DE102011011521A1 - Production of carbon and combustible gases from lignite - Google Patents

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Abstract

In einem Verfahren zur Gewinnung von Kohlenstoff und brennbaren Gasen aus feuchter Braunkohle oder trockener Braunkohle, die zu Beginn des Verfahrens befeuchtet wird, lässt man die Braunkohle kontinuierlich von oben nach unten in Richtung Schwerkraft vier Zonen in einem Wanderbett in einem geeigneten Reaktor durchwandern: eine erste Zone oder Trocknungszone, in der die feuchte oder befeuchtete Braunkohle durch aufsteigende heiße Dämpfe und Gase getrocknet wird, eine zweite Zone oder Pyrolysezone, in der die getrocknete Braunkohle mit einem starken, bevorzugt mindestens 98%-igem stöchiometrischen Unterschuss an Sauerstoff unter Entwicklung von Pyrolysegas pyrolysiert wird, eine dritte Zone oder Flammzone und eine vierte Zone oder Glimmzone, die zusammen eine Glutzone bilden, in der verbleibende organische und metallhaltige Verbindungen bei im Wesentlichen stöchiometrischer Sauerstoffzufuhr, bezogen auf die organischen und metallhaltigen Verbindungen, oxidiert und/oder verbrannt/vergast werden, wobei der nicht verbrannte Rückstand im Wesentlichen reinen, mindestens etwa 90%-igen Kohlenstoff umfasst, der fortlaufend entfernt wird.In a process for the production of carbon and combustible gases from moist lignite or dry lignite, which is humidified at the beginning of the process, the lignite is allowed to wander continuously from top to bottom in the direction of gravity through four zones in a moving bed in a suitable reactor: a first Zone or drying zone in which the moist or humidified lignite is dried by rising hot vapors and gases, a second zone or pyrolysis zone in which the dried lignite is pyrolyzed with a strong, preferably at least 98%, stoichiometric deficiency of oxygen with the development of pyrolysis gas a third zone or flame zone and a fourth zone or glow zone, which together form a glow zone, in which the remaining organic and metal-containing compounds are oxidized and / or burned / gasified with a substantially stoichiometric oxygen supply, based on the organic and metal-containing compounds wherein the unburned residue comprises substantially pure, at least about 90% carbon that is continuously removed.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Kohlenstoff und brennbaren Gasen aus Braunkohle.The invention relates to a process for the production of carbon and combustible gases from lignite.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Braunkohle ist die größte deutsche fossile Energiequelle. Deutsche Braunkohle hat eine einen mittleren Wassergehalt von etwa 50%. Ihr Heizwert ist relativ gering, gewöhnlich höchstens 28,5 MJ/kg, während der von Steinkohle im Bereich von 35 MJ/kg liegt. Braunkohle wird zur Verbrennung im Hausbrand gewöhnlich getrocknet und zu Braunkohlebriketts verarbeitet. Getrocknete Braunkohle umfasst in der Regel etwa 60–75% Kohlenstoff, 6,0–5,8% Wasserstoff, 17–34% Sauerstoff, 0,5–3% Schwefel und 1–1,2% Stickstoff.Lignite is the largest German fossil energy source. German brown coal has an average water content of about 50%. Their calorific value is relatively low, usually at most 28.5 MJ / kg, while that of hard coal is in the range of 35 MJ / kg. Lignite is usually dried for incineration in domestic fires and processed into lignite briquettes. Dried lignite typically contains about 60-75% carbon, 6.0-5.8% hydrogen, 17-34% oxygen, 0.5-3% sulfur and 1-1.2% nitrogen.

Bei der üblichen Verbrennung von Braunkohle zur Gewinnung von Energie, z. B. Strom, entstehen als Verbrennungsgase vor allem CO2, SO2 und NOx. Die beiden letztgenannten Gase sind sehr umweltschädlich und müssen aus dem Abgas von Braunkohlekraftwerken entfernt werden.In the conventional combustion of lignite for the production of energy, eg. As electricity, arise as combustion gases, especially CO 2 , SO 2 and NO x . The latter two gases are very harmful to the environment and must be removed from the exhaust of lignite power plants.

Die Aufgabe der Erfindung war es, Braunkohle in Stoffe zu überführen, die in einfacheren, billigeren und weniger störanfälligen Anlagen verbrannt werden können als in herkömmlichen Braunkohle-Verbrennungsanlagen.The object of the invention was to convert lignite into substances that can be burned in simpler, cheaper and less susceptible systems than in conventional lignite combustion plants.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenstoff und brennbaren Gasen aus feuchter Braunkohle oder trockener Braunkohle, die zu Beginn des Verfahrens befeuchtet wird, bei dem man die Braunkohle kontinuierlich von oben nach unten in Richtung Schwerkraft vier Zonen in einem Wanderbett in einem geeigneten Reaktor durchwandern lässt: eine erste Zone oder Trocknungszone, in der die feuchte oder befeuchtete Braunkohle durch aufsteigende heiße Dämpfe und Gase getrocknet wird, eine zweite Zone oder Pyrolysezone, in der die getrocknete Braunkohle mit einem starken, bevorzugt mindestens 98%-igem stöchiometrischen Unterschuss an Sauerstoff unter Entwicklung von Pyrolysegas pyrolysiert wird, eine dritte Zone oder Flammzone und eine vierte Zone oder Glimmzone, die zusammen eine Glutzone bilden, in der verbleibende organische und metallhaltige Verbindungen bei im Wesentlichen stöchiometrischer Sauerstoffzufuhr, bezogen auf die organischen und metallhaltigen Verbindungen, oxidiert und/oder verbrannt/vergast werden, wobei der nicht verbrannte Rückstand im Wesentlichen reinen, mindestens etwa 90%-igen Kohlenstoff umfasst, der fortlaufend entfernt wird.The invention relates to a process for the recovery of carbon and combustible gases from wet lignite or dry lignite, which is humidified at the beginning of the process, in which the lignite is continuously traversed from top to bottom in the direction of gravity four zones in a moving bed in a suitable reactor a first zone or drying zone in which the wet or humidified brown coal is dried by rising hot vapors and gases, a second zone or pyrolysis zone in which the dried lignite with a strong, preferably at least 98% stoichiometric deficit of oxygen under Pyrolysis gas is pyrolyzed, a third zone or flame zone and a fourth zone or Glimmzone, which together form a Glutzone, in the remaining organic and metal-containing compounds at substantially stoichiometric oxygen supply, based on the organic and metal-containing compounds, oxidi ert and / or burned / gasified, wherein the unburned residue comprises substantially pure, at least about 90% carbon, which is continuously removed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

1 zeigt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Umwandlungsvorrichtung. 1 shows a conversion device suitable for carrying out the method according to the invention.

2 zeigt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Reaktorbatterie. 2 shows a reactor battery suitable for carrying out the method according to the invention.

3 zeigt eine weitere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Reaktorbatterie. 3 shows a further suitable for carrying out the method of the invention reactor battery.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Es wurde überraschend gefunden, dass Braunkohle vorteilhaft in einem Verschwelungsprozess in einem Wanderbett kontinuierlich in ein Kohlenstoffkonzentrat (wie etwa Holzkohle), Asche und Pyrolysegas, die thermisch und elektrisch einfach zu verwerten sind, umgewandelt werden kann.It has surprisingly been found that lignite can be converted advantageously in a Verschwelungsprozess in a moving bed continuously in a carbon concentrate (such as charcoal), ash and pyrolysis gas, which are thermally and electrically easy to exploit.

Das Verfahren beruht darauf, dass feuchte Braunkohle oder trockene Braunkohle z. B. in Form von Braunkohlebriketts, die vor Verfahrensbeginn mittels einer Befeuchtungsvorrichtung bis zum einem Wassergehalt von etwa 30% befeuchtet wird, kontinuierlich von oben nach unten in Richtung Schwerkraft vier Zonen in einem Wanderbett in einem geeigneten Reaktor durchwandern lässt: eine erste Zone (Trocknungszone), in der die feuchte oder befeuchtete Braunkohle durch aufsteigende heiße Dämpfe und Gase getrocknet wird, eine zweite Zone (Pyrolysezone), in der die getrocknetet Braunkohle mit einem starken stöchiometrischen Unterschuss (z. B. mindestens 98%-igem oder mindestens 99%-igem oder noch höherem Unterschuss) an Sauerstoff oder bevorzugt im Wesentlichen sauerstofffrei unter Entwicklung von Pyrolysegas pyrolysiert wird, eine dritte Zone (Flammzone) und eine vierte Zone (Glimmzone) (zusammen: Glutzone), in der verbleibende organische und metallhaltige Verbindungen bei im Wesentlichen stöchiometrischer Sauerstoffzufuhr, bezogen auf die organischen und metallhaltigen Verbindungen, oxidiert und/oder verbrannt/vergast werden, wobei der nicht verbrannte Rückstand im Wesentlichen reinen Kohlenstoff (mindestens etwa 90%, z. B. mindestens etwa 95% Kohlenstoff, abhängig von der Reinheit der Braunkohle) umfasst, der fortlaufend entfernt wird.The method is based on wet lignite or dry brown coal z. B. in the form of lignite briquettes, which is moistened before the start of the process by means of a moistening device to a water content of about 30%, continuously from top to bottom in the direction of gravity four zones in a moving bed in a suitable reactor through: a first zone (drying zone) in which the moist or humidified lignite is dried by rising hot vapors and gases, a second zone (pyrolysis zone) in which the dried lignite with a high stoichiometric deficit (eg at least 98% or at least 99% or even higher deficiency) of oxygen, or preferably substantially oxygen-free with the evolution of pyrolysis gas is pyrolyzed, a third zone (flame zone) and a fourth zone (Glimmzone) (together: Glutzone), in the remaining organic and metal-containing compounds at substantially stoichiometric oxygen supply , based on the organic and metal-containing Ve bonds, oxidized and / or burned / gasified, wherein the unburned residue is substantially pure carbon (at least about 90%, e.g. At least about 95% carbon, depending on the purity of the lignite), which is continuously removed.

”Im Wesentlichen sauerstofffrei” bedeutet, dass 0,5 Vol.-% oder weniger Sauerstoff in der Gasatmosphäre enthalten sind."Substantially oxygen-free" means that 0.5% by volume or less of oxygen is contained in the gas atmosphere.

”Im Wesentlichen stöchiometrische Sauerstoffzufuhr, bezogen auf die organischen und metallhaltigen Verbindungen” bedeutet, dass nicht mehr als etwa 5 Gew.-% dieser Verbindungen, bezogen auf das Produkt der Verschwelung, d. h. das Kohlenstoffkonzentrat, in dem Letztgenannten verbleiben und dass das Gas, das aus der Glutzone nach oben steigt, nicht mehr als etwa 2 Vol.-%, bevorzugt nicht mehr als etwa 1 Vol.-% und besonders bevorzugt nicht mehr als etwa 0,5 Vol.-% Sauerstoff enthält. "Substantially stoichiometric oxygen supply, based on the organic and metal-containing compounds" means that no more than about 5% by weight of these compounds, based on the product of charring, ie the carbon concentrate, remain in the latter and that the gas, from the glow zone increases not more than about 2% by volume, preferably not more than about 1% by volume and more preferably not more than about 0.5% by volume of oxygen.

In der Trocknungszone und in der Pyrolysezone herrscht durch aufsteigende heiße Dampfe und Gase eine Temperatur von etwa 450°C bis etwa 900°C, bevorzugt von etwa 500°C bis etwa 550°C. Die Temperatur der Braunkohlereste in der Flammzone beträgt weniger als 600°C, während die Flammen die übliche Flammtemperatur von mehr als 1000°C aufweisen. Die Glimmzone weist eine Temperatur von etwa 500°C bis etwa 600°C, also etwas unterhalb der Verbrennungstemperatur von Kohlenstoff, auf.In the drying zone and in the pyrolysis zone, a temperature of about 450 ° C to about 900 ° C, preferably from about 500 ° C to about 550 ° C prevails by rising hot steam and gases. The temperature of lignite residues in the flame zone is less than 600 ° C, while the flames have the usual flame temperature of more than 1000 ° C. The glow zone has a temperature of about 500 ° C to about 600 ° C, which is slightly below the combustion temperature of carbon on.

Bei variablem Wassergehalt der Braunkohle kann die Temperatur in der Trocknungs- und Pyrolysezone über die Steuerung der Luftzufuhr gesteuert werden, damit die erforderliche Pyrolysetemperatur aufrechterhalten wird.With lignite having a variable water content, the temperature in the drying and pyrolysis zone can be controlled by controlling the air supply to maintain the required pyrolysis temperature.

Die feuchte oder befeuchtete Braunkohle in der Trocknungszone dient gleichzeitig als Adsorbens für längerkettige Kohlenwasserstoffe und eventuelle schwefelhaltige Gase, die in der darunter liegenden Pyrolysezone erzeugt werden und nach oben verdampfen. Durch das Hinunterwandern der Braunkohle in die Pyrolysezone werden die längerkettigen Kohlenwasserstoffe dann weiter pyroylsiert.The moist or humidified brown coal in the drying zone also serves as adsorbent for longer-chain hydrocarbons and any sulfur-containing gases that are generated in the underlying pyrolysis zone and evaporate upwards. As the lignite migrates down into the pyrolysis zone, the longer-chain hydrocarbons are then further pyroylzed.

In der Pyrolysezone werden organische Verbindungen, die auch Stickstoff und Schwefel sowie Metalle enthalten können, in praktischer Abwesenheit von Sauerstoff pyrolysiert. Dabei entsteht ein Pyrolysegas, das hauptsächlich Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2), Methan (CH4), Wasserstoff (H2), kurzkettige Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls schwefelhaltige Gase, wie H2S, COS, CS2, enthält.In the pyrolysis zone, organic compounds which may also contain nitrogen and sulfur as well as metals are pyrolyzed in the practical absence of oxygen. The result is a pyrolysis gas containing mainly carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ), methane (CH 4 ), hydrogen (H 2 ), short-chain hydrocarbons and optionally sulfur-containing gases such as H 2 S, COS, CS 2 , contains.

Sehr stabile organische Verbindungen, wie z. B. höherkondensierte Aromaten, werden in der Flammzone und Glimmzone (Glutzone) zu CO2, H2O und gegebenenfalls SO2 verbrannt oder verkohlt und Metalle werden zumindest teilweise oxidiert.Very stable organic compounds, such as. B. higher condensed aromatics are burned or charred in the flame zone and Glimmzone (Glutzone) to CO 2 , H 2 O and optionally SO 2 and metals are at least partially oxidized.

Falls schwefelhaltige Gase wie H2S, COS und/oder CS2 in merklichen Mengen entstehen, können diese auf herkömmliche Weise, z. B. mittels Entschwefelungsfiltern, aus dem aus dem Reaktor austretenden Gas entfernt werden. Eventuell enthaltenes SO2 kann ebenfalls mit herkömmlichen Verfahren, z. B. mittels Kalkwäsche, entfernt werden.If sulfur-containing gases such as H 2 S, COS and / or CS 2 arise in appreciable amounts, these can be prepared in a conventional manner, for. B. by means of desulfurization, are removed from the gas leaving the reactor. Optionally contained SO 2 can also with conventional methods, eg. B. by lime washing, removed.

Es entsteht keine Flugasche bei diesem Verfahren.There is no fly ash in this process.

Der entstandene Kohlenstoff sowie das Pyrolysegas, das CO, H2, Methan sowie kurzkettige Kohlenwasserstoffe enthält, können thermisch und elektrisch verwertet werden. Anlagen zur Verbrennung dieser Produkte sind wesentlich einfacher, billiger und störsicherer als Anlagen zur Verbrennung der rohen Braunkohle.The carbon formed and the pyrolysis gas containing CO, H 2 , methane and short-chain hydrocarbons can be utilized thermally and electrically. Installations for the combustion of these products are much simpler, cheaper and less disruptive than plants for burning the raw lignite.

In der DE 10 2005 038 135 B3 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Holzkohle in einem Wanderbett aus Holz oder anderer Biomasse beschrieben. Die WO 2010/124761 offenbart eine Weiterentwicklung der Vorrichtung und des Verfahrens.In the DE 10 2005 038 135 B3 describes an apparatus and a method for the continuous production of charcoal in a moving bed of wood or other biomass. The WO 2010/124761 discloses a further development of the apparatus and method.

Insbesondere die in der WO 2010/124761 und in der PCT/EP2010/007964 offenbarten Vorrichtungen können vorteilhaft für das Verfahren zur Umwandlung von Braukohle in Asche, reinen Kohlenstoff und Pyrolysegas verwendet werden.Especially in the WO 2010/124761 and in the PCT / EP2010 / 007964 disclosed devices can be advantageously used for the process of converting charcoal into ash, pure carbon and pyrolysis gas.

1 zeigt eine solche Umwandlungsvorrichtung 100, die zur kontinuierlichen Umwandlung von Braunkohle 102 geeignet ist, mit einem senkrecht stehenden Zufuhrbereich 104 und einer Wandung 108, die einen Innenraum 106 begrenzen, sowie einem einen Boden bildenden Gitterrost 110 und einer an einem Deckel 112 des Zufuhrbereichs 104 angeordneten Zellenradschleuse 116. Die Zellenradschleuse 116 ermöglicht eine zur Umgebung im Wesentlichengasdichte Beschickung des Innenraums 106. Ferner ist am Deckel 112 ein Gasauslass 118 angeordnet, der mit dem Innenraum 106 im Zufuhrbereich 104 in Verbindung steht. Unter dem Gitterrost 110 ist ein sich nach unten verjüngender Trichter 120 mit seiner Trichterwandung 122 mit dem Innenraum 106 verbunden. Durch die Trichterwandung 122 führt eine Luftzufuhr 134, z. B. in Form eines Rohres. An das untere enge Ende des Trichters 120 ist ein weiter nach unten führendes Rohrstück 130 angeschlossen. Das Rohrstück 130 mündet in eine weitere Zellenradschleuse 136, die als Austragvorrichtung dient. Stützen 138, von denen zwei in 1 sichtbar sind, tragen die Umwandlungsvorrichtung 100. Die gesamte Umwandlungsvorrichtung 100 oder zumindest die Wandung 108 und der Deckel bzw. sind thermisch isoliert. Die Isolierung verringert oder verhindert das Kondensieren von im Innenraum 106 entstehenden Gasen an der Innenseite der Wandung 108. 1 shows such a conversion device 100 for the continuous conversion of lignite 102 is suitable, with a vertical feed area 104 and a wall 108 that have an interior 106 limit, as well as a grid forming a floor 110 and one on a lid 112 of the feed area 104 arranged rotary valve 116 , The rotary valve 116 allows for the environment substantially gas-tight loading of the interior 106 , Further, on the lid 112 a gas outlet 118 arranged with the interior 106 in the feed area 104 communicates. Under the grate 110 is a down-tapering funnel 120 with his funnel wall 122 with the interior 106 connected. Through the funnel wall 122 leads an air supply 134 , z. B. in the form of a tube. To the lower narrow end of the funnel 120 is a further down leading piece of pipe 130 connected. The pipe piece 130 opens into another rotary valve 136 , which serves as a discharge device. Support 138 of which two in 1 are visible, carry the conversion device 100 , The entire conversion device 100 or at least the wall 108 and the lid or are thermally insulated. The insulation reduces or prevents condensation in the interior 106 resulting gases on the inside of the wall 108 ,

Der Umwandlungsvorrichtung 100 kann ferner eine Fluidverteilvorrichtung nachgeschaltet sein. Auch kann die Fluidverteilvorrichtung integral in der Umwandlungsvorrichtung ausgebildet sein. Dabei gibt es Ausführungsbeispiele, bei denen die Fluidverteilvorrichtung eine in einem Mischraum angeordnete Mischvorrichtung und eine Befeuchtungsvorrichtung umfasst. Beispielsweise kann die Mischvorrichtung als Mischer oder Rühreisen ausgestaltet sein. Der Mischer kann unterhalb des Reaktorraumes in einer Mischkammer angeordnet sein.The conversion device 100 can also be followed by a Fluidverteilvorrichtung downstream. Also, the fluid distribution device may be integrally formed in the conversion device. There are exemplary embodiments in which the fluid distribution device has a mixing device arranged in a mixing device and a Moistening device comprises. For example, the mixing device can be designed as a mixer or stirring iron. The mixer can be arranged below the reactor space in a mixing chamber.

Durch die Zellenradschleuse 116 gelangt Braunkohle 102 kontinuierlich oder chargenweise in den Innenraum 106. Beim Anfahren wird die Vorrichtung zu etwa 3/4 mit Braunkohle 102 gefüllt, die dann entzündet wird. Im eingefahrenen Betrieb weist der Innenraum 106 vier Zonen auf: eine erste obere Zone (Trocknungszone) 140 im Zufuhrbereich 104, in der die Braunkohle 102 durch aufsteigende warme Dämpfe und Gase 144 im Zufuhrbereich 104 getrocknet wird. Unter dem oberen Abschnitt 140 schließt eine zweite Zone (Pyrolysezone) 142 an, in der die trockene Braunkohle mit einem starken Unterschuss an bzw. praktischer Abwesenheit von Sauerstoff unter Entwicklung von Pyrolysegas pyrolysiert wird. Die daran anschließende dritte Zone 144 ist eine Flammzone, in der verbleibende organische Verbindungen an der von unten durch die Luftzufuhr 134 einströmenden Luft verbrennen. Unter der Flammzone 142 schließt eine unterster Zone 146 an, die eine Glimmzone ist, in der die Temperatur durch einströmende Luft durch die gesteuerte Luftzufuhr 134 auf eine Temperatur von 500–600°C reguliert wird und in der die letzten in der Braunkohle vorhandenen organischen Produkte verkohlt werden, wobei dabei im Wesentlichen Kohlenstoff bzw. ein Kohlenstoffkonzentrat 158 übrig bleibt, das so bröckelig ist, dass es durch den Gitterrost 110 fällt.Through the rotary valve 116 gets brown coal 102 continuously or batchwise in the interior 106 , When starting the device is about 3/4 with brown coal 102 filled, which is then ignited. In retracted operation, the interior has 106 four zones: a first upper zone (drying zone) 140 in the feed area 104 in which the brown coal 102 by rising warm vapors and gases 144 in the feed area 104 is dried. Under the upper section 140 closes a second zone (pyrolysis zone) 142 in which the dry lignite is pyrolyzed with a large deficit or practical absence of oxygen with evolution of pyrolysis gas. The adjoining third zone 144 is a flame zone in which remaining organic compounds at the bottom through the air supply 134 burn incoming air. Under the flame zone 142 closes a bottom zone 146 which is a glimmering zone where the temperature is controlled by incoming air through the controlled air supply 134 is regulated to a temperature of 500-600 ° C and in which the last existing in the lignite organic products are charred, wherein essentially carbon or a carbon concentrate 158 left over that's so friable that it's through the grate 110 falls.

Der Kohlenstoff 158 fällt durch den Druck der darüber befindlichen und kontinuierlich nachrückenden Braukohle 102 sowie durch die Schwerkraft bedingt durch den Gitterrost 110 hindurch. Öffnungen des Gitterrosts 110 sind verstellbar ausgeführt, sodass die Kohlengröße bzw. die Fließrate der Braukohle 102 und des Kohlenstoffs 158 durch die Größe der Öffnungen steuerbar ist. Der Kohlenstoff 158 fällt aufgrund der Schwerkraft durch den Trichter 120, und das Rohrstück 130 in die weitere Zellenradschleuse 136, die den Kohlenstoff 158 austrägt.The carbon 158 falls due to the pressure of the overlying and continuously advancing brewing coal 102 and by gravity due to the grid 110 therethrough. Openings of the grate 110 are adjustable, so that the coal size and the flow rate of the Braukohle 102 and carbon 158 is controllable by the size of the openings. The carbon 158 falls through the funnel due to gravity 120 , and the pipe section 130 in the further rotary valve 136 that the carbon 158 discharges.

Trägt die weitere Zellenradschleuse 136 den Kohlenstoff 158 in die Fluidverteilvorrichtung aus, so kann der Kohlenstoff 158 über in den Wänden oder in der Decke der Mischkammer angeordnete Sprühdüsen mit Wasser besprüht/angefeuchtet bzw. versetzt und durchmischt. Somit kann die Fluidverteilvorrichtung eine definierte Wasserzufuhr in den Kohlenstoff 158 ermöglichen, so dass abzüglich etwaigen verdunstenden Wassers ein angestrebter geeigneter Wassergehalt von beispielsweise 15 bis 25%, insbesondere von 18 bis 20%, im Kohlenstoffkonzentrat erreicht werden kann.Carries the other rotary valve 136 the carbon 158 into the fluid distribution device, so the carbon 158 sprinkled with water in the walls or in the ceiling of the mixing chamber sprayed / moistened or mixed and mixed. Thus, the Fluidverteilvorrichtung a defined water supply to the carbon 158 allow, so that less any evaporating water, a desired suitable water content of, for example, 15 to 25%, in particular from 18 to 20%, in the carbon concentrate can be achieved.

Die in 1 gezeigte Luftzufuhr 134 in der Rohrleitung 130 steuert die Zufuhr von Luft bzw. Sauerstoff in den Innenraum 106. Durch die konvektiv erzeugte Gasströmung nach oben im Zufuhrbereich 104 wird durch die geöffnete Luftzufuhr 134 Umgebungsluft angesaugt und durch die Rohrleitung 130 und den Trichter 120 nach oben in den Innenraum 160 gezogen.In the 1 shown air supply 134 in the pipeline 130 Controls the supply of air or oxygen in the interior 106 , Due to the convectively generated gas flow upwards in the feed area 104 gets through the open air supply 134 Sucked in ambient air and through the pipeline 130 and the funnel 120 up in the interior 160 drawn.

Ist der Gasauslass 118 mit einem Ventilator oder dergleichen versehen, können die Druckverhältnisse im oberen Bereich des Innenraums 106 durch die Drehzahl des Ventilators gesteuert werden. Dabei erfolgt eine Druckmessung im Innenraum 106, vorzugsweise im oberen Bereich nahe zur Zellenradschleuse 116 über eine entsprechend geeignete Sensoreinrichtung, die ein Steuersignal erzeugt. In Abhängigkeit des Steuersignals und damit vom gemessenen Druck, beispielsweise einem Unterdruck, kann die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit des Ventilators und damit die nach außen abgeleitete Abgasmenge gesteuert werden. Allein durch diese Drehzahlsteuerung kann der gesamte Verschwelungsprozess steuerbar sein.Is the gas outlet 118 provided with a fan or the like, the pressure conditions in the upper region of the interior 106 be controlled by the speed of the fan. In this case, a pressure measurement takes place in the interior 106 , preferably in the upper area close to the rotary valve 116 via a correspondingly suitable sensor device which generates a control signal. Depending on the control signal and thus on the measured pressure, such as a negative pressure, the speed or speed of the fan and thus the outwardly derived amount of exhaust gas can be controlled. Only through this speed control, the entire Verschwelungsprozess can be controlled.

Pyrolysegas 144 tritt durch den Gasauslass 118 aus und wird weiterverwertet.pyrolysis 144 passes through the gas outlet 118 from and will be recycled.

Weitere geeignete Vorrichtungen zur Herstellung von Kohlenstoff aus Braunkohle sind in der mitanhängigen PCT/EP2010/007964 offenbart und in den 2 und 3 gezeigt.Other suitable devices for the production of carbon from lignite are in the co-pending PCT / EP2010 / 007964 revealed and in the 2 and 3 shown.

2 zeigt eine Reaktorbatterie 200 zur kontinuierlichen Umwandlung von Braunkohle. Die Reaktorbatterie 200 umfasst hier sieben mal sechs einzelne Reaktoren, im Folgenden als Zellen 202 bezeichnet, die in quaderförmig angeordnet sind. Die Reaktorbatterie ist von einer gemeinsamen Reaktoraußenwand 204 umgeben. Zur Trennung der einzelnen Zellen 202 voneinander verlaufen sechs Quer- und fünf Längstrennwände 206 innerhalb der Reaktoraußenwände 204. 2 shows a reactor battery 200 for the continuous conversion of lignite. The reactor battery 200 here comprises seven times six individual reactors, hereinafter referred to as cells 202 referred to, which are arranged in cuboid. The reactor battery is from a common reactor outer wall 204 surround. To separate the individual cells 202 Six transverse and five longitudinal partitions run from each other 206 within the outer walls of the reactor 204 ,

Allen Zellen 202 wird kontinuierlich Braunkohle zugeführt, wie durch den Pfeil 208 in 2 schematisch angedeutet. Braunkohle aus einem Braunkohlelager wird über Rohre zu einer Zellenradschleuse (nicht dargestellt) und von dort über Verteilerrohre (nicht dargestellt) zu den einzelnen Zellen geleitet. Bei einer teilpyrolytischen Umwandlung entstehen in den Zellen neben nichtbrennbaren auch brennbare Gase mit hohem Heizwert, z. B. Methan, Kohlenmonoxid und Wasserstoff, sowie festes Umwandlungsprodukt, nämlich Kohlenstoff. Die Gase werden an der Oberseite jeder Zelle abgeführt, wie durch Pfeil 210 in 2 schematisch angedeutet und werden über Rohre (nicht gezeigt) gesammelt, komprimiert und gespeichert oder aber auch thermisch genutzt (Verbrennung). Das feste Umwandlungsprodukt leiten Sammelrohre 212 unterhalb jeder Zelle ggf. gasdicht in einen Sammelbehälter (nicht gezeigt).All cells 202 lignite is fed continuously, as indicated by the arrow 208 in 2 indicated schematically. Lignite from a brown coal storage is (not shown) via pipes to a rotary valve and from there via distribution pipes (not shown) to the individual cells. In a teilpyrolytischen conversion arise in the cells in addition to non-combustible and combustible gases with high calorific value, z. As methane, carbon monoxide and hydrogen, and solid conversion product, namely carbon. The gases are removed at the top of each cell as indicated by arrow 210 in 2 indicated schematically and are collected via pipes (not shown), compressed and stored or else used thermally (combustion). The solid conversion product conducts header pipes 212 below each Cell possibly gas-tight in a collecting container (not shown).

Die Reaktoraußenwand 204 ist mit Steinwolle oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial thermisch isoliert. Innerhalb der Reaktorbatteriewand erfolgt ein Wärmeaustausch durch die Quer- und Trennwände 206 hindurch. Die Zellen 202 bleiben jedoch stofflich voneinander isoliert. Das bewirkt geringere Wärmeverluste im Vergleich zu thermisch voneinander entkoppelten Zellen. Jede Zelle 202 ist mit einer steuer-/regel-/einstellbaren Luftzufuhr versehenThe reactor outer wall 204 is thermally insulated with rock wool or other suitable insulating material. Within the reactor battery wall heat exchange takes place through the transverse and partition walls 206 therethrough. The cells 202 however, remain materially isolated from each other. This causes lower heat losses compared to thermally decoupled cells. Every cell 202 is equipped with a controllable / adjustable air supply

3 zeigt eine erfindungsgemäße Reaktorbatterie 300, die wie die in 2 gezeigt Reaktorbatterie 200 mehrere Reaktoren umfasst, die im Folgenden als Zellen 302 bezeichnet werden. Die Zellen 302 sind im Unterschied zu den Zellen 202 in 2 jeweils mit einer eigenen Zellenwand 304a, 304b ausgestattet. Zwischen Zellenwänden 304b von nebeneinander angeordneten Zellen 302 ist in 2 ein schematischer Abstand sichtbar, der jedoch tatsächlich nicht vorhanden sein muss. Die Zellen stehen so nahe beieinander wie möglich, um einen guten Wärmeaustausch zwischen den Zellen 302 herstellen zu können. In der Reaktorbatterie 300 außen liegende Zellen sind an ihren äußeren Zellenwänden 304a thermisch isoliert, an ihren innen liegenden Zellenwänden 304b nicht. Eine Bienenwabenstruktur kann die thermischen Eigenschaften verbessern (geringere Außenoberfläche). 3 shows a reactor battery according to the invention 300 like the ones in 2 shown reactor battery 200 includes several reactors, hereafter referred to as cells 302 be designated. The cells 302 are unlike the cells 202 in 2 each with its own cell wall 304a . 304b fitted. Between cell walls 304b of juxtaposed cells 302 is in 2 a schematic distance visible, but in fact does not have to be present. The cells are as close together as possible to ensure good heat exchange between the cells 302 to be able to produce. In the reactor battery 300 External cells are on their outer cell walls 304a thermally insulated, on their internal cell walls 304b Not. A honeycomb structure can improve the thermal properties (smaller outer surface).

In den in 3 gezeigten Zellen sind zwei Umwandlungsbereiche unterscheidbar. In einem unteren Bereich, dem Flammbereich 306, der eine Flammzone und eine Glutzone umfasst, wird Braunkohle bei unterstöchiometrischer Sauerstoffzufuhr zu Kohlenstoff verkohlt. Dabei entstehende heiße Gase steigen nach oben die den Zufuhrbereich 308. Die heißen Gase enthalten selbst nur noch wenig oder keinen Sauerstoff mehr, da dieser bei der Verkohlung nahezu aufgebraucht wird. Im Zufuhrbereich verursachen diese heißen Gase bei Temperaturen von 500 bis 900°C eine Trocknung, Entgasung und pyrolytische bzw. teilpyrolytische Umwandlung der Braunkohle zu brennbaren Gasen. Dieses Gas umfasst im Wesentlichen Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, kurzkettige Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Stickstoff und gegebenenfalls schwefelhaltige Gase, die entfernt werden.In the in 3 2 cells are distinguishable. In a lower area, the flame area 306 , which comprises a flame zone and a glowing zone, is charred lignite with substoichiometric oxygen supply to carbon. The resulting hot gases rise up the supply area 308 , The hot gases themselves contain only little or no oxygen, as they are almost used up during charring. In the supply area, these hot gases cause drying, degassing and pyrolytic or partially pyrolytic conversion of lignite to combustible gases at temperatures of 500 to 900 ° C. This gas essentially comprises hydrogen, carbon monoxide, methane, short-chain hydrocarbons, carbon dioxide, nitrogen and possibly sulfur-containing gases which are removed.

Bei der Trocknung von befeuchteter Braunkohle entstehender Wasserdampf ”verschiebt” die Pyrolyse geringfügig hin zu einer Vergasung, wobei mehr brennbares Gas entstehen kann. Ist jedoch zuviel Wasser in der Braunkohle enthalten, kann die zur Trocknung der Braunkohle erforderliche Wärme die Temperatur unter die für eine Pyrolyse notwendige Temperatur senken. Die Entfeuchtung oder Trocknung kann über die Steuerung der Luftzufuhr gesteuert werden, so dass der Prozess für Braunkohlen mit variablem Wassergehalt einstellbar ist.In the drying of humidified brown coal resulting water vapor, the pyrolysis "shifts" slightly towards a gasification, whereby more combustible gas can arise. However, if too much water contained in the lignite, the heat required to dry the lignite can lower the temperature below the temperature necessary for pyrolysis. Dehumidification or drying can be controlled by controlling the air supply so that the process can be set for lignite with variable water content.

Die Steuerung der Pyrolyse erfolgt durch regel-, steuer- bzw. einstellbare Luftzuführungen (Pfeile 310) oder Gasauslässe in jede Zelle. Die Zellenwände 304b verhindern dabei unkontrollierte Brennkanäle 212 zwischen den Zellen 302. Wären die Zellen 302 der Reaktorbatterie 300 zu einem einzigen großen Brennraum zusammengefasst, so könnte Luft aus der Luftzufuhr 310 einer Zelle und Luft einer benachbarten Luftzufuhr 310 zu einer Stelle in diesem großen Brennraum strömen und lokale Brennkanäle 312 ausbilden, in denen Braunkohle vollständig verbrennen würden, wodurch im Wesentlichen lediglich brennbare und nichtbrennbare Gase, aber kein Kohlenstoff mehr erzeugt werden würde und der Prozess gestört wäre. Eine kontrollierte teilpyrolytische Zersetzung wäre nicht möglich.The pyrolysis is controlled by regulating, controllable or adjustable air supply lines (arrows 310 ) or gas outlets in each cell. The cell walls 304b prevent uncontrolled combustion channels 212 between the cells 302 , Would the cells be 302 the reactor battery 300 combined into a single large combustion chamber, so could air from the air supply 310 a cell and air from an adjacent air supply 310 to a point in this large combustion chamber and to flow local combustion channels 312 in which lignite would burn completely, essentially producing only flammable and non-combustible gases but no more carbon and disrupting the process. Controlled partial pyrolytic decomposition would not be possible.

Im Allgemeinen stützt ein Gitter 314 das Reaktionsmaterial, d. h die Braunkohle. Unterhalb des Gitters 314 wird Luft durch ein z. B. Zuführungsrohr 310 etwa zentral einer jeweiligen Einzelzelle 302 zugeführt. Die Luftmenge wird genau kontrolliert und z. B. anhand der Temperatur eines Abgasstroms geregelt. Direkt oberhalb des Gitters 314 findet unter den Bedingungen des relativen Sauerstoffmangels eine Verschwelung der Braunkohle bzw. Verkohlung derselben bei unterstöchiometrischer Sauerstoffzufuhr statt. Der relative Sauerstoffmangel durch gedrosselte Luftzufuhr führt zur Verbrennung (oder Teilverbrennung) der flüchtigen Bestandteile des Reaktionsmaterials, während der feste Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffkonzentrat nach unten durch das Gitter 314 aus der Zelle heraus fällt. Die bei diesem Verschwelungsbrand entstehende Hitze führt zur Ausdehnung der entstehenden Verbrennungsgase, so dass diese in dem Reaktor nach oben getrieben werden. Ungefähr 0,5 bis 0,8 m oberhalb des Gitters 314 ist der Sauerstoff durch den Verschwelungsprozess aufgebraucht. Unterhalb dieses Bereichs befindet sich also die Sauerstoffzone, oberhalb beginnt die Pyrolysezone.In general, a grid will support 314 the reaction material, d. h the brown coal. Below the grid 314 is air through a z. B. feed pipe 310 approximately centrally of a respective single cell 302 fed. The amount of air is precisely controlled and z. B. regulated by the temperature of an exhaust stream. Directly above the grid 314 Under the conditions of relative oxygen deficiency, brown coal charring takes place under stoichiometric oxygen supply. The relative lack of oxygen due to throttled air supply leads to the combustion (or partial combustion) of the volatiles of the reaction material, while the solid carbon in the form of carbon concentrate down through the grid 314 falls out of the cell. The heat generated in this conflagration fire leads to the expansion of the resulting combustion gases, so that they are driven upwards in the reactor. About 0.5 to 0.8 meters above the grid 314 is the oxygen consumed by the pollination process. Below this range is thus the oxygen zone, above begins the pyrolysis zone.

Das nunmehr weitgehend sauerstofffreie Reaktionsgas, welches vorwiegend Stickstoff und CO2 enthält, verlässt die Sauerstoffzone nach oben mit einer Temperatur von ungefähr 500 bis 600°C. Braunkohle, die auf ihrem Weg von oben in diesen Bereich gelangt enthält praktisch kein Wasser mehr. Sie wird unter diesen Bedingungen erhitzt und Gas wird pyrolytisch ausgetrieben. Dieses steigt weiter nach oben und kann aus der Zelle 302 abgeführt in ein Blockheizkraftwerk oder dergleichen geleitet werden und zur Energiegewinnung bzw. als Fernwärme genutzt werden.The now largely oxygen-free reaction gas, which contains mainly nitrogen and CO 2 , leaves the oxygen zone upwards at a temperature of about 500 to 600 ° C. Brown coal, which reaches this area on its way from the top, contains virtually no water. It is heated under these conditions and gas is expelled pyrolytically. This continues to rise and can leave the cell 302 dissipated into a combined heat and power plant or the like and be used for energy or as district heating.

Die Umwandlungsvorrichtung 100 und die Zellen 302 können als Container oder in Containerform, beispielsweise als Überseefrachtcontainer, ausgebildet sein. Mehrere solche Container können eine Containerbatterie bilden. Die Container sind einfach mit herkömmlichen Mitteln transportierbar und können vor Ort zu einer Containerbatterie zusammengebaut werden. Die Container können hochkant oder quer aufgestellt werden und über ein entsprechend geeignetes Verbindungsmittel bzw. Verbindung, beispielsweise ein Gerüst, ein Grippe, T-Träger, Schrauben, Schweißverbindungen etc. miteinander verbunden werden. The conversion device 100 and the cells 302 can be designed as a container or in container form, for example as an overseas freight container. Several such containers can form a container battery. The containers are easily transportable by conventional means and can be assembled on site to form a container battery. The containers can be erected upright or transversely and connected to one another via a suitably suitable connecting means or connection, for example a framework, a flu, T-beam, screws, welded joints, etc.

Überseecontainer sind üblicherweise See-Frachtcontainer und ISO-Container, die mit 20- und 40-Fuß-Länge und 8-Fuß Breite ausgebildet sind. Solche Überseecontainer sind nicht nur ideal für den Transport auf Containerschiffen, sondern auch für Transport mit dem Lkw oder der Eisenbahn.Overseas containers are typically sea freight containers and ISO containers, which are 20- and 40-foot-long and 8-foot wide. Such overseas containers are not only ideal for transport on container ships, but also for transport by truck or rail.

Durch Umwandlungsvorrichtungen in Containerform können diese leicht zu schwer zugänglichen Braunkohlevorkommen beispielsweise in China, Russland oder Kanada transportiert werden. Auch der Betrieb, der Austausch und die Wartung eines solchen Komplettsystems aus einer Umwandlungsvorrichtung in Containerform ist dadurch einfacher.Conversion devices in container form these easily accessible hard coal deposits can be transported, for example, in China, Russia or Canada. Also, the operation, replacement and maintenance of such a complete system of a conversion device in container form is easier.

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Claims (4)

Verfahren zur Gewinnung von Kohlenstoff und brennbaren Gasen aus feuchter Braunkohle oder trockener Braunkohle, die zu Beginn des Verfahrens befeuchtet wird, bei dem man die Braunkohle kontinuierlich von oben nach unten in Richtung Schwerkraft vier Zonen in einem Wanderbett in einem geeigneten Reaktor durchwandern lässt: eine erste Zone oder Trocknungszone, in der die feuchte oder befeuchtete Braunkohle durch aufsteigende heiße Dämpfe und Gase getrocknet wird, eine zweite Zone oder Pyrolysezone, in der die getrocknete Braunkohle mit einem starken, bevorzugt mindestens etwa 98%-igem stöchiometrischen Unterschuss an Sauerstoff unter Entwicklung von Pyrolysegas pyrolysiert wird, eine dritte Zone oder Flammzone und eine vierte Zone oder Glimmzone, die zusammen eine Glutzone bilden, in der verbleibende organische und metallhaltige Verbindungen bei im Wesentlichen stöchiometrischer Sauerstoffzufuhr, bezogen auf die organischen und metallhaltigen Verbindungen, oxidiert und/oder verbrannt/vergast werden, wobei der nicht verbrannte Rückstand im Wesentlichen reinen, mindestens etwa 90%-igen Kohlenstoff umfasst, der fortlaufend entfernt wird.Process for the recovery of carbon and combustible gases from wet brown coal or dry lignite, moistened at the beginning of the process by allowing the lignite to travel continuously from top to bottom in the direction of gravity through four zones in a moving bed in a suitable reactor: a first one A zone or drying zone in which the moist or humidified lignite is dried by rising hot vapors and gases, a second zone or pyrolysis zone in which the dried lignite has a strong, preferably at least about 98%, stoichiometric excess of oxygen with evolution of pyrolysis gas is pyrolyzed, a third zone or flame zone and a fourth zone or Glimmzone, which together form a Glutzone, in the remaining organic and metal-containing compounds at substantially stoichiometric oxygen supply, based on the organic and metal-containing compounds, oxidized and / or burned / gasification, wherein the unburned residue comprises substantially pure, at least about 90% carbon which is continuously removed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Trocknungszone und in der Pyrolysezone etwa 450 bis etwa 900°C, bevorzugt etwa 500 bis etwa 550°C beträgt und dass die Temperatur in der Glutzone etwa 500 bis etwa 600°C beträgt.A method according to claim 1, characterized in that the temperature in the drying zone and in the pyrolysis zone about 450 to about 900 ° C, preferably about 500 to about 550 ° C and that the temperature in the Glutzone about 500 to about 600 ° C. , Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Wassermenge in der Braunkohle so gesteuert wird, dass die Temperatur in der Trocknungszone und Pyrolysezone bei etwa 450 bis etwa 900°C, bevorzugt etwa 500 bis etwa 550°C aufrecherhalten wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxygen supply in dependence on the amount of water in the lignite is controlled so that the temperature in the drying zone and pyrolysis at about 450 to about 900 ° C, preferably about 500 to about 550 ° C. will be maintained. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Reaktor austretende und Pyrolysegas umfassende Gas gegebenenfalls nach Entschwefelung im Wesentlichen CO, H2, Methan, kurzkettigen Kohlenwasserstoffen, N2, und CO2 enthält.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the emerging from the reactor and pyrolysis gas comprising gas optionally after desulfurization substantially CO, H 2 , methane, short-chain hydrocarbons, N 2 , and CO 2 .
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