DE1044334B

DE1044334B - Verfahren zur Erzeugung von Brenngas, insbesondere Synthesegas, und eines koksartigenBrennstoffes

Info

Publication number: DE1044334B
Application number: DEK19895A
Authority: DE
Inventors: Max Josenhans
Original assignee: Koppers Co Inc
Current assignee: Beazer East Inc
Priority date: 1952-10-23
Filing date: 1953-10-22
Publication date: 1958-11-20
Also published as: ES211074A1; US2805188A; GB725635A

Description

Dei Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, zur Herstellung von Brenngas, insbesondere Synthesegas, einerseits und eines stückigen koksartigen Brennstoffes andererseits, wobei ein Teil des bituminösen Ausgangsbrennstoffes in stückiger Form und der andere Teil in Staubform verwendet werden.

Es ist bekannt, staubförmige, insbesondere auch bituminöse Brennstoffe mit Sauerstoff und Wasserdampf in der Schwebe zu vergasen, so daß ein von teerigen Bestandteilen freies, im wesentlichen aus Kohlenoxyd und Wasserstoff bestehendes Brenngas und ein fester, gegebenenfalls auch flüssiger Vergasungsrückstand entstehen.

Es ist ferner bekannt, die gasförmigen Reaktionsprodukte einer solchen Staubvergasung in heißem Zustand in ein Bett aus einem entgasten stückigen Brennstoff so einzuleiten, daß sich diese Reaktionsprodukte im wesentlichen von unten nach oben durch das Brennstoffbett bewegen, wähnend das Brennstoffbett selbst als Ganzes von oben, nach unten, d. h. im Gegenstrom zu den Reaktionsprodukten wandert. Dabei werden, gegebenenfalls durch Einführung weiterer Mengen Vergasungsmittel in das Brennstoffbett; solche Temperaturen angewendet, daß der stückige Brennstoff praktisch vollständig unter Bildung einer flüssigen Schlacke vergast wird, mit der dann die ebenfalls flüssige Asche des Staubvergasers vereinigt wird.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die kombinierte Anwendung einer Staubvergasung, und einer Festbettvergasung von der Beschränkung auf einen nicht backenden, d. h. entgasten Brennstoff im Festbett frei zu machen. In Verfolgung dieses Zieles schlägt die Erfindung vor, daß die gesamten, aus der Schwebevergasung des staubförmigen bituminösen Brennstoffes stammenden iheißen Reaktionsprodukte stetig im Gleichstrom durch ein sich von oben nach unten bewegendes Bett aus einem stückigen bituminösen Brennstoff geleitet werden, wobei die Strömungsgeschwindigkeit und die sich bewegenden Stoffmengen so aufeinander abgestimmt werden, daß der in den Reaktionsprodukten der Staubvergasung gegebenenfalls noch enthaltene Brennstoff restlos vergast, der stückige Brennstoff vollständig oder teilweise entgast, seine festen Entgasungsrückstände teilweise vergast und seine flüchtigen Bestandteile zersetzt werden und aus dem unteren Teil des Brennstoffbettes das Brenngas und der koksartige Brennstoff abgezogen werden.

Die endothermen Vergasungsreaktionen in dem Festbettvergaser werden durch den innigen Kontakt zwischen den heißen gasförmigen Medien und dem stückigen Brennstoff gefördert. Ferner trägt die in dem Brennstoffbett entstehende Turbulenz zur Vergasung bei. Die Temperatur, die sich in dem Brenn-Verfahren zur Erzeugung von Brenngas,

insbesondere Synthesegas,
und eines koksartigen Brennstoffes

Anmelder:

Koppers Company, Inc.,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Leithäuser, Patentanwalt_r
Essen, Bertoldstr. 9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Oktober 1952

Max Josenhans, Pittsburgh, Pa, (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

stoffbett infolge der Zufuhr von Wärme aus den

• Reaktionsprodukten der Staubvergasung einstellt, ist so hoch, daß nicht nur eine Austreibung der flüchtigen Bestandteile, sondern auch eine vollständige Zersetzung dieser flüchtigen Bestandteile stattfindet.

Der Kohlenstoffgehalt des koksartigen Brennstoffes aus dem Festbettvergaser hängt von der Durchlaufgeschwindigkeit des Brennstoffes im Zweitvergaser ab, ferner von der Höhe des Brennstoffbettes und der Temperatur und Menge der eingeführten Gase aus der Staubvergasung.

Die Kontaktzeit zwischen den heißen Reaktionsprodukten und dem Brennstoff des Festbettes wird durch die Bewegungsgeischwindigkeit des Bettes, durch die in der Zeiteinheit zugeführten Mengen an heißen Reaktionsprodukten aus der S taub vergasung und die Abmessungen des Brennstoffbettes so eingestellt, daß der Kohlenstoffgehalt des Rückstandes des Festbettvergasers so hoch ist, daß dieser noch als Brennstoff

verwendet werden kann. In diesem Falle wird sowohl die im Staubvergaser anfallende, gegebenenfalls flüssige Schlacke als auch die im Brennstoffbett selbst anfallende Schlacke, die unter Umständen zwischenzeitlich auch flüssig sein kann, durch den hohen Kohlenstoffanteil des Rückstandes verfestigt, so daß die Schlacke insgesamt in fester Form abgezogen werden kann. Es wird also auf diese Weise sozusagen ein neuartiger Schlackenabzug aus der Staubvergasung geschaffen, der insbesondere bei einer Vergasung unter

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Druck von Vorteil ist und die Beeinflussung des feuerfesten Mauerwerks durch Schlackenablagerungen verhindert.

Der feste Rückstand kann als Brennstoff für die Erzeugung und Überhitzung des für die Staubvergasung benötigten Wasserdampfes dienen und ferner für dieTrocknung und Vorwärmung desBrennstaubes sowie des stückigen Brennstoffes für den Zweitvergaser. Der Kohlenstoffgehart der Reaktions-

Koksrückstand mittels einer Wasserbrause 53 zusätzlich zu kühlen.

Der Aufbau der Staubvergaser 40 ist in Abb. 1 sch.ematis.ch angedeutet. Jeder Staubvergaser besteht Saus einer konisch geformten Vergasungskammer aus feuerfestem Mauerwerk 22 mit einer zentralen Einblasedüse für das Kohlenstaub-Sauerstoff-Gemisch, die mit der Zuführungsleitung 35 in Verbindung steht, und einer ringförmigen Wasserdampfdüse, die nach

produkte aus dem Staubvergaser ist im allgemeinen io Art einer Venturidüse ausgebildet ist und mit der zu klein, als daß der Rückstand aus der Staub- Dampfzufuhrleitung 11 verbunden ist. Die äußeren vergasung als Brennstoff verwendet werden könnte, Wände der Ringdüse stehen mit den Kühlmittelso daß er als Abfall zu betrachten ist.· Im Zusammen- leitungen 28 bzw. 29 und die inneren Wände der hang-mit dem Festhettvergaser jedoch findet eine Ringdüse mit den Kühlmittelleitungen 33 bzw. 34 in wirksame Vergasung dieses Restbrennstaubes unter 15 Verbindung.

Bildung eines als Brennstoff sehr wohl verwendbaren Bei der Einrichtung nach Abb. 2 sind ebenfalls

Rückstandes .statt. Es geht also auf diese Weise kein mehrere Staubvergaser 40 vorgesehen, deren heiße Kohlenstoff verloren. Reaktionsprodukte in den Festbettvergaser 44 einWenn man für den Festbettvergaser teerhaltige treten. Oberhalb des Zweitvergasers 44 befindet sich Kohle verwendet, so kann man die Durchsatzgeschwin- 20 eine Schwel- bzw. Verkokungs einrichtung 63, die aus digkeitsb" einstellen, daß praktisch nur die flüchtigen ■ dem Bunker 60 über die Begichtungseinrichtung 61 Bestandteile der Kohle ausgetrieben und zersetzt _un(j die Leitung 62, mit Kohle versorgt wird. Die in werden, so daß ein fester» koksartiger Rückstand ent- der Schweleinrichtung 63 verkokte Kohle 64 gelangt steht, der in gewöhnlichen Wassergaserzeugern oder durch die Leitung 69 in den Vergaser 44. Die Schwelsonstigen Gaserzeugern verwendet werden kann. Ent- 25 gase werden durch die Leitung 65 abgezogen und einer hält der auf diese Weise gewonnene koksartige Brenn- nicht dargestellten Einrichtung zur Gewinnung des stoff Anteile mit einer für den gewöhnlichen Wasser- Teeres und der sonstigen flüchtigen Bestandteile zugasbetrieb ungeeigneten, weil zu kleinen Korngröße, geführt. Außerdem ist an die Schweleinrichtung eine so kann dieser Anteil abgetrennt und in die Staub- Leitung 67 angeschlossen, die zur Zufuhr heißer Abvergasung zurückgeführt werden. Man kann selbst- 30 gase dient, die in der Schweleinrichtung durch den verständlich auch den koksartigen Rückstand aus dem Verteiler 66 verteilt werden. Das Nutzgas wird aus Festbettvergaser erneut wieder in diesen einführen dem Vergaser 44 durch die Nützgasleitung 47 abge- und einer weiteren Vergasung unterwerfen. Das zogen. Der Koks verläßt den Vergaser 44 über die Wesentliche ist, daß ein Gleichstrom von heißen Re- Abzugseinrichtung 72, durch die er einem Gebläse 74 aktionsprodukten aus. der Staubvergasung und dem 35 zugeführt wird, welches aus der Leitung 73 Frischluft festen Brennstoffbett stattfindet, denn nur in diesem ansaugt. Der heiße Koksrückstand wird mittels dieser Falle ist es möglich, einen teerhaltigen Brennstoff für Frischluft über die Leitung 75 und die Eingangsden Festbettvergaser zu verwenden, ohne daß ein Zu- öffnung 76 einer Rückstandsfeuerung 77 zugeführt, sarriiiienbäcken des Brennstoffbettes, verbunden mit die durch die Leitung 80 Zweitluft erhält. In der Einunerwünschten Druckverlusten, und eine Verunreini- 40 richtung 77 findet eine Verbrennung des Koksrückgung des erzeugten Gases durch teerige Bestand- . Standes statt. Die Asche wird über die Abzugseinrichteile eintritt. tung 78 durch die Leitung 79 abgezogen. Die heißen

Abb. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Abgase gelangen durch Leitung 81 in den indirekten Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens; Erhitzer 90. Ein Teil der heißen Abgase aus der Rück-

Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer 45 Standsfeuerung 77 wird durch Leitung 93 der S chwelsolchen Einrichtung. einrichtung 63 zugeführt. In dem indirekten Erhitzer

Bei der Einrichtung nach Abb. 1 sind mehrere QQ werden die heißen Abgase durch die Verteiler-Statibvergaser 40 im Kreis um das obere Ende eines einrichtung 92 verteilt. Sie verlassen die Einrichtung Festbett-oder Schachtvergasers 44 angeordnet, so daß schließlich durch Leitung 91 und können dann noch die heißen Reaktionsprodukte aus den Staubvergasern 50 einem Abhitzekessel zugeführt werden. Der Wärmein das Festbett 41 aus stückigem Brennstoff, z. B. übertragung dienende feste Körper werden in kaltem stückiger Kohle, gelangen und darin abwärts strömen Zustand dem Erhitzer 90·· durch Leitung 89 zugeführt können. Der Schachtvergaser 44 wird aus dem Bunker und gelangen durch eine Zwischenleitung 94 in den Sl über ein Zellenrad 50 und die Leitung 52 mit Dampfüberhitzer 84. Der Dampfüberhitzer 84 erhält stückigem Brennstoff beschickt. Die heißen Reaktions- 55 Dampf aus einem Abhitzekessel durch Leitung 86. Der produkte aus den Staubvergasern 40, die Kohlenoxyd, überhitzte Dampf verläßt die Einrichtung durch Kohlendioxyd, Wasserstoff, nicht umgesetzte Kohlen- Stutzen 83 und Leitung 82 und gelangt von da aus in teilchen und Wasserdampf enthalten, strömen in dem die Staubvergaser 40. Die in dem Dampfüberhitzer Zweitvergaser im Gleichstrom mit dem dort vornan- stark abgekühlten festen Wärmeträger verlassen diesen denen stückigen Brennstoff abwärts, wobei eine innige 60 durch Leitung 85 über eine Abzugseinrichtung 87 und Berührung zwischen den verschiedenen Medien unter werden durch die Leitung 95, das. Becherwerk 88 und Ablauf von endothermen Gasbildungsreaktionen stattfindet. Dabei werden die heißen Gase aus' der Staube
vergasung auf eine Temperatur von 530° C gekühlt.
Im unteren Teil des Zweitvergasers 44 ist ein Gas- 65
auslaß 47 vorgesehen, durch den das Nutzgas abgezogen wird. Der koksartige Rückstand wird durch
einen gekühlten Rost 48 abgezogen und verläßt die
Einrichtung über eine Absperreinrichtung 49 durch

die Leitung 89· wieder in den Erhitzer 90 zurückgeführt.

Beispiel

Den Staubvergasungsein>r-ichtungen 40' der Einrichtung nach Abb. 1 wird eine "an flüchtigen Bestandteilen reiche Kohle, deren Wassergehalt 2,5°/» beträgt, zugeführt. Diese Kohle ist vorher so vermählen worden,

die Leitung 42. Es ist gegebenenfalls möglich, den 7° daß etwa 62 °/& durch ein 2O0*Maschen-*Sieb (Maschen-

Claims

5 6

weite etwa 0,08 mm) hindurchgehen. Diese Kohle wird weise 70 bis 85 %, vergast werden. Um dies zu er-

mit reinem Sauerstoff gemischt und dann durch die reichen, sind mehr als 0,44 m³ Sauerstoff je kg Kohle

Leitung 35 dem Staubvergaser zugeführt, der sich auf für den Staubvergaser notwendig,

einer hohen Temperatur befindet. Die bei der exo- Die in die Staubvergaser eingeblasene Wasserthermen Reaktion entstehende Wärme heizt den nicht 5 dampf menge beträgt 0,7 bis 1,1 kg eingeblasener

umgesetzten Teil des Kohlenstoffes auf eine solche Kohle.

Temperatur, daß eine nachfolgende Reaktion desselben Die Verweilzeit der Reaktionsgase im Schacht-

mit Dampf im Sinne einer verstärkten Bildung von vergaser soll etwa 0,2 bis 3 Sekunden, vorzugsweise

Kohlenoxyd und Wasserstoff begünstigt wird. 0,4 bis 1 Sekunde, betragen. Die im Schachtvergaser

Gleichzeitig mit dem Kohle-Sauerstoff-Gemisch io jeweils vorhandene Kohlenstoffmenge soll mehr als

wird Wasserdampf von 800° C in einer Menge von 50 kg je kg und Sekunde eingeblasenen Kohlenstoffes,

1,1 kg je kg Kohle in den Staubvergaser eingeblasen. vorzugsweise 200 bis 1500 kg und. mehr, betragen.

Die Anordnung der Düsen und die Geschwindigkeit Je kg eingeblasenen Kohlenstaubes werden vorzugs-

des Wasserdampfes sind so gewählt, daß der Wasser- weise etwa 0,25 bis 0,50 kg körnigen Brennstoffes in

dampf die primäre Zone exothermer Reaktion mit 15 den Schachtvergaser eingeführt.

einem in gleicher Richtung wie die primären Keak- Die Temperatur des überhitzten Wasserdampfes

tionsprodukte fließenden zusammenhängenden ring- für die Staubvergasung liegt zweckmäßigerweise zwi-

förmigen Schleier umgibt. Auf diese Weise wird eine sehen 420 bis 1100° C, vorzugsweise zwischen 500 bis

zu starke Bestrahlung der Reaktionsraumwände durch 850° C.

die von der exothermen zentralen Zone abgegebene 20 Es sei noch erwähnt, daß das erfindungsgemäße

Wärme vermieden. Gegen Ende der Verbrennung in Verfahren nicht an die hier speziell beschriebene Art

der zentralen Zone diffundieren die Reaktionsprodukte der Staubvergasung gebunden ist. Es sind vielmehr

dieser Zone einschließlich des nicht umgesetzten alle solche Staubvergasungsverfahren anwendbar, bei

Kohlenstoffes in die Dampfhülle hinein, wo nunmehr denen das Nutzgas eine hohe Temperatur hat und

eine endotherme Reaktion zwischen dem nicht umge- 25 nennenswerte Mengen nicht umgesetzten Brennstoffes

setzten Brennstoff und dem Wasserdampf stattfindet. in Staubform enthält.

Die gesamten Reaktionsprodukte gelangen anschlie- Die Zahl der einem Festbettvergaser zugeordneten

ßend in den Schachtvergaser 44, welcher mit stückigem Staubvergaser ist an sich beliebig. Vorzugsweise sind

Brennstoff einer Korngröße von 1,8 bis· 5 mm gefüllt es jedoch mindestens zwei.

ist. Die im Schachtvergaser eingesetzte Kohle kann 30 Man kann gegebenenfalls auch Dampf und/oder

die gleiche sein wie die für den Staubvergaser. Die Sauerstoff unmittelbar in das Festbett einblasen, um

Menge an Stückkohle im Schachtvergaser beträgt die Vergasungsreaktionen dort zu verstärken, etwa 900 kg je kg und Sekunde im Staubvergaser

durchgesetzter Staubkohle. Dem Schacht vergas er Patentansprüchewerden je kg im Staubvergaser umgesetzter Kohle 35

etwa 0,43 kg stückiger bzw. körniger Kohle zugeführt. 1. Verfahren zur Erzeugung von Brenngas, ins-Der feste Rückstand, der aus Leitung 42 abgezogen besondere Synthesegas, und eines koksartigen wird, ist ein Koks, der die für eine Beschickung von Brennstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewöhnlichen Wassergaserzeugern geforderten Eigen- staubförmiger bituminöser Brennstoff mit Sauerschaf ten hat. Die gesamte Gaserzeugung je kg ins- 40 stoff und Wasserdampf in der Schwebe vergast gesamt verbrauchten Brennstoffes beträgt 2,58 m³. wird, die gesamten heißen Reaktionsprodukte der Das Gas hat folgende Zusammensetzung: Staubvergasung stetig im Gleichstrom durch ein

QQ 6 8% ^s^°k ^von °^^{εη nac}h unten bewegendes Bett aus

QQ² * 5140/0 einem stückigen bituminösen Brennstoff geleitet

jj 391% ⁴^ werden, wobei die Strömungsgeschwindigkeit und

N + H S ' 27% die ^s^ bewegenden Stoffmengen so aufeinander

abgestimmt werden, daß der in den Reaktions-

Die Reaktionsprodukte aus dem Staubvergaser produkten der S taub vergasung gegebenenf alls noch

werden bei ihrem Durchgang durch das Koksbett auf enthaltene Brennstoff restlos vergast, der stückige

eine Temperatur von 700° C gekühlt. Die mit dieser 50 Brennstoff vollständig oder teilweise entgast, seine

Temperatur aus der Leitung 47 austretenden Nutz- festen Entgasungsrückstände teilweise vergast und

gase werden anschließend einem Zyklon zwecks Ent- seine flüchtigen Bestandteile zersetzt werden, und

fernung des Staubes und danach einem sie kühlenden aus dem unteren Teil des Brennstoffbettes das

Dampfkessel zugeführt. Brenngas und der koksartige Brennstoff abgezogen

Für den Schachtvergaser kann auch Koks verwen- 55 werden,

det werden, ferner Anthrazit, Förderkohle, Holzkohle, 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-Schwelkoks od. dgl. Im allgemeinen wird die Anord- zeichnet, daß der koksartige Brennstoff wenigstens nung des Schachtvergasers so getroffen, daß sich der teilweise verbrannt und die dabei entstehenden feste Brennstoff von oben nach unten bewegt. Diese heißen Rauchgase zur Überhitzung des Wasser-Art der Bewegung ist aber nicht unbedingt erforder- 60 dampfes für die Staubvergasung sowie zur Vorlich. Es sind auch Abweichungen von dieser Bewe- entgasung des stückigen bituminösen Brennstoffes gungsrichtung möglich, vorausgesetzt, daß sich die verwendet werden.

heißen Reaktionsprodukte aus der Staubvergasung

gleichsinnig mit dem Brennstoff in dem Schachtbett In Betracht gezogene Druckschriften:

bewegen. 6₅ Deutsche Patentanmeldung ρ 32008 V/24 e D (be-

Die Menge Sauerstoff für die Staubvergasung soll kanntgemacht am 30. 11. 1950);

so groß sein, daß wenigstens 50 bis 60% des Kohlen- französische Patentschrift Nr. 320 769;

stoffgehaltes der eingesetzten Staubkohle, Vorzugs- USA.-Patentschrift Nr. 2 126 150.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©i09 679/183 11.55