DE2700279A1 - Verfahren und anlage fuer die autotherme vergasung von koernigem brennstoff, insbesondere steinkohle mit einem vergasungsmittel, z.b. sauerstoff und dampf - Google Patents

Description

• "Verfahren und Anlage für die autotherme Vergasung
• von körnigem Brennstoff, insbesondere Steinkohle mit einem Vergasungsmittel, z.B. Sauerstoff und Dampf" Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die autotherme Vergasung von körnigem Brennstoff, insbesor,-dere Steinkohle mit einem Vergasungsmittel, z.B.
• Sauerstoff und Dampf, bei dem der Brennstoff aus einem Bunker in geregelter Menge einem Mischkopf zugeführt wird, dort von dem Vergasurgsmittelstrom aufgenommen und mit einem Brenner in den Vergaser eingeblasen wird.
• Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Die Erfindung ist grundsätzlich anwendbar auf Vergasungen, die bei Normaldruck, d,h, bei Atmosphärendruck durchgeführt werden. Das vcrzugsweise Anwendungsgebiet der Erfindung sind jedoch Weiterentw<cklungen des oben bezeichneten Vergasungsverfahrens, die eine Steigerung des Vergasungsdruckes zum Ziel haben. Außer Steinkohle läßt sich die Erfindung auch mit anderen Kohlenarten und Brennstoffen, z.B. mit Braunkohle und Petrolkoks durchführen. Als Vergasungsmittel kommen außer Sauerstoff und Dampf gegebenenfalls auch Luft und Dampf sowie Sauerstoff und Kohlendioxid und Luft und Kohlendioxid in Betracht.
• Das eingangs bezeichnete Verfahren ist bekannt (W.
• Peters, Kohlevergasung, Verlag Glückauf 1976, 88, 97).
• Das bekannte Verfahren arbeitet bislang unter Normaldruck mit Kohlenstaub, welcher zu 70 % < 0,075 mm vorliegen muß (oder nicht mehr als 10 % Rückstand auf 0,09 DIN-Sieb aufweisen darf). Die Einsatzkohle wird kontinuierlich, nämlich mit einem Schneckenförderer gemäß einer Mengenregelung dem Mischkopf zugeführt. Die Vergasungstemperaturen liegen verhältnismäßig hoch mit 1500 - 1900° C. Hergestellt wird Synthesegas.
• Nachteilig wirkt sich der Aufwand aus, der zur llerstellung der Einsatzkohle aus der angelieferten Kohle getrieben werden muß, denn in jedem Fall liegen die Mahlkosten hoch und bedeuten einen erheblichen technischen Aufwand. Außerdem ist der Regel- und Steuerungsaufwand beträchtlich. Auch die kontinuierliche Zuführung der durch die Regelung vorgeschriebenen Mengen an Brennstoff mit Hilfe des Schneckenförderers ist mit Schwierigkeiten verbunden, insbesondere wenn ein grobkörniger Brennstoff vorliegt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Verbesserung des Brennstoffeintrages das eingangs bezeichnete Verfahren zu vereinfachen und in weiterer Ausbildung dieses Verfahrens die Vergasung auch unter erhöhtem Druck durchzuführen, um dadurch zu einem verbesserten Durchsatz und/oder einem höherwertigen Produktionsgas zu kommen.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Brennstoff in den Mischkopf gepumpt und dahei die durch die Regelung vorgegebene Menge in Portionen unterteilt wird, die durch Verdrängen unter Druck gesetzt werden, worauf der Verdränger druckdicht abgeschlossen und die Brennstoffportion abgegeben wird, wobei durch die Verwendung mehrerer, vorzugsweise dreier Zylinder ein kontinuierlicher tKngenstrom entstcht.
• Das Einpumpen des Brennstoffes kann mit Drücken bis zu 200 bar erfolgen und hat den Vorteil, daß eine vorgegebene Brennstoffmenge auch mit wesentlich gröbere Körnungen beispielsweise bis zu ca. 2 mm erreichbar ist.
• Diese Körnungen machen bei der Vergasung keine Schwierigkeiten, weil infolge der hohen Vergasungstemperaturen eine plötzliche Aufheizung auf die Reaktionstemperatur eintritt, die ihrerseits zu einer Zerkleinerung des groben Kornes in der Flamme führt.
• Hierauf beruht der Vorteil der Erfindung, auf die feine Aufmahlung des Brennstoffes verzichten zu können.
• Praktisch ist es lediglich erforderlich, beispielsweise bei einem Grenzkorn von ca. 2 mm die Förderkohle abzusieben, die wegen der fortschreitenden Mechanisierung unter Tage ohnehin genügend Feinkohle unterhalb dieser Korngrenze enthält.
• Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den Vortei3, das es erhebliche überdrücke im Vergaser ermöglicht. Denn die Brennstoffportionen vor dem Verdränger dichten nach außen ab und machen dadurch besondere Eintragsschleusen und Schutzgasvorrichtungen überflüssig, die man bei Druckvergasungen zur Vermeidung von Explosionen insbesondere in den Brennstoffvorratsbunkern bislang einsetzen muß.
• Die Unterteilung der Regelmengen in Portionen mit anschließender Zusammenführung zu einem kontinuierlichen Mengenstrom hat den Vorteil, daß die durch die Regelung vorgeschriebenen Brennstoffmengen sehr genau eingehalten werden können, wobei die Steuerung dieser Mengen einfach zu bewerkstelligen ist. Folglich entfällt ein heblicher Teil des bislang notwendigen regel- und steuerungstechnischen Aufwandes.
• Außerdem läßt sich der Brennstoff trocken pumpen. Hierdurch wird gegenüber den Verfahren, welche mit Suspensionen von Brennstoff in Wasser arbeiten, die Wärmebilanz der Vergasung verbessert, weil die zum Verdampfen des Suspensionswassers erforderliche Wärme im Reaktor eingespart wird und die Zuführung von Dampf allein nach den Erfordernissen der Reaktoren vorgenommen werden kann.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, durch Brechen bzw. Klassieren den Brennstoff aufzubereiten und diesen ungetrocknet unter Normaldruck zu bunkern. Das ist auch bei gesteigerten Drücken im Reaktionsraum möglich, weil Flammrückschläge aus den oben erläuterten Gründen nicht zu befürchten sind.
• Bei einer weiteren Ausfü.hrunqsform der Erfindung, die insbesondere für erheblich gesteigerte Drücke im Vergasungsraum vorgesehen ist, wird die aus der Verbrennung entstehende Asche aus dem Vergaser abgepumpt und dabei in Portionen unterteilt, die einzeln auf den Atmosphärcndrucx gebracht und danach freigegeben werden. Auf diese Weise ist es möglich, das Austreten von Vergasersphäre aus dem Reaktor nach außen auch durch den Ascheabzug zu verhindern.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, als Brennstoff einen unaufbereiteten Klär- oder Filterschlamm zu verwenden. Auch hierbei handelt es sich um einen körnigen Brennstoff. Die Verwendung solcher Schlämme ist möglich, weil das erfindungsgemäße Verfahren unabhangig vom Feuchtigkeitssehalt des einzubringenden Brennstoffes ist.
• Hierdurch wird ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil möglich, weil die vorhandenen Klär- und Filterschlämme als schwer oder gar nicht absetzbare Abgänge der Aufbereitung anzusehen sind.
• Die Einzelheiten, weitcren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung crgeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 schematisch, d.h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 eine Pumpe zum Fintragen des Brennstoffes in Seitenansicht und Fig. 3 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 2.
• Zunächst wird anhand der Fiq. 2 und 3 und des Brennstoffeintrages die Pumpe erläutert, welche im Rahmen der erfindungsgemäßen Anlage auch zum Austragen der Asche benutzt werden kann.
• Gemäß dem Ausführungsbeispiel besteht diese Maschine aus zwei parallel laufenden Kolben 51 bzw. 52, welche auf ihrer Rückseite mit einem hydraulischen Druckmittel bei 53 bzw. 54 beaufschlagt sind. Aus dem nicht in den Fig. 2 und 3 wiedergegebenen Fülltrichter schiebt der Kolben 51 eine aus dem Fülltrichter entnommene Brennstoffportion 55 an einer Buchse 5ß vor sich her und drückt sie vor das zunächst geschlossene Ventil 56.
• Dadurch wird vor dem Kolberkin Druck aufgebaut, bis der im Reaktor herrschende Vergasungsdruck erreicht ist. Dann öffnet das zyliiiderförmige Ventil durch eine Drehung um ca. 90°, wodurch der Zustand erreicht wird, der am Ventil 57 dargestellt ist, weiche die Buchse 59 abschließt, in der der Kolben 52 bewegt wird. Da vor und hinter dem Ventil 57 der gleiche Druck herrscht, sind die Antriebs- und Gleitflächenbelastung.en des Ventiles sehr gering. Die bei 60 wiedergegebene Brennstoffportion wird eingetragen. Das erfolgt mit verhältnismäßig langsamer Vorschubgeschtzindigkeit.
• Durch Verstellung des Ventils 7 in die Stellung, die das Ventil 56 einnimmt, wird der Verdränger 52 gege den Druck abgeschlossen, der in der Sphäre herrscht, in die der Brennstoff aufgegeben wird. Dadurch kann nunmehr der Verdrängerkolben zurücklaufen. Einfache Sperrschaltungen lassen den Rückgang des Verdrängerkolbens 51 bzw. 52 nur bei wieder geschlossenem Ventil 56 bzw. 57 zu.
• Während des Füll- und Druckerzflugungsvorganges fördert der jeweils andere Kolben, so daß nur geringe Totzeiten bei wechselweisem Schließen und öffnen der Ventile 56 und 57 entstehen. Durch Zuschaltung eines dritten Verdrängerkolbens (nicht dargestellt) können solche Totzeiten praktisch völlig ausgeschaltet werden.
• Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Anlage wird beispielsweise bei einer Kornobergrenze von ca. 2mm klassierte Kohle entsprechend der Richtung des Pfeiles 1 in einen Bunker 2 gefördert, der einen Brennstoffvorrat bei 3 bereithält. Aus diesem Vorrat entnimmt die beschriebene Pumpe, die allgemein mit 4 bezeichnet ist, die Brennstoffportionen und gibt sie über die bei 5 wiedergegebenen Ventile entsprechend der Richtung des Pfeiles 6 einem Mischkopf 7 auf. Der Brennstoff wird dabei kontinuierlich gefördert und in den Mischkopf 7 eingetragen. Im Mischkopf 7 wird der argeförderte Brennstoff von dem entsprechend der Richtung des Pfeiles 8 zugeführten Vergasungsmittel - Sauerstoff und Dampf - aufgenommen und in den bei7 lediglich schematisch wiedergegebenen Brenner des allqemein mit 9 bezeichneten Vergasers eingeblasen. Wie ersichtlich, ist der Brenner 7a in der kegelstumpfartig eingezogenen Spitze 10 des Vergasers 9 untergebracht. Die Regelkreise, dic einerseits zur Steucrung der Pumpe und andererseits zur Regelung der Vergasungsmittelmenge dienen, sind in der Zeichnung nicht wiedergegeben. Jedoch kann huber die Menge des Vergasuqsmittels entsprechend der Brennstoffmenge der Vergasungsprozeß gesteuert werden.
• Der Brennstoff vergast im wesentlichen irn oberen weil des mit 11 bezeichneten Reaktionsraumes. Dabei entsteht Synthesegas, das über eine Ringleitung bei 12 abgezogen wird.
• Die beim Vergasungsprozeß anfallende Asche wird gemäß dem dargestellten Ausführunqsbeispiel durch den kegelförmiq eingezogenen unteren Teil 13 des Vergasers 9 über eine Öffnung 14 abgezogen und fällt in ein Granulierbad 15, aus dem die granulierte Asche bei 16 abgezogen erden kann.
• Der Vergaser 9 ist mit einer f3ucrfestcn Ausmauerung 17 versehen.
• Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, eine der Pumpe 4 entsprechende weitere Pumpe zum Abpumpen der Asche einzusetzen.
• Patentanspuüche

Claims (9)

1. P a t e n t a n p r ü c ii e 1. Verfahren für die autotherme Vergasung von körnigem Brennstoff, insbesondcre Steinkohle mit einem Vergasungsmittel, z.B. Sauerstoff bzw. Luft und Dampf bzw. Kohlendioxid, bei dem der Brennstoff aus einem Bunker in geregelter islenge einem Mischkopf zugeführt wird, dort von dem Verqlsungslnittelstrom aufgenommen und in den Brenner des Vergasers eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daB der Brennstoff in den Mischkopf gepumpt und dabei die durch die Regelung vorgenosgmene Menge in Portionen unterteilt wird, die durch Verdrängen unter Druck gesetzt werden, worauf der Verdränger druckdicht abgeschlossen und die Brennstoffportion abgegeben wird, wobei durch die Verwendung von vorzugsweise drei Zylindern ein kontinuierlicher Mengenstrom entsteht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck unter den die Brennstoffportionen gesetzt werden, bis zu 200 bar beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Brechen bzw. klassieren aufbereitete Brennstoff ungetrocknet unter Normaldruck gebunkert wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n c t , die aus der Verbrennung entstehende Asche aus dem Vergaser ab-epumpt und dabei in Portionen unterteilt wird, die einzeln auf den Atmosphärendruck gebracht und danach freigegeben werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n zeich n e t, daß als Brennstoff ein unaufbereiteter Klär- oder Filterschlamm verwendet wird.
6. 6. Anlage zur Durchfiihrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem dem Vergaser vorgeschalteten Fördermittel zum Eintragen des Brennstoffes in den Mischkopf , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daB das Fördermittel als Pumpe (4) ausgebildet ist, welche einen oder mehrere feste Verdrngerkolben (51, 52) und druckseitig ein oder mehrere Auslaßventile (56, 57) aufweist, welche abgabeseitig mit dem Druck des Vergasungsmittelstromes beaufschlagt sind.
7. 7. Anlage nach Anspruch 6 , g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine zum Austragen der Asche dienende Pumpe mit einem oder mehreren Verdrängerkolben, die druckseitig ein oder mehrere Auslaßventile aufweisen, welche abgabeseitig unter Atmosphärendruck stehen.
8. 8. Anlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Mischkopf (7) und der Brenner (7a) in einem kegelstumpfförmig eingczogenen oberen Abschnitt (10) des Vergasers (9) angeordnet sind.
9. 9. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i ch n e t, daß unterhalb des Ascheabzuges (13, 14) des Vergasers (9) ein Granulierbad (15) mit einer Austragsvorrichtung (16) vorgesehen ist.