DE2640180B2

DE2640180B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen fester Brennstoffe

Info

Publication number: DE2640180B2
Application number: DE2640180A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 4030 Ratingen Brachthaeuser; Wilhelm Dr. 6900 Heidelberg Flesch; Walter Dr.-Ing. 4835 Rietberg Kaimann
Original assignee: Projektierung Chemische Verfahrenstechnik 4030 Ratingen GmbH
Current assignee: Deutsche Babcock Werke AG
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1980-10-23
Also published as: IT1086023B; BE858429A; ATA630177A; BR7705916A; FR2363620A1; CS202583B2; AU2836777A; CA1085617A; JPS6027716B2; PL200680A1; US4146369A; GB1571451A; AT376445B; DE2640180A1; TR19552A; JPS5333203A; AU510173B2; ES462161A1; DE2640180C3; ZA775313B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vergasen fester Brennstoffe unterschiedlicher Korngröße (Staub bis grobkörnig) mit üblichen Vergasungsmitteln in einem Reaktionsraum, in welchen der Festbrennstoff eingebracht wird, mit einem unteren Festbett und einer oberen Staubvergasungszone unter atmosphärischem oder erhöhtem Druck und gegebenenfalls Einsatz zusätzlicher flüssiger, staub- oder gasförmiger Brennstoffe sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Vergasung von Kohle oder anderen festen Brennstoffen sind viele Verfahren von Vorrichtungen bekannt Die Verschiedenartigkeit dieser Verfahren hat ihren Grund in der unterschiedlichen Beschaffenheit der einzusetzenden Brennstoffe, wodurch sich jeweils die Anwendung des einen oder anderen Verfahrens bestimmt Ein Festbett-Generator eignet sich für in stückiger Form vorliegende Brennstoffe, während für körnige oder staubformige Brennstoffe jeweils ein Generator anderer Art verwendet werden muß.

Bei einem bekannten unter atmosphärischem oder erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsverfahren (am 7. 12. 50 ausgelegte Unterlagen zur deutschen Patentanmeldung ρ 36 500 IVc, 24 e, 3/01, D) ist ein Zweizonenvergaser mit Festbett und Staubvergasung vorhanden. Der Brennstoff wird von oben, grobkörniger gegebenenfalls von der Seite, getrennt in Staub und Grobkorn oder insgesamt, in den Reaktor eingetragen und fällt auf das ruhende Bett, zusätzlicher Brennstoff in Form von Gas, öl oder Teer wird gegebenenfalls in die obere Vergasungszone eingeführt. Der Staub wird oberhalb des Festbettes mit Sauerstoff vergast und kommt ebenso wie seine Vergasungsprodukte mit der unteren Vergasungszone nicht in Berührung. In die ruhende Zone wird von unten Sauerstoff eingeblasen. Die dabei entstehenden Gase und Schwelgase mischen sich oberhalb der Festbettzone mit den Gasprodukten der Staubvergasungszone und verlassen gemeinsam den Reaktor. Zum Zerkleinern zusammengebackener Kohle ist innerhalb des mit einem Wassermantel versehenen und einem Drehrost ausgerüsteten Generators eine Rührvorrichtung erforderlich.

Es ist weiterhin ein auch unter Druck betreibbares Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen, insbesondere Synthesegasen, aus staubförmigen bis grobkörnigen Brennstoffen bekannt (DE-AS 10 17 314), bei dem unter Anwendung einer Wirbelschicht-Vergasung eine mechanische Austragung der Vergasungsrückstände vermieden werden soll, indem diese in Form flüssiger

fco Schlacke ausgetragen werden. Dazu wird vorgeschlagen, endotherm reagierende Vergasungsmittel im wesentlichen in den oberen Teil der Brennstoffschicht und exotherm reagierende Vergasungsmittel in den unteren Teil derselben einzuführen und die Zufuhr der

b5 Vergasungsmittel so zu regeln, daß die Bewegung des Brennstoffes im unteren Teil der Brennstoffschicht unmerklich bis schwach und im oberen Teil derselben stark ist. Es handelt sich um eine einheitliche

Wirbelschicht, in der lediglich in unterschiedlichen Höhen unterschiedliche Bewegungsintensität herrschen solL Der in den Gaserzeuger einzuführende Brennstoff kann Steinkohle der Körnung bis 25 n;m sein und gegebenenfalls teilweise durch flüssige oder gasförmige Brennstoffe ersetzt sein. — Zum Vermeiden von Brennstoffaustragen mit dem Produktgas ist der Vergaserschacht nach oben hin konisch erweitert

Bekannt ist ferner ein Wassergas-Generator (US-PS 25 38 219) zur Vergasung von vorwiegend Stückkohle in einem Festbett, durch das außerhalb des Generators in einer besonderen Einrichtung aufgeheiztes inertes Material, gegebenenfalls mit Feingut, zusammen mit Dampf zum Zwecke der Wärmeübertragung von unten her durchgeblasen wird Dabei bildet sich über dem Festbett lediglich eine dichte Schicht aus dem zirkulierenden und erneut aufzuheizenden Material zusammen mit Feinkohle und Asche. Es handelt sich hierbei um ein allothermes Verfahren. Der inerte Wärmeträger muß dabei durch das zu vergasende Material hindurchgehen, um an dieses Wärme abzugeben, und muß dann auch wieder aus dem Generator herausgeführt werden.

Beim Winkler-Vergaser (Wirbelschicht-Generator) ist es bekannt, zur Nachvergasung von Kohlestaub mittels zugesetzter Vergasungsmittel einen erweiterten Nachvergasungsraum vorzusehen (DE-PS 4 96 3-43).

Aus der DE-PS 10 20 434 ist ferner bekannt ein Verfahren zum Erzeugen von Brenn-, insbesondere Synthesegas, aus stückigen Brennstoffen, insbesondere Koks und stückiger Kohle in einem Abstichgeneraior, der oben mit stückiger Kohle beschickt und über dessen ruhendem Bett aus stückigem Brennstoff ein Wirbelbett aus körniger Kohle (bis 20 mm und mehr) erzeugt wird, die unten in den Generator eingegeben und mit dem Gasstrom durch das Koksbett getragen wird, wobei die körnige Kohle mit den Vergasungsmitteln als Trägergas in die untere, heiCe Zone des ruhenden Brennstoffbettes aus stückigem Brennstoff eingeblasen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten zu überwinden und einen günstigen Weg für den Einsatz fester Brennstoffe von unterschiedlicher Korngröße zur Gaserzeugung zu finden. Insbesondere soll ein Vergasungsverfahren mit entsprechendem Generator angegeben werden, womit ein Festbrennstoff unterschiedlicher Korngröße (Staub bis beispielsweise Nußkohle) verarbeitet werden kann, das Festbett einer·: sich selbst regenerierenden Anströmboden für eine darüber befindliche Schicht bildet und ein — auch bei Einsatz von Zusatzbrennstoffen — im wesentlichen kohlenwasserstoffreies Produktgas erzeugt werden kann. Die Erfindung will ferner einen Generator zur Durchführung des Verfahrens auch im einzelnen vorteilhaft ausbilden.

Die Erfindung sieht vor, daß über dem Festbett eine Wirbelschicht erzeugt wird, über der sich die Staubvergasung vollzieht, daß der Festbrennstoff in die Wirbelschicht eingetragen wird, daß in alle drei Zonen Vergasungsmittel eingebracht werden, und daß der gegebenenfalls einzusetzende Zusatzbrennstoff wenigstens in eine dieser Zonen eingesetzt wird.

Ein solches Verfahren zeichnet sich durch eine Reihe wesentlicher Vorteile aus. Das Festbett verkörpert praktisch einen sich ständig erneuernden Rost für ein echtes Wirbelbett und somit einen besonders günstigen Anströmboden für ein solches, der nicht wie Böden älterer Wirbelbettvergaser zum schnellen Verschlacken neigt. Der Umfang der Vergasung im Festbett richtet sich nach dem Anteil des stückigen Gutes im Gesamtbrennstoff. Durch die Wahl der Mengen- und Mischungsverhältnisse der Vergasungsmittel des Festbettes kann der Prozeßgang dort beeinflußt und unter Kontrolle gehalten werden. Die im Festbett entstehenden, in das Wirbelbett strömenden Vergasungs- und Entgasungsprodukte wirken dort zugleich als Bewegungsmittel.
Bei diesem Verfahren findet im Prozeß selbst eine

ίο Trennung des Brennstoffs in Anteile unterschiedlicher Größe statt, so daß das Wirbelbett die geeignete Körnung erhält, während stückige Anteile in das Festbett und staubförmige Anteile in die Staubvergasungszone gelangen. Dadurch ist es möglich gemacht, Kohle nach dem Brechen und Trennen von den Bergen unmittelbar für die Vergasung zu verwenden und dabei durch gleichzeitige Durchführung einer Festbett-Vergasung, einer Wirbelbett-Vergasung und einer wirklichen Staub-Vergasung in ein und demselben Prozeß ein Gas von gewünschter Qualität, insbesondere ein weitgehend teerfreies Produktgas, zu erzeugen. Zugleich wird dabei ein hoher Kohlenstoff-Vergasungs-Wirkungsgrad erreicht
Aus dem Wirbelbett ausfallende Asche wird im Festbett vollständig vergast. Die im Festbett entstehenden Gase erfahren beim Aufsteigen und Hindurchgehen durch die vom Festbett angeströmte Wirbelschicht eine weitere Aufspaltung. Vom Gas aus der Wirbeischicht ausgetragene Teilchen werden in der Staubvergasungszone nach- und damit weitgehend vergast Dies gilt auch für gegebenenfalls aus dem Produktgas abgeschiedene Teilchen, die in den Prozeß zurückgeführt werden. Besondere Vorteile ergeben sich bei alledem auch für die Vergasung stückiger bituminöser Braun- und Steinkohle. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Schwelprodukte aus dem Festbett, in dem der stückige Anteil des Brennstoffs ent- und vergast wird, bei ihrem Eintritt in die sich anschließende glühende Wirbelschicht an der Oberfläche der körnigen

■to Brennstoffteile aufgespalten und auch die festen Schwelprodukte mit vergast, so daß nur das gewünschte Produktgas und die die Asche enthaltenden feinen Vergasungsrückstände den Reaktor über den Gasabzug verlassen. Deshalb können neben festen Brennstoffen auch gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe, z. B. öle, ölrückstände, Schwelteere od. dgl., in den Reaktionsraum eingebracht und dort mit vergast werden. Die Temperatur des Prozesses kann niedriger gehalten werden, wenn anstatt Synthesegas ein Heizgas erzeugt

so werdensoll.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in der Staubvergasungszone durch Einblasen eines Gases eine Umwälzung mit einer im Inneren abwärts gerichteten Bewegung erzeugt. Die Vergasung von Kohlenstoff enthaltenden Partikeln kann hierdurch noch weiter intensiviert werden.

Das Verfahren läßt sich günstig mit kontinuierlicher Brennstoffzuführung zum Prozeß verwirklichen. Es ist aber auch möglich und kann in gewissen Fällen besonders zweckmäßig sein, den Brennstoff dem Prozeß ganz oder teilweise diskontinuierlich zuzuführen. Dies gilt sowohl für den Hauptbrennstoff als auch für Zusatzbrennstoff.
Das Verfahren läßt sich unter normalen Druckbedin-

t>5 gungen oder insbesondere auch bei erhöhtem Druck im Reaktionsraum durchfühlen. Dies kann sich unter anderem danach richten, welche Anforderungen an das Produktgas gestellt werden.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält einen gegebenenfalls druckfesten Schachtgenerator mit Brennstoff-Beschickungsvorrichtungen und Vergasungsmittel-Zuleitungen, der mindestens im Unterteil einen Kühlmantel, unten einen Schmelze- bzw. einen Aschenaustrag und oben den Gasauslaß aufweist, und der sich im Bereich der Wirbelschicht nach oben erweitert, wobei sich in der Schachterweiterung die Festbrennstoff-Zufuhr befindet, und in allen drei Vergasungszonen Vergasungsmittel-Zuleitungen angeordnet sind, und für den gegebenenfalls einzusetzenden Zusatzbrennstoff wenigstens in einer Vergasungszone eine Brennstoff-Einführung vorhanden ist.

Die Festbett-Vergasungszone kann insbesondere nach Art eines Drehrostgenerators oder eines Abstichgenerators ausgebildet sein.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Schachtgenerators ist in der Staubvergasungszone ein rohrförmiger Einbau vorgesehen, an dessen oberen Ende eine oder mehrere in seinen Innenraum gerichtete Düsen angeordnet sind. Dadurch läßt sich eine wirksame Umwälz-Strömung in dieser Zone erzielen.

Der Einbau ist zweckmäßig mit einer Kühlvorrichtung versehen. Dabei kann es insbesondere so sein, daß das den Düsen zugeleitete Medium auch das die Kühlvorrichtung durchfließende ist.

Bei einem Wirbelbett-Generator zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff (GB-PS 1047 711) ist es bekannt, im Inneren des Wirbelbettes einen Zylinder mit einer dicken inneren Auskleidung vorzusehen, derart, daß zwischen der Wandung des Generatorgefäßes und der Außenseite des Zylinders ein Ringraum besteht, in dem sich das Material der Wirbelschicht abwärts bewegen soll, während die innere Auskleidung des Zylinders einen zentrischen Kanal bildet, in dem das Material unter der Wirkung des unten in den Generator eingeblasenen Vergasungsmuteis seinen Weg nach oben nehmen soll.

Das Festbett und wenigstens ein Teil der Staubvergasungszone besitzen zweckmäßig gekühlte Wände. Ein geeigneter Kühlmantel od. dgl. ist dabei vorteilhaft an eine Abhitze-Dampfkesselanlage od. dgl. angeschlossen. Das Gas aus dem Gesamtprozeß gibt an diese Kühleinrichtung fühlbare Wärme ab.

Bei einem Wassergas-Generator (DE-PS 4 46 678) ist es bekannt, den in der Nähe von übereinanderliegenden Düsen oder Schlitzdüsen für die Vergasungsmittel liegenden, nicht mit feuerfesten Steinen geschützten Generatorteil durch parallel zu diesen Schlitzdüsen verlaufende Wasserrohre zu kühlen.

Der Generator weist entsprechende Einlasse, Düsen od. dgl. zur Einführung endothermer und exothermer Vergasungsmittel auf, wobei sich die Anzahl der Einlasse u. a. nach der Größe des Generators richtet Bei einer Ausführung sind die zu einer Vergasungszone gehörenden Einlasse in unterschiedlichen Höhen angeordnet Dies gilt insbesondere für die Wirbelschicht-Vergasungszone und die Staub-Vergasungs-Zone, kann aber auch bei der Festbett-Vergasungs-Zone von Vorteil sein. Mehrere jeweils suf gleicher Höhe liegende Düsen, Einlasse od. dgl. gehen zweckmäßig von einer um das Gefäß herumgeführten Ringleitung aus.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung im vertikalen Längsschnitt, zum Teil schematisch, und

F i g. 2 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls im vertikalen Schnitt und teils schematisch.

Die in F i g. 1 wiedergegebene Vorrichtung weist ein den Gesamt-Reaktionsraum /{umschließendes Generator-Gefäß G auf, das in seinem unteren Teil 1 eine Festbett-Vergasungs-Zone F, in einem darüberliegenden Teil 2 eine Wirbelschicht-Vergasungs-Zone H^ und

ίο in seinem oberen Teil 3 eine Staub-Vergasungs-Zone S bildet.

Die Festbett-Vergasungs-Zone F zur Vergasung des Brennstoffes in ruhender Schicht hat die Form eines Schachtes und ist mit einem Drehrost 4 ausgestattet, der von bekannter Ausbildung sein kann. Mit der Ziffer 5 ist eine in den Drehrost mündende Zuleitung für Vergasungsmittel (z. B. Luft oder Sauerstoff und/oder Wasserdampf, je nach dem durchzuführenden Prozeß bzw. dem gewünschten Gas) bezeichnet. Zum Abführen der Vergasungsrückstände aus der Festbett-Vergasungs-Zone Fdient eine Schleuse 6 von bekannter Art.

Abweichend von der dargestellten Ausführung kann der untere Teil 1 des Gefäßes G auch als Abstichgenerator oder in anderer geeigneter Weise für eine Vergasung in ruhender Schicht ausgebildet sein.

Der untere Gefäßteil 1 ist auf einen Teil seiner Höhe mit einem Wassermantel 7 versehen, der über Leitungen 8 und 9 mit einem nicht wiedergegebenen Abhitze-Verwertungssystem bekannter Art verbunden ist

In der sich an die Festbett-Vergasungs-Zone F anschließenden Wirbelschicht-Vergasungs-Zone W ist ein Einlaß 10 für den Brennstoff vorgesehen. Eine Brennstoff-Eintrageinrichtung weist eine Förderschnekke 11 auf und ist am unteren Ende eines Aufnahmebehälters 12 für Brennstoff angeordnet. Letzterer ist oben mit einer Schleuse 13 von bekannter Art versehen. Statt einer Förderschnecke kann auch eine andere Vorrichtung zum Einbringen des Brennstoffes vorgesehen sein, z. B. eine Rutsche, ein Vibrationsförderer od. dgl.

Unterhalb des Brennstoffeinlasses 10 sind mehrere, jeweils ringförmig über den Umfang verteilt angeordnete Zuleitungen 14 für Vergasungsmittel (z. B. Luft, Sauerstoff, Wasserdampf) angeordnet. Deren in die Zone Wmündenden Einlasse liegen dabei in verschiedenen Höhen. Dieser die Wirbeischicht-Vergasungs-Zone W einschließende Teil 2 des Gefäßes G hat einen sich nach oben hin erweiternden, insbesondere konischen Innenquerschnitt. Die Form sowie der obere und der untere Endquerschnitt dieses Teiles 2 sind so gewählt,

so daß körniger Brennstoff mit gegebenem Kornspektrum unter dem Einfluß des zugeführten Vergasungsmittels sowie auch der aus der Festbett-Vergasungs-Zone F aufsteigenden Gase im Wirbelzustand gehalten wird.

Mit der Ziffer 15 sind in die Staub-Vergasungs-Zone S mündende Zuleitungen oder Düsen für Vergasungsmittel bezeichnet die in Form von Düsenringen in verschiedenen Höhen angeordnet sind.

Im oberen Teil der Staub-Vergasungs-Zone S ist in einem Abschlußteil 16 des Gefäßes G ein Kühlmantel 17 vorgesehen, der über Leitungen 18 und 19 an ein Abhitze-Verwertungssystem angeschlossen ist Von diesem oberen Abschlußtefl 16, der in der Zeichnung verkürzt wiedergegeben ist, wird das insgesamt in dem Gefäß G erzeugte Gas über ein Rohr 20 abgeführt Der Kühlmantel kann sich auch noch weiter nach unten erstrecken, wie durch die strichpunktierte Linie 17' angedeutet ist
Das Gefäß G ist geschlossen und so ausgebildet, daß

die Gaserzeugung unter erhöhtem Innendruck durchgeführt werden kann. Es kann aber auch ohne erhöhten Druck gearbeitet werden. Wenn nur letzteres in Betracht kommt, können gegebenenfalls die Schleusen 6 und 13 entfallen.

Nachstehend wird eine Ausführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Vorrichtung der beschriebenen Art näher erläutert.

Über die Einführeinrichtung 11 wird aus dem Vorrat 12 Kohle mit stückigen, körnigen und staubförmigen Anteilen durch den Einlaß 10 in die Wirbelschicht-Zone W eingebracht. Dabei sinkt der nicht wirbelfähige Anteil, d. h. der stückige Anteil der Kohle, nach unten in den Schacht der Festbett-Zone Fab, wo dieser Anteil im Gegsr.strom mit den durch die Zuleitung 5 unter den Drehrost 4 eingeblasenen Vergasungsmitteln vergast wird. Der Umfang der Vergasung im Festbett richtet sich nach dem Anteil der Stückkohle im Gesamtbrennstoff. Durch das Mengen- und Mischungsverhältnis von Vergasungsmitteln wird der Ofengang im Festbett in der gewünschten Weise beeinflußt und unter Kontrolle gehalten.

In der Wirbelschicht-Zone Wwird der körnige Anteil des unmittelbar in diese glühende Zone eingeführten Brennstoffes vergast, während staubförmige Brennstoffanteile in die Zone S der Staubvergasung oberhalb der Wirbelschicht-Zone W aufsteigen und dort vergast werden.

Die in der Festbett-Zone Fernstehenden Vergasungsund Entgasungsprodukte gelangen in die Wirbelschicht und wirken dort als Bewegungs- und Vergasungsmittel zusammen mit den durch die seitlichen Düsen oder Zuleitungen 14 unmittelbar in die Wirbelschicht Wvon außen her eingeleiteten Vergasungsmitteln. Dabei werden vorhandene Schwelprodukte in der glühenden Wirbelschicht gespalten, wodurch sich die nachfolgende Glasreinigung erheblich vereinfacht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß backende Kohle vergast werden kann, ohne daß die sonst dabei üblichen Schwierigkeiten auftreten, weil hier die Kohle beim Passieren der Wirbelschicht gealtert und gemagert wird.

Bei dem Verfahren können neben festen Brennstoffen, welche das Haupteinsatzgut für den Prozeß bilden, auch gasförmige und flüssige oder naubförmige Brennstoffe bzw. reaktionsträge feste Stoffe zwecks Vergasung zusätzlich mit in den Prozeß eingeführt werden, wobei dann in dem Gefäß C an geeigneten Stellen entsprechende Zuleitungen, Düsen od. dgl. für das Einbringen derselben vorgesehen sind.

Bei der dargestellten Ausführung ist mit der Ziffer 21

> eine in die Festbett-Vergasungs-Zone F mündende Zuleitung bezeichnet, über die zusätzlich zu dem durch den Einlaß 10 in den Generator eintretenden, das Haupteinsatzgut für den Prozeß bildenden Brennstoff weiterer Brennstoff, z. B. Kohlenstaub, eingeführt

hi werden kann, insbesondere zusammen mit einem Vergasungsmittel. Es können auch mehrere solcher Zuleitungen vorhanden sein.

Zusätzlicher Brennstoff, sei es in gasförmiger, flüssiger, staubförmiger oder sonstiger Gestalt, läßt sich '<*> andererseits auch in die Wirbelschicht-Vergasungs-Zone W sowie namentlich in die Staub-Vergasungs-Zone 5 einführen, beispielsweise über einige oder alle der Zuleitungen 14 bzw. 15.

Die Vergasungsrückstände der Festbett-Zone F werden zusammen mit Vergasungsrückständen der Wirbelschicht-Zone IV am unteren Ende des Gefäßes G über die Schleuse 6 oder eine andere geeignete Vorrichtung ausgetragen.

Je nach Art der Vergasungsmittel (z. B. Luft, Sauerstoff, CO₂, Wasserdampf) und deren Mengen- und Mischungsverhältnis kann das Verfahren in der gewünschten Weise beeinflußt werden. Es läßt sich dabei sowohl Heizgas als auch Synthesegas erzeugen.

Im Gesamtprozeß treten folgende chemische Umsetze zungen mil den damit verbundenen Wärmetönungen auf, die im ruhenden Vergasungsbett nacheinander und räumlich getrennter als in den darüberliegenden Wirbelschicht- und Staubvergasungs-Zonen ablaufen:

^r> C + O₂ = CO₂ (C-Verbrennung zu CO₂)
C + O = CO (C-Verbrennung zu CO)
C + CO₂ = 2CO (Reduktion des CO₂)
C + H₂O = CO + H₂ (Wassergasbildung)

4ii CO + H₂O = CO₂ + H₂ (Wassergasgleichgewicht).

Beispiel

In einem Generator mit einem Schachtquerschnitt von etwa 8,5 m² und einer Höhe von 27 m wird Kohle der Körnung 0 bis 60 mm kontinuierlich in die Wirbelschicht-Zone Weingeführt.

Siebanalyse der Kohle:

Zusammensetzung der Kohle:

<1 mm	= 15%
1—4 mm	= 30%
4—8 mm	= 15%
>8 mm	= 40%
Wasser	= 4,11%
Asche	= 12,48%

Flüchtiges = 38,16%

Unterer Heizwert der Kohle:

= 45,25%

Hu = 6400 Kcal/kg

Gaserzeugung (bei drucklosem Betrieb): > 20 000 Nm³/h = > 2350 NmV Schacht Gaszusammensetzung des Produktgases: CO₂ = 14,8%

CO = 41,0%

H₂ = 39,0%

CH₄= 2,0%

N₂ = 2,0%

H₂S = 1,2%

Verbrauch: O₂: 5120m³/h, Dampf: 3570kg/h, Kohle: 10000 kg/h Vergasung im Festbrett (F): 420 m³/h Q₂, 1270 kg/h Dampf

Vergasung in Wirbelschicht (W): 3500 m³/h O₂, 2000 kg/h Dampf

Vergasung im Staubvergasungsbereich (S): 1200 m³/h O₂, 300 kg/h Dampf

Temperatur in Zone F gemessen: 900°C (lokal höher) Temperatur in Zone W gemessen: 950°C (lokal höher) Temperatur in Zone S gemessen: 1050°C (lokal höher)

., . , , Hu-Gas

Vergasungswirkungsgrad:

//«-Kohle

= 71%

Thermischer Wirkungsgrad:

Hu-Gas + Hu-Abhitzedampf

//u-Kohle = 81%

Durch Steigerung der Temperatur in der Wirbelschicht-Zone IV und/oder in der Staubvergasuiigszone S kann der CC>2-Gehalt erheblich abgesenkt werden, ebenso durch Vorerhitzung der Vergasungsmittel. Für diesen Fall wird zweckmäßig die Kühlzone im oberen Teil des Gefäßes G vergrößert.

In F i g. 2 sind die Teile, die denjenigen der Ausführung nach F i g. 1 entsprechen oder mit ihnen der Zweckbestimmung nach vergleichbar sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. Das im Zusammenhang mit diesen Teilen und zur Erläuterung des Verfahrensablaufes zu F i g. 1 Gesagte gilt sinngemäß auch für die Ausführung nach F i g. 2.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 2 ist wiederum ein Generator-Gefäß C mit einer Festbett-Vergasungs-Zone F im unteren Teil 1, einer Wirbelschicht-Vergasungs-Zone W im darüberliegenden Teil 2 sowie mit einer Staub-Vergasungs-Zone 5 im Teil 3 vorhanden. Weiterhin sind in F i g. 2 erkennbar: ein Drehrost 4, eine Zuleitung 5 für Vergasungsmittel, eine Ascheschleuse 6, ein Kühlmantel 7, Zuleitungen 14 für Vergasungs- und/oder Bewegungsmittel zur Zone W sowie bei dieser Ausführung an zwei sich gegenüberliegenden Stellen angeordnete Brennstoff-Einlässe 10 mit zugehörigen Förder- oder Eintrageinrichtungen 11 und vorgeschalteten Schleusen 13, in die Kohle im Sinne der eingezeichneten Pfeile eingegeben wird.

Der die Staub-Vergasungs-Zone S einschließende Teil 3 setzt sich in einem oberen Abschlußteil 16 von etwas geringerem Durchmesser fort. Vom Abschlußteil 16 geht oben ein Auslaß 20 für das im Generator G erzeugte Produktgas ab. Weiterhin ist im Abschlußteil 16 ein von Rohrschlangen od. dgl. gebildeter Wärmetauscher oder Dampfüberhitzer 31 mit Dampfeinlaß 32 und Dampfauslaß 33 angeordnet, mittels dessen das zum Auslaß 20 strömende Produktgas gekühlt wird. Der den Überhitzer 31 verlassende Dampf kann in weiteren Aggregaten der gesamten Gaserzeugungsanlage oder aber auch außerhalb derselben verwendet werden.

In der Staub-Vergasungs-Zone S ist im Gefäß G ein von Streben 34 od. dgl. gehaltener Einbau 35 in Form eines Schachtes oder Rohres so angeordnet, daß sich ein zentrisch liegender innerer Durchlaß 36 und ein äußerer, im Querschnitt z. B. ringförmiger Durchlaß 37 ergibt Im Bereich des oberen Endes des Einbaues 35 ist ein System von Düsen 38 vorgesehen, denen über eine Zuleitung, etwa eine von außen kommende Zuleitung 15, ein gasförmiges Medium zugeführt wird und deren Öffnungen oder Mündungen im wesentlichen nach unten und in das Innere 36 des Einbaues 35 weisend angeordnet sind, so daß sie nach Art eines Injektors wirken.

Als Medium, mit dem die Düsen 38 gespeist werden, kommt insbesondere Vergasungsmittel, namentlich Sauerstoff und/oder Dampf, in Betracht. Es kann aber

ι) auch von Vorteil sein, ein anderes Gas, etwa Produktgas, über die Düsen in den Generator einzuführen, so auch zusammen mit einem Zyklon od. dgl. abgeschiedenen

Partikeln.

Außer einer die Düsen 38 versorgenden Zuleitung können im Bereich der Zone S auch unmittelbar in diese mündende Zuleitungen für Vergasungsmittel vorgesehen sein.

Der Einbau 35 ist zweckmäßig mit einer Kühlung versehen. Er kann beispielsweise nach Art eines Kühlmantels ausgebildet sein. Diesem kann von unten über eine Leitung 39 z. B. Wasser zuströmen, das den Einbau 35 am oberen Ende über eine Leitung 40 z. B. in Gestalt von Dampf verläßt. Die Zuleitung für das Kühlmedium geht zweckmäßig durch eine Strebe 34 hindurch oder wird durch die letztere selbst gebildet. Es können auch alle vorhandenen Streben als Kühlmittel-Leitungen dienen und dadurch selbst gekühlt sein.

Es kann auch vorteilhaft sein, das Medium, das nach den obigen Erläuterungen den Düsen 38 zugeführt wird, etwa Produktgas, auch als Kühlmedium für den Einbau 35 zu verwenden, wobei dasselbe über die Leitung 39 oder mehrere solcher Leitungen in den Kühlmantel oder das Kühlsystem des Einbaus 35 eingeleitet wird und dann vom oberen Ende desselben über eine in F i g. 2 strichpunktiert angedeutete Verbindungsleitung 41 den Düsen 38 zugeführt wird.

Durch das injektorartige Einblasen von Vergasungsmittel und/oder einem anderen Gas über die Düsen 38 wird in der Staub-Vergasungs-Zone S eine Umwälz-Strömung des in dieser Zone befindlichen zu vergasenden Gutes hervorgerufen, wobei jeweils Gut aus dem oberen Teil der Zone S durch das Innere 36 des Einbaues 35 nach unten geführt wird und nach dem Verlassen des Einbaues 35 in dem äußeren Raum 37 wieder nach oben strömt Auf diese Weise wird eine günstige Erhöhung der Verweilzeit des Gutes in dieser Zone erzielt Dadurch ergibt sich unter anderem der Vorteil, daß die Vergasung von Kohlenstoff enthaltenden Staubpartikeln noch intensiviert wird und da3 außerdem auch eine vollständige Spaltung von möglicherweise in den anderen Zonen nicht vergasten flüchtigen Bestandteilen erreicht wird. Darüber hinaus werden Staubpartikel aus dem oberen Teil der Zone S unter der Wirkung des von den Düsen 38 eingeblasenen

«ο Mediums durch den Innenraum 36 des Einbaues 35 hindurch wieder in die Wirbelzone ^hineingetragen, so daß sie sich mit anderen Teilchen zu schwereren Partikeln agglomerieren und als solche absetzen können. Sie belasten dann das abgenommene Produktgas nicht mehr.

Im übrigen entspricht die Arbeitsweise des Generators nach F i g. 2 derjenigen der Ausführung nach F i g. 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vergasen fester Brennstoffe unterschiedlicher Korngröße (Staub bis grobkörnig) mit üblichen Vergasungsmitteln in einem Reaktionsraum, in welchen der Festbrennstoff eingebracht wird, mit einem unteren Festbett und einer oberen Staubvergasungszone unter atmosphärischem oder erhöhtem Druck und gegebenenfalls Einsatz zusätzlicher flüssiger, staub- oder gasförmiger Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet,

— daß über dem Festbett eine Wirbelschicht erzeugt wird, über der sich die Staubvergasung vollzieht,

— daß der Festbrennstoff in die Wirbelschicht eingetragen wird,

— daß in alle drei Zonen Vergasungsmittel eingebracht werden, und

— daß der gegebenenfalls einzusetzende Zusatzbrennstoff wenigstens in eine dieser Zonen eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Staubvergasungszone durch Einblasen eines Gases eine Umwälzung mit einer im Inneren abwärts gerichteten Bewegung erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbrennstoffe zusammen mit den Vergasungsmitteln eingebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintragen des Festbrennstoffes diskontinuierlich erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem gegebenenfalls druckfesten Schachtgenerator mit Brennstoff-Beschikkungsvorrichtungen und Vergasungsmittel-Zuleitungen, der mindestens im Unterteil einen Kühlmantel, unten einen Schmelze- bzw. einen Aschenausjtrag und oben den Gasauslaß aufweist, dadurch gekennzeichnet,

— daß der Schacht sich im Bereiche eier Wirbelschicht (H^ nach oben erweitert,

— daß sich in der Schachterweiterung die Festbrennstoff-Zufuhr (10,11) befindet,

— daß in allen drei Vergasungszonen (F, W, S) Vergasungsmittel-Zuleitungen (5, 14, 15) angeordnet sind und

— daß für den gegebenenfalls einzusetzenden Zusatzbrennstoff wenigstens in einer Vergasungszone (F, W, S) eine Brennstoff-Einführung (21) vorhanden ist.

6. Schachtgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Staubvergasungszone (S) des Schachtes ein rohrförmiger Einbau (35) vorgesehen ist, an dessen oberem Ende eine oder mehrere in seinen Innenraum (36) gerichtete Düsen (38) angeordnet sind.

7. Schachtgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (35) mit einer Kühlvorrichtung (39,40) versehen ist.

8. Schachtgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den Düsen (38) zugeleitete Medium auch das die Kühlvorrichtung (39, 40) durchfließende ist.

9. Schachtgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb einer Vergasungszone (F, W, S) liegenden Vergasungsmittel-Einlässe (14) in verschiedenen Höhen angeordnet sind.

10. Schachigenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Festbett (F) und wenigstens ein Teil der Staubvergasungszone (S) gekühlte Wände besitzen.