DE2715926B2 - Verfahren zur Schnelloxidation von backender Staubkohle für die Schnellent- und/oder -teilvergasung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnelloxidation von backender, zu Staub gemahlener Kohle für die nachfolgende Schnellem- und/oder -teilvergasung.

Zur Beseitigung oder Minderung der Backfähigkeit der Kohle ist bekannt, die stückige oder staubförmige Kohle Behandlungstemperaturen von 50° bis etwa 300^cC während Wochen bis zu Minuten auszusetzen. Auch die Schnelloxidation von staubförmiger Kohle im Flugstrom bei Temperaturen von 350° bis 450⁰C und Behandlungszeiten von weniger als 6 see. ist zum gleichen Zweck bekamt (DE-PS 12 03 729, »Brennstoff-Wärme-Kraft«. 1974, S. 459-467).

Bei der Schnclloxidation, wie sie durch die zuletzt genannte Vorveröffentlichung bekannt ist, wird der Kohlenstaub im Flugstrom zunächst auf die Oxidationstemperatur von ca. 400⁰C gebracht und auf dieser Temperatur eine bestimmte Dauer, beispielsweise 3 see, belassen. Dabei dringt ein Teil des Sauerstoffes des Oxidationsmittels, das in der Regel gleichzeitig das Fördermittel des Staubes ist, in die äußere Hülle des Kohlenkornes ein und in dessen äußeren, nur tausendstel Millimeter starken Schicht werden Umsetzungen mit der Kohlesubstanz hervorgerufen, die zur Beseitigung der Backfähigkei' in dieser äußeren Schicht führen. Anschließend wird die Kohle im Flugstrom leilcnt- bzw. -vergast, um den Schwefelgehalt im Koks /u verringern, der dann im Kraftwerk verbrannt wird.

Nach der genannten DE-PS 12 03 729 wird Kohlenstaub mit Luft als Förder- und Oxidationsmittel in einem Wärmetauscher durch indirekte Wärmeübertragung aufgeheizt. Dabei strömt das vorerwärmte Luft-Kohlegemisch durch oder um ein Rohr, das von außen oder innen, z. B. durch Rauchgase, beheizt wird. Die Wärme wird dabei vom Rauchgas durch die Rohrwand auf das Staub-Luftgemisch übertragen. Die Nachteile dieses Verfahrens liegen in der Schwierigkeit der gleichmäßigen Aufteilung des Kohlenstaub-Luftgemisches auf eine Vielzahl von Rohren bzw. über den Querschnitt des Wärmetauschers. Daneben sind die nicht geringen Verschleißbeanspruchungen der wärmeübertragenden Heizflächen zu nennen, im übrigen betrifft diese Druckschrift ein Verfahren zur Anoxidation und nachfolgenden Entgasung von backendem Brennstoffstaub, bei dem mehr als 1 kg Kohlenstaub pro ^s Normalkubikmeter Trägergas während weniger als 4 see. bei 320° —420°C anoxidiert und während weniger als 6 see. entgast wird. Dabei wird das gewonnene Gas als Träger- und/oder Teilverbrennungsgas benutzt, besonders für die Wärmezufuhr für die Entgasungsstufe, ίο Die Anoxidation wird dabei in der aus mehreren aufeinanderfolgenden Teilen bestehenden Anoxidationsstufe unter verschiedenen Belastungen vorgenommen.

Als bekannt wird dort vorausgesetzt ein Entgasungsverfahren, bei dem 15—25 kg Koks je Kilogramm Rohkohle zu deren Entgasung umlaufen. Der Koks wird dabei während seiner pneumatischen Förderung durch Teilverbrennung mit Luft aufgeheizt.

Aus der genannten Vorveröffentlichung »Brennstoff-Wärme-Kraft« ist bekannt, daß die Geschwindigkeit der Oxidation des Kohlenstaubes exponentiell von der Temperatur abhängig ist und daß sie proportional der Beladungsdichte des Flugstromes und der Sauerstoff-Eingangskonzentration des Oxidationsmittels ist. Auch die Erwärmung des Trägergases durch Teilverbrennung des Staubes ist hierdurch bekannt. Aus diesem Grund soll ein Verhältnis von etwa 10 kg Kohlenreinsubstanz je Kilogramm Sauerstoff im Fördermittel angestrebt werden. Das entspricht einer

^o Beladung von etwas mehr als 3 kg Kohle je Kubikmeter Luft.

Aus der DE-AS 10 38 227 ist ein Verfahren zur Ent- oder Vergasung vorwiegend staubförmiger Brennstoffe bekannt, das in einem Zyklon, also im Flugstrom, vor sich geht. Der unvorbehandelte Brennstoff-Staub soll dazu lediglich vorgewärmt werden, was entweder durch heiße Trägerluft oder Rückführung und Verbrennung unter Luftmangel von Produktgas oder aber durch Mischen mit aus dem Zyklon abgezogenen Brennstoffteilen erfolgen kann.

Die GB-PS 7 19 225 beschreibt ein Verfahren zum Oxidieren von Kohle zur Verminderung von deren Backfähigkeit mit sauerstoffhaltigen Reaktionsgasen bei Temperaturen oberhalb der Schweltemperatur der Kohle. Dazu wird die Staubkohle vorgewärmt, und zwar zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades der Gesamtanlage durch Rückführung der Heiß- und Kühlgase nach der Kohlenstaubabtrennung zur Trokken- und Vorheizstufe. Dabei wird auch ein Teil der behandelten Kohle zurückgeführt und nahe der Eintrittsstelle der Frischkohle in das Wirbelbett diesem zugegeben.

Der vorliegenden L-ifindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Verfahren zur Schnellem- und/oder -teilvergasung von Kohlenstaub dessen Voroxidation durch direkten Wärmeaustausch und Oxidationsmittelzusatz zu vereinfachen, indem der Staub vorgewärmt wird. Dadurch wird auch der Wärmewirkungsgrad des Gesamtverfahrens verbessert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, den Kohlenstaub mit aus der Ent- und/oder Teilvergasung stammenden heißen Koksstaub durch Mischen vorzuwärmen und anschließend durch das vorgewärmte Oxidationsmittel bis auf die Oxidationstemperatur zu erhitzen.

Der Kohlenstaub tritt aus der Mahlanlage, in der er gleichzeitig getrocknet wird, i'iiit einer Korngröße von unter 0,1 mm und mit Temperaturen von etwa 50 bis

80° C aus.

Der Koksstaub, der bei der Schnellentgasung erzeugt wird, besitzt Temperaturen, die zwischen 800 und 1200° C liegen, derjenige, der aus einer Schnellteilvergasung stammt, besitzt Temperaturen von über 1200° C bzw. 1300⁰C. Die Menge des dem Kohlenstaub zuzumischenden Koksstaubes soll möglichst gering sein, um einmal die Beladungsdichte des Oxidationsmittels nicht zu weit zu erhöhen und zum anderen, um den im Oxidationsmittel enthaltenen Sauerstoff möglichst weit- ι ο gehend nur der Kohlenstaub-Reaktion nutzbar zu machen. Je höher die Temperatur dieses Koksstaubes ist, um so geringer ist die Menge, die dem Kohlenstaub zugemischt werden muß, um eine gleiche Mischtemperatur zu erhalten.

Es wird daher weiter vorgeschlagen, den heißen Koksstaub auf dem Weg zur Mischstelle durch Teilverbrennung auf die erforderliche Temperatur zu bringen, so daß für die Vorwärmung ein Mischungsverhältnis von weniger als 1 kg Koksstaub je 1 kg 2;) Kohlenstaub erforderlich ist.

Wird der Koksstaub der Schnellvergasung entnommen und mit einer Temperatur von z. B. 1350°C der Mischstelle zugeführt und dort mit Kohlenstaub von 5O⁰C gemischt, so sind je kg Kohle etwa 0,27 kg Koksstaub zuzuführen, wobei sich dann eine Mischtemperatur von etwa 330 bis 340⁰C ergibt. Die Mischung kann in an sich bekannten Apparaturen unter möglichst sauerstoffreier Atmosphäre erfolgen. Diesem Gemisch von Kohlenstaub und Koksstaub wird dann das Oxidationsmittel, z. B. Luft, mit Temperaturen von 700⁰C und einer Menge von 0,3 m¹ zugeteilt, worauf sich dann für das Kohlenstaub-Koksstaub-Luft-Gemisch eine Mischtemperatur von 400⁰C (d. i. die in diesem Beispiel gewünschte Oxidationstemperatur) einstellt. )5

Hätte der Koksstaub eine Temperatur von z. B. 1250°C, so kämen auf 1 kg Kohlenstaub von 50⁰C etwa 0,32 kg Koksstaub in die Mischkammer. Die Mischtemperatur würde in der Nähe von etwa 340⁰C liegen. Mit der Zuteilung von 0,3 m³ Luft als Oxidationsmittel mit 700⁰C würde sich auch hier wieder die Oxidationstemperatur von 400° C einstellen.

Die Wärmeübertragung bei der Mischung von Kohlenstaub und Koksstaub erfolgt relativ langsam, da praktisch nur eine punktförmige Berührung der einzelnen Körner untereinander vorliegt, so daß keine Überhitzung der feinen Kornfraktionen erfolgt. Bei der Zumischung von 700⁰C heißem Oxidationsmittel (im Beispiel ist Luft verwandt worden; es könnte natürlich auch Rauchgas, sauerstoffangereicherte Luft. Sauerstoff, Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisch oder ähnliches sein) erfolgt die Aufheizung sehr viel schneller. Bei 700⁰C und relativ hoher Beladung des Trägergases erreichen selbst die kleinen Fraktionen von z. B. 0,005 mm auch kurzzeitig keine Temperaturen, die über 480 bis 500⁰C liegen. Da bei der schnellen Erhitzung der Temperaturbereich der plastischen Zone der Kohle von ursprünglich etwa 430 bis 550"C jetzt auf etwa 490 bis 550⁰C eingeengt wird, besteht keine Gefahr, daß Backerscheinungen auftreten.

Untersuchungen der Schneiloxidation während der pneumatischen Förderung haben ergeben, daß bei einem Verhältnis von etwa 10 kg Reinsubstanz der Kohle zu J kg Sauerstoff des Oxidaiionsminels der Oxidationseffekt, soweit er durch die Beladungsdichte beeinflußbar ist, den optimalen Wert erreicht und bei noch höheren Verhältnissen keine Verbesserung mehr erreicht wird.

Daher wird weiter vorgeschlagen, daß das Oxidationsmittel für je 10 kg Kohlenstaub 1 kg Sauerstoff aufweist.

Die Vorwärmung des Oxidationsmittels erfolgt in Wärmetauschern, in denen heiße, bei der Schnellent- und/oder -vergasung entstandene Produkte ihre Wärme auf das Oxidationsmittel indirekt übertragen. Bei diesen Wärmetauschern sind durch ihre Materialien und durch bestimmte Bestandteile der beteiligten, wärmeaustauschenden Medien der Vorwärmtemperatur Grenzen gesetzt. Bei der Verwendung von Luft als Oxidationsmittel dürften heute Temperaturen um 700⁰C die wirtschaftliche Grenze bilden, bei der Verwendung von reinem Sauerstoff ist sie nur etwa halb so groß.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ohne besonderen apparativen Aufwand und ohne zusätzliche Regulierung der Sauerstoffkonzentration die Vorwärmung des Kohlenstaubes auf die zu seiner Voroxidation benötigte Oxidationstemperatur mittels dem im Gesamtverfahren bei der Schnellem- und/oder -vergasung anfallenden Koksstaub erfolgt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Schnelloxidation von backender, zu Staub gemahlener 'iohle mittels direkter Wärmeübertragung von heißen, sauerstoffhaltigen Reaktionsgasen für die nachgeschaltete Schnellent- und/oder -teilvergasung, der eine Vorerwärmung des Kohlenstaubes durch aus nachfolgenden Prozessen stammendem Wärmeträger vorangeht, d a durch gekennzeichnet, daß der Kohlenstaub mit heißem Koksstaub, der aus der Schnellent- und/oder -teilvergasung stammt, durch Mischen vorgewärmt und anschließend durch das vorgewärmte Oxidationsmittel bis auf die Oxidationstemperatur erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Koksstaub auf dem Weg zur Mischstelle durch Teilverbrennung auf eine solche Temperatur gebracht wird, daß für die Vorwärmung weniger als 1 kg Koksstaub je 1 kg Kohlenstaub erforderlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel für je 10 kg Kohlenstaub 1 kg Sauerstoff aufweist.