DE1950194A1 - Gasification of solid water contg fuels - Google Patents
Gasification of solid water contg fuelsInfo
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Abstract
Description
Vergasung fester Brennstoffe Nach dem entwickelten Verfahren werden zerkleinerte Brennstoffe in Wasser erhitzt und folgend mit dem aus dem Wasser entwickelten Dampf vergast.Gasification of solid fuels According to the developed process will be Crushed fuel is heated in water and then developed with the fuel developed from the water Steam gasified.
In dem Verfahren werden vorzugsweise wasserreiche Brennstoffe eingesetzt, darunter die Braunkohle mit einem Wassergehalt von ca. 60% und die bei dem Abbau der Steinkohle anfallende Feinkohle, die mittels Wasserstrkll abgebaut und im Wasserstrom gefördert wird, oder auch die restliche Kohle, die in dem Waschprozeß bei der Aufbereitung der Förderkohle anfällt und in der AuSbereitung Schwierigkeiten bereitet. Eingeschlossen ist Ölschiefer, der feinzerkleinert oder nassvermahlen in den Verfahrensprozeß geleitet wird.Water-rich fuels are preferably used in the process, including the lignite with a water content of approx. 60% and that of the mining The fine coal accruing from the hard coal, which is broken down by means of water currents and in the water flow is promoted, or the remaining coal that is used in the washing process during processing the coal is produced and causes difficulties in processing. Locked in is oil shale, which is finely crushed or wet-milled and fed into the process will.
Bekannt sind Versuche mit Braunkohle und Torf - veröffentlicht am 23.1.52, Brennstoff-Chemie, Prof. Terres -, die sich auf die Abscheidung des im Brennstoff kolloid gebundenen Wassers und die Inkohlung der Brennstoffe richten. Die Versuche wurden in einem Temperaturgebiet zwischen 250 und 3ovo0 C unter dem zugehörigen Sättigungsdruck des-Wassers von ca. 35 bis 9o at durchgefühtt und dabei die Vergasung eines Teiles der festen Substanz der Brennstoffe beobachtet.Experiments with lignite and peat are known - published on 23.1.52, fuel chemistry, Prof. Terres - on the deposition of the im Fuel colloidly bound water and the carbonization of the fuels set up. The tests were carried out in a temperature range between 250 and 3ovo0 C below the associated saturation pressure of the water of approx. 35 to 9o at carried out and thereby the gasification of part of the solid matter of the fuels was observed.
Im Verlaufe eigener Arbeiten und Versuche auf diesem Gebiet wurde festgestellt, daß die Vergasung der Brennstoffe im Wasser nur danneintritt, wenn dem unter dem Sättigungsdruck hocherhitzten Wasser weitere Wärme zugeführt wird, die eine Dampfbildung zur Folge hat. Der Übergang des Wassers aus der flüssigen in die dampfförmige Phase wird - dann von dem in feinzerkleinertem Zustand in das Wasser geleiteten Brennstoff eingeleitet, Die Brennstoffteilchen bilden den Kern entstehender Dampfblasen, die in ruhendem Wasser an die Oberfläche steigen und die Brennstoffteilchen mitfithren, Dieser Vorgang wird durch das in dem Brennstoff vorhandene kolloid und chemisch gebundene Wasser unterstützt.In the course of my own work and experiments in this area, found that the gasification of the fuels in the water only occurs when further heat is supplied to the water heated to a high temperature under the saturation pressure, which results in the formation of steam. The transition of the water from the liquid into the vapor phase - then from the finely crushed state into the Water-borne fuel is introduced, the fuel particles form the core resulting vapor bubbles which rise to the surface in still water and which With fuel particles, this process is caused by what is present in the fuel supports colloid and chemically bound water.
In der Verweilzeit der Brennstoffteilchen in den Dampfblasen stehen dieselben unter der Einwirkung des Wasserdampfes, dessen Sauerstoff nach der endotherm verlaufenden Wasser gasreaktion C + 2H20 -- C02 + 2H2, oder bei einer höheren Temperatur C + H20 -- CO + H2 mit dem Kohlenstoff reagiert.Stand in the dwell time of the fuel particles in the vapor bubbles the same under the action of water vapor, the oxygen of which is endothermic running water gas reaction C + 2H20 - C02 + 2H2, or at a higher temperature C + H20 - CO + H2 reacts with the carbon.
Für den Ablauf der Wassergasreaktion werden theoretisch 1,5 kg Dampf åe kg Reinkohle benötigt, aber praktisch die zwei- bis dreifache Menge.Theoretically, 1.5 kg of steam are required for the water gas reaction to proceed åe kg of pure coal are required, but practically two to three times the amount.
Neben der Vergasung des Kohlenstoffes verläuft in einem höheren Temperaturgebiet die Vergasung der aus dem Bitumen des Brennstoffes entwickelten Kohlenwasserstoffe. Dieser Vorgang erfordert besondere Maßnahmen hinsichtlich der möglichen Störungen im Ablauf des Verfahrens infolge des plastischen Zustandes der Bitumen vor dem Übergan-g in den dampf förmigen Zustand. Dieser Übergang erfolgt in dem Temperaturbereich von ca. 450o C, dann werden die Bitumen in dem Kohlenstoffskelett der Brennstoffe gelöst. Wird in diesem Abschnitt des Verfahrens überschüssige Wärme für die Verdampfung der sich bildenden Kohlenwasserstoffe auf die Brennstoff teilchen übertrage7l5 dann gehen die Kohlenwasserstoffe aus dem festen Zustand ohne eine merkbare Zustands a.nderumg in den dampfförmigen Zustand über. Ein Teil die--r Was^me wird durch die in dem Temperaturbereich von 4500 C schnell und exotherm verlaufenden Reaktionen zwischen dem in den Brennstoffen gebundenen Sauerstoff und dem C und H des Brennstoffes gedeckt.Besides the gasification of the carbon takes place in a higher temperature area the gasification of the hydrocarbons developed from the bitumen of the fuel. This process requires special measures with regard to possible malfunctions in the course of the procedure due to the plastic state of the bitumen before the transition in the steam-shaped state. This transition occurs in the temperature range of about 450o C, then the bitumen will be in the carbon skeleton of the fuel solved. This section of the process uses excess heat for evaporation The hydrocarbons formed are then transferred to the fuel particles the hydrocarbons go out of the solid state without any noticeable state alternately in the vaporous state. Part of the - r Was ^ me is made by the in the temperature range of 4500 C rapid and exothermic reactions between the oxygen bound in the fuel and the C and H of the fuel covered.
Aufgrund der in durchgeführten Versuchen gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Verfahren entwickelt, nach dem die Brennstoffe bei Ausnutzung des von den Brennstoffen mitgeführten Wassers auf eine wirtschaftliche Art vergast werden können. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der feinzerkleinerte Brennstoff mit Wasser gemischt und das Wasser-Brennstoffgemisch in eine Strömung versetzt, die vorzugsweise in vertikaler Richtung verläuft, und das Wasser sowie der mitgeführte Brennstoff auf dem Strömungsweg auf eine Siedetemperatur von loo bis ca. 3000 e unter dem Sättigungsdruck des Wassers erhitzt und weitere Wärme im Verlauf der Strömung für die Dampfbildung und Vergasung der vom Dampf mitgeführten Brennstoffteilchen zugeführt, die in dem Temperaturgebiet zwischen 500 und ca. 11ovo C vergast werden, wobei die Wärme in einem Wärmeaustauscher mittels heißer Gase oder unmittelbar durch Strahlung auf das Wasser bezw. den Dampf und den Brennstoff übertragen wird.On the basis of the knowledge gained in tests carried out, was a process developed according to which the fuels when utilizing the from the fuels entrained water can be gasified in an economical way. After this According to the method according to the invention, the finely comminuted fuel is mixed with water and the water-fuel mixture is placed in a flow which is preferably in vertical direction, and the water and the fuel carried on the flow path to a boiling temperature of loo to approx. 3000 e below to the Saturation pressure of the water is heated and further heat in the course of the flow for the steam formation and gasification of the fuel particles carried along by the steam are added, which are gasified in the temperature range between 500 and approx. 11ovo C, with the Heat in a heat exchanger by means of hot gases or directly by radiation on the water respectively. the steam and fuel is transferred.
Damit beherrscht man den Ablauf der verschiedenen Vorgänge im Verlauf der Vergasung und gewinnt Einfluß auf die Zusammensetzung der entwickelten Gase.This is how you master the sequence of the various processes in the course of the process the gasification and gains influence on the composition of the evolved gases.
Das Verfahren kann so geführt werden, daß die Kohlenwasserstoffe dampfförmig aus dem Verfahrensprozeß abgeleitet werden. Das Wasser-Brennstoffgemisch wird dann zweckmäßig auf eine Temperatur von ca. 2500 C unter dem Sättigungsdruck des Wassers, 35 at, erhitzt und im Verlaufe der Strömung weitere Wärme zugeführt, die das Wasser in Dampf verwandelt und den Dampf auf eine Temperatur von ca. 500° C überhitzt. Unter diesem Temperatur-Druckverhältnis wird das Bitumen der vom Dampf getragenen Brennstoffteilchen in dampfförmige Kohlenwasserstoffe verwandelt, die von dem aus der Wassergasreaktion entwickelten Gas, in der Zusammensetzung H + C02, durch Kondensation getrennt werden können.The process can be carried out in such a way that the hydrocarbons are in vapor form can be derived from the procedural process. The water-fuel mixture is then expediently to a temperature of approx. 2500 C below the saturation pressure of the water, 35 at, heated and in the course of the flow further heat is added to the water transformed into steam and superheated the steam to a temperature of approx. 500 ° C. Under this temperature-pressure ratio, the bitumen becomes that carried by the steam Fuel particles are converted into vaporous hydrocarbons, which from the the water-gas reaction evolved gas, in the composition H + C02, by condensation can be separated.
Wird der entwickelte Wasserdampf auf 600 bis 8ovo0 0 überhitzt, dann werden die mit dem Dampf in einer Mischung auftretenden höhersiedenden KQhlenwasserstoffe gespalten und mit den bereits vorhandenen niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen in gasförmige Kohlenwasserstoffe verwandelt.If the developed water vapor is superheated to 600 to 8ovo0 0, then the higher-boiling hydrocarbons that appear in a mixture with the steam split and with the already existing low-boiling hydrocarbons in transformed into gaseous hydrocarbons.
Das entwickelte Gas hat dann eine Zusammensetzung, in der neben II + CO + C°2 gasförmige Kohlenwasserstoffe mit einem Anteil Olefine auftreten.The gas evolved then has a composition in which, in addition to II + CO + C ° 2 gaseous hydrocarbons with a proportion of olefins occur.
Ein Gas mit einem sehr hohen Heizwert wird erzeugt, wennder entwickelte Wasserdampf und damit die mitgeführten Kohlenwasserstoffe auf ca. ioooO C überhitzt werden. Im Verlaufe der Erhitzung bildet sich nach der exotherm verlaufenden Reaktion C + 2H2 -- CH4 Bei der Durchführung des Prozesses unter Druck wird die Methanbildung gefördert und das entwickelte Gas, in der Zusammensetzung lt + CO + CH4, kann nach einer Druckwäsche als Ferngas weitergeleitet werden.A gas with a very high calorific value is generated when it evolves Water vapor and thus the carried Hydrocarbons to approx. ioooO C are overheated. In the course of the heating, the exothermic is formed ongoing reaction C + 2H2 - CH4 When carrying out the process under pressure the methane formation is promoted and the gas evolved in the composition lt + CO + CH4, can be forwarded as remote gas after a pressure wash.
Die angestrebte schnelle und restlose Vergasung des Brennstoffes ist in hohem Maße von der Übertragung der in dem Verfahrensprozeß benötigten Wärme auf das Vergasungsmittel und den Brennstoff abhängig. Man erreicht eine stetige und wirkungsvolle Übertragung der Wärme, wenn die Menge des zu behandelnden Wasser-Brennstoffgemisches in eine Vielzahl einzelner Ströme aufgeteilt und der Strömungsweg durch beheizte Wände begrenzt wird. Dann kann die auf dem Strömungsweg benötigte Wärme den Erfordernissen entsprechend von den Wänden auf die strömenden Medien übertragen werden.The desired rapid and complete gasification of the fuel is to a large extent from the transfer of the heat required in the process process the gasification agent and the fuel. One reaches a steady and Effective heat transfer when the amount of water-fuel mixture to be treated divided into a multitude of individual streams and the flow path through heated Walls is limited. Then the heat required on the flow path can meet the requirements be transferred accordingly from the walls to the flowing media.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens mit Erhitzung des Wasser-Brennstoffgemisches durch heiße Gase über einen Wärmeaustauscher, Fig. 2, 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens mit Erhitzung des Wasser-Brennstoffgemisches durch Strahlungswärme-und zwar Fig. 2 einen Längsschnitt nach Linie II - II, Pig. 3 einen Querschnitt nach Linie III - III und Pig. 4 einen Schnitt durch die ringförmig angeordneten Kanäle nach Linie IV - IV als gerade Strecke dargestellt.Fig. 1 shows an embodiment of the method with heating of the water-fuel mixture through hot gases via a heat exchanger, Fig. 2, 3 and 4 show an embodiment of the method with heating of the water-fuel mixture by radiant heat - namely Fig. 2 is a longitudinal section along line II-II, Pig. 3 shows a cross section along line III - III and Pig. 4 a section through the annular arranged channels along line IV - IV shown as a straight line.
In der Ausführung des Verfahrens nach Fig. 1 wird die Menge des zu behandelnden Wasser-Brennstoffgemisches in dem zylindrischen Behälter 1, der zentral in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, in kleinere Mengen aufgeteilt, die den unteren Teil der Rohrschleifen 3 in flüssigem und den nach oben führenden Teil der Schleifen in dampfförmigem Zustand durchströmen. Die Rohrschleifen sind mit dem oberen Teil so an den Behälter 4 angeschlossen, daß die tangential in den Behälter einstromenden Gase in dem Raum eine kreisende Bewegung ausführen, in deren Verlauf die restlichen Brennstoffteilchen vergasen und die von dem Brennstoff mitgeführte Asche abgeschieden wird, Das bei 5 austretende Gas wird durch den Wärmeaustauscher 10 geleitet und die in dem Prozeß von dem Gas aufgenommene Warme auf das in den Prozeß geführte Wasser-Brennstoffgemisch übertragen.In the execution of the method according to FIG. 1, the amount of to treating water-fuel mixture in the cylindrical container 1, the central is arranged in the housing 2, divided into smaller quantities, the lower Part of the pipe loops 3 in liquid and the upward part of the loops flow through in a vaporous state. The pipe loops are with the top part so connected to the container 4 that the tangentially flowing into the container Gases in the room perform a circular motion, in the course of which the remaining Gasify fuel particles and separate the ash carried along by the fuel The gas emerging at 5 is passed through the heat exchanger 10 and the heat absorbed by the gas in the process on that conducted into the process Transfer water-fuel mixture.
Durch die Spiegelhöhe des Wasser-Brennstorfgemisches in dem Behälter 1 wird die Behandlung des Gemisches in flüssigem Zustand begrenzt. Die Rohrschleifen zeigen an dieser Stelle 8 eine Vergrößerung des Querschnittes, die dem Volumen des entwickelten Dampfes entspricht. Die Geschwindigkeit desselben ist so gewählt, daß die Brennstoffteilchen mitgeführt werden. In der von dem Gemisch in flüssigem Zustand durchströmten Behandlungsatrecke hat das Gemisch eine Geschwindigkeit von ca. 2 m/sec, dann vermeidet man Ablagerungen der Festatoffe.By the level of the water-fuel peat mixture in the container 1, the treatment of the mixture in the liquid state is limited. The pipe loops show at this point 8 an enlargement of the cross section, which corresponds to the volume of the evolved vapor. The speed of the same is chosen so that the fuel particles are carried along. In the liquid state of the mixture The mixture has a speed of approx. 2 in the treatment path through which it flows m / sec, then one avoids deposits of solid matter.
Das Verfahren verläuft unter einem Druck von ca. 35 at, das ist der Sättigungsdruck des Wassers bei einer Temperatur von ca. 250° C. Das Wasser-Brennstoffgemisch wird mittels Pumpe 9 durch das Rohrsystem des Wärmeaustauschers 10 in die Schleuse 11 geleitet und von dort mittels Pumpe 12, die unter dem Betriebsdruck von 35 at steht, durch einen dem Behälter 1 entnommenen Spülstrom, aus den Kammern der Schleuse 11 durch den Wärmeaustauscher 10 in den Behälter 2 gefördert. In kleineren Mengen auf die Rohrschleifen verteilt, durchströmt das Gemisch die Rohrachleifen bis zur Marke 13 in flüssigem Zustand und erreicht dabei eine Temperatur von ca. 2500 C. Es folgt dann die Verwandlung des Wassers in Dampf und bei stetiger Wärme zuführung die Überhitzung desselben auf ca. 5000 C. Bei dieser Temperatur sind die aus den Bitumen des Brennstoffes entwickelten Kohlenwaserstoffe dampfförmig und können von dem entwiokelten Gas, bestehend aus H + CO2, durch Kondensation getrennt we rd e n.The process takes place under a pressure of approx. 35 at, that is the Saturation pressure of the water at a temperature of approx. 250 ° C. The water-fuel mixture is by means of pump 9 through the pipe system of the heat exchanger 10 in the lock 11 and from there by means of pump 12, which is operated under the operating pressure of 35 at stands, through a flushing stream taken from the container 1, from the chambers of the lock 11 conveyed through the heat exchanger 10 into the container 2. In smaller quantities Distributed over the pipe loops, the mixture flows through the pipe loops up to Mark 13 is in a liquid state and reaches a temperature of approx. 2500 C. This is followed by the transformation of the water into steam and with a constant supply of heat the overheating of the same to about 5000 C. At this temperature are those from the Bitumen of the fuel evolved hydrocarbons in vapor form and can from the evolved gas, consisting of H + CO2, is separated by condensation n.
Wird der Wasserdampf auf eine Temperatur von ca. 800° C überhitzt, dann treten die Kohlenwasserstoffe neben dem entwickelten Gas, H - CO, gasförmig auf mit einem Anteil Olefine.If the steam is overheated to a temperature of approx. 800 ° C, then the hydrocarbons appear next to the evolved gas, H - CO, in gaseous form with a proportion of olefins.
Bei der Durchführung des Verfahrens in dem emperaturgebiet von 500 bis 8000 C hat die Wandung der Rohrschleifen eine Temperatur von ca. 600 bis 9000 C. In diesem Abschnitt erfolgt die Wärmeübertragung auf das Vergasungsmittel und die Brennstoffteilchen durch Konvektion und Strahlung, so daß der Verfahrensprozeß bei der stetigen Wärmezuführung durch hochtemperierte Spülgas sehr schnell verläuft, bei einer praktisch restlosen Vergasung des Brennstoffes.When carrying out the procedure in the temperature range of 500 up to 8000 C, the wall of the pipe loops has a temperature of approx. 600 to 9000 C. In this section the heat is transferred to the gasifying agent and the fuel particles by convection and radiation, so that the procedural process runs very quickly with the constant supply of heat through high-temperature purging gas, with a practically complete gasification of the fuel.
In der Ausfahrung des Verfahrens nach Fig. 2, 5 und 4-wird das zu behandelnde Wasser-Brennstoffgemisch in den Behälter 16 geleitet, der in dem oberen Teil des Gehäuses 17 angeordnet ist. In dem ringförmigen Boden 18 des-Behälters sind segmentförmige, gelochte Bleche vorgesehen, durch die das Wasser-Brennstoffgemisch in eine Vielzahl feiner Strahlen 19 aufgeteilt wird, die im freien Fall die Behandlungsstrecke durchströmen.In the embodiment of the method according to FIGS. 2, 5 and 4 this becomes true treated water-fuel mixture passed into the container 16, which is in the upper Part of the housing 17 is arranged. In the annular bottom 18 of the container segment-shaped, perforated sheets are provided through which the water-fuel mixture is divided into a plurality of fine beams 19, which in free fall the treatment path flow through.
Der Strömungsweg des Vergasungsmittels ist durch die Wände 20 begrenzt, welche die in dem Vergasungsprozeß benötigte Wärme ausstrahlen. Die Wände können elektrisch beheizt werden, wie gezeichnet, oder auch durch hochtemperierte Gase.The flow path of the gasification agent is limited by the walls 20, which radiate the heat required in the gasification process. The walls can be electrically heated, as shown, or by high-temperature gases.
Das Wasser wird in der Fallstreclce in Dampf verwandelt und die hierfür benötigte Wärme von den Strahlungsflächen, die über 10000 C erhitzt sind, auf das in Strahlen aufgeteilte Wasser-Brenns-toffgemisch übertragen. Der in der Pallstrecke entwickelte Darnpf strömt nach unten und wird, nach erfolgter Umlenkung, mit den Breunstoffteilohen durch die Kanäle 21 nach oben geleite-t und auch auf diesem Wege durch die von den Kanalwiinden ausgehencie StrAllungswärme auf ca. logo0 C erhi-tzt. Dabei entwickelt sich ein Gas in der Zusammensetzung ff + CO + CH4.The water is converted into steam in the fall and the steam for this required heat from the radiant surfaces, which are heated above 10000 C, to the water-fuel mixture divided into rays. The one in the Pall range Developed bowel flows downwards and, after it has been redirected, becomes with the Breunstoffteilohen guided up through the channels 21 and also in this way heated by the radiant heat emanating from the canal windings to approx. A gas with the composition ff + CO + CH4 develops.
Der Prozeß wird zweckmäßig unter einem Druck von ca. 35 at durchgeführt. Das Wasser-Brennstoffgemisch wird mittels Pumpe bei 22 in den Verteiler 29 gefördert und strömt durch die Rohre 24 in den Behälter 16. Das auf dem vorbeschriebenen Weg entwickelte hochtemperierte Gas wird bei 25 nach innen abgelenkt und durch den Wärmeaustauscher 26 geleitet, in dem das Gas die in dem Prozeß aufgenommene Wärme auf das in den Prozeß geleitete Wasser-Brennstoffgemisch übertr;=tgt. Das erzeugte Gas kann nach der Abscheidung der Ballaststoffe, restlicher Wasserdampf, Kohlensäure, Schwefelwasserstoff, unter dem Betriebsdruck als Ferngas weitergeleitet werden.The process is expediently carried out under a pressure of approx. 35 atm. The water-fuel mixture is conveyed into the distributor 29 by means of a pump at 22 and flows through the tubes 24 into the container 16. That on the route described above Developed high-temperature gas is deflected inward at 25 and passed through the heat exchanger 26 passed, in which the gas transfers the heat absorbed in the process to the Process-directed water-fuel mixture transmits = tgt. The generated gas can after the separation of fiber, residual water vapor, carbonic acid, hydrogen sulfide, forwarded as remote gas under the operating pressure.
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