DE2312283A1 - Zweistufige vergasung von kohle mit forciertem mischen der reaktionsteilnehmer - Google Patents

Zweistufige vergasung von kohle mit forciertem mischen der reaktionsteilnehmer

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Description

■b
PATENTANWÄLTE £ 3 1 2 2 Q
DipL-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dlpl.-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD -Dr. D. GUDEL
281134 β FRANKFURT AM MAIN
TELEFON C0611)
287014 GR. ESCHENHEIMER STRASSE 3Θ
SK/SK
raf. 4444
Bituminous Coal Research, Inc. 350 Hochberg Road
Monroeville, Pa. / U S A
Zweistufige Vergasung von Kohle mit forciertem Mischen der Reaktionsteilnehmer
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mit Methan angereicherten Treibstoff- bzw. Brenngases ("fuel gas") durch eine zweistufige Vergasung von Kohle mit forciertem schnellem Mischen der Reaktionsteilnehmer in jeder Stufe.
Mit Methan angereichertes Brenngas wird durch ein zweistufiges Vergasungsverfahren hergestellt, in welchem fein zerteilte Kohle und Wasserdampf in der zweiten Stufe mit Synthesegas aus der ersten Stufe bei Temperaturen
("char") über 87Q°C. und Drucken über 50 at zur Bildung von verkohltem Material/und einem Wasserstoff, Methan und Kohlenoxide enthaltenden Produktgas umgesetzt werden. Verkohltes Material und Produktgas werden abgezogen und abgetrennt,
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und das Produktgas wird anschließend zur-Entfernung der Kohlenoxide und anderen Verdünnungsmittel behandelt und schließlich zur Bildung eines methanreichen Brenngases methaniert. Das verkohlte Material wird zur ersten Ver— gasungsstufe zwecks Reaktion mit Wasserdampf und Sauerstoff bei Temperaturen über 1370 C. und Drucken über 50 at zurückgeführt und liefert ein Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltendes Synthesegas zur Reaktion in der zweiten Vergasungsstufe. Ein Teil des verkohlten Materials, das einen niedrigen Schwefelgehalt hatr kann.zur Bildung von Verfahrensenergie verbrannt werden.
durch ihr Gewicht Die in den Reaktionen der ersten und zweiten Stufe gebildete Asche sinkt^ mindestens teilweise als geschmolzene Schlacke, zu den unteren Abschnitten des Reaktors der ersten Stufe ab, wo Asche und Schlacke abgekühlt und aus dem Verfahren entfernt wrerden.
Das oben beschriebene zweistufige Vergasunsgsverfahren wurde von der Bituminous Coal Research, Inc., Pittsburgh, Pa., USA ( BCR) entwickelt. Das Verfahren ist in einer Veröffentlichung des Innenministeriums,-Office of Coal Research (OCR) aus dem Jahre 1965 mit dem Titel "Gasgenerator-Forschung und -Entwicklung, Übersicht und Auswertung" beschrieben. Außerdem ist das Verfahren in einer Computer-Studie mit dem Titel "Computer-Studie zweistufiger Reaktionen im BCR Zwei—Stufen-Überdruck—Vergasungsverfahren" beschrieben, die beim nationalen Treffen der American Chemical Society, Abteilung Brennstoffchemie, Chicago, 111., im September 1967 vorgelegt wurde.
Die vorliegende Erfindung besteht nun in einem Verfahren zur zweistufigen Vergasung von Kohle zur Bildung eines methanreichen Brenngases. In der ersten Stufe läuft aus dem Verfahren zurückgeführtes verkohltes Material praktisch aufwärts mit Wasserstoff und Sauerstoff und reagiert unter Bildung eines
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Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltenden Synthesegases. In der zweiten Stufe läuft das Synthesegas der ersten Stufe aufwärts und reagiert mit Kohle und Wasserdampf unter Bildung von verkohltem Material der zweiten Stufe, das mit dem Methan, Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltenden Produktgas der zweiten Stufe mitgeführt wird. Temperaturen, Drucke, Gasgeschwindigkeiten und Verweilzeiten der Feststoffe in der .ersten und zweiten Stufe werden so eingestellt, daß man eine Vergasung von verkohltem Material* und ein Schmelzen der Asche zu Schlacke in der ersten Stufe sowie eine schnelle Reaktion der Kohle mit den Produkten der ersten Stufe durch schnelles Mischen der beiden Ströme erreicht, wodurch ein schnelles Erhitzen der Kohle auf eine Temperatur oberhalb ihres Plastizjtätsbereiches in der zweiten Stufe sichergestellt wird. Zwischen der ersten und zweiten Stufe wird das Synthesegas durch eine begrenzte Mischsstufe geführt, und Kohle und Wasserdampf werden in die Mischstufe aufwärts in flichtung zur zweiten Stufe zum schnellen Mischen und Umsetzen von Kohle und Wasserdampf mit dem Synthesegas eingeführt. Die Mischstufe hat ein wesentlich geringeres Querschnittsgebiet als der Guerschittsgebiet der kleineren der ersten und zweiten Stufe, um die die zweite Stufe aus der ersten Stufe betretenden Feststoffe und Gase durch die Mischstufe zu trennen. Verkohltes Material und Produktgas der zweiten Stufe werden getrennt, und das Produktgas wird gereinigt und zur Bildung des gewünschten Brenngases methaniert, während das abgetrennte verkohlte Material zur ersten Stufe zurückgeführt wird. Die geschmolzene, mit verkohlten Material gemischte, in der ersten Stufe gebildete Schlacke wird daraus mit geregelter Geschwindigkeit entfernt, um eine ausreichende Verweilzeit von Schlacke und gemischtem verkohltem Material sicherzustellen, damit eine Vergasung des verkohlten Materials der ersten Stufe in der Schlacke möglich und das Absinken des verkohlten Materials aus der ersten Stufe in die Sohlackenabschreckstufe unterhalb der ersten Stufe begrenzt wird. Das zurückgeführte verkohlte Material
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wird mit Wasserdampf in einem Wirbelbett gewaschen, um Produktgas der zweiten Stufe und Verunreinigungen vom verkohlten Material zu entfernen, das dann unter hohem Druck mit Wasserdampf zur ersten Stufe zurückgeführt wird.
Der Durchgang des Synthesegases durch die Mischstufe mit Kohle und Wasserdampf zur zweiten Stufe ermöglicht ein schnelles Erhitzen der Kohle zur Erzielung einer hohen Methanausbeute in schneller Reaktion. So erreicht man eine hohe Kohlenstoffausnutzung bei geringen Sauerstofferfordernissen. Die Rückführung des wasserdampfgewaschenen verkohlten Material mit Wasserdampf bei sehr hohen Drucken zur ersten Stufe verringert die Menge des in die erste Stufe eingeführten, wasserstoffreichen Gases und erhöht dadurch die Wirksamkeit der Reaktion des verkohlten Materials mit Wasserdampf und Sauerstoff unter Bildung einer größeren Methanausbeute und Kohlenstoffausnutzung mit niedrigem Sauerstoffverbrauch.
Die beiliegende Zeichnung ist eine diagrammatische Darstellung der Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der vorliegenden Anmeldung bedeutet die Bezeichnung "Kohle" jedes kohlenstoffhaltige' Material einschließlich aller Sorten von Kohle, Lignit usw.
Die Bezeichnung "Vergasung" bedeutet das Erhitzen der Kohle in Anwesenheit reagierender Mittel, wodurch der gesamte oder ein Teil des flüchtigen Anteil der Kohle freigesetzt und der Kohlenstoff im verbleibenden verkohlten Material mit diesen Reaktionsmitteln oder mit anderen, im Vergasungsverfahren anwesenden Reaktionsteilnehmern umgesetzt wird.
Die Bezeichnung "Produktgas" bedeutet ein methanhaltiges Gas, wie z.B. das in der· zweiten Stufe des hier beschriebenen zweistufigen Vergasungsverfahrens gebildete Gas.
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In der Zeichnung hat ein zweistufiges Vergasungsgefäß 10 einen unteren Teil 12 und einen oberen Teil 14. Die erste Stufe des Vergasungsverfahrens erfolgt im unteren Gefäßanschnitt 12, während die zweite Stufe im oberen Abschnitt erfolgt. Der untere Abschnitt 12 des Vergasungsgefäßes wird auch als erste Vergasungsstufe oder —zone von Gefäß 10 bezeichnet; der obere Abschnitt 14 wird auch als zweite Vergasungsstufe oder -zone des Vergasungsgefäßes 10 bezeichnet. Der untere Abschnitt 12 hat einen oberen, abgestumpten konischen Teil 16 und einen unteren abgestumpften konischen Teil 18. Die sich abwärts
verengenden Wände des unteren abgestumpten Teiles 18 laufen zusammen und bilden das Schlackenentfernungsgebiet oder -ausgang 20. Die aufwärts sich verengenden konischen Wände des oberen Teiles 16 der ersten Stufe 12 laufen zusammen und bilden einen Hals 22 zwischen dem oberen Gefäßabschnitt 14 und dem unteren Abschnitt 12. Sowohl der Schlackenausgang 20 als auch der Hals 22 haben ein wesentlich geringeres Querschnittsgebiet als der Querschnittsgebiet des zentralen oder mittleren Teil des unteren zylindrischen Gefäßabschnittes 12.
Das aus dem Verfahren zurückgeführt^ mit Wasserstoff bei hohem Druck gemischte verkohlte Material wird in den unteren Gefäßabschnitt 12 durch Leitung 24 eingeführt und mit Sauerstoff umgesetzt, der in den unteren Gefäßabschnitt 12 durch geeigneten Leitungen 26 bzw. 28 eingeführt wird. Verkohltes Material, Sauerstoff und Wasserdampf werden mit hoher Geschwindigkeit und in solcher Weise in die erste Stufe eingeführt, daß sich ein schnelles Mischen und Reagieren der Reaktiansteilnehmer ergibt und man eine rotierende Bewegung der als Wirbel aufwärts durch den unteren Gefäßabschnitt 12 laufenden Reaktionsteilnehmer erhält. Die Reaktion im unteren Gefäßabschnitt 12 ist die erste Stufe des Vergasungsverfahrens und liefert ein Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltendes Synthesegas, das aufwä^f*. durch den HaLs Zl ΙΛ den oberen Gefäßabschnitt iq JdLuff
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Die physikalischen Reaktionsbed'lngungen in der ersten Verfahrensstufe werden so eingestellt, daß man eine schnelle Vergasung des verkohlten Materials bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt der durch Vergasung des verkohlten Materials gebildeten Asche erzielt und so aus der geschmolzenen Asche eine geschmolzene Schlacke mit einer Schlackenviskosität nicht über etwa 50 poises erhält. Die Temperatur in der ersten Stufe sollte zwischen etwa 1205-2095°C". vorzugsweise zwischen etwa 1315-176Q C.-gehalten werden. Der Druck in der ersten Verfahrensstufe sollte zwischen etwa 35—140 atü, vorzugsweise zwischen 52—-105 atü, gehalten werden. Die Geschwindigkeit der durch die erste Stufe laufenden Gase sollte zwischen etwa 0,6—3,6 m/sec, vorzugsweise zwischen etwa 1,5—3,0 m/sec, gehalten werden. Die Verweilzeit des verkohlten Materials in der ersten Vergasungsstufe sollte zwischen etwa 0,5—5,0 Sekunden, vorzugsweise zwischen etwa 1,0-3,0 Sekunden, betragen. . '
Bei den Reaktionstemperaturen in der ersten Stufe im unteren Gefäßabschnitt 12 schmilzt die durch Vergasung des verkohlten Materials dort gebildete Asche und bildet geschmolzene Schlacke, die durch die erste Stufe im rotierenden, sich aufwärts bewegenden Wirbel von Gasen und verkohltem Material, die durch den unteren Gefäßabschnitt 12 aufsteigen, transportiert wird. Die den aufsteigenden Reaktionsteilnehmern in der ersten Stufe verliehene Rotation bewirkt, daß sich Teilchen der geschmolzenen Schlacke an der Wand 30 des Reaktors im unteren Gefäßabschnitt 12 sammeln. Die Reaktorwand 30 des unteren Abschnittes 12 ist zur Verstärkung der Schlackenakkumulxerung wassergekühlt.
Teilchen des teilweise vergasten verkohlten Materials werden mit den Teilchen der geschmolzenen Schlacke mitgeführt, die sich auf der wassergekühlten Wand 30 des unteren Reaktorabschnittes 12 akkumulieren. Das mit der geschmolzenen Schlacke mitgeführte verkohlte Material auf der Reaktorwand wird mit dem Sauerstoff und Wasserdampf vergast, die aufwärts durch den unteren Gefäßabschnitt 12
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steigen. Es ist zweckmäßig, die Schlacke während der ersten Stufe des Vergasungsverfahrens in geregelter Weise zu entfernen, damit die Akkumulierung einer übermäßigen Schlaekenmenge die Reaktion in der ersten Stufe nicht stört, wobei man gleichzeitig eine solche Verweilzeit der mit dem verkohlten Material mit*sgeführten Schlacke in der ersten Stufe aufrechterhält, die eine Vergasung des verkohlten Materials in der Schlacke vor Entfernung der letzteren
in
ermöglicht wird. Die gereglete Entfernung des verkohlten Materials aus der ersten Verfahrensstufe ist auch zweckmäßig, um das Absinken wesentlicher Menge/i von nicht umgesetztem verkohltem Material aus dem unteren Gefäßabschnitt in das unterhalb des Vergasungsgefäßes 10 angebrachte Schlackenabschreckgefäß 32 zu verhindern und so das verkohlte Material zur Verwendung im Verfahren verfügbar zu halten. Dieses Ziel erreicht man durch Abziehen eines Teils der das verkohlte Material enthaltenden, geschmolzenen Schlacke, wenn diese abwärts entlang der Wände 3D des unteren Gefäßabschnittes 12 sinkt. Der untere abgestumpfte Teil 18 des unteren Reaktorabschnittes 12 ist konisch abgestumpft und verengt sich zur Bildung eines Schlackenentfernungsausgangs 20 mit wesentlich geringerem Querschnittsgebiet als das Querschnittsgebiet des mitöeren Teil des unteren Gefäßabschnittes 12; so wird die Geschwindigkeit der Schlackenentfernung durch den Ausgang 20 geregelt und die gewünschte Verweilzeit der verkohltes Material enthaltenden Schlacke im unteren Gefäß abschnitt 12 sichergestellt sowie ein Absinken wesentlicher Mengen van verkohltem Material vom unteren Gefäßabschnitt 12 verhindert. Der abgestumpfte untere Teil 18 und der Ausgang 20 dienen als Schlackenentfernungszone im Gefäß 10. Um die gewünschte Geschwindigkeit der Schlackenentfernung durch den Ausgang 20 zu ergeben sollte dessen Querschnittsgebiet vorzugsweise weniger als 4 % des Gebietes.des zylindrischen Teils des unteren Gefäßabschnittes 12 betragen.
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Nach Entfernung durch den Schlackenausgang 20 wird die Schlacke in ein. Schlakkenabschreckgefäß 32 eingeführt und mit dem durch Leitung 34 eingeführten Wasser abgekühlt; so bildet sich eine Aufschlämmung aus Schlacke und Wasser, die sich im unteren Abschnitt des Abschreckgefäßes 32 sammelt und von dort
ι durch Leitung 36 zur Abführung aus dem System abgezogen wird.
Das Synthesegas der ersten Stufe läuft aufwärts durch den oberen konischen Teil 16 des unteren Gefäßabschnittes 12 durch den Hals 22 wo es schnell mit Kohle und Wasserdampf gemischt wird. Der Hals 22 sollte ein Querschnittsgebiet vorzugsweise unter 20 °/i des Querschnittsgebietes des kleineren der unteren und oberen Abschnitte 12 bzw. 14 des Gefäßes 10 haben, um .ein Absinken der Kohle abwärts durch den Hals gering zu halten. In der Nähe des engsten Querschnittsgebietes von Hals 22 wird überhitzter Wasserdampf aufwärts durch eine Vielzahl von Düsen 38 eingeführt, die den Hals 22 umgeben. Vorzugsweise werden mindestens 10 Wasserdampfdüsen 38 verwendet, und sie sind radial aufwärts zum· oberen Abschnitt 14 des Gefäßes 10 gerichtet, um ein Eintreten der Kohle in den Hals 22 und in den unteren Gefäßabschnitt 12 zu verhindern, wenn die erste Stufe des Vergasungsverfahrens stattfindet, und zwar ein Eintreten vom unteren Gefäßabschnitt 14, wo die zweite Stufe des Vergasungsverfahrens erfolgt. An Stellen oberhalb der Wasserdampfdüsen 38 im Hals 22 wird Kohle durch die Einlasse 40 in den Hals 22 zum schnellen Mischen mit Synthesegas und eingeführtem Wasserdampf eingeführt, die aufwärts durch den Hals 22 strömen. Der Gefäßabschnitt zur Einführung von Wasserdampf und Kohle kann auch als Mischzone bzw. -abschnitt des Gefäßes bezeichnet werden. Synthesegas, eingeführter Wasserdampf und Kohle laufen durch den Hals 22 in den unteren Teil des oberen Gefäßabschnittes 14, wo die zweite Stufe des Vergasungsver— fahrens in solcher Weise erfolgt, daß ein schneller Mischkontakt zwischen
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Kohleteilchen, Wasserdampf und Synthesegas in einem sich aufwärts bewegenden ¥i/irbel sowie eine schnelle Reaktion und wesentliche Vergasung der Kohle bei Temperaturen oberhalb des Plastizitätsbereiches derselben sichergestellt werden. Die Geschwindigkeiten der Wasserdampf— und Kohleströme aus ihren entsprechenden Düsen oder Einlassen 38 bzw. 40 in oder nahe beim Hals 22 sollte mindestens die zweifache Geschwindigkeit des Synthesegasstromes betragen, der den Hals 22 vom unteren Gefäßabschnitt 12 betritt; vorzugsweise beträgt diese Geschwindigkeit mindestens etwa 15 m/sec. Die Mischung aus Kohle, Wasserdampf und Synthesegas läuft aufwärts durch den oberen Gefäßabschnitt 14 unter Reaktion zur Bildung des Produktes der zweiten Stufe einschließlich von teilweise vergastem verkohltem Material, das im Produktgas der zweiten Stufe aus Methan, Wasserstoff und Kohlenoxiden mitgeführt wird.
Die Wand des oberen Gefäßabschnittes 14 sollte mit einem feuerfesten Material ausgekleidet sein, um den Wärmeverlust zu verringern und eine bessere Temperaturkontrolle sicherzustellen. Die physikalischen Reaktionsbedingungen in der zweiten Stufe des Vergasungsverfahrens werden so eingestellt, daß sich eine schnelle Vergasung und ein schnelles Erhitzen der Kohle oberhalb ihres Plastizitätsbereiches ergibt. In der zweiten Stufe sollte die Temperatur zwischen etwa 615-1095 C, vorzugsweise zwischen etwa 870—1040 C, gehalten werden. Der Druck sollte zwischen etwa 35-140 atü, vorzugsweise zwischen etwa
52 105 atü, gehalten werden. Die Geschwindigkeit der durch den oberen
Befäßabschnitt 14 laufenden Gase sollte zwischen etwa 0,6-3»^ rrjSsc vorzugsweise zwischen etwa 1,2-2,4 m/sec, gehalten werden. Die Verweilzeit in der zweiten Stufe sollte zwischen etwa 5,0—15,0 Sekunden gehalten werden.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es zweckmäßig, ein schnelles Mischen und Reagieren der Reaktionsteilnehmer in der ersten und zweiten Vergasungsstufe vorzusehen, wobei gleichzeitig die Verweilzeiten dort auf einem Minimum gehalten werden, um eine schnelle Reaktion der Kohle oberhalb ihres Plastizitätsbereiches und eine schnelle Vergasung des verkohlten Materials oberhalb der Schmelztemperatur der im verkohlten Material enthaltenen Asche sicherzustellen. Aus diesem Grund ist e& zweckmäßig, daß die Geschwindigkeit für jeden Reaktionsteilnehmer aus den Beschickungsdüsen für die erste und zweite Stufe so eingestellt wird, so daß diese Geschwindigkeit mindestens das Zweifache der Geschwindigkeit jedes der durch das Gefäß in der ersten und zweiten V er— fahrensstufe laufenden Reaktionsteilnehmer— und Produktströme beträgt. Die Geschwindigkeit aus den Beschickungsdüsen wird vorzugsweise zwischen etwa 9—-60 m/sec gehalten; wenn es mehr als eine Beschickungsdüse gibt, dann können die Fließgeschwindigkeiten der Beschicküngsströme aus jeder Düse beträchtlich verschieden sein. Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Durchgangsgeschwindigkeiten in beiden Stufe so geregelt werden, daß man ein schnelles Mischen und Reagieren mit einem Minimum an Verweilzeit erreicht.
Das Produkt der zweiten Stufe wird aus dem oberen Abschnitt von Gefäß 10 durch Leitung 42 abgezogen und in einen Zyklonabscheider 44 eingeführt, wo das teilweise vergaste verkohlte Material aus der zweiten Stufe vom Produktgas der zweiten Stufe abgetrennt wird. Das abgetrennte Produktgas wird durch Leitung 46 abgezogen und läuft zu einem Wärmeaustauscher 48, wo die Verfahrenswärme zurückgewonnen und das Produktgas abgekühlt werden. Das Produktgas wird durch Leitung 50 zu einer Abtrennvorrichtung 52 geführt, in welcher das Produktgas der zweiten Stufe zur Entfernung von Kohlenoxiden, Schwefelwasserstoff und anderen Verunreinigungen behandelt wird. Nach der Reinigung
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wird das Produktgas aus der zweiten Stufe durch Leitung 54 zur Methanierungsvorrichtung 56 geführt, wo das gereinigte Produktgas katalytisch zur Bildung eines Brenngases methaniert wird, das mindestens 70 VoI-JJb1 vorzugsweise mindestens 90 Vol.-^o, Methan enthält.
Das teilweise vergaste verkohlte Material mit etwas mitgeführtem Produktgas wird aus dem Zyklonabscheider 44 entfernt und durch Leitung 58 zu einem Verwirbelungsgefäß 60 geleitet, in welchem das abwärts laufende verkohlte Material durch überhitzten Wasserdampf als Wirbelbett aufrechterhalten wird, der in den unteren Abschnitt 62 des Verwirbelungsgefäßes 60 eingeführt wird. Der durch Leitung 64 eingeführte Wasserdampf läuft aufwärts durch das Gefäß 60 und verwirbelt das verkohlte Material. Der Wasserdampf wäscht das verkohlte Material und trennt das damit gemischte Produktgas der zweiten Stufe davon ab.
Der überhitzte Wasch-Wasserdampf tritt vom oberen Teil des Wirbelbettes aus verkohltem Material im Verwirbelungsgefäß 60 mit dem aus dem Wirbelbett entferten Produktgas aus und wird mit letzterem durch Leitung 66 abgezogen und zu Leitung 46 geführt, wo Wasch—Wasserdampf und Produktgas aus dem Verwirbelungsgefäß 60 mit dem Produktgasstram der zweiten Stufe aus dem Zyklonabscheider 44 vor Abgabe dieser Gase in den Warmeruckgewinnungsaustauscher 4B gemischt werden.
Das durch den überhitzten Wasserdampf gewaschene, erhitzte, vom unteren Teil des Verwirbelungsgefäßes 60 abgezogene verkohlte Material wird durch Leitung 68 zu einer Wasserdampfeinführungsvorrichtung 70 geleitet, wo das gewaschene verkohlte Material mit weiterem überhitztem Wasserdampf gemischt wird, der in die Vorrichtung 70 durch Leitung 72 eingeführt wird; aus der Vorrichtung 70 wird dann durch Leitung 24 zum unteren Abschnitt 12 des Vergasungsgefäßes
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zwecks Rückführung und weiterer Reaktion im Verfahren geführt. Der die Vorrichtung 70 betretende Wasserdampf sollte überhitzt sein und einen Druck
von mindestens dem 1,3-Fachen, vorzugsweise mehr als dem * 1,8-Fachen des
Druckes in der ersten Stufe des Vergasuhgsverfahren haben, um eine schnelle Beschickung und ein schnelles Mischen der Reaktionsteilnehmer in der ersten Vergasungsstufe sicherzustellen und um die gewünschte aufsteigende Rotationsbewegung der Reaktionsteilnehmer in unteren Abschnitt 12 des Vergasungsgefäßes zu unterstützen.
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Claims (12)

- 13 - '/312283 Patentansprüche
1.— Verfahren zur zweistufigen Vergasung von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß man
teilweise vergastes, zurückgeführtes verkohltes Material aufwärts durch eine erste Zone leitet und mit überhitztem Wasserdampf und Sauerstoff zur Bildung eines Wasserstoff und Kohlenoxide umfassenden Synthesegases umsetzt,
die Reaktionsbedingungen von Temperatur, Druck, Gasgeschwindigkeiten und Verweilzeit des verkohlten Materials und anderer Feststoffe in der ersten Zone so regelt, daß eine schnelle Vergasung des verkohlten Materials bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der aus dem verkohlten Material gebildeten Asche sichergestellt ist,
das Synthesegas aus der ersten Zone durch eine Mischzone mit wesentlich geringerem QuErschnittsgebiet als dasjenige, der ersten Zone leitet,
Kohle und überhitzten Wasserdampf in diese Mischzane zum Mischen mit dem durchlaufenden Synthesegas einführt und die Mischung aus Wasserdampf, Kohle und Synthesegas aus der Mischzone in eine zweite Vergasungszone führt,
Geschwindigkeit und Richtung des in die Mischzone eingeführten Flusses aus Wasserdampf und Kohle so einstellt, daß ein Eintreten von Kohle und Gasen aus der zweiten Zone in die Mischzone verhindert wird.
die Mischung aus Kohle, Wasserstoff und Synthesegas aufwärts unter Reaktion •durch die zweite Zone führt, um ein Produkt der zweiten Zone zu erhalten, das teilweise vergastes verkohltes Material umfaßt, welches im Produktgas der zweiten Zone aus Methan, Wasserstoff und Kohlenoxiden mitgeführt wird,
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Temperatur, Druck, Gasgeschwindigkeit und Verweilzeit von Kohle und anderen Feststoffen in der zweiten Zone so regelt, daß eine schnelle Vergasung der Kohle jenseits des Bereiches der Kohleplastizität erzielt wird,
das Produkt der zweiten Zone aus dieser abzieht und in teilweise vergastes verkohltes Material und Produktgas der zweiten Zone trennt,
dieses Produktgas zur Entfernung von Kohlenoxiden, Schwefelwasserstoff und anderen Verunreinigungen reinigt,
dieses gereinigte Produkt zur Bildung eines Brenngases mit einem Methangehalt von mindestens 70 VoI.-% methaniert und
das abgetrennte, teilweise vergaste verkohlte Material zur ersten Vergasungszone zurückführt.
2.— Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Synthesegas, Kohle und Wasserdampf in eine Mischzone eingeführt werden, deren Querschnittsgebiet weniger als 20 °/o des kleineren Querschnittsgebietes von jeweils der ersten und zweiten Vergasungszone beträgt.
3.- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Vergasungszone eine Temperatur zwischen etwa 1205-2095 C. und in der zweiten Vergasungszone eine Temperatur zwischen etwa Ü15—1095 C. aufrechterhält.
4.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Druck in der ersten und zweiten Vergasungszone jeweils zwischen etwa 35—140 atü hält.
5,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Gase in der ersten Vergasungszone zwischen etwa 0,6-3,6 m/sec und in der zweiten Vergasungszone zwischen etwa 0,6-3,6 m/sec gehalten wird.
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6.— Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Gase in der ersten Vergasungszone zwischen etwa 0,5-5,0 Sekunden und in der zweiten Vergasungszone zwischen etwa 5,0-15,0 Sekunden gehalten wird.
7«— Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl Kohle als auch Wasserdampf in die Mischzone bei jeweiligen Geschwindigkeiten einführt, die mindestens das Zweifache der einzelnen Geschwindigkeiten der Ströme von Heaktionsteilnehmern und Produkten beträgt, die durch die erste und zweite Vergasungszone strömen.
8.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasserdampf und Kohle bei Geschwindigkeiten zwischen etwa 9-60 m/sec in die Mischzone eingeführt.
9,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasserdampf in die Mischzone in Richtung auf die zweite Vergasungszone aus einer Vielzahl von Stellen um die Mischzone einführt und Richtung und Geschwindigkeit der Wasserdampfeinführung so regelt, daß die von der ersten in die zweite Zone laufenden Feststoffe' und Gase getrennt werden und der Durchgang der Kohle abwärts aus der zweiten Vergasungszone durch die Mischzone verhindert wird.
10,— Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die in der Heaktion der ersten Vergasungszone gebildete geschmolzene Schlacke abwärts durch die erste Zone und durch eine Schlackenentfernungszone am unteren Ende der dersten Vergasungszone führt, wobei
das Querschnittsgebiet im Reaktor in der Schlackenentfernungszone so ist, daß ein vorherbestimmter Anteil der in der ersten Vergasungszone gebildeten Schlacke, die teilweise vergastes verkohltes Material mit sich führt, für
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eine vorherbestimmte Dauer in der ersten Zone verbleibt, um eine Reaktion des in der Schlacke mitgeführten, verkohlten Materials mit Wasserdampf und Sauerstoff, die in die erste Zone eingeführt werden, zuzulassen, um so einen wesentlichen Anteil des mitgeführten, verkohlten Materials der ersten Zone zu vergasen.
11.- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenentfernungszone ein Querschnittsgebiet besitzt, das weniger als 4 % desjenigen der ersten Vergasungszone beträgt,
12.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man
das abgetrennte, teilweise vergaste verkohlte Material durrch eine Verwirbelungszone leitet,
das verkohlte Material abwärts durch die Verwirbelungszone bewegt, während man Wasserdampf aufwärts durch diese Zone leitet, um das verkohlte Material zu verwirbeln und das mit dem verkohlten Material oitgeführte Produktgas der zweiten Stufe und andere flüchtige Materialien zu entfernen, und
Wasserdampf, Produktgase und ändere flüchtige Materials aus der Verwirbelungszone des verkohlten Materials abzieht und mit dem zur Reinigungszone laufenden Produktgas der zweiten Stufe mischt.
13,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das abgetrennte, zur ersten Zone zurückzuführende verkohlte Material mit überhitztem Wasserdampf mischt und diese Mischung aus zurückgeführtem verkohltem Material und überhitztem Wasserdampf unter Verwendung einer Wasserdampf— einführungsvorrichtung in die erste Zone einführt, die durch überhitzten Wasserdampf auf etwa dem 1,3-1,8-fachen Druck der ersten Vergasungszone gehalten wird.
Der Patentanwalt:
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