DE2609320B2

DE2609320B2 - Kohlevergasungseinrichtung

Info

Publication number: DE2609320B2
Application number: DE19762609320
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing 8551 Röttenbach; Koch Christian Dr.-Ing.; Reitern Kurt Dipl.-Ing.; 8520 Erlangen Künstle
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-03-06
Filing date: 1976-03-06
Publication date: 1977-12-08
Also published as: GB1528722A; US4095959A; FR2352051A1; FR2352051B1; JPS621996B2; BE852100A; JPS52108405A; DE2609320C3; CA1075903A; DE2609320A1

Description

I ") einer Kohlevergasungseinrichtung die es gestattet, d.e Kohle nahezu vollständig in Asche umzuwandeln und bei der als Reaktionsdampf der Wasserdampfvergasung Miueldruck-Wasserdampf m.t etwa 20 b,s 100 bar

t dei^vortdlhaften Weiterentwicklung der möglich, bei der Hydriervergasur.g ohne iSS auszukommen und mit Hilfe des ADSchlammes aus einer Wasseraufbere.tungsanlage d.e Übrigbleibende Asche zu e.nem als Baumatenal verwendbaren Stoff aufzubereiten.

Die Erfindung betrifft damit e.ne Kohlevergasungseinridiung zur Gewinnung von kohlenwasserstoffhalt,-BCt Gasen bestehend aus einem Hydriervergaser zur Vergasung der flüchtigen und leicht reakt.ven Bestandteile der Kohle und einem nachgeschalteten Wasserdampfvergaser. bei dem zusätzlich zum Wasserdampf SaSoff zugeführt wird, entsprechend den vorstehen-

.'Ii

H)

111

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlevergasungseinrichtung, bei der aus Kohle über eine Hydriervergasung und eine nachgeschaltete Wasserdampfvergasung Methan oder andere kohlenwasserstoffhaltige Gase oder Flüssigkeiten erzeugt werden. Eine mehrstufige Kohlevergasungseinrichtung ist aus dem Buch »Rohstoffwirtschaft International«, Band 4, »Kohlenvergasung«, 1976, Verlag Glückauf GmbH, Essen, Seiten bis 185, bekannt. Hier ist ein Prozeß zur Kohlevergasung beschrieben, bei der kombiniert eine hydrierende Vergasung und eine Wasserdampfvergasung vorgenommen wird. Der bei der Wasscrdarnpfvergasung entstehende Wasserstoff wird zusammen mit dem Wasserdampf zur Hydriervergasung der Kohle in einer darüberliegenden Stufe verwendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung Das Neue Desiem erfindungsgemäß darin, daß zwischen dem Hydriervergaser und dem Wasserdampfvergaser eine Druckschleuse vorgesehen ist, die den Übertritt des im Wasserdampfvergaser erzeugten Gases in den Hydriervergaser verhindert und daß eine Gasleitung vom Wasserdampfvergaser über einen Wärmetauscher führt, dessen Anschlüsse für das zweite wärmetauschende Medium in die zum Wasserdampfvergaser führende Wasserdampfleitung eingeschaltet sind.

Ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in F i g. 1 dargestellt. Die Rohkohle gelangt über ein Förderband 1 in einen Vortrockner 2 und von da aus über einen Nachtrockner 3 in einen Hydriervergaser 4. Der Nachtrockner 3 kann dabei als Wirbelbett-Trockner in bekannter Weise ausgebildet sein. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen ohne Wirbelbett sind in den F i g. 2 und 3 angegeben. Zwischen dem Hydriervergaser 4 und dem nachgeschalteten Wasserrfampfvergaser 5 befindet sich eine Druckschleuse 6, die Hydriervergaser 4 und Wasserdampfvergaser 5 weitgehend gasdicht voneinander trennt, es jedoch gestattet, daß Kohle vom Hydriervergaser 4 in den Wasserdampfvergaser 5 gelangen kann. Eine Ausführungsform für eine solche Schleuse ist in F i g. 3 näher dargestellt.

Von dem Wasserdampfvergaser 5 führt eine Gasleitung 7 über die Anschlüsse für ein erstes wärmetauschendes Mittel eines Wärmetauschers 8, wo es von der Innentemperalur von etwa 800⁰C im Wasserdampfvergaser 5 auf einen niedrigeren Temperaturwert abgekühlt wird. In der Gasleitung 7 strömt ein Gasgemisch aus CH₄, H₂, CO₂, CO und H₂O. Von dem Wärmetauscher 8 gelangt dieses Gasgemisch über einen Wärmetauscher 15 und einen Einspritzkühler 9 zu einer Konvertierungseinrichtung 10. In der Konvertierungseinrichtung 10 wird das Gasgemisch aufbereitet, wobei im wesentlichen Wasserstoff und Kohlendioxid nach folgender Formel gewonnen wird:

7CC) + .Ul, t- 7H₂O

*.--> K)H₂ 4- 7CO, (-288,8 kJ/7 mol CO₂)

Das so gewonnene Gasgemisch wird in einem der Konvertierungseinrichtung 10 nachgeschalteten was-) sergekühlten Wärmetauscher 11 abgekühlt und in einer Gaswascheinrichtung 12 wird das im Gasgemisch enthaltene CO₂ und H₂S abgeschieden. Das übrigbleibende Gas, bestehend aus H₂ und CH₄, gelangt über eine

L·

Gasleitung 13, einen Verdichter 14 und den Wärmetauscher 15 zur Aufheizung des Gases in den Hydriervergaser 4. Hier findet eine Reaktion zwischen dem eingespeisten Wasserstoff und de.i flüchtigen und leicht trennbaren Teilen der Kohle entsprechend folgender "> Formel statt:

29 C + CO + CH₄ + 57 H, + H₂O

-30CH₄ + CO₂ (-85IcJZmOlCH₄)

Das hierbei entstehende Rohgas, das im wesentlichen aus Methan besteht, wird beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 über eine Leitung 35 sowie über einen zur Erzeugung des für den Vortrockner 2 notwendigen r> Wasserdampfes dienenden Wärmetauscher 16 abgeführt und kann anschließend aufbereitet oder in flüssige Brennstoffe umgewandelt werden.

Während die Reaktion im Hydriervergaser exotherm ist, so daß die Reaktionstemperatur nicht absinkt, findet >o in dem Wasserdampfvergaser 5 eine ebenfalls exotherme Reaktion nach der Gleichung

37CO,(-IXkJ/mo1M,)

39 C + SO₂ + 59H₂O
-'CH₄-I-C(M

statt.

Der Wasserdampfvergaser 5 ist über eine Verbindung 17, die kohle- und gasdurchlässig ist, mit einer s< > Restoxydationseinrichtung 18 verbunden. Die im Wasserdampfvergaser 5 entgaste Kohle enthält noch einen Rest von etwa fünf Prozent Kohlenstoff. Diesem Kohle-Asche-Gemisch wird in der Restoxydationseinrichtung W über eine Luftzerlegungsanlage 19 Sauer- j-, stoff und über eine Leitung 20 Abschlamm aus einer Wasseraufbereitungsanlage 21 zugeführt. Dieser Abschlamm vermischt sich mit der unter Sauerstoffeinfluß in der Restoxydationseinrichtung 18 verbrannten Kohle und bildet zusammen mit der übrigen Asche einen w porösen, für Bauzwecke geeigneten Abfallstoff, der über eine Druckschleuse 22 entnommen werden kann. Die Luftzerlegungsanlage 19 wird von einem Verdichter 23 mit Luft versorgt. Durch eine Leitung 24 strömt der übrigbleibende Stickstoff ab. ₍-,

Die Abwasseraufbereitungsanlage 21 entnimmt ihr Wasser aus dem Gaswäscher 58 und anschließendem Abscheider 59 nach dem Wärmetauscher 16, wo der im Gas enthaltene Wasserdampf auskondensiert, und führt das aufbereitete vollentsalzte Wasser (Deionat) der v> anschließenden Speisewasseraufbereitungsanlage 60 über eine Leitung 25 mit einer Speisepumpe 26 zu dem Dampferzeuger 27 eines Leichtwasserreaktors 28, dessen Kühlwasserkreislauf von einer Umwälzpumpe 29 aufrechterhalten wird. In dem Dampferzeuger 27, der -,-, gleichzeitig auch Dampf zum Betrieb einer Turbine erzeugen kann, wird der entstehende Wasserdampf über eine Leitung 30 mit einer Temperatur von etwa 300⁰C entnommen und über die Anschlüsse für das zweite wärmetauschende Medium des Wärmetauschers no 8 zum Wasserdampfvergaser 5 geführt. Im Wärmetauscher 8 wird dabei der Wasserdampf auf eine Temperatur von etwa 600 bis 800°C überhitzt, so daß die endotherme Reaktion bei der Wasserdamnfvergasung eine genügend hohe Temperatur zur Verfügung b> steht. Dadurch, daß in den Wasserdampfvergaser trotz Verwendung von Prozeßdampf niedrigerer Temperatur Dampf mit hoher Temperatur eingespeist werden kann, wird in der nachgeschalteten Restoxydationseinrichtung 18 relativ wenig Sauerstoff verbraucht. Die Trennung von Wasserdampfvergaser und kestoxydationseinrichtung macht es zusätzlich möglich, nur den bei der Wasserdampfvergasung nicht zu vergasenden Anteil an Kohlenstoff mit zu verbrennen.

In Fig. 2 ist eine besonders vorteilhafte Anordnung der Dreistufenvergasung dargestellt, bei der die Hydriervergasung ohne Vergasungseinnchtung in einem Wirbelbett durchzuführen ist und bei der ein gemeinsamer Behälter für alle drei Vergasungsstufen vorgesehen ist. In dem oberen Teil des Reaktionsbehäälters 31 findet die Hydriervergasung statt. Der Wasserstoff wird durch Düsen 32 zugeführt und die aufbereitete Kohle gelangt durch eine Druckschleuse 33 in den oberen Teil des Reaktionsbehälters 31 und rutscht dort langsam über schräge Zwischenboden 34 nach unten. Aus einer Leitung 35 wird das erzeugte Methan entnommen. Der obere Teil des Reaktionsbehälrers 31 ist von dem unteren Teil durch eine Trennwand 36 getrennt. Die Trennwand 36 besitzt in der Mitte eine öffnung, in die eine Druckschleuse 6 eingebaut ist. Vom Gasraum des unteren Teils des Reaktionsbehälters 31 führt die Leitung 7 ab, über die die entstehenden Gase über den Wärmetauscher 8 zur Konvertierungseinrichtung 10 geführt werden. Der untere Teil des Reaktionsbehälters 31 stellt den Wasserdampfvergaser 5 dar und wird nach unten von dem Bodenteil des Reaktionsbehälters 31 durch Wasserdampfdüsen 37 getrennt. Der Raum unterhalb der Wasserdampfdüsen 37 dient als Restoxidationseinrichtung 18. Unmittelbar oberhalb des Bodens des Reaktionsbehälters 31 münden die Sauerstoffdüsen 38, die zur Zuführung des in der Luftzerlegungsanlage 19 erzeugten Sauerstoffes dienen. Die Leitung 20 für den Abschlamm aus der Wasseraufbereitungsanlage 21 besteht hier aus mehreren Teilleitungen 39 bis 42, die am Umfang verteilt in den Reaktionsbehälter 31 münden, so daß der dort austretende Abschlamm sich mit der heißen Asche mischen kann. Unterhalb des Reaktionsbehälters 31 ist die Druckschleuse 22 angeordnet. Darunter ist ein Förderband 43 für den Abtransport des Baumaterials vorgesehen.

Um in dem Hydriervergaser 4 nach F i g. 2 eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit erzielen zu können, wird die über das Förderband 1 ankommende Kohle in einem Vorwärmer 45 mit Wasserdampf vorgewärmt, der über die Düsen 44 zugeführt wird. Unterhalb des Vorwärmers 45 ist eine Druckschleuse 46 vorgesehen, die den unter Atmosphärendruck stehenden Vorwärmer 45 von dem Erhitzungsbehälter 47 trennt. Der Erhitzungsbehälter 47 besitzt ebenfalls Dampfeinstromdüsen 48, die Mitteldruckdampf zuführen, der beispielsweise ebenfalls im Dampferzeuger 27 in F i g. 1 entnommen werden kann. Im Erhitzungsbehälter 47 wird die Kohle bei einem Druck von etwa 20 bis 100 bar erhitzt. Der die Kohle umströmende Wasserdampf und der hohe Druck verhindern, daß das in der Kohle enthaltene Wasser ausdampft, so daß die wasserhaltige Kohle auf eine Temperatur weit über 100°C erhitzt werden kann. Unterhalb des Erhitzungsbehälters 47 befindet sich nun eine weitere Druckschleuse 49, die an eine Luftleitung 50 angeschlossen ist. In der Druckschleuse 49 wird der die Kohle umgebende Druck plötzlich vermindert. Dies hat zusammen mit dem Luftstrom in der Luftleitung 50 zur Folge, daß das in den Kohlestücken enthaltene Wasser plötzlich verdampft und eine Vielzahl von feinen, nach außen offenen

Kanälen in den Kohlestückcn gebildet werden. Die so aufbereitete Kohle besitzt eine sehr große Oberfläche, so daß man eine schnelle Reaktion — unterstützt durch Kalatalysatoren — in dem Hydriervergaser 4 erzielen kann, ohne daß es notwendig ist, einen Wirbelbett-Trockner entsprechend dem Nachtrockner 3 in Fig. 1 vorzusehen. Oberhalb der Druckschleuse 33 wird das Kohle-l.uft-Gemisch in einem Einfüllstutzen 51 getrennt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für den Erhitzungsbehältcr 47 ist in Fig. 3 gezeigt. Der hier dargestellte Frhitzungsbehälter 47 enthält einen schrägen Boden 52. Unterhalb dieses Bodens sind Dampfrohre 53 verlegt, die mit Düsen 54 bestückt sind. Hierdurch wird die Kohle langsam die schräge Ebene herabrutschen und intensiv vom Dampf umspült. In F i g. 3 ist auch zu erkennen, daß die Druckschleusen 46 und 49 je einen hohlkugelförmig ausgebildeten, drehbar gelagerten und mit einer öffnung 57 versehenen Schleusenbehälter 56 einschließen. Federnde Dichtbolzen 55 sind außerhalb der Schleusenbehälter 56 vorgesehen und verhindern einen Gasübertritt. Durch Rotation eines Schleusenbehälters 56 wird die in ihm enthaltene öffnung 57 abwechselnd mit dem Raum innerhalb und außerhalb des Erhitzungsbehälters 47 verbunden, so daß die Kohle unter Einwirkung der Schwerkraft in den Behälter hinein- oder aus diesem heraustransportiert werden kann. In gleicher Weise können auch alle anderen beschriebenen Druckschleusen aufgebaut sein.

Bczugszeichenliste	Förderband
1	Vortrockner
2	Nachtrockner
3	Hydriervergaser
4	Wasserdampf vergaser
5	Druckschleuse
6	Gasleitung
7	Wärmetauscher
8	Einspritzkühler
9	Konvertierungseinrichtung
10	Wärmetauscher
11	Gaswascheinrichtung
12	Gasleitung
13

39,40 41,42

Verdichter Wärmetauscher Wärmetauscher Verbindung Restoxydationseinrichtung Luftzerlegungsanlage Leitung Wasseraufbereitungsanlagc Druckschleuse Verdichter Leitung Leitung Speisepumpe Dampferzeuger Leichtwasserreaktor Umwälzpumpe Leitung Reaktionsbehälter Düsen Druckschleuse Zwischenboden Leitung Trennwand Wasserdampfdüsen Sauerstoffdüsen Teilleitungen Teilleitungen Förderband Düsen Vorwärmer Druckschleuse Erhitzungsbehälter Dampfeinströmdüsen Druckschleuse Luftstrom Einfüllstutzen schräger Boden Dampfrohre Düsen Lichtbolzen Schleusenbehälter Öffnung Gaswäschenach Hydriervergasung

Teer-, ölabscheider Speise wasseraufbereitung

lliei/u 2 Blatt Zeichnuniicn

Claims

Patentansprüche: .winnung bestehend

1. Kohlevergasungseinrichtung zu; von kohlenwasserstoffhaltigen Gase aus einem Hydriervergaser zur Vergasung der flüchtigen und leicht reaktiven Bestandteile der Kohle und einem nachgeschalteten Wasserdampfvergaser, bei dem zusätzlich zum Wasserdampf Sauerstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hydriervergaser (4) und dem Wasserdampfvergaser (5) eine Druckschleuse (6) vorgesehen ist, die den Übertritt des im Wasserdampfvergaser (5) erzeugten Gases in den Hydriervergaser (4) verhindert und daß eine Gasleitung (7) vom Wasserdampfvergaser (5) über einen Wärmetauscher (8) führt, dessen Anschlüsse für das zweite wärmetauschende Medium in die zum Wasserdampfvergaser (5) führende Wasserdampfleitung (30) eingeschaltet sind.

2. Kohlevergasungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (7) über einen Wärmetauscher (15) geführt ist, dessen Anschlüsse für das andere wärmetauschende Medium in die Gasleitung (13) eingeschaltet sind, die zur Zuführung des für den Hydriervergaser (4) vorgesehenen Gasspeichers (H2, CH₄) dient.

3. Kohlevergasungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfvergaser (5) voneinander getrennte Einlaßöffnungen (Wasserdampfdüsen 37 und Sauerstoffdüsen 38) für den Wasserdampf und den Sauerstoff besitzt und daß die Einlaßöffnungen für den Wasserdampf sich oberhalb derjenigen für den Sauerstoff befinden, so daß der untere Tei! des Behälters für die Wasserdampfvergasung eine Restoxydationseinrichtung (18) darstellt.

4. Kohlevergasungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Restoxydationseinrichtung (18) Abschlammleitunen (20, 39 bis 42) einer Wasseraufbereitungsanlage (21) münden.

5. Kohlevergasungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hydriervergaser (4) ein dampfbeheizter Erhitzungsbehälter (47) für die Kohle vorgeschaltet ist und daß der Erhitzungsbehälter mit einer Druckschleuse (46) zum Ausschleusen und plötzlichen Entspannen der Kohle und des darin enthaltenen Wassers versehen ist.

10