DE102016210350B4 - Gasification reactor for the production of synthesis gases from solid gasification substances with the aid of oxygen-containing gasification agents - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel bei erhöhten Drücken unter Anwendung der Wirbelschichtvergasung (Primärvergasung), mittels eines Vergasungsreaktors (v) mit einem Vergasungs-Reaktionsraum (v1), der von unten nach oben einen Nachoxidations-Festbettvergaser (a), eine Verbindung mit einem Verbindungs-Reaktionsraum, einen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b), aufweist, a) wobei der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) direkt oder über ein Konnektorrohr mit dem Reaktionsraum des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung steht und beide einen gemeinsamen Druckraum bilden, wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen kleineren Querschnitt aufweist, c) wobei im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) in einem Nachoxidations-Wanderbett das Reaktorprinzip der Festbettvergasung, im Verbindungs-Reaktionsraum überwiegend das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung und im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) das Reaktorprinzip der zentral-fluidisierten Sprudelschichtvergasung, übergehend in das der Strahlwirbelschichtvergasung, im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung angewendet werden, d) und wobei die Primärvergasung der eingetragenen festen Vergasungsstoffe mit primären Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Vergasungsmittel) in der stationären Wirbelschicht, zirkulierenden Wirbelschicht, Strahlwirbelschicht oder Sprudelschicht durchgeführt wird, e) wobei die aus der Primärvergasung abgezogenen C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte mit Nachoxidations-Vergasungsmitteln im Nachoxidations-Wanderbett im Gegenstrom nachoxidiert und teilweise vergast werden (Nachoxidation).The invention relates to a process and a gasification reactor for the production of synthesis gas from solid gasification substances by means of oxygen-containing gasification agent at elevated pressures using fluidized bed gasification (primary gasification), by means of a gasification reactor (v) with a gasification reaction space (v1) from bottom to top a post-oxidation fixed bed gasifier (a), a compound having a reaction space reaction, a primary gasification Wirbelschichtvergaser (b), a) wherein the reaction space of the primary gasification Wirbelschichtverggasers (b) directly or via a connector tube with the reaction space of Nachoxidations-fixed bed gasifier (a) is uninterrupted in communication and both form a common pressure space, the connection between primary gasification fluidized bed gasifier (b) and post-oxidation fixed bed gasifier (a) compared to the reaction spaces of primary gasification fluidized bed gasifier (b) and post-oxidation Festb In the post-oxidation reaction space (a2) in a post-oxidation moving bed, the reactor principle of the fixed-bed gasification, in the connection reaction space predominantly the reactor principle of entrained flow gasification and in the primary gasification reaction space (b1) the reactor principle of the central d) and the primary gasification of the introduced solid gasification substances with primary gasification agents (primary gasification-gasification agent) in the stationary fluidized bed, circulating fluidized bed, E) wherein the withdrawn from the primary gasification C-containing primary gasification bottom products nachoxidiert with post-oxidation gasification agents in the post-oxidation moving bed in countercurrent and part be gasified (post-oxidation).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel.The invention relates to a process and a gasification reactor for the production of synthesis gases from solid gasification substances with the aid of oxygen-containing gasification agents.
Die Vergasung fester Brennstoffe in der Wirbelschicht weist gegenüber der Flugstrom-Vergasung Vorteile bezüglich des geringeren Sauerstoffverbrauchs, der geringeren Vergasungstemperaturen, der geringeren Rohgastemperaturen, der Toleranz gegenüber höheren Aschegehalten oder der geringeren Anforderungen an die Brennstoff-Vorbehandlung (Korngröße 0–ca. 5 mm) auf. Diesbezüglich besonders vorteilhaft ist die Wirbelschicht-Vergasung für Kohlen, die eine hohe Reaktionsfähigkeit aufweisen (Braunkohlen, Hartbraunkohlen, subbituminöse Kohlen etc.). Eine Abwandlung der klassischen Wirbelschicht-Vergasung stellt die Sprudelschichtvergasung (Spouted bed) dar, bei der die Vergasungsmittel, bestehend aus Sauerstoff, Wasserdampf, CO2 oder Luft allein oder in Mischungen, am Boden der Wirbelschicht in Bereiche hoher Feststoffdichte eingeblasen werden, wobei die Feststoffe um den/die Vergasungsmittel-Jet/s Feststoffe zirkulieren. In den Gebieten, in denen sich durch die Oxidation hohe Temperaturen einstellen, wird die freigesetzte Asche gesintert oder geschmolzen und bildet Granulate, die nach Erreichen einer bestimmten Größe von mehreren Millimetern bis zu über einen Zentimeter nach unten fallen und als Bodenprodukt abgezogen werden. The gasification of solid fuels in the fluidized bed has advantages compared to the flow gasification advantages in terms of lower oxygen consumption, lower gasification temperatures, lower raw gas temperatures, tolerance to higher ash contents or lower requirements for the fuel pretreatment (grain size 0 - about 5 mm). on. Particularly advantageous in this respect is the fluidized bed gasification for coals which have a high reactivity (brown coal, hard lignite, subbituminous coal, etc.). A modification of the classical fluidized bed gasification is the Spouted Bed Gasification, in which the gasification agents, consisting of oxygen, water vapor, CO 2 or air alone or in mixtures, are injected at the bottom of the fluidized bed in high solids density areas, the solids around the gasifier jet / s solids circulate. In the areas where high temperatures occur due to oxidation, the released ash is sintered or melted and forms granules, which fall down to over a centimeter after reaching a certain size of several millimeters and are withdrawn as a bottoms product.
Zwei der größten Nachteile, warum sich Wirbelschicht-Verfahren, wie das Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Verfahren, nicht stärker am Markt durchsetzen konnten, sind die nach oben hin begrenzten Vergaser- bzw. Rohgastemperaturen und die fehlende Deponiefähigkeit der festen Vergasungsrückstände. Der Aufwand für die Gasaufbereitung und für die Nachbehandlung der Vergasungsrückstände durch Nachvergasung bzw. Nachoxidation ist hoch. Insgesamt stehen geringeren Synthesegasausbeuten höhere CO2-Emissionen gegenüber.Two of the biggest drawbacks of why fluidized bed processes, such as the high temperature Winkler (HTW) process, have not been able to penetrate the market are the limited carburetor and crude gas temperatures and the lack of landfill capability of solid gasification residues. The expense for the gas treatment and for the aftertreatment of the gasification residues by gasification or post-oxidation is high. Overall, lower synthesis gas yields are offset by higher CO 2 emissions.
Die Vergasertemperaturen können nicht frei gewählt werden. Sie sind entsprechend des Ascheschmelzverhaltens der eingesetzten Kohlen nach oben hin begrenzt, um zu vermeiden, dass die Aschen weder im Freeboard des WS-Vergasers noch bei der Abkühlung des staubbeladenen Rohgases betriebsstörende Ablagerungen, Anbackungen oder Verschlackungen hervorrufen. Die Partikeltemperaturen am Vergaseraustritt sollten unterhalb eines kritischen Wertes liegen, im Folgenden als kritische Aschesintergrenze bezeichnet. Diese ist bei den in Wirbelschichtvergasern eingesetzten Kohlen, die vorzugsweise eine hohe Reaktionsfähigkeit aufweisen (Braunkohlen, Hartbraunkohlen, subbituminöse Kohlen etc.), häufig sehr niedrig. Typische Werte für Braunkohlen liegen bei ca. 1.000 °C, für „junge“ Steinkohlen bei ca. 1.100 °C. Bei Zumischung von Biomassen verringern sich die Werte deutlich. Die Temperaturbegrenzung hat zur Folge, dass das Rohgas mit steigenden Prozessdrücken zunehmende Anteile unerwünschter Gaskomponenten und Spurenstoffe enthält, wie z.B. aliphatische Kohlenwasserstoffe von Methan bis C4-Kohlenwasserstoffe oder aromatische Kohlenwasserstoffe BETX und Naphthalin. Die hohen Methan-Gehalte bis 10 Vol.-% und darüber schließen die Anwendung der Wirbelschicht- oder der Sprudelschichtvergasung auf dem für die chemischen Synthesen erforderlichen hohen Druckniveau bis 60 bar praktisch aus. The carburetor temperatures can not be freely selected. They are limited according to the ash melting behavior of the coal used upwards, to avoid that the ashes neither in the freeboard of the WS-carburetor nor during the cooling of the dust-laden raw gas cause disruptive deposits, caking or slagging. The particle temperatures at the gasifier outlet should be below a critical value, referred to below as the critical ash sintering limit. This is often very low in the coals used in fluidized bed gasifiers, which preferably have a high reactivity (lignite, hard lignite, subbituminous coal, etc.). Typical values for lignite are around 1,000 ° C, for "young" coal at around 1,100 ° C. When admixing biomass, the values decrease significantly. The temperature limitation has the consequence that the raw gas with increasing process pressures contains increasing amounts of undesired gas components and trace substances, such as, for example, aliphatic hydrocarbons from methane to C4 hydrocarbons or aromatic hydrocarbons BETX and naphthalene. The high methane contents up to 10% by volume and above virtually preclude the use of fluidized bed or bubble gasification at the high pressure level of up to 60 bar required for chemical syntheses.
Um die Temperaturen der Wirbelschichtvergasung zu erhöhen und eine vollständige Vergasung einschließlich Nachoxidation der festen Vergasungsrückstände zu erreichen, werden verschiedene Ansätze verfolgt.In order to increase the temperatures of the fluidized bed gasification and to achieve complete gasification including post-oxidation of the solid gasification residues, various approaches are followed.
In
Es gibt verschiedene Lösungsansätze, um die noch stark kohlenstoffhaltigen, festen Vergasungsrückstände (C > 5 Ma.-%), das sind die unten abgezogenen Bodenprodukte und die mit dem Rohgas ausgetragenen Stäube, zu behandeln. Insbesondere sollen Alternativen für die aufwendige Kühlung des heißen, feinkörnigen bis staubförmigen Materials zur Herstellung der Lager- und Transportfähigkeit, und für die externe Nachverbrennung, die vorzugsweise in einer Wirbelschichtfeuerung durchgeführt wird, gefunden werden. Für die Verwertung der Stäube bietet sich an, diese nach möglichst trockener Abscheidung in den Vergaser zurückzuführen, z.B.
Lösungsvorschläge zur Nachvergasung und Nachoxidation des Bodenprodukts in einem Wanderbett streben die gleichzeitige Abkühlung der nachoxidierten Bodenprodukte mit den entgegenströmenden, kalten Vergasungsmitteln an. Gemäß
In
In Abwandlung der Wirbelschichtvergasung zu einer intern zirkulierenden Wirbelschichtvergasung durch Einsatz staubförmiger Kohle schlägt
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und einen Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel bei hohen Drücken zu entwickeln, bei dem der Kohlenstoff der Vergasungsstoffe unter Bildung von CO und untergeordnet von CO2 weitestgehend umgewandelt wird. The object of the invention is to develop a process and a gasification reactor for the production of synthesis gases from solid gasification substances with the aid of oxygen-containing gasification agents at high pressures, in which the carbon of the gasification substances is largely converted to form CO and subordinate to CO 2 .
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erzeugung von Synthese-, Reduktions- und/oder Brenngasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe von sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln, die Wasserdampf und ggfs. CO2 als endotherm reagierende Vergasungsmittel enthalten, bei erhöhten Drücken unter Anwendung der Wirbelschichtvergasung (Primärvergasung), mittels eines Vergasungsreaktors (v) mit einem Vergasungs-Reaktionsraum (v1), der von unten nach oben
einen Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Druckbehälter mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) zur Aufnahme eines Wanderbettes, mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a), mit einer Zuführung für Nachoxidations-Vergasungsmittel,
eine Verbindung mit einem Verbindungs-Reaktionsraum,
einen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) mit einer Zone für die Zentralfluidisierung (b112), mit einem mehrteiligen Primärvergasungs-Vergasungsmitteleintrag (b14), mit mehreren Vergasungsstoffeinträgen (b13), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b),
aufweist,
- a) wobei der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) direkt oder über ein Konnektorrohr mit dem Reaktionsraum des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung steht und beide einen gemeinsamen Druckraum bilden, wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen kleineren Querschnitt aufweist,
- b) wobei der Vergasungs-Reaktionsraum (v1) einen unterbrechungsfrei zusammenhängenden Reaktionsraum bildet, bei dem der Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) mit dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) durch den Verbindungs-Reaktionsraum miteinander verbunden ist und der vom Ascheaustrag (a1) bis zum Rohgasabgang (b4) reicht,
- c) wobei im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) in einem Nachoxidations-Wanderbett das Reaktorprinzip der Festbettvergasung, im Verbindungs-Reaktionsraum überwiegend das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung und im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) das Reaktorprinzip der zentral-fluidisierten Sprudelschichtvergasung, übergehend in das der Strahlwirbelschichtvergasung, im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung angewendet werden,
- d) wobei die Primärvergasung der eingetragenen festen Vergasungsstoffe mit primären Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Vergasungsmittel) in der stationären Wirbelschicht, zirkulierenden Wirbelschicht, Strahlwirbelschicht oder Sprudelschicht durchgeführt wird,
- e) wobei die aus der Primärvergasung abgezogenen C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte mit Nachoxidations-Vergasungsmitteln im Nachoxidations-Wanderbett im Gegenstrom nachoxidiert und teilweise vergast werden (Nachoxidation),
- f) wobei die gebildeten Nachoxidations-Bodenprodukte (Aschen) als deponiefähige Aschen unterseits des Nachoxidations-Wanderbetts und die gebildeten Nachoxidations-Rohgase nach oben in die Primärvergasung abgezogen werden,
- g) wobei das Nachoxidations-Wanderbett im Nachoxidations-Festbettvergaser aus einem unteren zylindrischen Teil und einem oberen, sich einschnürenden Teil, dessen oberes Ende höchstens bis zum unteren Ende der Verbindung zum Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) reicht, gebildet wird,
- h) wobei die aus dem Nachoxidations-Wanderbett nach oben steigenden Gase (umfassend Nachoxidations-Rohgase und weitere Gase) mit Strömungsgeschwindigkeiten in das untere Ende der Verbindung zum Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) eingeleitet werden, die höchstens so groß sind, dass die das Nachoxidations-Wanderbett bildenden Primärvergasungs-Bodenprodukte, von oben aus dem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser durch die Verbindung in das Nachoxidations-Wanderbett fallen können,
- i) wobei die aus dem oberen Ende der Verbindung nach oben in den Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser eintretenden Gase mit Strömungsgeschwindigkeiten eingeleitet werden, die mindestens so groß sind, dass die Primärvergasungs-Bodenprodukte oberhalb des oberen Endes der Verbindung fluidisiert werden,
- j) wobei die Menge der nach oben in das Nachoxidations-Wanderbett eingebrachten Nachoxidations-Vergasungsmittel und die Menge der aus dem Nachoxidations-Wanderbett nach unten abgezogenen Nachoxidations-Bodenprodukte so eingestellt werden, dass die Nachoxidation unterhalb des oberen Endes des zylindrischen Teils des Wanderbetts abgeschlossen ist,
- k) wobei in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) die festen C-haltigen Vergasungsstoffe über Vergasungsstoff-Einträge (b13) auf Höhen eingetragen werden, die zwischen dem oberen Bereich des sich konisch erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) und dem unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) liegen,
- l) wobei die Primärvergasungs-Vergasungsmittel seitlich und/oder zentral mittels Vergasungsmitteldüsen (
27 ) über die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) auf Höhen eingetragen werden, die mindestens in der Zone der Zentralfluidisierung (b112) liegen und die bis zum unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) reichen, - m) wobei die Primärvergasungs-Vergasungsmittel so eingedüst werden und die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Strömungsimpulsen versehen sind, dass sie die gegenüberliegenden Wände des Primärvergasers nicht berühren, und die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, sie jedoch nicht durchdringen, und in Verbindung mit den aus dem Nachoxidation-Wanderbett aufsteigenden Gasen zur Ausbildung einer Sprudelschichtvergasung ausgehend von der Zentralfluidisierung führen.
a post-oxidation fixed-bed gasifier (a) having a pressure vessel with a post-oxidation reaction space (a2) for receiving a moving bed, with an ash discharge (a1) at the bottom of the post-oxidation fixed-bed gasifier (a), with a supply for post-oxidation gasification agent,
a connection to a connection reaction space,
a primary gasification fluidized bed gasifier (b) having a primary gasification reaction space (b1) with a zone for central fluidization (b112), with a multi-part primary gasification gasification agent entry (b14), with a plurality of gasification substance entries (b13), with a secondary gasification reaction space (b2) with a raw gas outlet (b4) at the top of the primary gasification fluidized-bed gasifier (b),
having,
- a) wherein the reaction space of the primary gasification Wirbelschichtverggasers (b) directly or via a connector tube with the reaction space of Nachoxidations-fixed bed gasifier (a) without interruption in combination and both form a common pressure chamber, the connection between primary gasification Wirbelschichtvergaser (b) and post-oxidation Fixed-bed gasifier (a) has a smaller cross section than the reaction spaces of primary gasification fluidized bed gasifier (b) and post-oxidation fixed bed gasifier (a),
- b) wherein the gasification reaction space (v1) forms an uninterrupted coherent reaction space in which the post-oxidation reaction space (a2) is connected to the primary gasification reaction space (b1) through the connection reaction space and from the ash discharge (a1) to the Raw gas discharge (b4) is sufficient
- c) wherein in the post-oxidation reaction space (a2) in a post-oxidation moving bed, the reactor principle of fixed bed gasification in the connection reaction space predominantly the reactor principle of entrained flow gasification and in the primary gasification reaction chamber (b1) the reactor principle of the central-fluidized bubbler gasification, passing into that of the fluidized bed gasification , in the secondary gasification reaction space (b2), the reactor principle of the fluidized bed gasification are used,
- d) wherein the primary gasification of the registered solid gasification substances is carried out with primary gasification agents (primary gasification-gasification agent) in the stationary fluidized bed, circulating fluidized bed, jet fluidized bed or effervescent layer,
- e) wherein the C-containing primary gasification bottoms withdrawn from the primary gasification are post-oxidized with post-oxidation gasification agents in the post-oxidation moving bed and partially gasified (post-oxidation),
- f) wherein the post-oxidation soil products (ashes) formed as depositable ashes under the post-oxidation moving bed and the formed post-oxidation raw gases are drawn off into the primary gasification,
- g) wherein the post-oxidation moving bed in the after-oxidation fixed-bed gasifier is formed of a lower cylindrical part and an upper constricting part whose upper end reaches at most the lower end of the connection to the primary gasification fluidized bed gasifier (b);
- h) wherein the gases rising from the post-oxidation moving bed (comprising post-oxidation raw gases and further gases) are introduced at flow rates into the lower end of the connection to the primary gasification fluidized bed gasifier (b) which are at most so large that the post-oxidation Moving bed forming primary gasification bottoms, can fall from above the primary gasification fluidized bed gasifier through the compound into the post-oxidation moving bed,
- i) wherein the gases entering the primary gasification fluidized bed gasifier from the upper end of the connection are introduced at flow rates at least sufficient to fluidize the primary gasification bottoms above the upper end of the connection,
- j) wherein the amount of post-oxidation gasification agent introduced upward into the post-oxidation moving bed and the amount of post-oxidation bottom products withdrawn from the post-oxidation moving bed are adjusted to complete post-oxidation below the upper end of the cylindrical part of the moving bed .
- k) wherein in the primary gasification reaction space (b1) the solid C-containing Gasification substances are introduced via gasification substance entries (b13) at heights which lie between the upper region of the conically widening primary gasification reaction space (b11) and the lower region of the cylindrical primary gasification reaction space (b1),
- l) wherein the primary gasification gasification agent is laterally and / or centrally by means of gasification agent nozzles (
27 ) are introduced via the primary gasification-gasification agent entries (b14) to altitudes which are at least in the zone of central fluidization (b112) and which extend to the lower region of the cylindrical primary gasification reaction space (b1), - m) wherein the primary gasification gasification agents are injected and the gasification agent jets are provided with flow pulses that do not contact the opposed walls of the primary gasifier and the gasification agent jets penetrate into, but do not penetrate, the zone of central fluidization (b112), and in conjunction with the gases ascending from the post-oxidation moving bed to form a bubble layer gasification from the central fluidization.
Vorteilhaft wird der Sauerstoff-Gehalt der Nachoxidations-Vergasungsmittel so eingestellt, dass in der Oxidationszone des Nachoxidations-Wanderbettes höchstens ein dauerhaftes Sintern und/oder ein lokales und zeitlich befristetes Schmelzen der Asche, jedoch keine Verschlackung, eintritt.Advantageously, the oxygen content of the post-oxidation gasification agent is adjusted so that in the oxidation zone of the post-oxidation moving bed at most a permanent sintering and / or a local and temporally limited melting of the ash, but no slagging occurs.
Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden 70–95 % des Sauerstoffs der insgesamt zugeführten Vergasungsmittel mit den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Sauerstoff) und 30–5 % mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln (Nachoxidations-Sauerstoff) eingebracht.According to one embodiment of the method according to the invention 70-95% of the oxygen of the total supplied gasification with the primary gasification gasification agents (primary gasification oxygen) and 30-5% with the post-oxidation gasification (post-oxidation oxygen) introduced.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraumes (b2) über Quenchdüsen (
Zur Erfindung gehört auch ein Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthese-, Reduktions- und/oder Brenngasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe von sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln, die Wasserdampf und ggfs. CO2 als endotherm reagierende Vergasungsmittel enthalten, bei erhöhten Drücken unter Anwendung der Wirbelschichtvergasung (Primärvergasung),
mit einem Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Druckbehälter mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) zur Aufnahme eines Wanderbettes, mit einem Drehrost mit Zuführung für Nachoxidations-Vergasungsmittel mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a),
mit einem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) mit einer Zone für die Zentralfluidisierung (b112), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b), mit einem mehrteiligen Primärvergasungs-Vergasungsmitteleintrag (b14), mit mehreren Vergasungsstoffeinträgen (b13)
mit einer Verbindung zwischen Nachoxidations-Festbettvergaser (a) und Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) als direkte Verbindung oder Verbindung über ein Konnektorrohr zur druckdichten und unterbrechungsfreien Verbindung der Reaktionsräume von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergaser (a),
wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergaser (a) einen gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) kleineren Querschnitt aufweist,
wobei die Vergasungsstoffeinträge (b13) als Schrägrohreinträge am Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) so angeordnet und ausgestaltet sind, dass die Vergasungsstoffe in den Randbereich des Primärvergasungs-Reaktionsraumes (b1) eingetragen werden,
wobei der mehrteilige Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) mehrere über den Umfang in mindestens einer Ebene, am unteren Ende des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers gleichverteilte, abwärts geneigte und auf die Primärvergasung-Vergaserachse in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) ausgerichtete Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen (
wobei der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) mit den Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen (
with a post-oxidation fixed-bed gasifier (a) having a pressure vessel with a post-oxidation reaction space (a2) for receiving a moving bed, with a rotary grate with post-oxidation gasification feed means having an ash discharge (a1) at the bottom of the post-oxidation fixed bed gasifier (a),
with a primary gasification fluidized bed gasifier (b) having a primary gasification reaction space (b1) with a zone for central fluidization (b112), with a secondary gasification reaction space (b2), with a raw gas outlet (b4) at the top of the primary gasification fluidized bed gasifier (b) , with a multi-part primary gasification-gasification agent entry (b14), with several gasification substance entries (b13)
with a connection between post-oxidation fixed-bed gasifier (a) and primary gasification fluidized bed gasifier (b) as direct connection or connection via a connector tube for pressure-tight and uninterrupted connection of the reaction spaces of primary gasification fluidized bed gasifier (b) and post-oxidation fixed bed gasifier (a),
wherein the connection between primary gasification fluidized-bed gasifier (b) and post-oxidation fixed-bed gasifier (a) has a smaller cross section than the reaction spaces of primary gasification fluidized bed gasifier (b) and post-oxidation fixed bed gasifier (a),
wherein the gasification substance entries (b13) are arranged and configured as diagonal pipe entries on the primary gasification fluidized-bed gasifier (b) such that the gasification substances are introduced into the edge region of the primary gasification reaction space (b1),
wherein the multi-part primary gasification-gasification agent inlet (b14) comprises a plurality of circumferentially at least one level, at the lower end of the primary gasification fluidized bed gasifier equally distributed, downwardly sloping and on the primary gasification Vergaserachse in the zone of Zentralfluidisierung (b112) aligned primary gasification Vergasungsmittel- Nozzles (
wherein the primary gasification-gasification agent entry (b14) with the primary gasification-gasification agent nozzles (b14)
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors besteht darin, dass am Nachoxidations-Gasdom (a23) des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) zusätzlich Zuführungen (
Vorteilhaft ist bei Verbindung des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) über das Konnektorrohr (c) dessen oberes Ende bündig im Boden des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und dessen unteres Ende bündig oder nicht bündig im Nachoxidations-Gasdom (a23) des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) mündet,
wobei die Kontur des Konnektorrohres (c) der eines Zylinders oder eines sich zum oberen Ende und/oder zum unteren Ende hin erweiternden Rohres entspricht,
und wobei die Länge des Konnektorrohres (c) mindestens so groß wie dessen mittlerer Durchmesser ist.When connecting the primary gasification fluidized-bed gasifier (b) and the post-oxidation fixed-bed gasifier (a) via the connector pipe (c), its upper end is flush in the bottom of the primary gasification fluidized-bed gasifier (b) and its lower end is flush or not flush in the post-oxidation gas dome (a23) of the post-oxidation fixed bed gasifier (a) opens,
wherein the contour of the connector tube (c) corresponds to a cylinder or a tube which widens toward the upper end and / or the lower end,
and wherein the length of the connector tube (c) is at least as large as its mean diameter.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors weist der Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraumes (b2) einen Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) auf, in den Quenchdüsen (
Der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) steht direkt oder über ein Konnektorrohr (c) mit dem Reaktionsraum des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung. Beide bilden einen gemeinsamen Druckraum, wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen kleineren Querschnitt aufweist.The reaction space of the primary gasification fluidized bed gasifier (b) is connected directly or via a connector pipe (c) to the reaction space of the post-oxidation fixed bed gasifier (a) without interruption. Both form a common pressure chamber, wherein the connection between the primary gasification fluidized bed gasifier (b) and post-oxidation fixed bed gasifier (a) has a smaller cross section than the reaction spaces of primary gasification fluidized bed gasifier (b) and post-oxidation fixed bed gasifier (a).
Direkter Anschluss heißt, dass der untere Teil des Bodens des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und der Nachoxidations-Gasdom (a23) des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) so verbunden sind, dass der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung stehen. Direct connection means that the lower part of the bottom of the primary gasification fluidized bed gasifier (b) and the afteroxidation gas dome (a23) of the post-oxidation fixed bed gasifier (a) are connected so that the reaction space of the primary gasification fluidized bed gasifier (b) and post-oxidation gasifier Fixed bed gasifier (a) without interruption in connection.
Kleinerer Querschnitt der Verbindung heißt, dass die das Nachoxidations-Wanderbett bildenden Primärvergasungs-Bodenprodukte von oben aus dem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser durch die Verbindung in das Nachoxidations-Wanderbett fallen können.A smaller cross-section of the compound means that the primary gasification bottoms forming the post-oxidation moving bed can fall from the top of the primary gasification fluidized bed gasifier through the compound into the post-oxidation moving bed.
Die Primärvergasung der eingetragenen festen Vergasungsstoffe wird mit primären Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Vergasungsmittel) in der Wirbelschicht oder in der Sprudelschicht durchgeführt. Unterhalb der Primärvergasung ist eine Nachoxidations-Vergasung mit einem Nachoxidations-Wanderbett angeordnet, in der die aus der Primärvergasung abgezogenen C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte mit Nachoxidations-Vergasungsmitteln im Gegenstrom vergast und nachoxidiert werden (Nachoxidation), wobei die gebildeten Nachoxidations-Bodenprodukte (Aschen) als deponiefähige Aschen unterseits des Nachoxidations-Wanderbetts und die gebildeten Nachoxidations-Rohgase nach oben in die Primärvergasung abgezogen werden.The primary gasification of the registered solid gasification materials is carried out with primary gasification agents (primary gasification-gasification agent) in the fluidized bed or in the effervescent layer. Below the primary gasification, a post-oxidation gasification with a post-oxidation moving bed is arranged, in which the C-containing primary gasification bottoms withdrawn from the primary gasification are gassed countercurrently with post-oxidation gasifiers and post-oxidized (post-oxidation), the post-oxidation bottoms (ashes ) are withdrawn as landfillable ashes below the Nachoxidations-moving bed and the formed post-oxidation raw gases up into the primary gasification.
Oberhalb der Primärvergasung sind nacheinander ein Gasberuhigungsraum, ein Rohgasabgang und ein oder mehrere Heißgaszyklone zur Abscheidung und Rückführung der mit den Staub beladenen Rohgasen ausgetragenen C-haltigen Stäuben in die Primärvergasung angeordnet. Above the primary gasification, a gas calming space, a raw gas outlet and one or more hot gas cyclones are arranged one after the other in the primary gasification for the separation and recycling of the dust gases containing C dust.
Die Heißgaszyklone verlassenden und mit C-haltigen Feinstäuben beladenen Rohgase werden einer nassen oder trockenen Totalentstaubung unterzogen, (v) die abgeschiedenen C-haltigen Feinstäube teilweise oder vollständig in die Primärvergasung zurückgeführt oder teilweise oder vollständig in einer Feuerung nachverbrannt.The hot gas cyclones leaving and loaded with C-containing fine dusts raw gases are subjected to a wet or dry total dedusting, (v) the deposited C-containing fines partially or completely returned to the primary gasification or partially or completely post-combusted in a furnace.
Der Vergasungsreaktor (v) mit einem Vergasungs-Reaktionsraum (v1) umfasst von unten nach oben einen Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) und mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2), eine direkte Verbindung oder Verbindung mittels eines Konnektorrohres mit einem Verbindungs-Reaktionsraum, einen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), im Bedarfsfall mit einem Quenchzonen-Reaktionsraum (b3), und mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b).The gasification reactor (v) with a gasification reaction space (v1) comprises from bottom to top a post-oxidation fixed-bed gasifier (a) with an ash discharge (a1) at the bottom of the post-oxidation fixed-bed gasifier (a) and with a post-oxidation reaction space (a2), a direct connection or connection by means of a connector tube with a connection reaction space, a primary gasification fluidized bed gasifier (b) with a primary gasification reaction space (b1), with a secondary gasification reaction space (b2), if necessary with a quench zone reaction space (b3), and a raw gas outlet (b4) at the top of the primary gasification fluidized bed gasifier (b).
Der Vergasungs-Reaktionsraum (v1) bildet einen unterbrechungsfrei zusammenhängenden Reaktionsraum, bei dem der Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) mit dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) durch den Verbindungs-Reaktionsraum miteinander verbunden ist und der vom Ascheaustrag (a1) bis zum Rohgasabgang (b4) reicht,
wobei im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) im Nachoxidations-Wanderbett das Reaktorprinzip der Festbettvergasung, im Verbindungs-Reaktionsraum überwiegend das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung und im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) das Reaktorprinzip der zentral-fluidisierten Sprudelschichtvergasung, übergehend in das der Strahlwirbelschichtvergasung, im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung und in dem im Bedarfsfall vorzusehenden Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung übergehend in das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung angewendet werden.The gasification reaction space (v1) forms an uninterrupted coherent reaction space in which the post-oxidation reaction space (a2) is connected to the primary gasification reaction space (b1) through the connection reaction space and from the ash discharge (a1) to the raw gas outlet (b4 ) enough,
wherein in the post-oxidation reaction space (a2) in the post-oxidation moving bed, the reactor principle of fixed bed gasification, in the reaction space reaction chamber mainly the reactor principle of fluidized bed gasification and in the primary gasification reaction space (b1) the reactor principle of the central-fluidized bubbler gasification, passing into that of the fluidized bed gasification, in the secondary gasification Reaction chamber (b2) the reactor principle of the fluidized bed gasification and in the if necessary to be provided quench zone reaction space (b3) the Reactor principle of fluidized bed gasification to be applied in the reactor principle of entrained flow gasification.
Der Nachoxidations-Festbettvergaser (a) umfasst von unten nach oben einen Ascheaustrag (a1), einen Nachoxidations-Reaktionsraum (a2), einen Drehrost (a21), ein Nachoxidations-Wanderbett (a22), ein Nachoxidations-Gasdom (a23), mindestens einen Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag (a24) und einen zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25).The post-oxidation fixed-bed gasifier (a) comprises from bottom to top an ash discharge (a1), a post-oxidation reaction space (a2), a rotary grate (a21), a post-oxidation moving bed (a22), a post-oxidation gas dome (a23), at least one Post-oxidation process feed (a24) and a central top post-oxidation gas exit (a25).
Der Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) weist einen sich mit einem Konuswinkel von 25–40 konisch nach oben hin erweiternden Boden des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) auf, der in einen zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) übergeht und mit mindestens einem Vergasungsstoff-Eintrag (b13), mindestens einem Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) und bei Bedarf mit mindestens einem Primärvergasungs-Prozessstoff-Eintrag (b15) ausgestattet ist.The primary gasification reaction space (b1) has a bottom of the primary gasification reaction space (b11) that tapers conically upwards with a cone angle of 25-40, which merges into a cylindrical primary gasification reaction space (b12) and with at least one gasification substance inlet (b13), at least one primary gasification-gasification agent feed (b14) and if necessary, having at least one primary gasification process feed (b15).
Der Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) wird nach unten von einem zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) der Primärvergasungs-Bodenprodukte begrenzt, über den sich zentral eine Zone der Zentralfluidisierung (b112) erstreckt, wobei der Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) den Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) bis zu dem im Bedarfsfall vorzusehenden Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) oder bis zum Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) fortsetzt.The primary gasification reaction space (b11) is bounded at the bottom by a central bottoms removal (b111) of the primary gasification bottoms over which centrally extends a zone of central fluidization (b112), the secondary gasification reaction space (b2) being the primary gasification reaction space (b12) continues up to the quench zone reaction space (b3) or to the crude gas outlet (b4) at the head of the primary gasification fluidized-bed gasifier (b), if required.
Der im Bedarfsfall vorzusehende Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) setzt den Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) fort und weist einen unteren Quenchbereich (b31) mit mindestens einer Quenchdüse oder mindestens einer Quenchdüsenebene (b311) und einem oberen Vergleichmäßigungsbereich (b32) auf, der bis zum Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) reicht.The quench zone reaction space (b3), if necessary, continues the secondary gasification reaction space (b2) and has a lower quench area (b31) with at least one quench nozzle or at least one quench nozzle plane (b311) and an upper equalization area (b32) Crude gas outlet (b4) at the top of the primary gasification fluidized bed gasifier (b) ranges.
Bei Verbindung mit einem Konnektorrohr (c), das einen zylindrischen oder sich im Durchmesser nach oben hin stetig, konisch leicht erweiternden oder nach unten hin stetig konisch oder stufenförmig leicht erweiternden Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) aufweist und dessen Verhältnis von Länge zu mittlerem, lichten Durchmesser in den für die apparatetechnische Ausführung erforderlichen Bereichen variiert werden kann, der den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) mit dem zentralen Bodenprodukt-Abzug (b11) unterbrechungsfrei miteinander verbindet, und bei Bedarf einen Konnektorrohr-Prozessstoff-Eintrag umfasst.When connected to a connector tube (c) having a cylindrical or in diameter upwards steadily, conically slightly widening or downwardly steadily conical or stepped slightly widening connector tube reaction space (c1) and its ratio of length to medium, clear Diameter can be varied in the required for the apparatus engineering areas, which connects the central upper post-oxidation gas outlet (a25) with the central product withdrawal (b11) without interruption, and if necessary, a connector tube-process material entry includes.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt sich an den Rohgasabgang eine direkte oder indirekte Kühlung der mit Feinstäuben beladenen Rohgase, eine Abscheidung der Feinstäube und eine Bereitstellung der gekühlten, abgetrennten nassen oder trockenen Feinstäube an. Die Feinstäube werden aus dem Wasser abgetrennt und als Primärvergasungs-Prozessstoffe in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) zurückgeführt.According to an advantageous embodiment of the invention, the raw gas outlet is followed by direct or indirect cooling of the raw gases laden with fine dusts, separation of the fine dusts and provision of the cooled, separated wet or dry fine dusts. The fine dusts are separated from the water and recycled as primary gasification process materials into the primary gasification reaction space (b12).
Bei Verbindung mit einem Konnektorrohr werden in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) seitlich über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) die festen C-haltigen Vergasungsstoffe, seitlich und/oder zentral über die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) die Primärvergasungs-Vergasungsmittel, von oben nach unten aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube, von unten nach oben aus dem Bodenprodukt-Abzug (b111) die mit Konnektorrohr-Stäuben beladenen Konnektorrohr-Rohgase und bei Bedarf seitlich über die Primärvergasungs-Prozessstoff-Einträge (b15) Primärvergasungs-Prozessstoffe eingebracht. When connected to a connector tube, the solid C-containing gasification substances are introduced into the primary gasification reaction space (b1) laterally via the gasification substance entries (b13), and laterally and / or centrally via the primary gasification-gasification agent entries (b14), the primary gasification-gasification agents. from top to bottom from the secondary gasification reaction chamber (b2) recirculating secondary gasification fine dusts, from bottom to top from the bottom product take-off (b111) the connector tube raw gases loaded with connector pipe dusts and, if necessary, laterally via the primary gasification process substance entries ( b15) primary gasification process substances introduced.
Aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) werden von oben nach unten über den Bodenprodukt-Abzug (b111) die Primärvergasungs-Bodenprodukte und von unten nach oben aus dem zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) die mit Primärvergasungs-Stäuben beladenen Primärvergasungs-Rohgase ausgebracht,
wobei die festen Vergasungsstoffe auf Höhen eingetragen werden, die zwischen dem oberen Bereich des sich konisch erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) und dem unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) liegen,
und wobei die Primärvergasungs-Vergasungsmittel auf Höhen eingedüst werden, die mindestens in der Zone der Zentralfluidisierung (b112) liegen und die bis zum unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) liegen können, und wobei die Primärvergasungs-Prozessstoffe auf allen Höhen direkt in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) oder über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) eingetragen werden können. From the top of the primary gasification reaction space (b1), the primary gasification bottom products are discharged from top to bottom via the bottoms product discharge (b111) and from bottom to top from the cylindrical primary gasification reaction space (b12) the primary gasification crude gases loaded with primary gasification dusts.
the solid gasification materials being introduced at altitudes intermediate between the upper portion of the flared primary gasification reaction space (b11) and the lower portion of the cylindrical primary gasification reaction space (b12),
and wherein the primary gasification gasification agents are injected to altitudes at least in the zone of central fluidization (b112) and which may be up to the bottom of the cylindrical primary gasification reaction space (b12), and wherein the primary gasification process materials are directly at all altitudes the primary gasification reaction space (b1) or via the gasification substance entries (b13) can be entered.
In den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) werden von unten nach oben aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) die mit Primärvergasungs-Stäuben beladenen Primärvergasungs-Rohgase und von oben nach unten aus dem im Bedarfsfall vorzusehenden Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) rezirkulierende Feinstäube eingetragen und aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) von oben nach unten rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube ausgetragen und von unten nach oben die mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase abgezogen, die im Falle eines nicht vorgesehenen Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) die von unten seitlich über den Rohgasabgang (b4) abgezogenen, mit Feinstäuben beladenen Rohgase darstellen.In the secondary gasification reaction chamber (b2) are from bottom to top of the primary gasification reaction chamber (b12) loaded with primary gasification dust primary gasification crude gases and from top to bottom to be provided if necessary to be provided quench zone reaction chamber (b3) registered fine dusts and from the secondary gasification reaction chamber (b2) from top to bottom recirculating secondary gasification fine dust discharged and from bottom to top loaded with secondary gasification fine dust secondary gasification crude gases deducted, which represent in the case of an unscheduled Quenchzonen reaction space (b3) from the bottom laterally over the raw gas outlet (b4) withdrawn loaded with fine dust raw gases.
In den im Bedarfsfall vorzusehenden Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) werden nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens über den Quenchbereich (b31) von unten nach oben die mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase und von oben nach unten, aber auch von unten nach oben, oder vom Rand in die Mitte, aber auch von der Mitte zum Rand über die Quenchdüsenebenen (b311) Quenchflüssigkeiten, vorzugsweise Quenchwässer, eingedüst und dass aus dem Vergleichmäßigungsbereich (b32) des Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) von unten seitlich über den Rohgasabgang (b4) die mit Feinstäuben beladenen, gequenchten und abgekühlten Rohgase abgezogen und von oben nach unten aus dem Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) Quenchzonen-Feinstäube ausgetragen.In the quench zone reaction space (b3) to be provided if required, according to an advantageous embodiment of the method according to the invention via the quench region (b31) from bottom to top, the secondary gasification crude gases loaded with secondary gasification fine dust and from top to bottom, but also from bottom to top , or from the edge to the center, but also from the center to the edge on the Quenchdüsenebenen (b311) Quenchflüssigkeiten, preferably quench water, injected and that from the homogenization region (b32) of the Quenchzonen reaction space (b3) from below laterally over the Rohgasabgang (b4 ) withdrawn with fine dust, quenched and cooled raw gases withdrawn and discharged from top to bottom from the quench zone reaction chamber (b3) Quenchzonen fine dusts.
Bei Verbindung mit einem Konnektorrohr werden in den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) von oben nach unten über den zentralen Bodenprodukt-Abzug (b11) die Primärvergasungs-Bodenprodukte und von unten nach oben über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) die mit Nachoxidations-Stäuben beladenen Nachoxidations-Rohgase eingetragen und aus dem Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) von oben nach unten die Konnektorrohr-Bodenprodukte und von unten nach oben die mit Konnektorrohr-Stäuben beladenen Konnektorrohr-Rohgase abgezogen. In den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) können bei Bedarf über einen Konnektorrohr-Prozessstoff-Eintrag von oben nach unten oder von unten nach oben Konnektorrohr-Prozessstoffe eingetragen werden. When connected to a connector tube, the primary gasification bottoms are injected into the connector tube reaction space (c1) from top to bottom via the central bottoms removal (b11) and from bottom to top through the central top post-oxidation gas exit (a25). Dust-laden post-oxidation raw gases registered and withdrawn from the connector tube reaction space (c1) from top to bottom, the connector tube bottom products and from bottom to top loaded with connector tube dusts raw connector tube crude gases. In the connector tube reaction space (c1) can be entered if necessary via a connector tube process material entry from top to bottom or from bottom to top connector process substances.
In den Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) werden von oben nach unten über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) Primärvergasungs-Bodenprodukte, unter Ausbildung des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) mit einer oberen Begrenzung in Form eines Nachoxidations-Schüttkegels und darüber eines Nachoxidations-Gasdoms (a23), und bei Bedarf über einen Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag (a24) Nachoxidations-Prozessstoffe in den Nachoxidations-Gasdom (a23) eingedüst und über den Drehrost (a21) von unten nach oben die Nachoxidations-Vergasungsmittel eingebracht.The post-oxidation reaction space (a2) is top-down through the central top post-oxidation gas outlet (a25) with primary gasification bottoms forming the post-oxidation moving bed (a22) with an upper limit post-oxidation heap cone and above postoxidation Gas dome (a23), and if necessary via a post-oxidation process material entry (a24) injected post-oxidation process materials in the post-oxidation gas dome (a23) and introduced via the rotary grate (a21) from bottom to top the post-oxidation gasification agent.
Aus dem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) werden über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a23) von unten nach oben die mit Nachoxidations-Stäuben beladenen Nachoxidations-Rohgase und von oben nach unten über den Ascheaustrag (a1) die gekühlten Nachoxidations-Bodenprodukte (C-freien Aschen), abgezogen.From the post-oxidation reaction chamber (a2), the afteroxidation crude gases laden with post-oxidation dusts are pumped from top to bottom via the central upper post-oxidation gas outlet (a23) and the cooled post-oxidation base products (C) from top to bottom via the ash outlet (a1) -free ash), deducted.
Über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) werden staubförmige bis feinkörnige, C-haltige Vergasungsstoffe mit Korngrößen entsprechend < ca. 0,5 mm bis < ca. 2 mm und bei Bedarf Primärvergasungs-Prozessstoffe eingetragen. About the gasification substance entries (b13) dust-like to fine-grained, C-containing gasification materials with particle sizes corresponding to <about 0.5 mm to <about 2 mm and registered as required primary gasification process substances.
Die Mengen und die Zusammensetzungen der Primärvergasungs-Vergasungsmittel können so eingestellt werden, dass aus dem Rohgasabgang (b4) Rohgase mit den gewünschten Gasqualitäten und Feinstäube abgezogen werden können, die entweder vollständig vergast sind, d.h. einen deponiefähigen, geringen Kohlenstoffgehalt aufweisen, oder deren Kohlenstoff-Gehalte gezielt höhere Werte bis ca. 50 Ma.-% aufweisen.The amounts and compositions of the primary gasification gasification agents can be adjusted so that raw gas can be withdrawn from the raw gas outlet (b4) with the desired gas qualities and fine dusts, which are either completely gasified, i. have a landfillable, low carbon content, or whose carbon contents have deliberately higher values up to about 50 wt .-%.
Die Mengen und die Zusammensetzungen der Nachoxidations-Vergasungsmittel werden so eingestellt, dass über den Ascheaustrag (a1) abgekühlte, Kohlenstoff-freie, nicht geschmolzene, gesinterte und höchstens partiell geschmolzene Aschen abgezogen werden, wobei die Zusammensetzungen der Nachoxidations-Vergasungsmittel so eingestellt werden, dass es nicht zu betriebsstörenden Schlackebildungen im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) kommt, und wobei die Mengen der Nachoxidations-Vergasungsmittel so begrenzt werden, dass es nicht zu nichtregulären, kanalartigen Durchströmungen des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) kommt. The amounts and compositions of the post-oxidation gasification agents are adjusted to remove cooled, carbon-free, unmelted, sintered and at most partially melted ashes via the ash effluent (a1), the compositions of the post-oxidation gasification agents being adjusted so that it does not lead to dysfunctional slag formations in the post-oxidation reaction space (a2), and wherein the amounts of post-oxidation gasification agents are limited so that it does not come to non-regular, channel-like flows of the post-oxidation moving bed (a22).
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden 70–95 % des Sauerstoffs der insgesamt zugeführten Vergasungsmittel mit den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Sauerstoff) und 30–5 % mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln (Nachoxidations-Sauerstoff) eingebracht. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention 70-95% of the oxygen of the total supplied gasification with the primary gasification gasification agents (primary gasification oxygen) and 30-5% with the post-oxidation gasification (post-oxidation oxygen) introduced.
Der Querschnitt des zylindrischen Teils des Nachoxidations-Reaktionsraums (a2) und die Höhe des Nachoxidations-Wanderbetts (a22), gemessen von der Oberkante des Drehrosts (a21) bis zum zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25), sind nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung so bemessen, dass 60–90 % der mit den festen C-haltigen Vergasungsstoffen eingebrachten Aschen mit Qualitäten gemäß P über den Ascheaustrag (a1) Weise abgezogen werden,The cross-section of the cylindrical part of the post-oxidation reaction space (a2) and the height of the post-oxidation moving bed (a22) measured from the upper edge of the rotary grate (a21) to the central upper post-oxidation gas outlet (a25) are according to an advantageous embodiment of the invention such that 60-90% of the ashes with P-content gasification grades with P-qualities are removed via the ash discharge (a1),
Die Leerrohr-Geschwindigkeiten der aus dem zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) austretenden Nachoxidations-Rohgase, bezogen auf den freien Querschnitt des zentralen Bodenprodukt-Abzugs (b111), weisen vorteilhaft Werte auf, die weit über den Wirbelpunkt-Geschwindigkeiten, d.h. bei für schnelle Wirbelschichten bis hin zu zirkulierenden Wirbelschichten typischen Geschwindigkeiten, liegen, und so bemessen sind, dass die Zone der Zentralfluidisierung (b112) mindestens derart bis zur Höhe der untersten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) reicht, wobei deren Vergasungsmittel-Düsenstrahlen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen.The empty tube velocities of the post-oxidation raw gases leaving the central bottoms removal (b111), based on the free cross section of the central bottoms removal (b111), advantageously have values well above the vortex point velocities, ie for fast Fluidized beds up to circulating fluidized beds at typical speeds, and are dimensioned so that the zone of central fluidization (b112) at least to the level of the lowest primary gasification Gasification agent entries (b14) reaches with their gasification agent jets penetrating into the zone of central fluidization (b112).
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Länge des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) mindestens so bemessen, dass sich der Sauerstoff der eingedüsten Primärvergasungs-Vergasungsmittel chemisch vollständig umgesetzt hat, bevor die Primärvergasungs-Rohgase in den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) eintreten.According to a further advantageous embodiment of the invention, the length of the cylindrical primary gasification reaction space (b12) is at least dimensioned so that the oxygen of the injected primary gasification gasification agent has chemically completely reacted before the primary gasification crude gases enter the secondary gasification reaction space (b2) ,
Der Querschnitt des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) und des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) sind nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung so bemessen, dass sich mittlere Strömungsgeschwindigkeiten der aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen und mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase einstellen, die denen der Sinkgeschwindigkeiten der Sekundärvergasungs-Feinstäube mit vorgegebenen Austrags-Korndurchmessern im Bereich bis 0,1 mm entsprechen.The cross-section of the cylindrical primary gasification reaction space (b12) and the secondary gasification reaction space (b2) are dimensioned according to an advantageous embodiment of the invention such that average flow velocities of secondary gasification withdrawn from the secondary gasification reaction space (b2) and loaded with secondary gasification particulate matter Set raw gases that correspond to those of the descent rates of the secondary gasification fine dust with specified discharge grain diameters in the range up to 0.1 mm.
Vorteilhaft wird die Länge des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2), unter Einbeziehung von mindestens Vergasungsdruck, Vergasungstemperatur am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) und Reaktionsfähigkeit der Sekundärvergasungs-Feinstäube, so bemessen, dass mindestens eine ausreichend lange Zeit zur Einstellung der Werte für die Kohlenstoff-Gehalte der Quenchzonen-Feinstäube bzw. der Feinstäube eingestellt wird.Advantageously, the length of the secondary gasification reaction space (b2), including at least gasification pressure, gasification temperature at the upper end of the secondary gasification reaction space (b2) and reactivity of the secondary gasification fine dusts, so dimensioned that at least a sufficiently long time to set the values for the carbon contents of the quench zone fine dusts or fine dusts is set.
Ein Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) wird dann vorgesehen, wenn der Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) auf eine Höhe unterhalb des Rohgasabgangs (b4) zu begrenzen ist, um die Kohlenstoff-verbrauchenden, endothermen Vergasungsreaktionen bei den gewünschten Werten für die Kohlenstoff-Gehalte der Sekundärvergasungs-Feinstäube im Bereich bis ca. 50 Ma.-% einzufrieren, und/oder wenn die Temperaturen der mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen abgesenkt werden sollen.A quench zone reaction space (b3) is provided when the secondary gasification reaction space (b2) is to be limited to a level below the raw gas outlet (b4) to maintain the carbon-consuming endothermic gasification reactions at the desired carbon content values Freezing of secondary gasification fine dusts in the range up to approx. 50% by weight, and / or if the temperatures of the secondary gasification crude gases loaded with secondary gasification fine dusts are to be reduced to values below the critical ash sintering limits.
Eine Temperaturabsenkung im Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen im Quenchbereich (b31) wird derart vorgenommen, dass die Quenchung mittels mehrerer Quenchdüsen in mindestens einer Quenchdüsenebene (b311), die eine vorzugsweise wandnahe oder eine über den Querschnitt gleichmäßige Quenchung vornehmen, soweit abgeschlossen ist, dass mindestens eine Abkühlung der wandnahen Quenchzonen-Feinstäube auf Temperaturen unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen erfolgt, bei der es nicht zu betriebsstörenden Anbackungen oder Ablagerungen an den Innenwänden des Vergasungsreaktors (v) bis einschließlich des Rohgasabgangs (b4) sichergestellt ist, und der sich anschließende Vergleichmäßigungsbereich (b32) soweit erstreckt, dass die Vergleichmäßigung der Temperaturen unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen mindestens bis zum Rohgasabgang (b4) abgeschlossen ist.A lowering of the temperature in the quench zone reaction space (b3) to values below the critical ash sintering limits in the quench area (b31) is carried out in such a way that the quenching takes place by means of several quench nozzles in at least one quench nozzle plane (b311), which perform a quenching which is preferably close to the wall or uniform over the cross section to the extent that it has been concluded that at least one cooling of the quench zone fine dust close to the wall takes place at temperatures below the critical ash sintering limits at which it is not ensured to malfunctioning caking or deposits on the inner walls of the gasification reactor (v) up to and including the raw gas outlet (b4), and the subsequent homogenization range (b32) extends so far that the homogenization of the temperatures below the critical ash sintering limits is completed at least until the raw gas outlet (b4).
Vorteilhaft werden die Primärvergasungs-Vergasungsmittel mittels der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14), die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen aufweisen, auf mindestens einer und höchstens drei Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen, die jeweils mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen enthalten, deren Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Winkeln von –30° bis +30° gegen die Horizontale und auf die Vergaserachse oder mit Winkeln von < 30° von der Vergaserachse weggerichtet sind, eingedüst. Dabei sind die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit solchen Strömungsimpulsen versehen, dass sie die gegenüberliegenden Wände nicht berühren, und dass die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen der mindestens untersten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, sie jedoch nicht durchdringen. Die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen der obersten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene reichen nicht wesentlich über die Höhe hinaus, die den Übergang vom konischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) in einen zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) markiert.Advantageously, the primary gasification gasification agents are combusted by means of the primary gasification gasification agent entries (b14) comprising primary gasification gasification agent nozzles on at least one and at most three primary gasification gasification agent nozzle planes, each having at least three uniformly circumferentially distributed primary gasification gasification agents. Nozzles are included, whose gasification agent jets with angles of -30 ° to + 30 ° are directed against the horizontal and on the carburetor axis or at angles of <30 ° from the carburetor axis, injected. The gasification agent jets are provided with such flow pulses that they do not contact the opposing walls, and that the gasification agent jets of the at least bottom of the primary gasification / gasification agent nozzle planes penetrate, but do not penetrate, the zone of central fluidization (b112). The gasification agent jets of the top primary gasification-gasification agent nozzle plane do not extend substantially beyond the height, which marks the transition from the conical primary gasification reaction space (b11) into a cylindrical primary gasification reaction space (b12).
Die Primärvergasungs-Vergasungsmittel können zusätzlich zur oder anstelle der untersten der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen über eine zentrale Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düse, die auf der Vergaserachse in der Höhe oder oberhalb des zentralen Bodenprodukt-Abzugs (b111) im unteren Bereich der Zone der Zentralfluidisierung (b112) angeordnet ist, vertikal nach oben eingedüst werden.The primary gasification gasifiers may be in addition to or in lieu of the bottom of the primary gasification gasifier nozzle planes via a central primary gasification gasifier nozzle located on the gasifier axis at or above the central bottom product vent (b111) at the bottom of the zone of central fluidization (b112) is arranged to be injected vertically upwards.
Die festen Vergasungsstoffe werden seitlich über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) gravimetrisch mittels Schrägrohren und/oder mechanisch mittels Förderschnecken und/oder pneumatisch oder hydraulisch mittels Rohrleitungen eingetragen, wobei ein oder mehrere über den Umfang verteilte Einträge vorgesehen sind und wobei die Einträge über die Schrägrohre kurz oberhalb der Höhe des Beginns des konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) liegen.The solid gasification substances are introduced laterally via the gasification substance entries (b13) gravimetrically by means of inclined tubes and / or mechanically by means of screw conveyors and / or pneumatically or hydraulically by means of pipelines, wherein one or more circumferentially distributed entries are provided and wherein the entries via the inclined tubes just above the height of the beginning of the conical primary gasification reaction space (b11).
Mittels der Prozessstoff-Einträge (a24), (b15) und des Prozessstoff-Eintrages des konnektorrohres (c), die aus Rohren oder Düsen bestehen, können zu vergasende oder thermisch zu behandelnde, gasförmige, flüssige oder feste Prozesstoffe oder Gemischen daraus in die Reaktionsräume (a2), (b1) oder (c1) eingebracht oder eingedüst werden, wobei gasförmige und flüssige Prozessstoffe vorzugsweise in die Reaktionsräume (b1) und (c1) und feste Prozessstoffe, wie die abgetrennten trockenen oder nassen Feinstäube, vorzugsweise in den Reaktionsraum (a2) eingebracht oder eingedüst werden.By means of the process substance entries (a24), (b15) and the process substance entry of the connector tube (c), which consist of pipes or nozzles, can be introduced or injected into the reaction spaces (a2), (b1) or (c1) to be gasified or thermally treated, gaseous, liquid or solid process materials or mixtures thereof, wherein gaseous and liquid process materials preferably in the reaction chambers (b1) and (c1) and solid process materials, such as the separated dry or wet fine dusts, preferably in the reaction space (a2) are introduced or injected.
Die Mengen der in den Nachoxidations-Gasdom (a23) eingedüsten gasförmigen und/oder flüssigen Prozessstoffe werden so eingestellt, dass die Leerrohr-Geschwindigkeiten der aus dem zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) austretenden Nachoxidations-Rohgase im gewünschten Maße erhöht werden, wobei vorzugsweise die endotherm reagierenden Vergasungsmittel Wasserdampf/verdampfendes Wasser und/oder CO2 zum Einsatz kommen.The amounts of the gaseous and / or liquid process substances injected into the post-oxidation gas dome (a23) are adjusted so that the empty tube velocities of the post-oxidation raw gases leaving the central product withdrawal (b111) are increased to the desired extent, preferably the endothermically reacting gasification agent steam / evaporating water and / or CO2 are used.
Vorteilhaft wird nahezu die gesamte Menge der insgesamt zugeführten, endotherm reagierenden Vergasungsmittel Wasserdampf und ggfs. CO2 mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln eingebracht und den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln mindestens soviel endotherm reagierende Vergasungsmittel zugemischt, dass eine Spülfunktion bei Sauerstoff-Unterbrechung gewährleistet ist.Advantageously, almost the entire amount of the total supplied, endothermic gasification agent and steam possibly CO2 introduced with the post-oxidation gasification and the primary gasification gasification agents at least as much endothermic reacting gasifying admixed that a rinsing function is ensured at oxygen interruption.
In der erfindungsgemäßen Weise führt die Kopplung der fünf verschiedenen Reaktorprinzipien der Festbettvergasung, der Flugstromvergasung, der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung, der Strahlwirbelschichtvergasung und der Wirbelschichtvergasung zu einem neuen Vergasungsreaktor, der die Prinzipien auf neue Art und Weise so miteinander verbindet, dass sich deren Nachteile in Vorteile verwandeln. In the manner according to the invention, the coupling of the five different fixed bed gasification, entrained flow gasification, fluidized bed gasification, fluidized bed gasification and fluidized bed gasification techniques into a new gasification reactor combines the principles in new ways, with advantages turn.
Zum ersten betrifft das die Ankopplung der Festbettvergasung an den Bodenprodukt-Abzug (b111) der zentral fluidisierten Sprudelschicht-Sprudelschichtvergasung über eine direkte Verbindung oder eine Verbindung mittels des Konnektorrohrs (c). First, this involves coupling the fixed bed gasification to the bottoms removal (b111) of the centrally fluidized bubbler liquor bed gasification via a direct connection or connection by means of the connector tube (c).
Die Nachteile der Festbettvergasung, das sind in diesem Zusammenhang der hohe Überschuss des endotherm reagierenden Vergasungsmittels Wasserdampf im Vergasungsmittel und der geringe Reaktionsumsatz des Wasserdampfs, heben die Nachteile des Bodenproduktabzugs der Wirbelschichtvergasung, das sind in diesem Zusammenhang die aufwendige Bodenprodukt-Kühlung, der hohe C-Gehalt der Bodenprodukte und die mit zunehmendem Prozessdruck nicht mehr sinnvoll realisierbare hohe Gaseinspeisung oder Gasrezirkulation für die Basisfluidisierung, auf. In der erfindungsgemäße Weise wird durch die Kopplung erstmals eine Anhebung des Prozessdrucks der Sprudelschicht- oder der Wirbelschichtvergasung auf hohe Prozessdrücke > 60 bar ohne Zusatzaufwand für die Basisfluidisierung möglich. Die nach dem Stand der Technik notwendige Einspeisung oder Rezirkulation großer Mengen kalter Gase und deren Wiederaufheizung entfallen. Die minderwertigen, aufgeheizten Nachoxidations-Vergasungsgase mit typischen Wasserdampfgehalten von 60 bis 80 Vol.-% stellen hochwertige Vergasungsmittel für die Vergasung Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) dar. Die Vorteilsnutzung wird durch die Verbindung am Übergang von der Festbett- zur zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung unter Anwendung des Konnektorrohrs (c) möglich. The disadvantages of fixed-bed gasification, in this context the high excess of the endothermic gasification agent water vapor in the gasification agent and the low reaction conversion of the water vapor, raise the disadvantages of the bottom product takeoff of the fluidized-bed gasification, which in this context is the expensive bottom product cooling, the high C gas Content of the soil products and with increasing process pressure no longer reasonably realizable high gas supply or gas recirculation for the base fluidization, on. In the manner according to the invention, the coupling for the first time makes it possible to raise the process pressure of the bubble layer or fluidized-bed gasification to high process pressures> 60 bar without additional outlay for the base fluidization. The necessary according to the prior art feed or recirculation of large quantities of cold gases and their reheating omitted. The inferior, heated post-oxidation gasification gases with typical water vapor contents of 60 to 80% by volume are high quality gasification agents for gasification primary gasification fluidized bed gasifier (b). Advantageous use is made through the compound at the transition from the fixed bed to the central fluidized gasification stage of the connector tube (c) possible.
Die zentrale Position der direkten Verbindung oder Verbindung über das Konnektorrohr (c) hebt einen weiteren Nachteil der Festbettvergasung, den seitlichen Gasabgang, auf und ermöglicht dadurch eine über die gesamte Betthöhe symmetrische Durchströmung des Nachoxidations-Wanderbetts (a22). The central position of the direct connection or connection via the connector tube (c) eliminates a further disadvantage of the fixed-bed gasification, the lateral gas outlet, and thereby allows a symmetrical flow over the entire bed height of the post-oxidation moving bed (a22).
Durch die Ankopplung der Festbettvergasung an den Bodenprodukt-Abzug (b111) mittels des Konnektorrohres (c) und die Ausbildung einer Zone intensiver Zentralfluidisierung (b112), die von einer Sprudelschichtvergasung umgeben ist, wird ein neues Vergasungsprinzip einer intensiv vermischten Sprudelschichtvergasung geschaffen, hier als zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung bezeichnet. Ein wichtiges Merkmal der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung ist der große Abstand der gegenüberliegenden Vergaserinnenwände an der unteren, engsten Stelle des Bodenprodukt-Abzugs (b111), an der die Zentralfluidisierung beginnt. Dementsprechend können hohe Mengen von Primärvergasungs-Vergasungsmitteln in geringen vertikalen Abständen zum Bodenprodukt-Abzug (b111) mittels der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) mit nur wenigen Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen seitlich eingedüst werden, ohne dass die gegenüberliegenden Wände berührt werden. Die bereits starke Zentralfluidisierung (b112) am Boden des Vergasungsreaktors wird durch die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen, die in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, noch verstärkt. By coupling the fixed-bed gasification to the bottom product take-off (b111) by means of the connector tube (c) and the formation of a zone of intensive central fluidization (b112), which is surrounded by a bubble gasification, a new gasification principle of intensively mixed bubble gasification is created, here as central fluidized bubble gasification referred to. An important feature of the central fluidized bubbler gasification is the large distance of the opposed carburetor inner walls at the bottom, narrowest point of the bottoms removal (b111), at which the central fluidization begins. Accordingly, high volumes of primary gasification gasifiers may be injected laterally into the bottom product off-take (b111) by means of the primary gasification gasifier entries (b14) with only a few primary gasification gasification nozzles at a small vertical distance, without touching the opposing walls. The already strong central fluidization (b112) at the bottom of the gasification reactor is further enhanced by the gasification agent jets which penetrate into the zone of central fluidization (b112).
Der Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) kann deshalb mit einen wesentlich stärkeren Konuswinkel des Primärreaktionsraums von 25–40° gegenüber der klassischen Wirbelschichtvergasung von < 25° ausgestattet werden. Die nach oben gerichtete Zentralfluidisierung (b112) kann vorteilhaft mit einer vertikal nach oben gerichteten Eindüsung von Primärvergasungs-Vergasungsmittel über eine zentrale Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düse, die sich auf der Vergaserachse in der Höhe oder oberhalb des zentralen Bodenprodukt-Abzugs (b111) im unteren Bereich der Zone der Zentralfluidisierung (b112) befindet, kombiniert werden. Mit dieser zentralen Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düse können theoretisch die gesamten Primärvergasungs-Vergasungsmittel eingetragen werden, wobei sich ein weit nach oben erstreckender, zentraler Vergasungsmittel-Düsenstrahl ausbildet, der die Höhe des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) verlängert. The primary gasification reaction space (b11) can therefore be equipped with a much stronger cone angle of the primary reaction space of 25-40 ° compared to the classical fluidized bed gasification of <25 °. The upwardly directed central fluidization (b112) can advantageously be achieved with a vertical upward injection of primary gasification gasification agent via a central primary gasification gasification agent nozzle located on the gasifier axis at or above the central bottom product vent (b111) in the lower Area of the zone of central fluidization (b112) can be combined. With this The central primary gasification / gasification agent nozzle may theoretically be charged with all of the primary gasification gasification agents, forming a highly upwardly extending central gasification agent jet that extends the height of the primary gasification reaction space (b1).
Zur Verringerung der Höhe des Vergasungsreaktors ist es deshalb von Vorteil, wenn zusätzlich oder anstelle der Mono-Eindüsung über die zentrale Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düse die seitliche Eindüsung von Primärvergasungs-Vergasungsmitteln über mindestens eine Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene erfolgt. Die konzentrierte, seitliche Eindüsung ist besonders vorteilhaft deshalb, da die starke, bodennahe Fluidisierung mit ihren hohen Wärme- und Stoffübergängen höchste Energiedichten für die stark exothermen chemischen Reaktionen des Sauerstoffs durch Partialoxidation ermöglicht, wodurch die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen der obersten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene auf eine Höhe begrenzt werden können, die den Übergang vom konischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) in den zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) markiert. To reduce the height of the gasification reactor, it is therefore advantageous if, in addition to or instead of the mono-injection via the central primary gasification gasification agent nozzle, the lateral injection of primary gasification gasification means takes place via at least one primary gasification-gasification agent nozzle plane. The concentrated, lateral injection is particularly advantageous because the strong, near-ground fluidization with their high heat and mass transfer highest energy densities for the highly exothermic chemical reactions of the oxygen by partial oxidation allows, whereby the gasification agent jets of the top primary gasification gasification agent nozzle level a height can be limited that marks the transition from the conical primary gasification reaction space (b11) into the cylindrical primary gasification reaction space (b12).
Angepasst an die stofflichen und Prozessbedingungen, bei denen die Vergasung durchgeführt werden soll, sind eine bis drei Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen anzuwenden, wobei eine Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düseneben aus Symmetriegründen mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen umfasst, deren Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Winkeln von –30° bis +30° gegen die Horizontale und auf die Vergaserachse hin oder mit Winkeln von < 30° zur Vergaserachse hin ausgerichtet sind. Vorzugsweise werden mit 10–20° abwärtsgerichtete und zentral auf die Vergaserachse ausgerichtete Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen eingesetzt. Von der Vergaserachse weggerichtete Vergasungsmittel-Düsenstrahlen werden zur besseren Ausnutzung des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) durch eine aufgeprägte Drallströmung vorzugsweise bei den höheren Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen angewendet.Adjusted to the material and process conditions at which the gasification is to be carried out, one to three primary gasification agent gasifier nozzle levels are to be used, with one primary gasification gasifier nozzle having at least three uniformly circumferentially distributed primary gasification gasification agent nozzles for symmetry reasons Gasification agent jets are directed at angles of -30 ° to + 30 ° to the horizontal and to the carburetor axis or at angles of <30 ° to the carburetor axis. Preference is given to using primary gasification / gasification agent nozzles directed downwards of 10-20 ° and oriented centrally on the gasifier axis. Gasifier jet jets directed away from the carburetor axis are used to better utilize the primary gasification reaction space (b11) by an impinged swirl flow, preferably at the higher primary gasification / gasification agent nozzle levels.
Die zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung beseitigt einen entscheidenden Nachteil der bisherigen Wirbelschicht- oder der Sprudelschichtvergasung, der darin besteht, dass eine starke Einschnürung des zylindrischen Vergaserraums hin zu einem engen Bodenprodukt-Abzug notwendig ist. Bei der klassischen Wirbelschicht wird dies durch einen langgezogenen, sich konisch verengenden Reaktionsraum realisiert, der eine unnötige Verlängerung des Reaktionsraums des Wirbelschichtvergasers bedingt und der mittels vieler, über die Höhe gestufter Vergasungsmittel-Düsenebenen fluidisiert werden muss. Bei der Sprudelschichtvergasung nach dem Stand der Technik ist ein hoher Fluidisierungsaufwand über den gesamten (Sieb)Boden des Sprudelschichtvergasers erforderlich. Centrally fluidized bubbler gasification eliminates a significant disadvantage of prior fluidized bed or bubbler gasification, which is the need for severe constriction of the cylindrical gasifier space to a narrow bottom product take-off. In the classical fluidized bed this is realized by an elongated, conically narrowing reaction space, which causes an unnecessary extension of the reaction space of the fluidized bed gasifier and must be fluidized by means of many stepped over the height of the gasification agent nozzle levels. In the prior art bubbler gasification, high fluidization overhead is required across the entire (sieve) bottom of the bubbler gasifier.
Zum Zweiten werden die bisher nicht überwindbaren Limitierungen der Vergasungstemperaturen der Wirbelschicht- oder Sprudelschichtvergasung und der Flugstromvergasung aufgehoben. Die bisherige Wirbelschicht- oder die Sprudelschichtvergasung arbeitet bei niedrigen Temperaturen unterhalb des Ascheschmelzpunktes, weshalb trotz Anwendung eines Rückführzyklon keine vollständigen C-Umsätze erreicht werden können und die Rohgase hohe Anteile unerwünschter Gaskomponenten und Spurenstoffe enthalten. Demgegenüber werden bei der Flugstromvergasung vollständige C-Umsätze und hochwertige Rohgase erreicht, jedoch bei den zur Verfügung stehenden kurzen Verweilzeiten im Vergaser nur unter Anwendung hoher Vergasertemperaturen oberhalb der Aschefließtemperaturen. Die Nachteile der getrennt betriebenen Reaktorprinzipien werden durch die Kombination und Übereinander-Anordnung der Reaktorprinzipen in Verbindung mit dem Einsatz der festen Vergasungsstoffe in einer speziellen Körnung, die im Bereich von 0–0,1 mm bis ca. 0–2mm liegt, überwunden. Second, the previously insurmountable limitations of the gasification temperatures of the fluidized bed or bubble layer gasification and the entrained flow gasification are repealed. The previous fluidized bed or the bubbling gasification works at low temperatures below the ash melting point, which is why, despite the use of a recycle cyclone no complete C conversions can be achieved and the raw gases contain high levels of unwanted gas components and trace substances. In contrast, full C conversions and high quality raw gases are achieved in the entrained flow gasification, but at the available short residence times in the carburetor only using high carburetor temperatures above the ash flow temperatures. The disadvantages of the separately operated reactor principles are overcome by the combination and superposition of the reactor principles in connection with the use of the solid gasification materials in a specific grain size ranging from 0-0.1 mm to about 0-2 mm.
Durch die Übereinander-Anordnung der Reaktorprinzipen der Festbettvergasung, der Flugstromvergasung, der zentral fluidisierten Sprudelschicht-Vergasung und der Wirbelschichtvergasung können die Vergasungstemperaturen auf für Wirbelschicht- und Sprudelschichtvergasung untypisch hohe Werte und auf für Flugstromvergasung untypisch niedrige Werte verschoben werden. Beispielsweise können für Braunkohlen erstmals die Vergasungstemperaturen am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) auf 1.100 °C und darüber angehoben und damit näher an den Schmelzpunkt von z.B. 1.250 °C herangerückt werden, wobei in den Vergasungsmittel-Strahlen lokal Vergasungstemperaturen deutlich oberhalb des Fließpunktes von ca. 1.400 °C herrschen. Die Anwendung sehr hoher Temperaturen in der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) und untypisch hoher Temperaturen in der Wirbelschichtvergasung im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) ermöglicht die Anwendung hoher Drücke bis 60 bar und darüber, wodurch erstmals die für Synthesegase geforderten Gasqualitäten, beispielsweise niedrige Methangehalte kleiner 5 Vol.-% bei einem Druck von 60 bar und darüber, erreicht werden. Mit der Druckerhöhung geht bei gleicher Leistung eine Verringerung der Gasgeschwindigkeiten, d.h. eine Erhöhung der Verweilzeit, sowie eine Erhöhung der Partialdrücke der endotherm reagierenden Vergasungsmittel Wasserdampf und Kohlendioxid einher. Damit steigt die Reaktionsgeschwindigkeit der endothermen Vergasungsprozesse, so dass für den vollständigen bzw. den gewünschten Kohlenstoff-Umsatz nur geringe Verweilzeiten im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) von wenigen Sekunden ausreichend sind.The superimposition of fixed bed gasification, entrained flow gasification, centrally fluidized gasification and fluidized bed gasification reactor regimes allows the gasification temperatures to be shifted to atypically high values for fluid bed and bubble bed gasification and atypically low for entrainment gasification. For example, for lignite for the first time the gasification temperatures at the upper end of the secondary gasification reaction chamber (b2) raised to 1100 ° C and above and thus be brought closer to the melting point of eg 1250 ° C, wherein in the gasification gas locally gasification temperatures well above the pour point of about 1,400 ° C prevail. The use of very high temperatures in the centrally fluidized bubbling gasification in the primary gasification reaction space (b1) and untypical high temperatures in the fluidized bed gasification in the secondary gasification reaction space (b2) allows the application of high pressures up to 60 bar and above, which for the first time required for synthesis gas gas qualities, For example, low methane levels less than 5 vol .-% at a pressure of 60 bar and above, can be achieved. With the pressure increase is accompanied by a reduction in the gas velocities, ie an increase in the residence time, as well as an increase in the partial pressures of the endothermically reacting gasification agent water vapor and carbon dioxide at the same power. Thus, the reaction rate of the endothermic gasification processes increases, so that for the complete or the desired carbon turnover only small residence times in the secondary gasification reaction space (b2) of a few seconds are sufficient.
Die spezielle Körnung der festen Vergasungsstoffe im Bereich von 0–0,1 mm bis ca. 0–2 mm, die zwischen den für die Flugstromvergasung und den für die Wirbelschichtvergasung typischen Werten von < 0,1 mm und < 4–6 mm liegt, ist einerseits optimal für die zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung und andererseits für die finale Vergasung unter den Bedingungen der Wirbelschichtvergasung im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2). In der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung sind Korngrößen oberhalb der Staubkörnung > 0,1 mm erforderlich, um einen zu starken Austrag aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) zu vermeiden, andererseits wären die für die Wirbelschichtvergasung typischen Werten < 4–6 mm zu grob, um bei den angestrebten hohen, auf den Querschnitt bezogenen Vergaserleistungen in wenigen Sekunden die vollständigen bis gewünschten Kohlenstoff-Umsätze der Sekundärvergasungs-Feinstäube mit Kohlenstoff-Gehalten im Bereich bis ca. 50 Ma.-% zu erreichen. Dies ist nur möglich, wenn die in den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) eintretenden Sekundärvergasungs-Feinstäube eine Körnung aufweisen, die nur so groß ist, dass die aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen Sekundärvergasungs-Feinstäube oder Feinstäube Korndurchmesser im Bereich bis 0,1 mm aufweisen. The specific grain size of the solid gasification materials in the range 0-0.1 mm to approx. 0-2 mm, which lies between the values typical for fly-by-gas gasification and those for fluidised bed gasification of <0.1 mm and <4-6 mm, On the one hand, it is optimal for centrally fluidized gasification of the bubbling gas layer and, on the other hand, for the final gasification under the conditions of fluidized-bed gasification in the secondary gasification reaction space (b2). In the centrally fluidized liquefied-bed gasification, particle sizes above the dust grain size> 0.1 mm are required in order to avoid excessive discharge from the primary gasification reaction space (b11), on the other hand the typical values for fluidized-bed gasification <4-6 mm would be too coarse to in the desired high, related to the cross-section carburetor in a few seconds to reach the full to desired carbon conversions of secondary gasification fine dust with carbon contents in the range up to about 50 wt .-%. This is only possible if the secondary gasification fine dusts entering the secondary gasification reaction space (b2) have a grain size which is only so great that the secondary gasification fine dusts or fine dusts withdrawn from the secondary gasification reaction space (b2) have a particle diameter in the range up to 0 , 1 mm.
Im Folgenden werden die Reaktorprinzipien in den verschiedenen Reaktionsräumen auf dem Weg der Feststoffe, zunächst nach unten bis zum Ascheaustrag (a1) und dann nach oben bis zum Rohgasabgang (b4), kurz erläutert werden. Die festen Vergasungsstoffe und ggfs. die Primärvergasungs-Prozessstoffe werden über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) wandnah in den sich konisch nach oben hin erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) eingebracht. Sie werden auf Höhen eingetragen, die zwischen dem oberen Bereich des sich konisch erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) und dem unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) liegen. Als Vergasungsstoff-Einträge (b13) kommen Schrägrohre für den Schwerkrafteintrag und/oder Förderschnecken für den mechanischen Eintrag und/oder Rohrleitungen für den pneumatischen oder hydraulischen Eintrag in Frage, wobei der Höhe des Eintrags über die Schrägrohre kurz oberhalb der Höhe des Beginns des konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) liegt.In the following, the reactor principles in the various reaction spaces on the way of the solids, first down to the ash outlet (a1) and then up to the crude gas outlet (b4) will be briefly explained. The solid gasification substances and possibly the primary gasification process substances are introduced via the gasification substance entries (b13) close to the wall into the conically widening primary gasification reaction space (b11). They are registered at heights between the upper part of the flared primary gasification reaction space (b11) and the lower part of the cylindrical primary gasification reaction space (b12). As gasification substance entries (b13) are inclined tubes for gravity input and / or screw conveyor for the mechanical entry and / or piping for the pneumatic or hydraulic entry in question, the height of the entry through the inclined tubes just above the height of the beginning of the conical primary gasification Reaction space (b11) is located.
Die festen Vergasungsstoffe werden von der wandnahen Abwärtsströmung durch Schwerkraft überwiegend in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) transportiert. Von hier wird der größte Teil der Feststoffe nach oben transportiert und reagiert bei örtlich sehr hohen Temperaturen bis > 2.000 °C mit den seitlich und/oder zentral eingedüsten Primärvergasungs-Vergasungsmitteln. Dabei verringern sich die Korngrößen der kohlenstoffhaltigen Vergasungsstoffe und die freigesetzten Aschen schmelzen und agglomerieren unter Bildung von Schmelzagglomeraten. Im gesamten Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) herrschen so intensive Wärme- und Stoffübertragungsbedingungen, dass die eintretenden festen Vergasungsstoffe und ggfs. die Primärvergasungs-Prozessstoffe auf kürzester Wegstrecke vermischt und aufgeheizt und die durch die Oxidationsreaktionen aufgeheizten Vergasungsstoffe und schmelzflüssigen Aschen oder Schmelzagglomerate ebenso schnell wieder abkühlen und erstarren. Die extreme Fluidisierung in der Zone der Zentralfluidisierung (b112) wird durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten der aus dem Bodenprodukt-Abzug (b111) nach oben strömenden Rohgase, die weit über den Wirbelpunkt-Geschwindigkeiten, d.h. bei für schnelle Wirbelschichten bis hin zu zirkulierenden Wirbelschichten typischen Geschwindigkeiten, liegen, erreicht. Sie wird unterstützt durch die Eindüsung der Primärvergasungs-Vergasungsmittel, die auf die Zone der Zentralfluidisierung (b112) gerichtet ist, und verlängert diese nach oben. Die Höhe der Zone der Zentralfluidisierung (b112) erreicht – ohne diese Verlängerung – das mindestens Doppelte bis Fünffache des Durchmessers des Bodenprodukt-Abzugs (b111). Obwohl im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) infolge der stark dominierenden, exothermen Reaktionen der Partialoxidation die höchsten Energiedichten auftreten, wird durch die hohen Kohlenstoff-Konzentrationen der zirkulierenden Feststoffe permanent sichergestellt, dass die Vergaserwände frei von Anbackungen von Aschen oder Schlacken bleiben oder Verschlackungen in den Strömungen der Sprudelschichtvergasung eintreten. Die Zirkulationsströmung der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung um die Zone der Zentralfluidisierung (b112) ist so stark, dass eine starke konische Erweiterung des Bodens des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) bis zum zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) mit Konuswinkeln von 25–40 °möglich ist, ohne dass der Boden mit zusätzlichen Gaszuführungen fluidisiert werden muss.The solid gasification materials are transported by the near-wall downflow by gravity predominantly into the zone of central fluidization (b112). From here, most of the solids are transported upwards and react at locally very high temperatures up to> 2,000 ° C with the side and / or centrally injected primary gasification gasification agents. The grain sizes of the carbonaceous gasification substances are reduced and the liberated ash melts and agglomerates to form melt agglomerates. Throughout the primary gasification reaction space (b11), there are so intense heat and mass transfer conditions that the incoming solid gasification substances and possibly the primary gasification process substances are mixed and heated on the shortest route and the gasification materials and molten ashes or melt agglomerates heated by the oxidation reactions cool down as quickly and freeze. The extreme fluidization in the zone of central fluidization (b112) is due to high flow rates of the raw gases flowing up from the bottoms removal (b111) which are well above the vortex point velocities, i. at typical for fast fluidized beds to circulating fluidized beds speeds are reached. It is assisted by the injection of the primary gasification gasification agent directed towards the zone of central fluidization (b112) and extends it upwards. The height of the zone of central fluidization (b112) reaches - without this extension - at least double to five times the diameter of the bottom product take-off (b111). Although the highest energy densities occur in the primary gasification reaction space (b11) as a result of the highly dominant, exothermic reactions of the partial oxidation, the high carbon concentrations of the circulating solids permanently ensure that the gasifier walls remain free from ashes or slag caking or slagging in the Flows of the bubble layer gasification occur. The circulation flow of the central fluidized bubbling gasification around the zone of central fluidization (b112) is so strong that a strong conical expansion of the bottom of the primary gasification reaction space (b11) to the cylindrical primary gasification reaction space (b12) with cone angles of 25-40 ° is possible without having to fluidize the floor with additional gas feeds.
Ein Teil der Feststoffe, das sind die Primärvergasungs-Bodenprodukte, sinken im Gegenstrom zu den Rohgasen, die nach oben ausströmen und eine Sichterwirkung entfalten, durch den zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) in den Verbindungs- bzw. Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1). Die Primärvergasungs-Bodenprodukte bestehen überwiegend aus gröberen und schwereren, aschereichen Partikeln einschließlich der entstandenen Ascheagglomerate, wobei deren Korngrößen bis zu 10 mm reichen können. Da die Temperaturen der Primärvergasungs-Bodenprodukte normalerweise deutlich höher sind als die der entgegen strömenden Sekundärvergasungs-Rohgase, finden im Konnektor-Reaktionsraum unter Abkühlung der Primärvergasungs-Bodenprodukte endotherme Vergasungsreaktionen statt, d.h. die Kohlenstoffgehalte der nach unten austretenden Konnektorrohr-Bodenprodukte sind etwas niedriger als die der von oben eintretenden Primärvergasungs-Bodenprodukte. Die Strömungszustände im Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) können zwischen einer kanalartigen Wanderbett-Durchströmung und einer pneumatischen Förderung wechseln oder sich überlagern, wobei das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung dominiert. Besonders in der Nähe des zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgangs (a25) findet eine weitere Korngrößen- und Dichte-Separation zugunsten gröberer und schwererer, aschereicher Partikel als Einsatzmaterial für das Nachoxidations-Wanderbett (a22) statt. Some of the solids, that is, the primary gasification bottoms, sink countercurrent to the raw gases that flow up and exert a sifter through the central bottoms removal (b111) into the union tube reaction space (c1). The primary gasification bottoms consist mainly of coarser and heavier, ash-rich particles including the resulting ash agglomerates, with grain sizes ranging up to 10 mm. As the temperatures of the primary gasification bottom products are usually much higher as the countercurrent secondary gasification crude gases, endothermic gasification reactions take place in the connector reaction space with cooling of the primary gasification bottom products, ie the carbon contents of the downwardly exiting plug pipe bottom products are slightly lower than those of the top gasification bottom products entering from above. The flow states in the connector tube reaction space (c1) can alternate or overlap between a channel-like moving bed flow-through and a pneumatic conveying, whereby the reactor principle of the entrainment gasification dominates. Especially in the vicinity of the central upper post-oxidation gas outlet (a25), a further particle size and density separation takes place in favor of coarser and heavier ash-rich particles as feedstock for the post-oxidation moving bed (a22).
Die geometrische Gestaltung des Konnektorrohr-Reaktionsraums (c1) kann hinsichtlich Länge, Durchmesser, Durchmessererweiterungen, Einlauf- und Auslaufgestaltung in vielfältiger Weise an die Anforderungen der konkrete Anwendung des Vergasungsreaktors (v) angepasst werden, so z.B. das Verhältnis von Länge zu mittlerem Durchmesser entsprechend einer optimalen apparatetechnischen Ausführung. Vorteilhafter Weise kann der eingeschnürte Druckmantel des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit dem ebenfalls eingeschnürten Druckmantel des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) durch eine Flanschverbindung in Höhe des Konnektorrohrs (c) miteinander verbunden sein. Auch ist es möglich, in die Flanschverbindung einen verstellbaren Schieber einzubauen, mit dem die beiden Reaktionsräume im Bedarfsfall (z.B. zum An- oder Abfahren des Vergasungsreaktors (v)) feststoffseitig voneinander getrennt werden können. The geometric configuration of the connector tube reaction space (c1) can be adapted to the requirements of the concrete application of the gasification reactor (v) in terms of length, diameter, diameter extensions, inlet and outlet design in a variety of ways, e.g. the ratio of length to average diameter according to an optimal apparatus engineering execution. Advantageously, the constricted pressure jacket of the primary gasification Wirbelschichtvergaser (b) with the likewise constricted pressure jacket of the post-oxidation fixed-bed gasifier (a) by a flange in the amount of the connector tube (c) be interconnected. It is also possible to install an adjustable slide valve in the flange connection, with which the two reaction chambers can be separated from one another on the solids side, if necessary (for example, for starting or stopping the gasification reactor (v)).
Die aus dem Nachoxidations-Gasabgang (a25) nach unten austretenden Konnektorrohr-Bodenprodukte gelangen unter Ausbildung des Nachoxidations-Schüttkegels und des Nachoxidations-Gasdoms (a23) in das Nachoxidations-Wanderbett (a22). Im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) ist das Reaktorprinzip der Festbettvergasung realisiert, wobei im Gegensatz zu der üblichen Lurgi-Festbettvergasung von Kohlen nach dem Stand der Technik im Nachoxidations-Wanderbett (a22) keine Trocknungs- und Pyrolysezone vorhanden ist und Schüttung vorliegt, die wesentlich heißer und in den meisten Fällen viel feinkörniger ist. Entsprechend der stofflichen und granulometrischen Eigenschaften des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) werden die Zusammensetzungen und die Mengen der Nachoxidations-Vergasungsmittel eingestellt. Was die Zusammensetzungen betrifft, ist die bevorzugte Steuergröße das sogenannte Dampf/Sauerstoff-Verhältnis, ausgedrückt in kg Dampf pro Nm3 Sauerstoff. Dieses wird so eingestellt, dass mittels des Drehrosts (a21) nicht geschmolzene, gesinterte und höchstens partiell geschmolzene Aschen abgezogen werden und es nicht zu betriebsstörenden Schlackebildungen im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) kommt. Übliche Werte für das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis liegen bei 5–7 kg/Nm3 für Vergasungsstoffe mit hohen Ascheschmelzpunkten und 7–10 kg/Nm3 für solche mit niedrigen Ascheschmelzpunkten. Was die Mengen der Nachoxidations-Vergasungsmittel betrifft, ist die bevorzugte Steuerungsgröße die reale Sauerstoffmenge oder die flächenbezogene, spezifische Sauerstoffbelastung. Die flächenbezogene Sauerstoffmenge wird entsprechend der Körnungen der sich im Nachoxidations-Wanderbett (a22) bildenden Aschen so begrenzt, dass es nicht zu nichtregulären, kanalartigen Durchströmungen des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) kommt. Typische Werte betragen 200 bis 500 Nm3 Sauersoff/m2 Querschnittsfläche des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) in Abhängigkeit von der Körnigkeit der Schüttungen. The connector tube bottoms exiting downward from the post-oxidation gas exit (a25) pass into the post-oxidation moving bed (a22) to form the post-oxidation bulk cone and the post-oxidation gas dome (a23). In the post-oxidation reaction space (a2), the reactor principle of the fixed-bed gasification is realized, which in contrast to the usual Lurgi fixed bed gasification of coals according to the prior art in Nachoxidations moving bed (a22) no drying and pyrolysis zone is present and bed is present, the essential hotter and in most cases much finer. According to the material and granulometric properties of the post-oxidation moving bed (a22), the compositions and the amounts of post-oxidation gasification agents are adjusted. As far as the compositions are concerned, the preferred control quantity is the so-called steam / oxygen ratio, expressed in kg of steam per Nm 3 of oxygen. This is adjusted so that by means of the rotary grate (a21) unmelted, sintered and at most partially melted ashes are removed and it does not lead to disruptive slag formations in the post-oxidation reaction space (a2). Typical values for the steam / oxygen ratio are 5-7 kg / Nm 3 for gasifiers with high ash melting points and 7-10 kg / Nm 3 for those with low ash melting points. As for the amounts of post-oxidation gasification agents, the preferred control quantity is the real oxygen level or the area specific oxygen load. The surface-related amount of oxygen is limited according to the grain sizes of the ashes forming in the post-oxidation moving bed (a22) so that non-regular, channel-like flows through the post-oxidation moving bed (a22) do not occur. Typical values are from 200 to 500 Nm 3 Saueroffoff / m 2 cross-sectional area of the Nachoxidations-Wanderbetts (a22) depending on the granularity of the beds.
Die nachoxidierten, deponiefähigen Aschen mit Kohlenstoff-Gehalten < 5 Ma.-% werden mittels des Drehrosts (a21) in den Ascheaustrag (a1) ausgetragen, wobei der Drehrost (a21) entsprechend der Temperaturen der ausgetragenen, abgekühlten Aschen, die in einem Korridor von 100–200 K oberhalb der Temperaturen der Nachoxidations-Vergasungsmittel liegen, gesteuert wird. The post-oxidized, dumpable ashes with carbon contents <5% by mass are discharged by means of the rotary grate (a21) into the ash discharge (a1), the rotating grate (a21) corresponding to the temperatures of the discharged, cooled ashes lying in a corridor of 100-200 K above the temperatures of the post-oxidation gasification agent is controlled.
Die zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) reicht über den konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) bis in den zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12). Hier gehen der heiße Gas-Feststoff-Jet und die großräumige Feststoff-Rezirkulationsströmung von einer Strahlwirbelschicht in eine Wirbelschicht über, in der sich die Strömungsgeschwindigkeiten und die Temperaturen der mit Primärvergasungs-Stäuben beladenen Primärvergasungs-Rohgase über den Querschnitt ausgleichen und das Reaktorprinzip einer Wirbelschichtvergasung vorherrscht. In den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) treten aus dem darüber liegenden Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube ein.The centrally fluidized bubbling gasification in the primary gasification reaction space (b1) extends over the conical primary gasification reaction space (b11) into the cylindrical primary gasification reaction space (b12). Here, the hot gas-solid jet and the large-scale solid recirculation flow of a jet fluidized bed in a fluidized bed, in which the flow velocities and the temperatures of the loaded primary gasification dust primary gasification crude gases over the cross-section and prevails the reactor principle of a fluidized bed gasification , In the primary gasification reaction space (b12) enter from the secondary secondary gasification reaction chamber (b2) recirculating secondary gasification fine dust.
Die von unten nach oben in den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen, heißen Primärvergasungs-Rohgase, die mit Kohlenstoff-reichen Primärvergasungs-Stäuben beladen sind, sind das Ergebnis der überwiegend ablaufenden Reaktionen der Totaloxidation unter Bildung von CO2 und H2O. Sie kühlen sich Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) in Folge der endothermen, Kohlenstoff-verbrauchenden Vergasungsreaktionen unter Bildung von CO und H2 ab. Die für die Vergasung charakteristischen Vergasungstemperaturen sind die sich am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) einstellenden Abklingtemperaturen der endothermen Vergasungsreaktionen. Die Korngrößen der Primärvergasungs-Stäube verringern sich bis auf die Austrags-Korndurchmesser der Sekundärvergasungs-Feinstäube, die mit den Sekundärvergasungs-Rohgasen aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen werden, wobei die Kohlenstoff-Gehalte abnehmen. Um die vorgegebenen, geringen Austrags-Korndurchmesser der Sekundärvergasungs-Feinstäube mit Werten kleiner 0,1 mm zu erreichen, werden die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten der aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen, mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase entsprechend niedrig eingestellt. Die in Verbindung mit hohen Vergasungsdrücken realisierbaren, niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten der mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase sind ein wichtiges Kennzeichen der Erfindung. Sie ermöglichen die weitgehend vollständigen bis gewünschten Kohlenstoff-Umsatz über eine kurze Weglänge der Strömung, d.h. bei geringer Bauhöhe des Vergasungsreaktors (v). Im Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) nehmen Korngrößen von unten nach oben ab du es herrscht das Reaktorprinzip einer Wirbelschichtvergasung vor. Dieser Bereich wird solange ausgedehnt, dass von unten nach oben in den Quenchzonen-Reaktionsraum oder in den Rohgasabgang Sekundärvergasungs-Feinstäube oder Feinstäube abgezogen werden, die entweder vollständig vergast sind, d.h. einen deponiefähigen, geringen Kohlenstoffgehalt aufweisen, oder deren Kohlenstoff-Gehalte gezielt höhere Werte bis ca. 50 Ma.-% aufweisen. Im Falle der Vergasung bei hohen Temperaturen, bei denen die Temperaturen an die Reaktionsfähigkeiten der festen Vergasungsstoffe angepasst sind, und begünstigt durch hohe Vergasungsdrücke, ist die vollständige Vergasung der Stäube in einer Zeit von nur wenigen Sekunden abgeschlossen. Vorgegebene, höhere Werte für die Kohlenstoff-Gehalte bis ca. 50 Ma.-% werden durch einen entsprechend kürzeren Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) oder niedrigere Vergasungstemperaturen am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) erreicht. Hohe Kohlenstoff-Gehalte sind beispielsweise bei hohen Vergasungstemperaturen als sogenannter Putz-Kohlenstoff erwünscht, um Verschlackungen oder Verlegungen zu vermeiden. Im Falle der Vergasung bei niedrigen Temperaturen am Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2), beispielweise zur Erzeugung von Methan-reichen Rohgasen, werden ebenfalls hohe Kohlenstoff-Gehalte der Sekundärvergasungs-Feinstäube angestrebt.The hot primary gasification raw gases withdrawn from bottom to top into the secondary gasification reaction space (b2) loaded with carbon-rich primary gasification dusts are the result of the predominantly occurring reactions of total oxidation to form CO 2 and H 2 O. They cool the secondary gasification reaction space (b2) as a result of the endothermic, carbon-consuming gasification reactions to form CO and H 2 . The gasification temperatures characteristic of the gasification are those occurring at the upper end of the secondary gasification reaction space (b2) Decay temperatures of the endothermic gasification reactions. The grain sizes of the primary gasification dusts are reduced to the discharge grain diameter of the secondary gasification fine dust, which are withdrawn with the secondary gasification raw gases from the secondary gasification reaction space (b2), wherein the carbon contents decrease. In order to achieve the given, low discharge particle diameter of secondary gasification fine dusts with values smaller than 0.1 mm, the average flow rates of secondary gasification raw gases withdrawn from the secondary gasification reaction chamber (b2) and loaded with secondary gasification fine dusts are set correspondingly low. The achievable in connection with high gasification pressures, low flow velocities of secondary gasification crude gas laden with secondary gasification fine dust are an important feature of the invention. They allow the largely complete to desired carbon sales over a short path length of the flow, ie at low height of the gasification reactor (v). In the secondary gasification reaction space (b2), particle sizes decrease from bottom to top. The reactor principle prevails in fluidized bed gasification. This range is extended so long that secondary gasification fine dusts or fine dusts are withdrawn from the bottom to the top into the quench zone reaction space or into the raw gas outlet, which are either completely gasified, ie have a low carbon content capable of landfilling, or their carbon contents are deliberately higher to about 50% by mass. In the case of gasification at high temperatures, where the temperatures are adapted to the reaction capabilities of the solid gasification materials, and favored by high gasification pressures, complete gasification of the dusts is completed in only a few seconds. Predetermined, higher values for the carbon contents up to about 50% by weight are achieved by a correspondingly shorter secondary gasification reaction space (b2) or lower gasification temperatures at the upper end of the secondary gasification reaction space (b2). High carbon contents are desirable, for example, at high gasification temperatures as a so-called plaster carbon in order to avoid slagging or laying. In the case of gasification at low temperatures at the end of the secondary gasification reaction space (b2), for example, to produce methane-rich raw gases, high carbon contents of the secondary gasification fine dust are also sought.
Im Falle der Vergasung bei hohen Temperaturen am Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) kann es von Vorteil oder erforderlich sein, wenn oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) ein Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) angeordnet ist, dessen Aufgabe es ist, im Quenchbereich (b31) Quenchflüssigkeiten, vorzugsweise Quenchwässer, einzudüsen. Die Menge der einzudüsenden Quenchflüssigkeiten wird so eingestellt, dass die Temperaturen oberhalb des Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen abgesenkt werden. Die Eindüsung erfolgt mittels mehrerer Quenchdüsen in mindestens einer Quenchdüsenebene (b311) entweder querschnittsgleich oder mindestens wandnah. Der sich über dem Quenchbereich (b31) anschließende Vergleichmäßigungsbereich (b32) ist so weit ausgedehnt, dass die Vergleichmäßigung der Temperaturen unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen mindestens bis zum Rohgasabgang (b4) abgeschlossen ist. Die eingedüsten Quenchwässer kühlen nicht nur die Quenchzonen-Feinstäube. Im Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) reagieren die Quenchwässer unter den vorherrschenden Bedingungen der Wirbelschichtvergasung übergehend in die Flugstromvergasung auch in gewissem Maß mit dem Kohlenstoff der Kohlenstoff-haltigen Quenchzonen-Feinstäube, wobei Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff gebildet werden. Aus dem Vergleichmäßigungsbereich (b32) werden nach oben über den Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) die mit Feinstäuben beladenen, gequenchten und abgekühlten Rohgase abgezogen. Der Quenchprozess kann vorteilhaft zur Schadstoffentsorgung genutzt werden. Als Quenchflüssigkeiten kommen neben thermisch zu behandelnden Abwässern, die mit anorganischen oder organischen Substanzen belastet sind, auch chemisch zu behandelnde Flüssigkeiten, wie Ammoniakwässer, in Frage.In the case of gasification at high temperatures at the end of the secondary gasification reaction space (b2), it may be advantageous or necessary if above the secondary gasification reaction space (b2) a quench zone reaction space (b3) is arranged whose function is in the quench area (b31) quenching liquids, preferably quench water, inject. The amount of quenching liquids to be injected is adjusted so that the temperatures above the quench zone reaction space (b3) are lowered to values below the critical ash sintering limits. The injection takes place by means of several quench nozzles in at least one Quenchdüsenebene (b311) either cross-sectionally equal or at least close to the wall. The homogenization area (b32) which adjoins the quench area (b31) is expanded so far that the homogenization of the temperatures below the critical ash sintering limits is completed at least until the crude gas outlet (b4). The injected quench water not only cools the quench zone fine dust. In the quench zone reaction space (b3), under the prevailing conditions of fluidized bed gasification, the quench waters also transition into entrainment gasification to some extent with the carbon of the carbonaceous quench zone particulate matter, forming carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. From the homogenization zone (b32), the quenched and cooled raw gases laden with fine dusts are drawn off above the crude gas outlet (b4) at the top of the primary gasification fluidized-bed gasifier (b). The quenching process can be used to advantage for pollutant disposal. As quenching liquids come next to be treated thermally treated wastewater, which are contaminated with inorganic or organic substances, and chemically treated liquids, such as ammonia waters in question.
Der Vergasungsreaktor (v) wird entsprechend der vorgegebenen Randbedingungen dimensioniert und ausgelegt. Die wichtigsten, vorgegebenen Randbedingungen sind die thermische Leistung, die Rohgasqualität, die Eigenschaften der festen Vergasungsstoffe und der Vergasungsdruck. Die wichtigsten Kriterien für die Dimensionierung der Hauptabmessungen Höhe und Durchmesser des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) und des Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) sind die erforderlichen Verweilzeiten der festen Vergasungsstoffe, damit die weit überwiegende Vergasung der eingesetzten Vergasungsstoffe gewährleistet ist, was darin zum Ausdruck kommt, dass 70–95 % des Sauerstoffs der insgesamt zugeführten Vergasungsmittel mit den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Sauerstoff) in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) eingebracht werden. Die niedrigen Werte stehen für wenig reaktionsfähige Kohlen, insbesondere Steinkohlen, bei der der Anteil der Nachoxidation höher ist, und die hohen Werte umgekehrt für reaktionsfreudige Kohlen, wie Braunkohlen. Der Nachoxidations-Reaktionsraums (a2) ist hinsichtlich des Querschnitts des zylindrischen Teils und der Höhe des Nachoxidations-Wanderbetts (a22), gemessen von der Oberkante des Drehrosts (a21) bis zum zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25), so bemessen, dass 60–90 % der mit den festen C-haltigen Vergasungsstoffen eingebrachten Aschen über den Ascheaustrag (a1) abgezogen werden können. Hierfür sind über den Drehrost (a21) 30–5 % des mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln insgesamt zugeführten Sauerstoffs (Nachoxidations-Sauerstoff) einzubringen.The gasification reactor (v) is dimensioned and designed according to the given boundary conditions. The most important boundary conditions are the thermal performance, the raw gas quality, the properties of the solid gasification substances and the gasification pressure. The main criteria for the dimensioning of the main dimensions height and diameter of the primary gasification reaction space (b1) and the secondary gasification reaction space (b2) are the required residence times of the solid gasification materials, so that the vast majority gasification of the gasification materials used is guaranteed, which is expressed therein in that 70-95% of the oxygen of the total supplied gasification agent is introduced into the primary gasification reaction space (b1) with the primary gasification gasification means (primary gasification oxygen). The low values are for less reactive coals, especially hard coal, where the proportion of post-oxidation is higher, and the high values for reactive coals, such as lignite. The post-oxidation reaction space (a2) is with respect to the cross section of the cylindrical part and the Height of post-oxidation moving bed (a22), measured from the top of the rotary grate (a21) to the central upper post-oxidation gas outlet (a25), such that 60-90% of the ash loaded with the solid C-containing gasification material passes through the ash outlet (a1) can be deducted. To this end, 30-5% of the total oxygen supplied with the post-oxidation gasification agents (post-oxidation oxygen) is to be introduced via the rotary grate (a21).
Anhand der in
Der Vergasungsreaktor (v) mit einem Vergasungsreaktionsraum (v1) wird aus einem Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Druckbehälter mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) zur Aufnahme eines Wanderbettes, mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a), mit einem Drehrost (a21) mit Zuführung für Nachoxidations-Vergasungsmittel (
Der Vergasungs-Reaktionsraum (v1) stellt einen unterbrechungsfrei zusammenhängenden Reaktionsraum dar, bei dem der Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) mit dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) über den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) miteinander verbunden ist und der vom Ascheaustrag (a1) bis zum Rohgasabgang (b4) reicht.The gasification reaction space (v1) is a reaction chamber without interruption, in which the post-oxidation reaction space (a2) is connected to the primary gasification reaction space (b1) via the connector pipe reaction space (c1) and from the ash discharge (a1) to to the raw gas outlet (b4) ranges.
Der Nachoxidations-Festbettvergaser (a) umfasst – von unten nach oben gesehen – einen Ascheaustrag (a1) und einen Nachoxidations-Reaktionsraum (a2), der einen Drehrost (a21), ein Nachoxidations-Wanderbett (a22), ein Nachoxidations-Gasdom (a23), einen Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag (a24) in Form einer Nachoxidations-Prozessstoff-Düsenebene (
Der Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) wird von einem – von unten nach oben gesehen – aus einem sich mit einem Konuswinkel von 45° konisch nach oben hin erweiternden Boden (
Der mehrteilige Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) besteht aus zwei übereinander liegenden Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen (
Das untere Ende des konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) bildet der zentrale Bodenprodukt-Abzug (b111), über den die C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte (
Der Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) stellt die Verbindung des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) mit dem Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) dar. Dieser besteht aus einem unteren Quenchbereich (b31) mit einer Quenchdüsenebene (b311) und einem oberen Vergleichmäßigungsbereich (b32), der bis zum Rohgasabgang (b4) am Kopf (
Das Konnektorrohr (c) umfasst einen zylindrischen Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1), dessen Verhältnis von Länge zu lichtem Durchmesser 4 beträgt.The connector tube (c) comprises a cylindrical connector tube reaction space (c1) whose length to light diameter ratio is 4.
Im Folgenden werden die in den Reaktionsräumen ein- und austretenden Stoffe beschrieben. Zum besseren Verständnis der Funktionsweise sind in
In den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) werden über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) mittels Schrägrohreintrag die festen C-haltigen Vergasungsstoffe (
Aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) werden von oben nach unten über den Bodenprodukt-Abzug (b111) die Primärvergasungs-Bodenprodukte (
Die festen Vergasungsstoffe (
Die über die Primärvergasungs-Prozessstoff-Einträge (b15) eingetragenen Primärvergasungs-Prozessstoffe (
In den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) werden von unten nach oben aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) die mit Primärvergasungs-Stäuben (
Aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) werden von oben nach unten Sekundärvergasungs-Feinstäube (
Im Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) treten über den unteren Quenchbereich (b31) von unten nach oben die mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben (
Nach dem Rohgasabgang (b4) schließt sich eine in
In den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) werden von oben nach unten über den zentralen Bodenprodukt-Abzug (b11) die Primärvergasungs-Bodenprodukte (
Aus dem Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) werden von oben nach unten die Konnektorrohr-Bodenprodukte (
In den Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) werden von oben nach unten über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) die Konnektorrohr-Bodenprodukte (
Die Nachoxidations-Prozessstoffe (
Die festen Vergasungsstoffe (
Durch die Eindüsung der Primärvergasungs-Vergasungsmittel (
Die Zirkulationsströmung der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung um die Zone der Zentralfluidisierung (b112) ist so stark, dass keine zusätzlichen Gaszuführungen über den Boden (
Die Primärvergasungs-Bodenprodukte (
Im Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) dominiert das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung. Besonders in der Nähe des zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgangs (a25) findet eine weitere Korngrößen- und Dichte-Separation zugunsten gröberer und schwererer, aschereicher Partikel als Einsatzmaterial für das Nachoxidations-Wanderbett (a22) statt. Die nachoxidierten, deponiefähigen nahezu C-freien Aschen werden bei Temperaturen um ca. 400 °C mittels Drehrost (a21) in den Ascheaustrag (a1) ausgetragen.In the connector tube reaction space (c1) dominates the reactor principle of entrained flow gasification. Especially in the vicinity of the central upper post-oxidation gas outlet (a25), a further particle size and density separation takes place in favor of coarser and heavier ash-rich particles as feedstock for the post-oxidation moving bed (a22). The post-oxidized, landfillable almost C-free ashes are discharged at temperatures of about 400 ° C by means of rotary grate (a21) in the ash discharge (a1).
Die zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) reicht über den konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) bis in den zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12). Hier gehen der heiße Gas-Feststoff-Jet und die großräumige Feststoff-Rezirkulationsströmung in eine hochexpandierte Wirbelschicht über, in der sich die Strömungsgeschwindigkeiten und die Temperaturen der mit Primärvergasungs-Stäuben (
Die von unten nach oben in den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen, heißen Primärvergasungs-Rohgase (
Oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) ist ein Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) angeordnet, dessen Aufgabe es ist, in den unteren Quenchbereich (b31) Quenchwasser (
Die apparatetechnische Gestaltung der Ummantelung des Reaktionsraums ist in
Im Folgenden werden die wichtigsten Stoff- und Prozessdaten des Vergasungsreaktors (v) für die Erzeugung von Synthesegas beschrieben, in dem bei einem Vergasungsdruck von 60 bar getrocknete Braunkohlen mit Wassergehalten um ca. 12 Ma.-% und Körnungen um ca. 0–2 mm mit Sauerstoff und Wasserdampf als Vergasungsmittel vergast werden. Die eingesetzte Braunkohle zeichnet sich durch hohe Reaktionsfähigkeiten, mittlere Ascheschmelztemperaturen um ca. 1.250 °C, kritische Aschesintergrenzen um ca. 1.000 °C und bei trockener Veraschung sehr feinkörnige Aschen mit Körnungen < ca.
Als Nachoxidations-Vergasungsmittel (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- v v
- Vergasungsreaktor gasification reactor
- v1 v1
- Vergasungs-Reaktionsraum Gasification reaction chamber
- a a
- Nachoxidations-Festbettvergaser Post-oxidation fixed-bed gasifier
- a1 a1
- Ascheaustrag ash discharge
- a2 a2
- Nachoxidations-ReaktionsraumPost-oxidation reaction chamber
- a21 a21
- Drehrostrotary grate
- a22 a22
- Nachoxidations-Wanderbett Post-oxidation moving bed
- a23 a23
- Nachoxidations-Gasdom Post-oxidation gas dome
- a24 a24
- Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag Post-oxidation process material entry
- a25 a25
- zentraler oberer Nachoxidations-Gasabgang central upper post-oxidation gas outlet
- b b
- Primärvergasungs-WirbelschichtvergaserPrimary gasification fluidized bed gasifier
- b1 b1
- Primärvergasungs-ReaktionsraumPrimary gasification reaction chamber
- b11 b11
- konischer Primärvergasungs-Reaktionsraum conical primary gasification reaction space
- b111b111
- zentraler Bodenprodukt-Abzug central soil product withdrawal
- b112b112
- Zone der Zentralfluidisierung Zone of central fluidization
- b12 b12
- zylindrischer Primärvergasungs-Reaktionsraum cylindrical primary gasification reaction space
- b13 b13
- Vergasungsstoff-Einträge Gasification material entries
- b14 b14
- mehrteiliger Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag multi-part primary gasification-gasification agent entry
- b15 b15
- Primärvergasungs-Prozessstoff-EintragPrimary gasification process material entry
- b2 b2
- Sekundärvergasungs-ReaktionsraumSecondary gasification reaction chamber
- b3 b3
- Quenchzonen-ReaktionsraumQuench zones reaction chamber
- b31 b31
- unterer Quenchbereich lower quench area
- b311B311
- Quenchdüsenebene Quenchdüsenebene
- b32 b32
- oberer Vergleichmäßigungsbereich upper homogenization range
- b4 b4
- Rohgasabgangcrude gas
- c c
- Konnektorrohr connector pipe
- c1 c1
- Konnektorrohr-ReaktionsraumConnector tube reaction chamber
- 1 1
- Kopf Primärvergasungs-WirbelschichtvergaserHead of primary gasification fluidized bed gasifier
- 2 2
- Boden des Primärvergasungs-WirbelschichtvergaserBottom of the primary gasification fluidized bed gasifier
- 3 3
- zwei übereinander liegende Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen two superimposed primary gasification-gasification agent nozzle planes
- 4 4
- Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen Primary gasification gasification agent nozzles
- 5 5
- Neigungswinkel 15°Inclination angle 15 °
- 6 6
- untere Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene Lower primary gasification gasification agent nozzle level
- 7 7
- obere Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene upper primary gasification gasification agent nozzle level
- 8 8th
- Nachoxidations-Prozessstoff-Düsenebene Post-oxidation process material nozzles level
- 9 9
- Nachoxidations-Prozessstoff-Düsen Post-oxidation process material nozzles
- 10 10
- Oberfläche des Nachoxidations-SchüttkegelsSurface of post-oxidation bulk cone
- 11 11
- Nachoxidations-SchüttkegelPost-oxidation of repose
- 12 12
- Quenchdüsenquench nozzles
- 20 20
- (C-haltige) Feinstäube (C-containing) fine dusts
- 21 21
- beladene Rohgase loaded raw gases
- 22 22
- Quenchwasserquench
- 23 23
- Sekundärvergasungs-Feinstäube Secondary gasification fine dust
- 24 24
- beladene Sekundärvergasungs-Rohgaseloaded secondary gasification crude gases
- 25 25
- Vergasungsstoffgasification material
- 26 26
- Primärvergasungs-ProzessstoffPrimary gasification process material
- 27 27
- Primärvergasungs-VergasungsmittelPrimary gasification gasification agent
- 28 28
- Primärvergasungs-Stäube Primary gasification dusts
- 29 29
- beladene Primärvergasungs-Rohgaseloaded primary gasification crude gases
- 30 30
- (C-haltige) Primärvergasungs-Bodenprodukte (C-containing) primary gasification soil products
- 32 32
- Konnektorrohr-Stäube Connector tube dust
- 33 33
- beladene Konnektorrohr-Rohgaseloaded connector tube raw gases
- 34 34
- Konnektorrohr-BodenprodukteConnector tube bottoms
- 35 35
- Nachoxidations-ProzessstoffePost-oxidation process materials
- 36 36
- Nachoxidations-Vergasungsmittel Post-oxidation gasification agent
- 37 37
- Nachoxidations-Stäube Post-oxidation dusts
- 38 38
- beladene Nachoxidations-Rohgaseloaded post-oxidation raw gases
- 39 39
- Nachoxidations-Bodenprodukte (C-freie Asche)Post-oxidation bottoms (C-free ash)
- 40 40
- rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube Recirculating secondary gasification fine dust
- 41 41
- Quenchzonen-FeinstäubeQuench zones-fine dust
- 42 42
- rezirkulierende Quenchzonen-Feinstäube recirculating quench zone fine dust
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