DE2515858A1

DE2515858A1 - Herstellung von synthesegas

Info

Publication number: DE2515858A1
Application number: DE19752515858
Authority: DE
Inventors: Ralph Tracy Eddinger; Leonard Seglin
Original assignee: Cogas Development Co
Current assignee: Cogas Development Co
Priority date: 1974-04-12
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1975-10-23
Also published as: CA1062915A; JPS50134004A; IT1034617B; GB1469625A; AU7919675A; DD119435A5; NL7503687A; BE827862A; ZA751539B; FR2267363A1; PL98608B1

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Asi5»i*ar.n - Dr. Γ?. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE TELERDM: SAMMEL-NR. 225341

TELEX 529979 TELEGRAMME: ZUMPAT

POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139-8Ο9. BLZ 7001Ο08Ο

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER KTO.-NR. 397997. BLZ 7OQ 306 00

β MÜNCHEN 2.

BRAUHAUSSTRASSE 4

Case FMC 5526 12/Pi

COGAS DEVELOPMENT COICPANY, Princeton, New Jersey/USA

Herstellung von Synthesegas

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Wirbelschicht- bzw. Fließ- bzw. Fluidbett-Vergasung von Asche enthaltenden Kohlenstoff enthaltenden Feststoffen mit Dampf zur Bildung von Synthesegas.

Der Welt-Vorrat an gewinnbarem Gas und Erdöl kann bei dem gegenwärtigen Verbrauch nicht weit über das Jahr 2000 hinausreichen. Dagegen sind Kohlenreserven in relativem Überfluß vorhanden. Kohle und Lignit bzw. Braunkohle beispielsweise,enthalten

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55,9 χ 10 thermische Kilowattstunden an Energie und repräsentieren 88,8 5b der Energie, die von dem ursprünglichen Welt-Vorrat an gewinnbaren fossilen Brennstoffen vorhanden sind. Selbst falls sich die gegenwärtige Kohleproduktion von 3 Milliarden metrischen Tonnen pro Jahr verdreifachen würde, so wurden die Kohlenvorräte etwa 300 Jahre reichen. In einer modernen Industriegesellschaft, wie in den USA. stammen 95,9 $ der verbrauchten Energie (1969) von der Verbrennung von fossi-

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len Brennstoffen; 20,0 $ von Kohle und 75,8 ?έ von Gas und öl. Nicht-fossile Brennstoffquellen umfassen 3,8 $ Wasserkraft und 0,3 i° Kernenergie. Obwohl die Anwendung von Atonkraft im Wachsen begriffen ist, ist anzunehmen, daß fossile Brennstoffe für den Rest dieses Jahrhunderts die Energie-Hauptquelle darstellen werden.

Um die starke Inanspruchnahme der Erdöl-Vorräte zu verringern, wird ein größerer Kohleverbrauch stark befürwortet. Es ist der am meisten vorhandene fossile Brennstoff und stellt eine ungeheure Energie-Reserve dar. Jedoch führt die Verbrennung von Kohle zu starker Umweltverschmutzung aufgrund der !Freisetzung von Schwefeldioxid und von teilchenförmigen! Material. Soll die Kohle wesentlich als Weltenergie-Quelle beitragen, so muß sie im wesentlichen von umweltverschmutzenden Bestandteilen befreit werden.

Eine Methode zur Aufwertung von Kohle zu einem reinen Energiebrennstoff verwertet Kohle als Rohstoff für die Herstellung von Synthesegas und Öl. Bei dieser Methode wird feinverteilte Kohle in einer Reihe von Wirbelschicht- bzw. Fließbett-Reaktoren nach und nach auf höhere Temperaturen erwärmt, wobei man ein Gas mit mittlerem thermischen Energiegehalt (etwa 500 btu = 126 kcal), Teer und von flüchtigen Anteilen befreite Kohleteilchen bzw. Aktivkohleteilchen erhält„ Bei der Hydrobehandlung in einem katalytischen Reaktor ergibt der Teerrsynthetisches Rohöl, das in üblicher Weise raffiniert werden kann. Eine genaue Beschreibung dieses Verfahrens ist in der US-Patentschrift 3 375 175 enthalten. Diese Kohleteilchen bilden ausgezeichnete kohlenhaltige Feststoffe zur Wirbelbett-Dampfvergasung unter Bildung von Synthesegas, das Viasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, welches katalytisch zu Methan verarbeitet xverden kann, das gewöhnlich als Ersatz für natürliches Gas (SNG) bezeichnet wird. Es müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden, um die Atmosphäre verunreinigende Substanzen, wie Schwefeldioxid, Ammoniak und Ascherückstände zu entfernen. Eine derartige Aufwertung von Kohle muß, obwohl sie eine bestimmte bekannte Tech-

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nologie umfaßt, noch, dahingehend entwickelt werden, daß sie zur Schaffung von Öl und Gas in Mengen geeignet ist, die dazu ausreichen, die akute Verminderung der natürlichen Erdölprodukte zu ent s pannen.

Eine der Hauptschwierigkeiten bei Kohleumwandlungen, wie vorstehend beschrieben, liegt in der Vergasungsstufe, bei der ein Bett von fluidisierten Kohleteilchen mit Dampf zur Bildung von Synthesegas in Kontakt gebracht wird. D_er Kern des Problems liegt darin, ausreichend Wärme zu schaffen, um die Vergasungsreaktion, die stark endotherm ist, aufrecht zu erhalten.

Die Wärme wird in wünschenswerter Weise durch Verbrennen eines Teils der Kohleteilchen geliefert und es wurden viele Mittel vorgeschlagen und versucht, um dies zu erzielen. Beispielsweise wurde Sauerstoff mit dem Dampf vermischt, um einen Teil der Kohleteilchen in dem Vergaser zu verbrennen. Jedoch ist die Anwendung von Sauerstoff aus wirtschaftlichen Gründen ungünstig. Der reine Sauerstoff kann durch Luft ersetzt werden, jedoch wird dann das Synthesegas durch Stickstoff verunreinigt. In einer anderen Methode wird der recyclisierte Strom von Kohleteilchen aus dem Vergasungsbett abgezogen und teilweise verbrannt, um seine Temperatur auf einen derartigen Wert anzuheben, daß die Wiedereinbringung in den Vergaser zusammen mit frischen Kohlenteilchen einen wesentlichen Anteil der Reaktionswärme liefert. Ein derartiges Reaktions-Schema ist in der US-Patentschrift 3 440 117 beschrieben.

Einer der Nachteile der Anwendung von Recyclisierungs-Kohleteilchenströmen zur Erwärmung von Wirbelschichtbetten ist die Erzeugung von Feinteilchen durch Abrieb, die dazu neigen, aus dem Vergaser mit dem Synthesegas herausgeblasen zu werden, zusammen mit den Feinteilchen, die durch den Zerfall von Kohleteilchen aufgrund der Umsetzung mit Dampf gebildet werden. Die Feinteilchen, gehen entweder verloren oder müssen wiedergewonnen und in das System zurückgeführt werden, wodurch die Betriebs-

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kosten erhöht werden. Daruberhinaus erfordert die Bildung von Feinteilchen die Verminderung der Gasgeschwindigkeit in dem Reaktor, was zu einer Senkung des Gesamtdurchsatzes führt.

Eine weitere Empfehlung zur Erwärmung der Vergasungszone gibt die US-Patentschrift 3 171 369 von Stephens et al. Danach wird ein Teil der Kohleteilchen in einer Verbrennungszone bis gerade unterhalb der beginnenden Schmelztemperatur der während der Verbrennung gebildeten Asche verbrannt. Die heißen Ascheteilchen, die klebrig sind, kleben an einander und bilden Agglomerate, die aus der Verbrennungsvorrichtung abgezogen und in den Vergaser eingebracht werden, um für die hochendotherme Dampf-Eohlenstoffreaktion. Wärme zu liefern. Nach dem Austreten aus dem Vergaser können die Agglomerate zu der Verbrennungszone zur Wiedererwärmung zurückgeführt werden. Die Vorteile der Methode von Stephens et al gegenüber bisherigen Methoden zur Wärmelieferung für eine Dampf-Vergasungszone sind: 1. Das Synthesegas wird nicht mit Stickstoff verunreinigt, wie im Falle der Luftzufuhr in den Vergaser, um einen Teil der Kohleteilchen zu verbrennen; 2. Sie ist weniger kostspielig als Verfahren, die Sauerstoff anstelle der Luft zur Vermeidung der Verdünnung mit Stickstoff verwenden; 3. Es treten die hohen Kohlenstoffverluste nicht auf, die eintreten., wenn ein - Recyclisierungs-Kohleteilchenstrom durch Kontakt mit heißen Verbrennungsgasen erwärmt wird, wie in der vorstehend genannten US-Patentschrift 3 440 117 beschrieben; 4. Sie wendet einen Ifebenprodukt-Teilchen-Wärmeaustauscher, nämlich geschmolzene Asche, an, wodurch Kosten an Rohmaterialien gespart werden; und 5. die zirkulierende geschmolzene Asche ist mechanisch recyclisierten Kohleteilchen überlegen, die einem übermäßigen Abrieb unterliegen und dadurch die Bildung von Kohle-Peinteilchen verursachen, die in Grenzen gehalten werden müssen oder gewonnen werden müssen, um weitere KohlenstoffVerluste und die Verunreinigung der Atmosphäre zu vermeiden.

Obwohl das Verfahren nach Stephens et al ein verbessertes Kon-

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zept zum Erwärmen von Wirbelschichtbett-Kohlenvergasern darstellt, ist es gewerblich nicht durchführbar. Sein Hauptnaehteil besteht darin, daß es keine durchführbaren Mittel zum Ausgleich der Wärmeerfordernisse des Vergasers einerseits und der Yerbrennungsvorrichtung andererseits aufweist. Die Notwendigkeit und die Gründe für die Beibehaltung eines derartigen Wärmegleichgewichts wird nachstehend diskutiert.

Bei dem Verfahren nach Stephens et al zur Vergasung von fluidisiertem Kohlenstoff bestehen zwei trennbare Wärmeerfordernissefir die Vergasung; eines zur Lieferung der Wärme für die endotherme Kohl ens tof£*-Danpfreakt ion und das andere zur Agglomerierung der Asche von Kohleteilchen zur Bildung eines Recyclisierungs-Wärmeträgers zwischen dem Vergaser und der Verbrennungsvorrichtung. Um die Vergasertemperatur auf einen gegebenen Niveau zu halten, muß entwerder die Recyclisierungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers öder die Temperatur der primären Verbrennungsvorrichtung variiert werden. Die Änderung der Zirkulationsgeschwindigkeit des Wärmeträgers ist nicht durchführbar, da dies große komplexe Ventile bzw. Regelorgane und damit verbundene Kontrollsysteme erfordern würde. Die Änderung der Temperatur der primären Verbrennungsvorrichtung ist durchführbar, vorausgesetzt, daß die Yerbrennungsvorrichtung unter/Schmelztemperatur des Kohlenstoffteilchen-Asche-Wärmeträgers betrieben wird. Um jedoch die Agglomeration von Kohlenstoffteilchenasche zu steuern und eine gewünschte Teilchengröße zur Anwendung als Wärmeträger zu erzielen, ist eine präzise Steuerung der Temperatur und von anderen Arbeitsvariablen bzw. Arbeitsparametern erforderlich. Entweder schwankt die Temperatur des Vergasers in unerwünschter Weise, wodurch Leerläufe entstehen oder die Temperatur der Verbrennungsvorrichtung variiert, was zur Defluidisierung oder zu einer inadäquaten Agglomerierung führt. Stephens et al schlagen die Kontrolle der Temperatur der Verbrennungsvorrichtung bzw. der Brennkammer durch Einspritzen von Wasser vor, ein derartiger Ausweg ist jedoch sowohl unwirtschaftlich als auch unzureichend. Die Anwendung von agglomerierter Asche zur Lieferung

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von Wärme in einem Dampf-Kohlen-Vergaser konnte bisher nicht in einem praktizierbaren Maßstab durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung der Vergasung von Asche enthaltenden kohlenstoffhaltigen Peststoffen mit Dampf im Wirbelschichtbett bzw. Fließbett- bzw. fluidisiertem Bett unter Bildung von Synthesegas geschaffen, wobei der Vergasungszone durch Hindurchleiten eines Stroms von agglomerierten Ascheteilchen, der durch Erwärmen von Ascheteilchen, die sich von den kohlenstoffhaltigen Feststoffen ableiten, in einer Verbrennungszone, auf eine Temperatur, die zur Bildung einer Agglomeration von klebrigen Ascheteilchen ausreicht, gebildet wird, Wärme zugeführt wird; eine wesentliche Verbesserung wird durch die Bildung der agglomerierten Ascheteilchen in einer getrennten agglomerierenden Verbrennungszone und Einführen der resultierenden agglomerierten Ascheteilchen in eine Hauptverbrennungszone erzielt, wo sie unter den Agglomerierungstemperaturen jedoch bei ausreichenden Temperaturen zur Aufrechterhaltung der Vergasungszone gehalten werden.

Das erfindungsgemäße V_erfahren stellt eine Verbesserung des bekannten Verfahrens zur Herstellung von Synthesegas aus festen kohlenstoffhaltigen Materialien in einem Wirbelschichtbett dar. Bei diesem vorliegenden Verfahren wird das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial in einer Größe, die seine Suspendierung in einem Gasstrom unter Bildung eines suspendierten Feststoffsbetts umgeben von Gas, das wie ein Fluid wirkt, mit Dampf gemäß der folgenden Gleichung umgesetzt:

C + H₂O —» CO + H₂

Eine ausgezeichnete Quelle für kohlenstoffhaltiges Material sind die Kohlenteilchen ( "char")» die durch Pyrolyse von

feinverteilter Kohle in einer Reihe von Wirbelschicht- bzw. Fließbett-Reaktoren bei ansteigend höheren Temperaturen, bis alle teerbildenden Komponenten aus der Kohle entfernt sind, wie in der vorstehend genannten US-Patentschrift 3 375

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"beschrieben, hergestellt werden. Die Temperatur,bei der die Dampf-Kohle-Umsetzung abläuft, liegt im allgemeinen bei etwa 871⁰C (160O⁰P) bis etwa 982⁰C (1800⁰I), vorzugsweise bei etwa 871 bis 971⁰C (1600 bis 170O⁰F), wobei das. Kohleteilchen-Material ("char") der vorstehenden Patetnschrift verwendet wird.

Die Dampf-Kohle-Reaktion verläuft in hohem Maße endotherm und erfordert etwa 2700 Kalorien pro Gramm Kohle. Ein Teil dieser Wärme kann von der Überhitzung des beim Terfahren als Reaktionskomponente und als Pluidisierungsgas für das Bett des kohlenstoffhaltigen Materials verwendeten Dampfs geliefert werden, es sind jedoch große Mengen an zusätzlicher Wärme erforderlich.

Erfindungsgemäß wird diese Wärme durch Einbringen eines zirkulierenden Stroms von agglomerierten Ascheteilchen in die Vergasungszone geliefert, die auf etwa 1038⁰C (1900⁰I¹) durch Kontakt mit den heißen Verbrennungsgasen, die durch Verbrennen einer getrennten Kohleteilchen-Quelle, vorzugsweise der Kohle-]Feinteilchen, die von dem Vergaser ausgestoßen werden, erzeugt wurden, erhitzt wurden.

Die agglomerierten Ascheteilchen übertragen beim Durchlaufen der Vergasungszone ihre Wärme auf das Reaktionssystem, von wo sie zurück zur Verbrennungszone von brennenden Peinteilchen ge·* führt werden, um für einen weiteren Durchlauf durch die Vergasungszone usw. in einem kontinuierlichen Strom zwischen den beiden Stationen bzw. Stufen wieder erhitzt werden. Die agglomerierten Aecheteilchen werden durch Verbrennen eines Teils der Kohleteilchen in einer getrennten Agglomerierungs-Verbrennungszone bei Temperaturen hergestellt, die dazu ausreichen, teilweise geschmolzene oder klebrige Ascheteilchen zu bilden, die eine Agglomerierung eingehen.

Unter Bezugnahme auf die beigefügte ffiffur wird ein Vergaser 10 geschaffen, in dem ein Bett 12 von Kohleteilchen auf einem

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Gitter 14 durch einen Pluidisierungsstrom 16 von übererhitztem Dampf aufrecht erhalten wird. Die Kohleteilchen werden über die Eintrittsöffnung 18 in das Bett 12 beschickt.

In dem Vergaser 10 reagieren die Kohleteilchen mit Dampf unter Bildung einer gasförmigen Mischung, die zum größten Teil aus Synthesegas (CO und H₂) besteht, jedoch auch etwas CO₂ und .H₂O enthält. Diese Gase, die mitgeschleppte Peststoffe tragen, werden durch das interne Zyklon 11 geleitet und anschließend durch die leitung 20 zu dem externen Zyklonsystem 22 geführt. In den Zyklonen werden die. mitgeschleppten Peststoffe von dem Synthesegasstrom abgetrennt, der aus dem Verfahren durch die Leitung 24 austritt. Die größeren Peststoffteilchen werden zu dem Reaktorbett durch das Zyklonsystem zurückgeführt, während die feineren Peststoffteilchen durch die Leitung 26 zur Verbrennungskammer 28 abgezogen werden.

Die in die Verbrennungskammer 28 beschickten Peststoffe umfassen die feinsten Peststoffe, die von dem Wirbelschichtbett in dem Vergaser 10 kommen, da der Synthesegasstrom diese Peinstoff-Praktion selektiv aufnimmt. Die Verbrennung der Peinteilchen verhindert ihren Aufbau in dem System, wodurch die Beladung des Zyklonsystems vermindert wird und eine wesentlich geringere finazielle Investition und geringere Wartung in diesem Gebiet erforderlich wird. Gleichzeitig stabilisiert eine selektive Entfernung der Peinteilchen die Größenzusammensetzung der Pestkörper des Betts auf größere Teilchengrößen, was einen großen Durchsatz von Gas ohne übermäßige' Verluste von Pestkörpern aus dem Bett ermöglicht.

Die Verbrennung der Kohlefeinteilchen in der Verbrennungsvorrichtung bzw. Verbrennungskammer 28 wird mit Luft bewirkt, die vorzugsweise auf etwa 204⁰C (400⁰P) vorerwärmt wird und durch die Leitung 30 zugeführt wird. Der Dampf befördert agglomerierte Ascheteilchen bzw. Aschepellets von dem unteren Teil des Vergasers 10 über die Leitung 17 zu der Verbrennungskammer

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28, wo die Teilchen auf eine Temperatur von etwa 1038 Ms 1149 C (1900 bis 210O⁰I*) gehalten werden. Die erwärmten Teilchen treten am oberen Teil der Verbrennungskammer 28 aus und werden mit den Verbrennungsgasen durch das Anstiegrohr 19 in die Trennvorrichtung 23 getrieben und fallen anschließend durch das Auslaßrohr 27 der Trennvorrichtung in den Vergaser 10. Die erwärmten agglomerierten Aschepellets fallen kaskadenförmig durch das Bett von fluidisierten bzw. aufgewirbelten Kohleteilchen abwärts, geben an dieses Wärme ab und treten vom Boden des Vergasers her aus und werden so zurück zur Verbrennungskammer geführt, wodurch ein vollständiger Kreislauf entsteht.

Die Verbrennungsgase und abgeriebenen Ascheteilchen, die in der Verbrennungskammer 28 gebildet werden, bewegen sich in dem Anstiegrohr 19 aufwärts in den Separator 23, wo sie von zirkulierenden agglomerierten Aschepellets getrennt werden und vom oberen Teil des Separators 23 über die Leitung 32 in ein primäres Zyklon 34 austreten. Wärmebeständige bzw. schwer schmelzbare Feinteilchen aus dem Zyklon 34 werden durch die Leitung 25 zur Verbrennungskammer 28 zurückgeführt, während Verbrennungsgase und abgeriebene wärmefeste Teilchen, die nicht durch das primäre Zyklon 34 entfernt wurden, durch die Leitung 36 in ein. sekundäres Zyklon 38 eintreten. Flugasche und Verbrennungsgase werden aus dem sekundären Zyklon 38 abgeführt und die wärmebeständigen ITeinteilchen über die Leitung 40 zum Agglomerator-Verbrenner 43 geführt, der auf eine ausreichende Temperatur erwärmt wird, um die Agglomerierung der eintretenden wärmebeständigen bzw. feuerbeständigen Teilehen zu bewirken, wodurch agglomerierte Aschepellets erzeugt werden. Die Wärme für den Agglomerationsverbrenner 43 wird durch Verbrennen von Kohleteilchenfeinstoffen im Zyklonofen 45 geliefert. Kohlefeinteilchen treten in deit Ofen durch die Leitung 49 ein, die die Eeinteilchen am Verzweigungspunkt 52 der Zulieferleitung 26 für Kohlefeinteilchen aufnimmt. Die Leitung 50 ist eine Quelle für vorerwärmte Luft (204⁰C, 400⁰P), die die Verbrennungsluft über die Startleitung 56 zum Zyklonofen 45 liefert. Die Verbrennungsgase aus dem Zyklonofen (cyclone furnace) 45 werden durch das Verbindungsrohr 59 zum Halsteil 61 des Agglomerationsver-

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brenners 43 geführt. Die erwärmten agglomerierten xs*chepellets treten durch den Agglomerationsverbrenner 43 durch den unteren Teil des Halsteils 61 aus und werden zur primären Verbrennungskammer 28 durch die Auffülleitung 64 für feuerfeste Materialien geführt. Die heißen Abgase bzw. Rauchgase, die aus dem Zyklon austreten, das sich im Agglomerat!onsverbrenner 43 befindet, werden über die Leitung 67 in die Leitung 30 geführt, die vorerwärmte 'Luft für die primäre Verbrennungskammer 28 liefert. Die Leitung 50 teilt sich am Verknüpfungspunkt 70 unter Bildung der^rJtemp'erierluftleitung 54 und der Leitung für vorerwärmte Luft 30 für die Verbrennungskammer 28. Abfallschlacke aus dem Zyklonofen 45 tritt durch Leitung 73 aus.

Der vorstehend beschriebene Zyklonofen 45 kann weggelassen werden und die Kohlefeinteilchen können direkt in dem Wirbelbettbzw. Fluidbett-Agglomerator 43 verbrannt werden. Die agglomerierten Aschepellets fallen zum Boden des Gefäßes und treten aus dem Bodenabschnitt 61 aus. Obwohl in der vorliegenden Beschreibung die Bildung und Erwärmung der agglomerierten Aschepellets bzw. Ascheteilchen in einem Wirbelschichtbett beschrieben wird, kann eine Iransport-Erwärmungsvorrichtung (transport heater) anstelle der Wirbelschichterwärmungsvorrichtung angewendet werden.
Beispiel

8119,44 kg/Min. (17900 lb/min) Auffüllkohleteilchen, hergestellt gemäß der US-Patentschrift 3 375 175, bei 538⁰C (1000⁰P), die 15 1» oder 1229,25 kg/Min. (2710lb/min) Asche enthalten, (Beschickungsstrom 18 in der Figur) werden in das Wirbelschichtbett 12 des Vergasers 10 beschickt. Die Temperatur des Kohleteilchenbetts beträgt 871⁰C (1600⁰F) und der Druck 6 Atmosphären absolut (atm.) (der normale Bereich liegt bei 4 bis 10 Atm. absolut). In dem Vergaser wird die Kohleteilchenmasse .durch 10342,08 kg/Min. (22800 lb/min) Dampf fluidisiert, der mit 538⁰C (1000⁰I¹) eintritt. Die austretenden Gase (Strom 24) enthalten 8296,34 kg/Min. (18290 lb/min) CO + Wasserstoff (Molverhältnis 0,627 Mol CO : 1 Mol Wasserstoff) zusammen mit nicht umgesetztem Dampf (2715,25 kg/Min., 5936 lb/min) und einer Gleichgewiclitsmenge von CO₂ (7448,1-1 kg/Kin., 16420 lb/min),

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definiert durch, die chemische Gleichung

H₂O + CO ^ CO₂ + H₂

Der Wirbelschiehtbett-Vergaser schafft ein wirksames Vermischen des Dampfs und der Kohleteilchen zur Bewirkung der Wasser-Gas-Reaktion und gleichzeitg zur Eluierung des feinen !Dells der Kohlenteilchen aus dem Bett. Diese Peinteilchen werden von den Produktgasen in einer Reihe von Zyklonen abgeschieden, deren letztes den feinsten Teil der Kohleteilchen sammelt, der bevorzugt als Brennstoff für das Verfahren verwendet wird. Diese Peinteilchen enthalten etwa die gleiche Konzentration an Asche wie die Kohleteilchen in dem Vergaser, etwa 32 Gewichtsprozent. Werden so die Kohleteilchen vollständig verbrannt, so wird die gesamte Asche, die mit der Beschickung eingebracht wurde (1229,26 kg/Min., 2710 lb/min), aus dem System entweder als Flugasche mit den Verbrennungsgasen aus der primären Verbrennungskammer 28 oder als geschmolzene Schlacke aus den Zyklonofen 45 entfernt.

Um die notwendige Wärme für die Wasser-Gas-Reaktion in dem Vergaser zu liefern, wird ein feuerfester Strom aus Kohleteilchen-As che-Agglomeraten aus dem Vergaser 10 zu der primären Verbrennungskammer 28 über die Leitung 17 in einer Geschwindigkeit von 302 400,15 kg/Min., 666 667 lb/min) recyclisiert. Der feuerfesteRecyclisierungsstrom wird durch Verbrennen von 2245,32 kg/ Min. (4950 lb/min) Kohle in 3538,08 kg/Min. (7800 lb/min) Kohle-Peinteilchen, die durch die Leitung 26 zur Verbrennungskammer 28 beschickt werden, auf 1038⁰C (1900⁰P) erwärmt. 22861,44 kg/Min. (50400 lb/min) vorerwärmte Luft aus der Leitung 30 und 3024,15 kg/Min. (6667 lb/min) Verbrennungsprodukte aus dem Agglomerat or 43 werden in der Leitung 30 bei 204⁰C (4OO°3?) vereint und zur Aufwirbelung bzw. ITuidisierung der recyclisierten feuerfesten !Teilchen und zur Verbrennung der Kohlefeinteilchen in der primären Verbrennungskammer verwendet. Das erwärmte feuerfeste Recyclisat wird über Kopf durch die Verbrennungsgase

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in die leitung 19 zum Separator 23 getragen, wo der feuerfeste Anteil abgeschieden wird und zu dem Vergaser durch Leitung 27 zurückgeführt wird.

Während der Recyclisierung der feuerfesten Teilchen erfolgt ein Zerbrechen der Teilchen durch Abrieb in Peinteilchen. Darüberhinaus erfolgt die Verbrennung der Kohlefeinteilchen in "der primären Verbrennungskammer unvollständig. Ein Hauptanteil der feuerfesten Feinteilchen und der Kohleteilchen wird von den Verbrennungsgasen durch das Zyklon 34 abgetrennt und zur primären Verbrennungskammer zurückgeführt. Zusätzliche feuerfeste Feinteilchen und Kohleteilchen-Asche-Feinteilchen werden in den Zyklon 38 abgetrennt, wobei ein Gleichgewicht zwischen den Feststoff -Feint eilchen, die als Flugasche mit einer Geschwindigkeit von 1153,05 kg/Min. (2572 lb/min) austreten, mit den Verbrennungsgasen eintritt. Die Menge der Feinteilchen, die durch das Zyklon 38 abgetrennt werden wird auf eine Menge gesteuert, die der der Auffüllungs-feuerfesten Teilchen gleich ist, die zum Ausgleich der Abriebverluste benötigt wird, 3024,15 kg/Min. (6667 lb/min). Diese Feinteilchen werden durch die leitung 40 in den Agglomerator 43 befördert, der bei einer Temperatur von etwa 1093⁰C (2000⁰F) arbeitet, wo die Kohleteilchen von einer typischen hochflüchtigen bituminösen B-Kohle, wie der von der Lagerstätte Illinois Fr. 6 erhaltenen, erhalten werden. Der Agglomerator wird durch die Verbrennung von Kohlefeinteilchen erwärmt, die als Abzweigstrom (slipstream) von der Leitung 26 an der Verbindungsstelle 52 durch die Leitung 49 zum Zyklonofen 45 gebracht werden. Die Verbrennungsprodukte von dem Zyklonofen werden mit Luft getempert, um die Temperatur des Agglomerators zu steuern. Die Verbrennung von 181,44 kg/Min. (411 lb/min). Kohlefeinteilchen mit 1828 kg/Min. (4030 lb/min) Luft in dem Zyklonofen, gefolgt von einem Tempern mit 1043,28 kg/Min. (2300 lb/min) von Luft ergibt eine Temperatur von 1093⁰C (2000⁰F) in dem Agglomerator. Der Agglomerator wird zur Bildung eines feuerfesten Auffüllstroms von Asche-Agglomeraten mit einem Durchmesser von 0,63 bis 0,93 cm (1/4 bis 3/8 inch) betrieben. Diese

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werden durch die leitung 64 zur Wiedererwärmung in die primäre Verbrennungskammer 28 geführt. Aus dem Zyklonofen werden etwa 78,93 kg/Min. (174 lb/min) Asche als geschmolzene Schlacke entfernt .

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Claims

-H- Patentansprüche

1. Wirbelschicht- bzw. Fließ- bzw. Fluidbett-Vergasung von Asche enthaltenden kohlenstoffhaltigen Feststoffen mit Dampf zur Herstellung von Synthesegas, wobei Wärme in die Vergasungszone durch Hindurchleiten eines Stroms von agglomerierten Ascheteilchen, die durch Erwärmen von Ascheteilchen, die sich von den kohlenstoffhaltigen Feststoffen ableiten, in einer Yerbrennungszone auf eine Temperatur, die ausreicht, um die Ascheteilchen klebrig zu machen und eine Agglomeration zu bewirken, gebildet wurden, geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomeration in einer getrennten Agglomerations-Verbrennungszone durchgeführt wird, die bei Agglomerierungstemperaturen gehalten wird und die resultierenden agglomerierten Ascheteilchen in die Hauptverbrennungszone eingebracht werden, wo sie unterhalb der Agglomerierungstemperaturen, jedoch auf ausreichenden Temperaturen zur Erhaltung der Vergasungszone gehalten werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltigen festen Teilchen von teerbildenden Komponenten befreite Kohleteilchen ("char") sind.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Verbrennungszone 1038 bis 1149 C (1900 bis 2100⁰F) beträgt und die Temperatur in der Vergasungszone 871 bis 982⁰C (1600 bis 1800⁰F) beträgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme für die Verbrennungszone und den Agglomerator durch Verbrennen von Kohlenstoff-bzw. "char"-Feinteilchen aus dem Vergaser erzeugt wird.

5. Synthesegas, hergestellt gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

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