DE102013110447B4 - Gasification plant and method for stringing its ash sluice - Google Patents

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Abstract

Vergasungsanlage zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases durch Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe, beispielsweise von Kohle oder Koks, mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf als Vergasungsdampf und Sauerstoff bestehenden Prozessgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, umfassend einen Festbettdruckvergasungsreaktor, der direkt mit einer Druckschleuse zum Austragen der Asche verbunden ist, wobei die Druckschleuse mit Wasserdampf bespannbar ist und wobei die Anlage eine Dampferzeugungsanlage zur Versorgung des Reaktors mit Vergasungsdampf und zur Versorgung der Druckschleuse mit Bespannungsdampf umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugungsanlage so gestaltet ist, dass sie Wasserdampf mit mindestens zwei verschiedenen Drücken, Temperaturen und Überhitzungsgraden jeweils für die Verwendung als Vergasungsdampf oder Bespannungsdampf liefern kann.A gasification plant for producing a carbon monoxide and hydrogen-containing synthesis gas by gasification of solid, carbonaceous feedstocks, for example coal or coke, comprising a process gas consisting essentially of water vapor as gasification vapor and oxygen to form a solid or partially solid, non-flowable ash, comprising a fixed bed pressure gasification reactor, which is connected directly to a pressure lock for discharging the ash, wherein the pressure lock can be steamed and wherein the plant comprises a steam generating plant for supplying the reactor with gasification steam and for supplying the pressure lock with steam covering, characterized in that the steam generating plant is designed that it can deliver water vapor having at least two different pressures, temperatures and degrees of superheat each for use as gasification vapor or string vapor.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vergasungsanlage zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases durch Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe, beispielsweise von Kohle oder Koks, mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf und Sauerstoff bestehenden Vergasungsgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, umfassend einen Festbettdruckvergasungsreaktor, der direkt mit einer Druckschleuse zum Austragen der Asche verbunden ist, wobei die Druckschleuse mit Wasserdampf bespannbar ist und wobei die Vergasungsanlage eine Dampferzeugungsanlage zur Versorgung mit Wasserdampf als Vergasungsdampf für die Erzeugung des Prozessgases und als Bespannungsdampf für das Bespannen der Druckschleuse umfasst.The invention relates to a gasification plant for producing a synthesis gas comprising carbon monoxide and hydrogen by gasification of solid, carbonaceous feedstocks, for example of coal or coke, with a gasification gas consisting essentially of water vapor and oxygen to form a solid or partially solid, non-flowable ash, comprising one Fixed-bed pressure gasification reactor, which is connected directly to a pressure lock for discharging the ash, wherein the pressure lock is covered with water vapor and wherein the gasification plant comprises a steam generating plant for supplying steam as gasification steam for the production of the process gas and as a covering steam for covering the pressure lock.

Stand der TechnikState of the art

Anlagen zur Festbettkohlevergasung sind im Stand der Technik bereits ausführlich beschrieben worden. Das Kernstück wird dabei in vielen Fällen von einem oder mehreren Lurgi-Festbettdruckvergasungsreaktoren gebildet, wie sie in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, Vol. 15, S. 369, 24, sowie der DE-Offenlegungsschrift DE 10 2007 048 673 A1 beschrieben sind.Systems for fixed bed coal gasification have already been described in detail in the prior art. The core is in many cases formed by one or more Lurgi fixed bed pressure gasification reactors, as described in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, Vol. 15, p. 369, 24 , as well as the DE-Offenlegungsschrift DE 10 2007 048 673 A1 are described.

In einem derartigen Reaktor wird kohlenstoffhaltiger Brennstoff, wie z. B. Kohle oder Koks, in einem Festbett bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur unter Zugabe von Sauerstoff und Wasserdampf zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Produktgas vergast. Die Temperatur des als Vergasungsmittel zugeführten Dampfs beträgt dabei typischerweise 400°C. Der Arbeitsdruck des Vergasers beträgt typischerweise bis zu 40 bar. Das Rohsynthesegas verlässt den Vergaser in dessen oberem Bereich mit einer Temperatur von typischerweise 400 bis 600°C. Bei der Vergasung entsteht als Nebenprodukt eine feste oder weitgehend feste, nicht fließfähige Asche, die über einen Drehrost sowie über eine Druckschleuse aus dem Vergasungsreaktor ausgetragen wird, da der Reaktor unter einem erhöhten Betriebsdruck von beispielsweise 40 bar steht. Im Folgenden wird diese dem Ausleiten der Asche dienende Druckschleuse als Ascheschleuse bezeichnet. Das Entleeren der Ascheschleuse erfolgt dabei nach deren Entspannung auf Umgebungsdruck.In such a reactor, carbonaceous fuel, such as. As coal or coke gasified in a fixed bed at elevated pressure and elevated temperature with the addition of oxygen and water vapor to a carbon monoxide and hydrogen-containing product gas. The temperature of the vapor supplied as a gasification agent is typically 400 ° C. The working pressure of the carburettor is typically up to 40 bar. The raw synthesis gas leaves the carburetor in its upper region with a temperature of typically 400 to 600 ° C. During the gasification, a solid or largely solid, non-flowable ash is produced as a by-product, which is discharged from the gasification reactor via a rotary grate and via a pressure lock, since the reactor is under an increased operating pressure of, for example, 40 bar. In the following, this is the discharge of the ash serving pressure lock referred to as ash sluice. The emptying of the ash sluice takes place after its relaxation to ambient pressure.

Zum erneuten Befüllen der Ascheschleuse muss diese zunächst wieder auf den Betriebsdruck des Festbettdruckvergasungsreaktors gebracht werden. Dabei wird zur erneuten Bespannung der Ascheschleuse ein Teilstrom des Dampfes verwendet, der als Vergasungsdampf für den Vergasungsprozess in den Vergasungsreaktor eingespeist wird.To refill the ash sluice, it must first be returned to the operating pressure of the fixed bed pressure gasification reactor. In this case, a partial flow of the steam is used for re-covering the ash sluice, which is fed as gasification steam for the gasification process in the gasification reactor.

Die Patentschrift DD 1 56 536 beschreibt ein Verfahren zur Inbetriebnahme von Festbettdruckvergasungsreaktoren. Bei diesem Inbetriebnahmeverfahren wird zunächst der mit einem Wasser/Dampf-Gemisch gefüllte Doppelmantel des Reaktorbehälters durch Einleiten von Hochdruckdampf in den Doppelmantel aufgeheizt. Durch diese Maßnahme soll die Bildung von Kondenswasser an der Innenseite des Reaktorbehälters verhindert werden, wenn anschließend die in den Reaktor eingebrachte Brennstoffschüttung mit Hochdruckdampf erwärmt wird. Die Zuführung des Hochdruckdampfes in den Reaktorbehälter erfolgt zum einen Teil über die Vergasungsmittelleitung und zum anderen Teil über die Ascheschleuse. Dabei wird der Hochdruckdampf, wie im Produktionsbetrieb der Bespannungsdampf, in die Ascheschleuse geleitet und gelangt durch den geöffneten Verschluss zwischen Reaktor und Schleuse in den Reaktor und zur Brennstoffschüt-tung. Die Bespannung der entleerten Ascheschleuse erfolgt mit Hochdruckdampf.The patent DD 1 56 536 describes a method for commissioning fixed bed pressure gasification reactors. In this start-up procedure, the double jacket of the reactor vessel filled with a water / steam mixture is first heated by introducing high-pressure steam into the double jacket. By this measure, the formation of condensation on the inside of the reactor vessel should be prevented when subsequently the introduced into the reactor fuel bed is heated with high-pressure steam. The supply of high-pressure steam into the reactor vessel takes place partly via the gasification medium line and partly via the ash sluice. In the process, the high-pressure steam, as in the production operation of the stringing steam, is conducted into the ash sluice and passes through the open closure between reactor and sluice into the reactor and to the fuel charge. The covering of the emptied ash sluice takes place with high-pressure steam.

Die Patentschrift DD 2 79 260 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Entaschung von Festbettdruckvergasungsreaktoren. Die Erfindung nimmt sich des Problems an, dass, insbesondere der untere Kegelverschluss der Ascheschleuse, zum Öffnen in die über ihm liegende Ascheschüttung hinein gepresst werden muss, was zu erhöhtem Verschleiß und häufig auftretenden mechanischen Störungen führt. Zur Lösung des Problems wird dem Verschluss ein in umgekehrter Richtung arbeitender Kegelverschluss, mit nach oben gerichteter Spitze des Verschlusskegels, vorgeschaltet, der durch Absenken des Verschlusskegels geöffnet wird. Der Schrift ist zu entnehmen, dass die Ascheschleuse mit Hochdruckdampf bespannt wird.The patent DD 2 79 260 A1 describes a device for the deashing of fixed-bed pressure gasification reactors. The invention addresses the problem that, in particular the lower cone closure of the ash sluice, must be pressed into the overlying ash dump for opening, which leads to increased wear and frequently occurring mechanical disturbances. To solve the problem, the closure is preceded by a conical closure working in the reverse direction, with the tip of the closure cone facing upwards, which is opened by lowering the closure cone. The document shows that the ash sluice is covered with high-pressure steam.

Die Patentschrift DD 299 379 A7 beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der Verfügbarkeit von Festbettdruckvergasern. Das Verfahren soll durch den Sauerstoffgehalt des Vergasungsmittels verursachte Korrosion unterhalb des Drehrostes verhindern, indem es die Dichtigkeit der Verschlüsse der Ascheschleuse sicherstellt und damit eine Strömung des Vergasungsmittels in den unter dem Drehrost liegenden Reaktorbereich und durch die Ascheschleuse in die Umgebung hinein verhindert. Durch Messung der Temperatur unterhalb des unteren Verschlusses der Ascheschleuse wird die Dichtigkeit des Verschlusses überwacht. Nach einem betriebsbedingten Entleeren der Ascheschleuse und dem Schließen des oberen und des unteren Schleusenverschlusses, wird die Schleuse mit Hochdruckdampf auf Reaktordruck bespannt.The patent DD 299 379 A7 describes a method for increasing the availability of fixed bed pressure carburetors. The method is intended to prevent corrosion caused by the oxygen content of the gasification agent below the rotary grate, by ensuring the tightness of the ash sluice locks and thus preventing a flow of the gasification agent in the reactor area below the rotary grate and through the ash sluice into the environment. By measuring the temperature below the lower closure of the ash sluice, the tightness of the closure is monitored. After an operation-related emptying of the ash sluice and the closing of the upper and lower sluice closure, the sluice is covered with high-pressure steam to reactor pressure.

Die Patentschrift DD 147 250 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sicheren Ausschleusen von Vergasungsrückständen insbesondere aus Festbettdruckvergasern. Die Erfindung will verhindern, dass, durch Undichtigkeiten der Verschlüsse der Ascheschleuse, sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel in die Ascheschleuse gelangt und dort zu einer explosionsfähigen Atmosphäre führt. Zur Lösung des Problems wird vorgeschlagen zwei Ascheschleusen hintereinander zu schalten und die Dichtigkeit der Verschlüsse der Ascheschleusen durch Messung des Zuflusses an Bespannungsgas zur jeweiligen Schleuse zu überprüfen. Zum Bespannen und Spülen der Ascheschleusen wird hier Inertgas verwendet.The patent DD 147 250 describes a method and an apparatus for safely removing gasification residues, in particular from fixed bed pressure gasifiers. The invention aims to prevent oxygen-containing gasification agent from entering the ash sluice due to leaks in the ash sluice closures, where it leads to an explosive atmosphere. To solve the problem, it is proposed to connect two ash sluices in succession and to check the tightness of the ash sluice closures by measuring the inflow of string gas to the respective sluice. For stringing and rinsing the ash sluices, inert gas is used here.

Gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik wird nicht zwischen dem als Vergasungsmittel und dem zum Bespannen der Ascheschleuse verwendetem Hochdruck-dampf unterschieden. Daher muss bei der Qualität dieses Dampfes hinsichtlich Druck und Temperatur ein Kompromiss zwischen den Bedürfnissen des Vergasungsprozesses und dem Betrieb der Ascheschleuse gefunden werden.According to the prior art described above, no distinction is made between the high-pressure steam used as a gasifying agent and that for covering the ash sluice. Therefore, the quality of this vapor in terms of pressure and temperature must be compromised between the needs of the gasification process and the operation of the ash sluice.

Um den Vergasungsprozess mit hoher Produktgasausbeute zu betreiben, wird eine möglichst hohe Temperatur für diesen Dampf angestrebt. Je höher die Dampftemperatur des Vergasungsdampfes ist, umso geringer ist der Kohleverbrauch zum Erzielen der für die Vergasungsreaktion erforderlichen Prozesstemperatur.In order to operate the gasification process with high product gas yield, the highest possible temperature for this vapor is sought. The higher the steam temperature of the gasification steam, the lower the coal consumption for achieving the process temperature required for the gasification reaction.

Für die Ascheschleuse ist dagegen eine hohe Dampftemperatur ungünstig, da sie die Herstellung der Schleuse technisch aufwendiger und damit teurer macht, als es für die eigentliche Aufgabe der Schleuse, d. h. die Aufnahme und Ausschleusung der Asche, notwendig wäre. Es müssen dann hochtemperaturbeständige, teure Werkstoffe verwendet werden.For the ash sluice, however, a high steam temperature is unfavorable, since it makes the production of the lock technically complicated and thus more expensive than it is for the actual task of the lock, d. H. the intake and discharge of the ashes would be necessary. It must then be used high temperature resistant, expensive materials.

Es bestand daher die Aufgabe, eine Anlage und ein Verfahren zum Bespannen der Ascheschleuse eines Festbettdruckvergasungsreaktors zur Verfügung zu stellen, die einerseits die Ausgestaltung der Ascheschleuse unter Verwendung preisgünstiger Werkstoffe gestattet. Andererseits soll ein energieeffizienter Betrieb des vorgeschalteten Vergasungsreaktors gewährleistet werden.It was therefore an object to provide a system and a method for covering the ash sluice a fixed-bed pressure gasification reactor available, on the one hand allows the design of the ash sluice using inexpensive materials. On the other hand, an energy-efficient operation of the upstream gasification reactor is to be ensured.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Anlage zur Erzeugung eines hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehenden Synthesegases durch Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe, beispielsweise von Kohle oder Koks, mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf als Vergasungsdampf und Sauerstoff bestehenden Prozessgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, umfassend einen Festbettdruckvergasungsreaktor, der direkt mit einer Druckschleuse zum Austragen der Asche verbunden ist, wobei die Druckschleuse mit Wasserdampf bespannbar ist und wobei die Anlage eine Dampferzeugungsanlage zur Versorgung des Reaktors mit Vergasungsdampf und zur Versorgung der Druckschleuse mit Bespannungsdampf umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugungsanlage so gestaltet ist, dass sie Wasserdampf mit mindestens zwei verschiedenen Drücken, Temperaturen und Überhitzungsgraden jeweils für die Verwendung als Vergasungsdampf oder Bespannungsdampf liefern kann.According to the invention, this object is achieved according to claim 1 by a plant for producing a synthesis gas consisting mainly of carbon monoxide and hydrogen by gasification of solid, carbonaceous feedstocks, for example coal or coke, with a substantially consisting of water vapor as gasification vapor and oxygen process gas to form a solid or partially solid, non-flowable ash comprising a fixed bed pressure gasification reactor connected directly to a pressure lock for discharging the ash, the pressure lock being susceptible to steam, and the plant comprising a steam generator for supplying the reactor with gasification steam and for supplying the pressure lock with string steam characterized in that the steam generating plant is designed to produce water vapor having at least two different pressures, temperatures and degrees of overheating, each for use as Ver supply steam or string steam.

Durch die Trennung der Dampfversorgung für den Vergasungsprozess und für die Bespannung der Ascheschleuse kann für den Vergasungsprozess eine günstigere, d. h. höhere Dampftemperatur gewählt werden. So wird z. B. durch die Erhöhung der Dampftemperatur von 400 auf 470°C der Sauerstoffbedarf zur Vergasung von bituminöser Kohle um 5% gesenkt. Gleichzeitig sinkt der Kohleverbrauch zum Erzielen der für die Vergasungsreaktion erforderlichen Prozesstemperatur.By separating the steam supply for the gasification process and for the covering of the ash sluice for the gasification process can be a cheaper, d. H. higher steam temperature can be selected. So z. B. by increasing the steam temperature from 400 to 470 ° C, the oxygen demand for the gasification of bituminous coal by 5%. At the same time, coal consumption decreases to achieve the process temperature required for the gasification reaction.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der ErfindungFurther preferred embodiments of the invention

In einer besonders geeigneten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Dampferzeugungsanlage zwei unabhängig voneinander betreibbare Dampferzeuger, wobei einer der Erzeugung des Vergasungsdampfs für die Vergasungsreaktion und der andere der Erzeugung des Bespannungsdampfs zur Bespannung der Ascheschleuse dient. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass für die jeweilige Aufgabe optimierte Dampferzeuger eingesetzt werden können, und dass diese unabhängig voneinander betreibbar sind. So kann der Dampferzeuger zur Erzeugung des Bespannungsdampfes für die Ascheschleuse aufgrund der hierbei benötigten, kleineren Dampfvolumenströme erheblich kleiner ausgestaltet werden als der der Erzeugung des Prozessdampfs dienende Dampferzeuger. Ferner kann der Dampferzeuger zur Erzeugung des Bespannungsdampfes für die Ascheschleuse während eines Großteils der Betriebsdauer der Vergasungsanlage außer Betrieb genommen werden, da er nur während der Bespannung der Ascheschleuse benötigt wird.In a particularly suitable embodiment of the invention, the steam generating plant comprises two steam generators which can be operated independently of one another, one of the generation of the gasification steam for the gasification reaction and the other of the generation of the steam covering the covering of the ash sluice. This refinement has the advantage that steam generators optimized for the respective task can be used, and that these can be operated independently of one another. Thus, the steam generator for generating the covering steam for the ash sluice due to the required here, smaller steam flow rates are designed to be considerably smaller than the generation of the process steam serving steam generator. Furthermore, the steam generator can be taken out of service for the production of the string steam for the ash sluice for a large part of the service life of the gasification plant, since it is needed only during the covering of the ash sluice.

Da in die Vergasungsdampfleitung in vielen Fällen Luft und/oder Sauerstoff als zusätzliches Oxidations- und Vergasungsmittel eingespeist wird, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Dampferzeuger für den Vergasungsdampf mit einem Dampferhitzer zur Überhitzung des Dampfes ausgestattet. Auf diese Weise kann eine Kondensation des Dampfes auf der Leitungsstrecke zum Vergasungsreaktor vermieden werden. Ferner wird somit eine zusätzliche Möglichkeit erhalten, die Temperatur des Vergasungsdampfs auf einen zur Durchführung der Vergasungsreaktion besonders günstigen Wert einzustellen.Since in many cases air and / or oxygen are fed into the gasification steam line as additional oxidation and gasification means, in a further embodiment of the invention the steam generator for the gasification steam is equipped with a steam heater for overheating the steam. In this way, condensation of the vapor on the line to the gasification reactor can be avoided. Furthermore, an additional possibility is thus obtained of adjusting the temperature of the gasification steam to a value which is particularly favorable for carrying out the gasification reaction.

In einer kostengünstigen und konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist die Dampferzeugungsanlage mit nur einem Dampferzeuger ausgestattet, von dem eine Dampfleitung abgeht, die in eine Vergasungsdampf- und eine Bespannungsdampfleitung verzweigt und wobei sich im Verlauf der Bespannungsdampfleitung ein Dampfkühler befindet. Da die Investitions- und Betriebskosten für einen Dampferzeuger zumeist höher zu veranschlagen sind als für einen Dampfkühler, können auf diese Weise signifikante Einsparungen erzielt werden.In a cost-effective and structurally particularly simple embodiment of the invention, the steam generating plant is equipped with only one steam generator, from which a steam line goes, which branches into a gasification vapor and a Bespannungsdampfleitung and wherein there is a steam cooler in the course of Bespannungsdampfleitung. Since the investment and operating costs for a steam generator tend to be higher than for a steam cooler, significant savings can be achieved in this way.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst dieser Dampfkühler eine Wasserzuführung und einen Raum, z. B. eine Sprühkammer oder Quenchkammer, in dem bzw. in der Wasser und Dampf beispielsweise durch Versprühen miteinander in Kontakt gebracht werden und der Dampf somit auf eine für die Verwendung als Bespannungsdampf geeignete Temperatur abgekühlt wird.In a particularly advantageous embodiment, this steam cooler comprises a water supply and a room, for. As a spray chamber or quench, are brought into contact with each other in or in the water and steam, for example by spraying and the steam is thus cooled to a suitable temperature for use as a clothing steam.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ascheschleuse in einer Vergasungsanlage zur Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf als Vergasungsdampf und Sauerstoff bestehenden Prozessgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, wobei die Vergasungsanlage einen Festbettdruckvergasungsreaktor und eine Ascheschleuse beinhaltet, umfassend folgende Verfahrensschritte:

  • (a) Ausleiten der Asche aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor in die Ascheschleuse mittels eines Drehrostes bei geöffneter Ascheeintrittsöffnung und geschlossener Ascheaustrittsöffnung,
  • (b) Schließen der Ascheeintrittsöffnung, Entspannung der Ascheschleuse auf Umgebungsdruck,
  • (c) Öffnen der Ascheaustrittsöffnung, Entleeren der Asche aus der Ascheschleuse,
  • (d) Schließen der Ascheaustrittsöffnung, Bespannen der Ascheschleuse mit Bespannungsdampf,
  • (e) Öffnen der Ascheeintrittsöffnung,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperatur des Bespannungsdampfes kleiner ist als die Temperatur des Vergasungsdampfes.In a further aspect, the invention relates to a method for operating an ash sluice in a gasification plant for gasification of solid carbonaceous feedstocks with a substantially consisting of water vapor as gasification steam and oxygen process gas to form a solid or partially solid, non-flowable ash, the gasification plant a Fixed bed pressure gasification reactor and an ash sluice, comprising the following process steps:
  • (a) discharging the ash from the fixed-bed pressure gasification reactor into the ash sluice by means of a rotary grate with the ash inlet opening open and the ash outlet outlet closed,
  • (b) closing the ash inlet opening, relieving the ash sluice to ambient pressure,
  • (c) opening the ash outlet, emptying the ash from the ash sluice,
  • (d) closing the ash outlet opening, covering the ash sluice with string steam,
  • (e) opening the ash inlet,
the method being characterized in that the temperature of the string vapor is less than the temperature of the gasification vapor.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass die Temperatur des Bespannungsdampfes um mindestens 50°C, bevorzugt um mindestens 70°C kleiner ist als die Temperatur des Vergasungsdampfes.The process according to the invention is preferably carried out such that the temperature of the coating steam is at least 50 ° C., preferably at least 70 ° C., lower than the temperature of the gasification steam.

Die Durchführung des Verfahrens ist besonders vorteilhaft, wenn die Temperatur des Bespannungsdampfes höchstens 400°C beträgt und die Temperatur des Vergasungsdampfes größer als 400°C ist. Dies gestattet eine preisgünstige Werkstoffauswahl für die Ascheschleuse bei gleichzeitig hoher Vergasungsleistung und energieeffizientem Betrieb des Festbettdruckvergasungsreaktors. So wird z. B. durch die Erhöhung der Dampftemperatur von 400 auf 470°C der Sauerstoffbedarf zur Vergasung von bituminöser Kohle um 5% gesenkt. Gleichzeitig sinkt der Kohleverbrauch zum Erzielen der für die Vergasungsreaktion erforderlichen Prozesstemperatur.The implementation of the method is particularly advantageous when the temperature of the string vapor is at most 400 ° C and the temperature of the gasification vapor is greater than 400 ° C. This allows a low-cost selection of materials for the ash sluice with high gasification capacity and energy-efficient operation of fixed-bed pressure gasification reactor. So z. B. by increasing the steam temperature from 400 to 470 ° C, the oxygen demand for the gasification of bituminous coal by 5%. At the same time, coal consumption decreases to achieve the process temperature required for the gasification reaction.

Ausführungs- und ZahlenbeispieleExecution and numerical examples

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungs- und Zahlenbeispielen. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of non-limiting examples of execution and numerals. All of the described features alone or in any combination form the invention, regardless of their combination in the claims or their back-reference.

Anhand der Zeichnung soll im Folgenden die Erfindung erläutert werden. Es zeigenReference to the drawing, the invention will be explained below. Show it

1 eine Skizze der erfindungsgemäßen Vergasungsanlage, 1 a sketch of the gasification plant according to the invention,

2 eine Dampferzeugungsanlage mit zwei Dampferzeugern, 2 a steam generating plant with two steam generators,

3 eine Dampferzeugungsanlage mit einem Dampferzeuger und einem Dampfkühler. 3 a steam generating plant with a steam generator and a steam cooler.

Sofern nicht anders vermerkt, sind alle angegebenen Drücke als Absolutdrücke zu verstehen.Unless otherwise stated, all stated pressures are to be understood as absolute pressures.

1 zeigt die erfindungsgemäße Vergasungsanlage, umfassend den Festbettdruckvergasungsreaktor 1, die Ascheschleuse 2 und die Dampferzeugungsanlage 3. Der Festbettdruckvergasungsreaktor 1 ist über die Ascheeintrittsöffnung 4 mit der Ascheschleuse 2 verbunden. Der von oben in den Reaktor 1 zugegebene feste, kohlenstoffhaltige Einsatzstoff 5, beispielsweise Kohle oder Koks, wird in einem sich über dem Drehrost 6 bildenden Festbett 7 zu Produktgas 8 vergast. Unterhalb des Drehrostes 6 wird das zur Vergasung benötigte Wasserdampf-Sauerstoffgemisch 9 in den Festbettdruckvergasungsreaktor 1 eingespeist. Die Asche 10 verlässt den Festbettdruckvergasungsreaktor 1 durch die geöffnete Ascheeintrittsöffnung 4 der Ascheschleuse 2, wobei die Ascheaustrittsöffnung 11 geschlossen ist. Der Druck in der Ascheschleuse entspricht dabei dem Arbeitsdruck des Festbettdruckvergasungsreaktors, beispielsweise 40 bar. 1 shows the gasification plant according to the invention, comprising the fixed-bed pressure gasification reactor 1 , the ash sluice 2 and the steam generating plant 3 , The fixed bed pressure gasification reactor 1 is over the ash inlet 4 with the ash sluice 2 connected. The top of the reactor 1 added solid, carbonaceous feedstock 5 , for example, coal or coke, is in a above the rotary grate 6 forming fixed bed 7 to product gas 8th gassed. Below the rotary grate 6 becomes the water vapor-oxygen mixture needed for the gasification 9 in the fixed-bed pressure gasification reactor 1 fed. The ash 10 leaves the fixed bed pressure gasification reactor 1 through the opened ash inlet 4 the ash sluice 2 , wherein the ash outlet opening 11 closed is. The pressure in the ash sluice corresponds to the working pressure of the fixed bed pressure gasification reactor, for example 40 bar.

Nachdem die Ascheschleuse 2 bis zu einem vordefinierten, maximalen Füllstand gefüllt wurde, muss sie entleert werden. Dazu wird zunächst die Ascheeintrittsöffnung 4 geschlossen und die Ascheschleuse 2 über eine in 1 nicht gezeigte Entspannungsleitung auf Umgebungsdruck entspannt. Da die Entspannungsgase noch signifikante Mengen von Synthesegasbestandteilen wie beispielsweise Kohlenmonoxid enthalten, werden diese einer entsprechenden Abgasentsorgung, z. B. einem Fackelsystem, oder einer Abgasweiterbehandlung zugeführt. Gegebenenfalls schließt sich noch ein Inertisierungsschritt durch Spülen mit Inertgas, beispielsweise Stickstoff, an, um letzte Synthesegasbestandteile aus der Ascheschleuse 2 zu entfernen.After the ash sluice 2 has been filled to a predefined maximum level, it must be emptied. For this purpose, first the ash inlet opening 4 closed and the ash sluice 2 about one in 1 Relaxation line not shown relaxed to ambient pressure. Since the expansion gases still contain significant amounts of synthesis gas components such as carbon monoxide, they are a corresponding exhaust disposal, z. As a flare system, or an exhaust gas treatment supplied. If appropriate, an inerting step is followed by flushing with inert gas, for example nitrogen, to form last synthesis gas constituents from the ash sluice 2 to remove.

Nach erfolgter Entspannung wird die Ascheschleuse 2 über die geöffnete Ascheaustrittsöffnung 11 in ein darunter bereitgestelltes Auffanggefäß entleert. Nach der Entleerung wird für den ersten Bespannungsschritt die Ascheaustrittsöffnung 11 der Ascheschleuse 2 bei weiterhin geschlossener Ascheeintrittsöffnung 4 geschlossen und die Ascheschleuse 2 mit dem in der Dampferzeugungsanlage 3 erzeugtem Bespannungsdampf 12 bis auf einen Druck bespannt, der kleiner oder gleich dem Arbeitsdruck des Festbettdruckvergasungsreaktors ist. Abschließend wird die Ascheeintrittsöffnung 4 bei weiterhin geschlossener Ascheaustrittsöffnung 11 geöffnet, wodurch sich in der Ascheschleuse 2 wieder der Arbeitsdruck des Festbettdruckvergasungsreaktors einstellt. Die Ascheschleuse 2 kann nun erneut mit Asche befüllt werden.After relaxation, the ash sluice 2 over the opened ash outlet opening 11 emptied into a collecting vessel provided underneath. After emptying, the ash outlet opening becomes for the first stringing step 11 the ash sluice 2 at still closed ash inlet opening 4 closed and the ash sluice 2 with the in the steam generating plant 3 generated clothing steam 12 covered to a pressure which is less than or equal to the working pressure of the fixed-bed pressure gasification reactor. Finally, the ash inlet opening 4 at still closed ash outlet opening 11 opened, resulting in the ash sluice 2 again sets the working pressure of the fixed bed pressure gasification reactor. The ash sluice 2 can now be refilled with ash.

Die Dampferzeugungsanlage 3 erzeugt den Vergasungsdampf 13 und den Bespannungsdampf 12. In die Vergasungsdampfleitung 13 wird Luft und/oder Sauerstoff 14 eingespeist. Der Dampferzeugungsanlage 3 wird Kesselspeisewasser 15 und Brennstoff (z. B. Kohle, Öl oder Erdgas) und Oxidationsmittel (in der Regel Luft), 16, zugeführt.The steam generating plant 3 generates the gasification vapor 13 and the string steam 12 , Into the gasification vapor line 13 becomes air and / or oxygen 14 fed. The steam generating plant 3 becomes boiler feed water 15 and fuel (eg coal, oil or natural gas) and oxidising agent (usually air), 16 , fed.

2 zeigt eine Dampferzeugungsanlage 3 mit zwei unabhängig voneinander betreibbaren Dampferzeugern 3a und 3b. Die Dampferzeuger werden jeweils mit Kesselspeisewasser 15a, b und Brennstoff/Oxidationsmittel 16a, b versorgt. Der Dampferzeuger 3a produziert Vergasungsdampf 13, der in vielen Fällen überhitzt ist. Seine Temperatur beträgt in der Regel mindestens 470°C. Der Dampferzeuger 3b produziert Bespannungsdampf 12, der eine Temperatur von maximal 400°C aufweist. 2 shows a steam generating plant 3 with two independently operable steam generators 3a and 3b , The steam generators are each supplied with boiler feed water 15a , b and fuel / oxidizer 16a , b supplied. The steam generator 3a produces gasification steam 13 which is overheated in many cases. Its temperature is usually at least 470 ° C. The steam generator 3b produces string steam 12 which has a maximum temperature of 400 ° C.

3 zeigt eine Dampferzeugungsanlage 3 mit einem Dampferzeuger 3a. Der Dampferzeuger wird mit Kesselspeisewasser 15 und Brennstoff/Oxidationsmittel 16 versorgt. Von der Leitung 13 für den erzeugten Vergasungsdampf wird ein Strom 13a abgezweigt und durch den Dampfkühler 17 geführt, in dem er zu Bespannungsdampf 12 abgekühlt wird. Zum Betreiben des Dampfkühlers 17 wird von der Wasserleitung 15 ein Strom 15c abgezweigt und zum Dampfkühler 17 geführt. Der Dampfkühler ist als Sprühkammer ausgestaltet, in die das über Wasserleitung 15 herangeführte Kesselspeisewasser versprüht und somit eine Absenkung der Dampftemperatur erreicht wird. 3 shows a steam generating plant 3 with a steam generator 3a , The steam generator is supplied with boiler feed water 15 and fuel / oxidizer 16 provided. From the line 13 for the generated gasification steam is a stream 13a branched off and through the steam cooler 17 led, in which he to string steam 12 is cooled. To operate the steam cooler 17 is from the water pipe 15 a stream 15c branched off and to the steam cooler 17 guided. The steam cooler is designed as a spray chamber into which the over water pipe 15 supplied boiler feed water sprayed and thus a reduction of the steam temperature is achieved.

In der nachfolgenden Tabelle werden Betriebsparameter für eine Vergasungsanlage zusammengestellt, die mit zwei unterschiedlichen Vergasungsdampftemperaturen betrieben wird. Vergasungsdampftemperatur 400°C Vergasungsdampftemperatur 470°C Relativer O2-Verbrauch 100% 95% Kaltgaseffizienz 88,8% 89,8% Anteil Bespannungsdampf an erzeugtem Dampf < 1% < 1% The following table summarizes operating parameters for a gasification plant operating at two different gasification steam temperatures. Gasification steam temperature 400 ° C Gasification steam temperature 470 ° C Relative O 2 consumption 100% 95% Cold gas efficiency 88.8% 89.8% Proportion of stratified steam to generated steam <1% <1%

Es ist deutlich erkennbar, dass eine von 400°C auf 470°C erhöhte Vergasungsdampftemperatur zu einem geringeren Sauerstoffverbrauch und zu einer erhöhten Kaltgaseffizienz der Vergasungsanlage führt.It can be clearly seen that a gasification steam temperature increased from 400 ° C. to 470 ° C. leads to lower oxygen consumption and to an increased cold gas efficiency of the gasification plant.

Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability

Durch die Erfindung kann für die Konstruktion der Ascheschleuse eine niedrigere Auslegungstemperatur angesetzt werden, wodurch sich ein Kostenvorteil für den Bau der Ascheschleuse ergibt.By the invention, a lower design temperature can be set for the construction of the ash sluice, resulting in a cost advantage for the construction of the ash sluice.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
FestbettdruckvergasungsreaktorFixed bed pressure gasification reactor
22
Ascheschleuseash sluice
33
DampferzeugungsanlageSteam generating plant
3a, b3a, b
Dampferzeugersteam generator
44
AscheeintrittsöffnungAsh inlet opening
55
Einsatzstoff zur VergasungFeedstock for gasification
66
Rostrust
77
Festbettfixed bed
88th
Produktgasproduct gas
99
Dampf-SauerstoffgemischSteam oxygen mixture
1010
Ascheash
1111
AscheaustrittsöffnungAsh outlet opening
1212
Bespannungsdampfupholstery steam
1313
Vergasungsdampfgasification steam
13a13a
Teilstrom VergasungsdampfPartial stream gasification steam
1414
Luft und/oder SauerstoffAir and / or oxygen
1515
KesselspeisewasserBoiler feed water
15a, b, c15a, b, c
KesselspeisewasserBoiler feed water
1616
Brennstoff und Oxidationsmittel für DampferzeugerFuel and oxidizer for steam generators
16a, b16a, b
Brennstoff und Oxidationsmittel für DampferzeugerFuel and oxidizer for steam generators
1717
Dampfkühlerdesuperheaters

Claims (8)

Vergasungsanlage zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases durch Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe, beispielsweise von Kohle oder Koks, mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf als Vergasungsdampf und Sauerstoff bestehenden Prozessgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, umfassend einen Festbettdruckvergasungsreaktor, der direkt mit einer Druckschleuse zum Austragen der Asche verbunden ist, wobei die Druckschleuse mit Wasserdampf bespannbar ist und wobei die Anlage eine Dampferzeugungsanlage zur Versorgung des Reaktors mit Vergasungsdampf und zur Versorgung der Druckschleuse mit Bespannungsdampf umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugungsanlage so gestaltet ist, dass sie Wasserdampf mit mindestens zwei verschiedenen Drücken, Temperaturen und Überhitzungsgraden jeweils für die Verwendung als Vergasungsdampf oder Bespannungsdampf liefern kann.A gasification plant for producing a carbon monoxide and hydrogen-containing synthesis gas by gasification of solid, carbonaceous feedstocks, for example coal or coke, comprising a process gas consisting essentially of water vapor as gasification vapor and oxygen to form a solid or partially solid, non-flowable ash comprising a fixed bed pressure gasification reactor, which is connected directly to a pressure lock for discharging the ash, wherein the pressure lock is spanzbarbar with steam and wherein the plant comprises a steam generating plant for supplying the reactor with gasification steam and for supplying the pressure lock with string steam, characterized in that the steam generating plant is designed that it can deliver water vapor having at least two different pressures, temperatures and degrees of superheat each for use as gasification vapor or string vapor. Vergasungsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugungsanlage zwei unabhängig voneinander betreibbare Dampferzeuger umfasst.Gasification plant according to claim 1, characterized in that the steam generating plant comprises two independently operable steam generator. Vergasungsanlage gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Dampferzeuger mit einem Dampferhitzer zur Überhitzung des erzeugten Dampfes ausgestattet ist.Gasification plant according to claim 2, characterized in that at least one of the steam generator is equipped with a steam heater for overheating of the generated steam. Vergasungsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugungsanlage einen Dampferzeuger umfasst, von dem eine Dampfleitung abgeht, die in eine Vergasungsdampf- und eine Bespannungsdampfleitung verzweigt und wobei sich im Verlauf der Bespannungsdampfleitung ein Dampfkühler befindet. Gasification plant according to claim 1, characterized in that the steam generating plant comprises a steam generator, from which a steam line branches off, which branches off into a gasification steam line and a steaming line and wherein there is a steam cooler in the course of the steam line. Vergasungsanlage gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkühler eine Wasserzuführung und einen Raum umfasst, in dem Wasser und Dampf mit einander in Kontakt gebracht werden.Gasification plant according to claim 4, characterized in that the steam cooler comprises a water supply and a space in which water and steam are brought into contact with each other. Verfahren zum Betreiben einer Ascheschleuse in einer Vergasungsanlage zur Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf als Vergasungsdampf und Sauerstoff bestehenden Prozessgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, wobei die Vergasungsanlage einen Festbettdruckvergasungsreaktor und eine Ascheschleuse beinhaltet, umfassend folgende Verfahrensschritte: (a) Ausleiten der Asche aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor in die Ascheschleuse mittels eines Drehrostes bei geöffneter Ascheeintrittsöffnung und geschlossener Ascheaustrittsöffnung, (b) Schließen der Ascheeintrittsöffnung, Entspannung der Ascheschleuse auf Umgebungsdruck, (c) Öffnen der Ascheaustrittsöffnung, Entleeren der Asche aus der Ascheschleuse, (d) Schließen der Ascheaustrittsöffnung, Bespannen der Ascheschleuse mit Bespannungsdampf, (e) Öffnen der Ascheeintrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Bespannungsdampfes kleiner ist als die Temperatur des Vergasungsdampfes.A method of operating an ash sluice in a gasification plant for gasifying solid carbonaceous feedstocks comprising a process gas consisting essentially of steam as gasification vapor and oxygen to form a solid or partially solid, non-flowable ash, the gasification plant including a fixed bed pressure gasification reactor and an ash sluice, comprising the following Process steps: (a) discharging the ash from the fixed-bed pressure gasification reactor into the ash sluice by means of a rotary grate with the ash inlet opening and the ash outlet outlet closed, (b) closing the ash inlet, relieving the ash sluice to ambient pressure, (c) opening the ash outlet, emptying the ash from the ash sluice , (d) closing the ash outlet opening, covering the ash sluice with string steam, (e) opening the ash inlet opening, characterized in that the temperature of the string steam is less than the temperature of the gasification vapor. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Bespannungsdampfes um mindestens 50°C, bevorzugt um mindestens 70°C kleiner ist als die Temperatur des Vergasungsdampfes.A method according to claim 6, characterized in that the temperature of the clothing steam at least 50 ° C, preferably at least 70 ° C is less than the temperature of the gasification vapor. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Bespannungsdampfes höchstens 400°C beträgt und die Temperatur des Vergasungsdampfes größer als 400°C ist.A method according to claim 6, characterized in that the temperature of the string vapor is at most 400 ° C and the temperature of the gasification vapor is greater than 400 ° C.
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