DE2510540A1 - Ascheentfernung bei vergasungsverfahren - Google Patents

Ascheentfernung bei vergasungsverfahren

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DE2510540A1 DE19752510540 DE2510540A DE2510540A1 DE 2510540 A1 DE2510540 A1 DE 2510540A1 DE 19752510540 DE19752510540 DE 19752510540 DE 2510540 A DE2510540 A DE 2510540A DE 2510540 A1 DE2510540 A1 DE 2510540A1
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Description

Aseheentfernung bei Vergasungsverfahren
Die Vorliegende Erfindung betrifft die Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, insbesondere die Entfernung von Asche, die bei solchen Vergasungsverfahren entsteht.
Bei der Vergasung eines festen Brennstoffes wie Kohle wird die Vergasung vorzugsweise unter Druck durchgeführt, wobei die Endverwendung des Vergasungsproduktes im allgemeinen bei erhöhtem Druck erfolgt. Bei dieser Druck-Vergasung sind schwerwiegende Probleme hinsichtlich der Ascheentfernung aus der Druck-Vergasungszone aufgetreten. Im allgemeinen wird die feste Asche durch Schleusenkammern entfernt, und es sind Schwierigkeiten bei der Abdichtung der Schleusenkammern aufgetreten, insbesondere der Ventile, sowohl wegen der erodierenden Wirkung der Asche als auch der hohen Temperatur der die Schleusenkammern betretenden Asche. Außerdem sind Schleusenkammern nicht besonders geeignet für die Handhabung von großen Mengen fester Asche wie sie in den neuen Vergasungsapparaturen größerer Kapazität entstehen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Vergasungsverfahren von festen aschehaltigen Brennstoffen unter Eliminierung der Verwendung von Schleusenkammern zur Entfernung der Asche "bei einer Druck-Vergasung.
Gemäß vorliegender Erfindung wird die bei der Druck-Vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen und aschehaltigen Brennstoffs produzierte Asche in einen Flüssigkeitskörper eingeführt, der auf dem Vergasungsdruck gehalten wird, und die Asche wird dann in fester Form in der Flüssigkeit durch eine Flüssigkeitssäule gefördert, welche eine ausreichende Höhe hat, sodaß ein hydrostatischer Druck entsteht, der den Druck in der Vergasungsapparatur ausgleicht. Die feste Asche wird dann vom oberen Ende der Flüssigkeitskolonne in eine geeignete Aschevorrat sz one geleitet, z.B. einen Aschehaufen. Auf diese Weise wird die Asche aus dem Druck-Vergas er in ein geeignetes Lager entfernt ohne daß man Ventile etc. benötigt, welche durch die Asche erodiert werden können.
Die Druck-Vergasung des festen Brennstoffes wird in bekannter Weise durchgeführt. Im allgemeinen erfolgt dies bei einer Temperatur von etwa 1000 - 165O0G, vorzugsweise 1100 - 155O0C und einem Druck von etwa 1,7 - 210 atü, vorzugsweise 3,5 - 31,5 atü, wobei man den festen Brennstoff mit molekularem Sauerstoff und Dampf reagieren läßt, sodaß der Brennstoff partiell oxydiert wird und - außer der Asche - ein gasförmiges Produkt entsteht, das Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthält. Der Druckvergaser ist eine Verbrennungskammer bekannter Art.
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Die bei der Druck-Vergasung entstehende Asche kann geschmolzen, teilweise geschmolzen oder in Teilchen anfallen je nach der Vergasungstemperatur und dem As ehe schmelzpunkt. Ist die "bei der Vergasung entstandene Asche geschmolzen oder teilweise geschmolzen, so wird sie bei Einführung in den Flüssigkeitskörper fest und wird durch die Flüssigkeitskolonne in fester Form transportiert. Der für den Transport der Asche verwendete Flüssigkeitskörper ist wegen seiner niedrigen Kosten vorzugsweise Wasser. Selbstverständlich kann man jedoch für den Transport der Asche auch andere Flüssigkeiten verwenden; jedoch würde die Verwendung solcher anderen Flüssigkeiten erhöhte Kosten verursachen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Verwendung von Schleusenkammern zur Einführung des festen Brennstoffes in den Druck-Vergaser nicht nötig, da man den zu vergasenden festen Brennstoff in einem flüssigen Träger aufschlämmt, z.B.Öl oder Wasser, und die Aufschlämmung vor der Einführung in den Vergaser erhitzt. Im Vorerhitzer wird die Aufschlämmung vorzugsweise auf eine Temperatur erhitzt, bei der der flüssige Träger mindestens teilweise verdampft, und der feste Brennstoff kann als Suspension in einem Gasstrom in den Brenner des Druckvergasers getragen werden. Falls man ein schwereres Öl zur Aufschlämmung der Kohle verwendet, kann man etwas zerstäubenden Dampf einsetzen, um die Aufschi emraung an der Spitze des für die Druckvergasung verwendeten Brenners zu zerstäuben.
Zerstäubbare flüssige Träger, die sich für die Herstellung der Suspension eignen, sind. Wasser, Kohlenteeröl, Schieferöl, Gasolin,
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Kerosin, Naphtha, Gasölfraktionen von Petroleumdestillaten, Benzol, Toluol, Hexan, Heptan, Cyclohexan, Tetralin, Decalin, Heizöl, Rückstands-Heizöl, reduziertes Rohöl, Gesamt-Rohöl sowie Mischungen dieser verschiedenen Flüssigkeiten. Auch flüssige Wasser/Kohlenwasserstoff-Brennstoffmischungen, zweckmäßig in Form von Emulsionen mit einem Emulgiermittel oder einem Geliermittel (z.B.PeKtinen) können zur Herstellung der flüssig/festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffaufschlemmung verwendet werden.
In dem Druck-Vergaser wird der feste Brennstoff teilweise oxydiert und es entsteht Synthesegas (der Ausdruck "Synthesegas" wird verwendet, um ein Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthaltendes Gas zu bezeichnen) und Asche. Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Flüssigkeitskörper, vorzugsweise Wasser, im unteren Teil des Druckvergasers gehalten, vorzugsweise in einem separaten Reservoir, das sich unterhalb und in direkter Verbindung mit dem Druckvergaser befindet und die bei der Druck-Vergasung entstehende Asche aufnehmen soll. Der Flüssigkeitskörper hat den im Vergaser aufrechterhaltenen Druck und eine Temperatur, die aus der Abschreckung der Asche auf eine Temperatur resultiert, bei der die Asche - sofern sie in geschmolzener oder teilweise geschmolzener Form vorliegt - fest wird. Im allgemeinen wird der Flüssigkeitskörper auf eine Temperatur von etwa 66 - 2O4°C gehalten, vorzugsweise etwa 82 - 177°C. Die bei der Vergasung produzierte Asche fällt in den Flüssigkeitskörper und wird - sofern sie geschmolzen ist - fest, sodaß feste Aschegranulen entstehen, die im Flüssigkeitskörper auf geschlämmt sind. Der Flüssigkeitskörper kühlt die
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"bei der Vergasung entstandene Asche ab, unabhängig davon, ob die produzierte Asche in geschmolzener oder fester Form vorliegt.
Die Aufschlämmung wird dann nach oben durch ein Säulenrohr von ausreichender Höhe befördert, sodaß eine Flüssigkeitssäule entsteht, die den Druck im Vergaser ausgleicht. Die aufgeschlämmte Asche am oberen Ende der Kolonne, welche sich unter Atmosphärendruck befindet, wird dann vorzugsweise durch die Schwerkraft zu einem geeigneten Aschehaufen befördert.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Abbildung näher erläutert v/erden:
Die Abbildung ist ein vereinfachtes schematisches Fließschema einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nach der Abbildung wird ein fester aschehaltiger, kohlenstoffhaltiger Brennstoff wie Kohle, Koks (aus Kohle oder Petroleumquellen) Schieferöl, Pech etc. (vorzugsweise Kohle) in Leitung 10 und ein Gemisch aus Dampf und oxydierendem Gas, im allgemeinen entweder Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft, in Leitung 11 in einen geeigneten Mischbrenner 12 eines Druck-Vergasungs-Reaktors 13 geleitet. Der feste Brennstoff wird vorzugsweise in bekannter Weise als Suspension in einem Gasstrom eingeführt, der - wie oben beschrieben - durch Aufschlämmung des festen Brennstoffes in einem verdampfbaren Flüssigkeitsträger (im allgemeinen Öl oder V/asser) sowie anschließende mindestens teilweise Verdampfung des Trägers hergestellt wird. Die Mischung aus festem
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Brennstoff, Sauerstoff und Wasser wird in bekannter Weise durch den Brenner 12 in die nicht-gepackte Reaktorzone 14 des Druckvergasers 13 eingegeben, sodaß ein gasförmiges Produkt entsteht, das Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthält. Die Details dieser Reaktion sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung; da sie wohlbekannt sind, erscheint eine nähere Beschreibung in dieser Hinsicht zum Verständnis der Erfindung überflüssig. Das gasförmig ge Produkt wird aus dem Druckvergaser 13 durch die Leitung 15 abgezogen, um der weiteren Behandlung und schließlichen Verwendung als Synthesegas in bekannter V/eise zugeführt zu werden.
Die im Druckvergaser produzierte Asche oder Schlacke und etwaige größere Teilchen nicht-umgewandelten festen Brennstoffes fallen durch die Schwerkraft in ein Abschreck-Reservoir 101, welches einen Äbschreckflüssigkeitskörper, vorzugsweise Wasser, 102 enthält. Wie oben beschrieben, wird die Abschreckflüssigkeit 102 auf eine Temperatur gehalten, bei der die Asche - sofern sie in geschmolzener Form vorliegt - sich zu vielen kleinen Granulen verfestigt.
Die Aufschlämmung der Asche in der Abschreckflüssigkeit wird aus dem Reservoir 101 durch die Leitung 103 in ein vertikales Säulenrohr 104 befördert, das so hoch ist, daß ein hydrostatischer Druck entsteht, der den Druck im Vergaser 13 ausgleicht. Die Höhe des Säulenrohrs 103 kann mehrere hundert Fuß betragen, damit der Druck im Vergaser ausgeglichen wird. ( 1 Fuß = 0,3 Meter)
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Die Aufschlämmung der Asche in der Abschreckflüssigkeit am oberen Ende des Säulenrohrs 104 hat Atmosphärendruck und fließt über das Säulenrohr in ein ringförmiges Fallrohr 105. Die Ascheaufschlemmung fließt durch Schwerkraft aus dem Fallrohr 105 durch ein abwärts geneigtes horizontales Rohr 106 und auf einen Aschehaufen, der ganz allgemein als 107 bezeichnet wird. Das Fallrohr 105 und das horizontale Rohr 106 sind vorzugsweise über einem Bogen beweglich, sodaß die Ascheaufschl&mmung daraus auf mehrere Aschehaufen entladen werden kann, die sich auf einem derartigen bogenförmigen Weg befinden.
Der Aschehaufen 107 befindet sich vorzugsweise auf einer Trägerstruktur 108, welche eine Auslaßöffnung 109 enthält, um Flüssigkeit aufnehmen zu können, die aus dem Aschehaufen abfließt. Die abgezogene Flüssigkeit wird dann im Kreislauf über die Leitung mit der Pumpe 112 in das Reservoir 101 zurückgeleitet. Zufuhrflüssigkeit wird über die Leitung 113 geliefert.
Die dem Reservoir 101 über die Leitung 111 zugeführte Menge Flüssigkeit wird kontrolliert um sicherzustellen, daß sich in der Leitung 104 pumpfähige Aufschlämmung befindet. Außerdem wird die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit kontrolliert um zu verhindern, daß sich in dem Säulenrohr 104 Feststoff absetzt.
Selbstverständlich fließt beim Schließen des Vergasers 13 Wasser aus dem Säulenrohr in das Reservoir 101 bis Druckausgleich hergestellt ist; dementsprechend muß das Reservoir eine ausreichende Kapazität haben, um dieses Abfließen zu erleichtern.
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Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf einen speziellen Typ'der Vergasungsapparatur beschränkt. So ist z.B. die Erfindung auch auf Gegenstrom-Vergaser mit festem Bett anwendbar, die im allgemeinen in der Technik als Lurgi-Vergaser bezeichnet werden. Ähnlich ist die Erfindung auf Druck-Vergasungsverfahren anwendbar, die in Druck-Vergasungsvorrichtungen durchgeführt werden, welche den Brennstoff als suspendierten Staub oder in einem Wirbelwind aufnehmen.
Im folgenden Beispiel ist die Erfindung näher beschrieben, ohne daß sie hierauf beschränkt werden soll.
BEISPIEL
900 kg/Stunde einer bituminösen Kohle mit folgender Analyse wird bei einem Druck von 7 atü vergast:
Feuchtigkeit 3,0 Gew.-%
Kohlenstoff 68,8 Gew.-#
Wasserstoff 4,2 Gew.-%
Sauerstoff 8,6 Gew.-96
Stickstoff 1,1 Gew.-%
Schwefel 2,5 Gew.-%
Asche 11,8 Gew.-%
100,0 Gew.-%
Der Aseheschmelzpunkt beträgt 133O0O.
Die pulverisierte bituminöse Kohle wird durch einen Strom von
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überhitztem Damp bei 4000G in den Vergasungsbrenner geleitet und zwar bei einem' Gewichtsverhältnis Kohle/Dampf von 2,33. Gleichzeitig fließt auch ein Sauerstoffstrom von 98% Reinheit in den Brenner. Der Säuerstoffstrom beträgt 24 kg-mol pro Stunde. Im Vergaser wird eine Temperatur von 150O0C erreicht. Bei dieser Temperatur wird fast die gesamte Kohle vergast und die Asche schmilzt. Das erhaltene Synthesegas hat die unten angegebene Zusammensetzung und die Pließgeschwindigkeit des trockenen Gases beträgt 77 kg-mol pro Stunde.
co2 11,9 VoI♦-% (Trockenbasis)
CO 52,2 Vol.-96
H2 33,0 Vol.-96
CH4 0,2 Vol.-%
N2 + Ar 1,5 Vol.-96
H2S 0,9 Vol.-96'
100,0 VoI.-96 (Trockenbasis)
Die erhaltene Asche beträgt etwa 107 kg/Stunde. Die geschmolzene Asche wird abgeschreckt und granuliert. Sie wird dann durch ein Säulenrohr emporgeleitet, das eine ausreichende Höhe hat, um den Druck im Vergaser auszugleichen; der Transport erfolgt durch Wasser mit einer Temperatur von etwa 880C. Etwa 0,23 kg Asche werden durch 3,8 1 Wasser transportiert. Die Asche wird gegebenenfalls aufgehäuft und das Wasser im Kreislauf bei etwa 680C gehalten. Man benötigt keine Schleusenkammern oder Ventile.
Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft, da die
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Druck-Vergasung eines festen Brennstoffes ohne Schleusenkammern durchgeführt werden kann. Darüberhinaus gibt es keine Ventile, die von der Asche erodiert werden können. Ferner wird die Asche zum Lager befördert, ohne daß man spezielle Vorrichtungen für die Aufhäufung der Asche benötigt.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Druck-Vergasung eines feste Asche enthaltenden kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in einer Druck-Vergasungszone unter Bildung eines gasförmigen Produkts und Asche, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Asche durch Schwerkraft in ein Flüssigkeitsreservoir leitet, das sich in direkter Verbindung mit der Druck-Vergasungszone befindet und auf dem Druck der Druck-Vergasungszone gehalten wird, nämlich 1,7 - 210 atü, einen Flüssigkeitsstrom, der die Asche enthält, aus dem Reservoir durch eine Flüssigkeitssäule leitet, die so hoch ist, daß ein hydrostatischer Druck entsteht, der praktisch den Druck der Druck-Vergasungszone ausgleicht und die Asche enthaltende Flüssigkeit vom oberen Ende der Flüssigkeitssäule bei Atmosphärendruck zu einer Aschelagerzone leitet.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus der Aschelagerzone gewonnen und im Kreislauf in das Flüssigkeitsreservoir zurückgeleitet wird, um den Flüssigkeitsstrom aufrecht zu erhalten.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flüssigkeit Wasser verwendet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Asche in die Flüssigkeit bei einer Temperatur von etwa 66 2O4°C geleitet wird.
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5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Druck-Vergasung produzierte Asche in geschmolzener Form vorliegt und bei Einführung in die flüssigkeit fest wird.
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