespannungsgas eine große Menge Fördergas geringeren Druckes benötigt. In der Regel wird dazu Stickstoff eingesetzt. Das ist besonders nachteilig, wenn ein Synthesegas mit geringen Stickstoffgehalten herzustellen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der genannten Nachteile.
Erfindungsgemäß werden diese Nachteile durch die in Anspruch 1 genannte Lösung überwunden.
Dazu wird die Wirbelschichttrocknung bei höheren Drücken durchgeführt und der getrocknete Brennstoff nach dem Prinzip der Dichtstromförderung entweder direkt oder über ein weiteres Druckerhöhungssystem dem Vergasungsreaktor zugeführt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur erläutert. Dabei zeigt 1 eine Flugstromvergasung mit integrierter Druckwirbelschichttrocknung.
Ein feuchter Brennstoff mit einem Wassergehalt von 60 Ma% und einer Stückgröße kleiner 100 mm wird aus einem Silo über die Leitung 1 einer Mühle 2 zugeführt und auf kleiner 10 mm gebracht. In einem Wärmetauscher 3 wird dieser zerkleinerte Brennstoff durch Kondensat auf Temperaturen zwischen 80°C und 100°C aufgeheizt. Das dabei abgekühlte Kondensat wird über die Leitung 4 abgeführt und ggf. nach Durchlaufen einer Reinigungsstufe dem Prozess z. B. als Quenchwasser des Vergasungsreaktors 19 wieder zugeführt. Der vorgewärmte feuchte Brennstoff gelangt zunächst in eine Schleuse 23 und wird durch Zuführung von Inertgas aus Leitung 24, das durch Stickstoff, Kohlendioxid oder aus Leitung 26 gereinigte und verdichtete Schwaden gegeben sein kann, auf den für die Vergasung erforderlichen Druck von beispielsweise 2 MPa bespannt und mit diesem Druck die Vorrichtung 5 dem Wirbelschichttrockner 6 zugeführt. Der Wirbelschichttrockner 6 wird indirekt mit aus der Brennstofftrocknung stammenden Brüden beheizt, die über die Leitung 7 stark staubhaltig abgezogen werden. Nach der Staubabscheidung in einen Brüden-Elektrofilter 8 wird der gereinigte Brüden im Brüdenverdichter 11 auf ca. 2,4 MPa verdichtet und dem Wirbelschichttrockner 6 zugeführt. Im indirekten Wärmetausch mit dem ca. 100°C heißen Brennstoff wird der Brüden kondensiert und gelangt in den Brennstoffvorwärmer 3. Durch die Wärmeübertragung im Wirbelschichttrockner 6 wird der feuchte Brennstoff getrocknet, die Trocknungsbrüden werden über die Leitung 7 abgeführt, der auf einen Wassergehalt von ca. 10 Ma% getrocknete Brennstoff wird zunächst in der Mühle 9 auf die gewünschte Korngröße nachzerkleinert und einem ersten Dosiergefäß 13 zugeführt. Das Dosiergefäß 13 besteht aus einem oberen Bunkerteil, das sich nach unten verjüngt, und durch einen Wirbelboden abgegrenzt ist. Durch die Zuführung eines ersten Fluidisierungs- und Fördergases 14 wird der trockene Brennstaub fluidisiert und über die Trockenstaubleitung 15 dem Vergasungsreaktor 19 zugeführt und mit Sauerstoff 20 unter dem Systemdruck des Wirbelschichttrockners zu einem Rohsynthesegas umgesetzt. Durch Einspritzen von Wasser wird das Rohgas bis zur Sättigung bei ca. 180°C gekühlt und über die Leitung 21 abgezogen und der weiteren Behandlung zugeführt. Die anfallende Schlacke wird über den Schlackeabzug 22 ausgeschleust. Wird ein höherer Vergasungsdruck als im kombinierten Wirbelschichttrocknungs- und Mahlsystem gefordert, so gelangt der Trockenstaub über die Leitung 15 zunächst in eine Staubschleuse 27, in der durch Zuführung von Inertgas 17 der erforderliche Vergasungsdruck aufgepuffert wird und danach in das zweite Dosiergefäß 16, in dem in bekannter Weise die zweite Trockenstaubleitung 18 zum Vergasungsreaktor 19 geführt wird. Staubschleuse 27, das zweite Dosiergefäß 16 sowie der Vergasungsreaktor 29 werden zweckmäßigerweise in enger Nachbarschaft angeordnet, wohingegen das erste Dosiergefäß 13 in größerer Entfernung davon an der kombinierten Wirbelschichttrocknungs- und Mahlanlage aufgestellt werden kann. Die zur Beheizung und als Wirbelgas eingesetzten Brüden können vollständig oder teilweise durch Fremddampf ersetzt werden.
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur kombinierten Trocknung und Vergasung feuchter Brennstoffe unter Systemdruck, die folgende Stufen aufweist:

– der Brennstoff über einen Brennstoffvorwärmer (3) einem Wirbelschichttrockner (6) zuführbar ist,
– der Wirbelschichttrockner (6) zur Trocknung des Brennstoffs in einer indirekt beheizten Wirbelschicht (6) bei einem Systemdruck größer 1 MPa ausgestaltet ist,
– einen Abscheider (8) zur Reinigung der unter Systemdruck abgeführten Brüden von Feinstaub,
– einen Brüdenverdichter (11) zur Nachverdichtung der Brüden auf einen Druck höher als im Wirbelschichttrockner,
– der Wirbelschichttrockner (6) derart ausgestaltet ist, dass er durch die nachverdichteten Brüden unter Kondensation der Brüden beheizbar ist,
– der Brennstoffvorwärmer (3) derart ausgestaltet ist, dass die vom Wirbelschichttrockner (6) abgeführten Brüdenkondensate zur Vorwärmung des Brennstoffes im Vorwärmer (3) nutzbar sind,
– ein Druckförder- und Dosiersystem zur Zuführung des getrockneten Brennstoffes in einen Vergasungsreaktor (20),
– der Vergasungsreaktor (20), derart ausgestaltet ist, dass der Brennstoff mit einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel unter Systemdruck vergasbar ist.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung ist das Druckförder- und Dosiersystem (13) mit der Hinterinanderschaltung eines ersten Dosiergefäßes (13), einer Staubschleuse (27) und eines zweiten Dosiergefäßes (16) gebildet.
Die Trocknung und die Vergasung sind auf gleichem Druckniveau durchführbar.
In einer besonderen Ausgestaltung erfolgt die Trocknung auf einem zwischen Atmosphärendruck und Vergasungsdruck liegenden Druckniveau. Beispielsweise erfolgt die Trocknung bei einem Druck von 1 MPa und die Vergasung bei 2 MPa.
Bezugszeichenliste

1: feuchter Brennstoff
2: Brennstoffmühle
3: Brennstoffvorwärmung
4: Kondensatleitung
5: Vorrichtung
6: Wirbelschichttrockner
7: Brüdenleitung
8: Brüdenelektrofilter
9: Mahlung trockenen Brennstaubes
10: Feinkohle
11: Brüdenverdichter
12: Kreislaufgebläse
13: Dosiergefäß 1
14: Fluidiesierungs- und Fördergas 1
15: Trockenstaubleitung 1
16: Dosiergefäß 2
17: Fluidisierungs- und Fördergas 2
18: Trockenstaubleitung 2
19: Vergasungsreaktor mit Quenchraum
20: Oxidationsmittelzuführung
21: Rohgasabführung
22: Schlackeabzug
23: Schleuse
24: Bespannungsgas
25: Quenchdüsen
26: Schwadenleitung
27: Staubschleuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. Carl u. a., Noell-Konversionsverfahren, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1996 [0003]
J. Schmalfeld u. a. „Erfahrungen mit dem Betrieb der Dampf-Wirbelschichttrocknungsanlage LOY YANG in Australien” VDI-Bericht 1280 (1998) s. 107 ff., [0003]
H.-J. Klutz u. a. „Das WTA-Verfahren als Vortrocknungsstufe für moderne Kraftwerke auf Basis Braunkohle” VGB Kraftwerkstechnik 76 (1996)3, S. 224 ff. [0003]

Claims

Verfahren zur kombinierten Trocknung und Vergasung feuchter Brennstoffe unter Druck, wobei unter feuchten Brennstoffen Kohlen niedrigen Inkohlungsgrades, Torfe, bestimmte Fraktionen aus der Aufbereitung von Abfall und Reststoffen mit höheren Zellulosegehalten sowie für die Energieerzeugung zur Verfügung gestellten Biomassen primären und sekundären Aufkommens zu verstehen sind, das durch folgende Stufen gekennzeichnet ist: – Durchführung der Trocknung in einer indirekt beheizten Wirbelschicht (6) bei Drücken größer 1 MPa, – Reinigung der unter Druck abgeführten Brüden von Feinstaub in einem Abscheider (8), – Nachverdichtung der Brüden auf einen Druck höher als in der Wirbelschichttrocknung mittels Brüdenverdichter (11), – Zuführung der nachverdichteten Brüden zur individuellen Beheizung des Wirbelschichttrockners (6), wobei die Brüden kondensiert werden, – Abführung des Brüdenkondensates und Nutzung zur Vorwärmung des Brennstoffes im Vorwärmer (3), – Zuführung des getrockneten Brennstoffes über ein Druckförder- und Dosiersystem (13) in einen Vergasungsreaktor (20), – Vergasung des Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel unter Systemdruck.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelschichttrocknung (6) und die Vergasung (19) auf einem gleichen Druckniveau liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wirbelschichttrocknung (6) und der Vergasung (19) eine Druckerhöhung stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Brüdenkondensate als Prozesswasser zur Behandlung des Vergasungsrohgases genutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der nachverdichteten Brüden als Wirbelgas dem Wirbelschichttrockner 6 zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die nachverdichteten Brüden vollständig oder teilweise durch Fremddampf ersetzt werden.