DE2732544A1

DE2732544A1 - Verfahren und festbettreaktor zur autothermen druckvergasung von stueckigen brennstoffen, insbesondere von steinkohle

Info

Publication number: DE2732544A1
Application number: DE19772732544
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Toelle; Fritz Zimmermann
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1977-07-19
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1979-02-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur autothermen
Druckvergasung von stückigen B rennstoffen, insbesondere von Steinkohle mit Wasserdampf und Luft bzw. Sauerstoff im Festbettreaktor. Außerdem betrifft die Erfindung einen Festbettreaktor zur Durchführung des Verfahrens.
Die autothermeDruckvergasung von stückiger Kohle mit Wasserdampf und Sauerstoff im Festbettreaktor ist bekannt (Peters, Kohlevergasung, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1976, 64,76). Das aus dem Festbettreaktor abgezogene Vergasungsgas ist stark mit Staub und Teer verunreinigt.Bei bekannten Verfahren wird daher mit Wasser ge-2 Sabe entsteht ein Dreiphasengemisch aus Wasser, Teer und Staub, das aufbereitet werden muß. Die dazu erforderlichen Teer- und Wasserkreisläufe stellen einen erheblichen Aufwand dar, der das Verfahren technisch und wirtschaftlich belastet. Störend wirkt sich ferner die Verbrennung des Brennstoffes im Festbett aus, weil man exakt definierte Verbrennungstemperaturen und eine örtlich gleichmäßige Verbrennung bislang nicht erreichen kann. Darauf beruhen eine ganze Reihe von Störungen, z.B. Verklinkerungen der Asche, ungleichmäßiger Abbrand in der Oxydationszone mit Ausbildung von KoksgerUsten, die unregelmäßig zusammenbrechen und die hierauf beruhenden Veränderungen in der Gasströmung, welche Strähnen und Toträume bildet. Nachteilig ist auch der relativ hohe Wassergehalt des Vergasungsgases, weil in diesem nicht nutzbare Kondensatioxwärme enthalten sind, die den Wirkungsgrad sowohl des Vergasers, als auch des Gesamtverfahrens herabsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Vergasungssystem durch eine besser zu kontrollierende Verbrennung zu verbessern und den Verfahrensuirkungsgrad durch wesentliche Herabsetzung des Dampfverbrauches und des Wassergehaltes im Vergasungsgas zu steigern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff vor der Vergasungsreaktion mit einem Teilstrom des Vergasungsgases (Spülgas) geschwelt, das Schwelgas abgezogen und unterstöchiometrisch verbrannt wird, und daß mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten die bei der Verbrennung erzeugte Wärme für die Vergasungsreaktionen ins Festbett zugeführt wird.
Bei diesem Verfahren lassen sich Menge und Wärmeinhalt des Schwelgases z. B. durch Veränderung des Spülgasansaugquerschnittes (24) so einstellen, daß die für die endotherme Vergasungsreaktion nötige Reaktionswärme ausschließlich von der fühlbaren Wärme der Verbrennungsprodukte gedeckt wird, so daß eine Verbrennung im Festbett des Reaktors nicht mehr stattfindet. Bei der unterstöchiometrischen Verbrennung läßt sich außerdem die Temperatur' der Verbrennungaprodukte so einstellen, daß Ascheverklinkerungen vermieden werden. Diese Temperatursteuerung kann durch Veränderung der Menge des zur Schwellung benutzten Vergasungagases und/oder durch Einspritzen von Wasser bzw. durch Zuführen von Dampf bei der Schwelgaaverbrennung gesteuert werden.
Die Verlagerung der Verbrennung aus dem Festbett heraus führt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren außerdem dazu, daß ein teerfreies Vergasungsgas entsteht, weil Teerbestandteile auf dem Wege durch die Schwelkammer und die anschließende Verbrennung der Schwelgase gekrackt werden. Dadurch entfallen die bei den bekannten Verfahren notwendigen investitionsaufweadigen und störanfälligen Teerkreislaufanlageteile. Außerdem wird der Wassergehalt im Vergasungsgas herabgesetzt, da die gohlefeuchte und das Dildungswasser bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls ihren Weg durch die Schwelgasverbrennung nehmen und, mit H20 als Verbrennungsprodukt auf diese Weise Teil des Vergasungsmittels im Festbett werden. Dadurch läßt sich der Wassergehalt des Vergasungsgases so weit absenken, daß das Vergasungsgas won 1300auf 600C ohne Kondensationsverluste abgekühlt werden kann.
Schließlich wird der Dampfverbrauch herabgesetzt, da Kohlefeuchte, Bildungswasser, unzersetzter Wasserdampf (als Teil des Spülgases) und Wasserdampf als Verbrennungsprodukt einen Teil des fremdzuzuführenden Dampfes verdrängen.
Es ist bei der Synthesegaserzeugung bekannt, Schwelgas zu gewinnen, das zusammen mit Dampf und Synthesegas ein Gasgemisch bildet, welches als Vergasungsmittel bei dem in Form von Braunkohlenbriketts vorliegendem stückigen Brennstoff Verwendung findet (Peters a.a.0., 49, 57). Hierbei handelt es sich jedoch um ein dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber stark unterschiedliches Vergasungssystem, nämlich um eine a*totherme Wälzgas-Gegenstrom-Vergasung mit Außenbeheizung, wobei Brennstoffe hoher Reaktionsfähigkeit benötigt werden und die Vergasung in ruhender Schüttung bei Normaldruck stattfindet. Demgegenüber kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren infolge seines autothermen Vergasungssystemes durch Unabhängigkeit von Fremnergie und durch eine kontinuierliche Fahrweise, die zu einer gleichbleibenden Gasmenge und Gasqualität, sowie zu minimalen Wärmeverlusten führt, da ständig im optimalen Temperaturbereich gefahren wird.
Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Verbrennungsprodukte mit Hilfe der Verb rennungsluft bzw. dem Verbrennungssauerstoff unter Druck in das Festbett eingebracht. Dadurch wird auf einfache Weise das Problem gelöst, die Verdem brennungsprodukte/in der Regel etwa 20 Atmosphären betragenden Druck im Reaktor anzupassen.
Der erforderliche Wasserdampf kann zur Abkühlung der Asche verwendet werden.
Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 schematisch, d.h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten einen Festbettreaktor im Längsschnitt gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 einen Verfahrensstammbaum bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Festbett reaktors wiedergegeben ist.
Der in Fig. 1 wiedergegebene Festbettreaktor hat ein allgemein mit 1 bezeichnetes Reaktorgefäß mit einem nicht dargestellten Ascherost im unteren Teil, dem bei 2 Dampf zugeführt wird, während die Asche bei 3 abgezogen werden kann. Der eigentliche Vergasungsschacht 4 befindet sich oberhalb des erwähnten Ascherostes. Konzentrisch zu dem Gefäß 1 sind im oberen Teil des Festbettreaktors eine SchwelkammerT7 sowie eine Verbrennungskammer 6 angeordnet. Gemäß dem in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskammer 6 rohrförmig ausgebildet. Das Rohr ist Teil eines Injektors 7, dessen Düse 8 mit der Verbrennungsluft beaufschlagt wird, deren Zuführungsrichtung mit dem Pfeil 9 angegeben ist.
Über dem Injektor 7 befindet sich ein Dom 10 als Kanal 23, der ftir die Zufuhr von Schwelgasen mit Hilfe des Injektors 7 in die Verbrennungskammer 6 dient.
Die Schwelkammerl7 stellt eine Verlängerung des Reaktorgefäßes 1 dar und ist ihrerseits durch einen Dom 11 abgeschlossen. In den Dom 11 münden Leitungen 12 und 13, durch die entsprechend den Pfeilen 14 bzw. 15 stückiger Brennstoff, nämlich stückige Steinkohle eingeführt werden. Dieser Brennstoff sammelt sich im unteren Teil der Schwelkammer 17 bei 16, wo durch einen zylindrischenAbschnitt 16 ein Schwelschacht ausgebildet ist.
Aus dem Schwelschacht 17 gelangt der Brennstoff unter dem Einfluß der Schwerkraft auf das im Vergaserschacht 18 ausgebildete Festbett 4.
Im Betrieb wird das Vergasungsgas, das sich nach Beendigung der Vergasungsreaktion im Vergaserschacht 18 aus einem Gassammelraum 19, wie bei 20 schematisch dargestellt, in Richtung des Pfeiles 21 abgezogen. Hierbei handelt es sich jedoch nur um einen Teilstrom, der etwa 2/3 der Gesamtgasmenge ausmacht und praktisch teerfrei ist. Er hat eine Temperatur von ca. 800° C. Ein weiterer Teilstrom des Vergasungsgases, der ca. 1/3 der Gesamtgasmenge ausmacht, strömt als Spülgas durch den Schwelschacht 16 in die Schwelkammer17.
Die aus derSchwelkammer + austretenden und in den Dom 10 eintretenden Schwelgase haben eine Temperatur von ca. 150° C und sind mit Schwelprodukten beladen. Sie werden außerhalb des Festbettes 4 der Brennkammer 6 zugeführt, in der sie unterstöchiometrisch verbrannt werden.
Die dazu notwendige Druckerhöhung besorgt der Injektor 7, dem als Treibmittel die Verbrennungsluft, wie bei 9 bezeichnet, mit einem nicht dargestellten Gebläse zugeführt wird.
Die in der Verbrennungskammer 6 erzeugten Verbrennungsprodukte haben eine genau definierte Temperatur. Diese ist so eingestellt, daß keine Ascheverklinkerung eintritt. Die Einstellung der Temperatur erfolgt bei konstanter Luftmenge durch Veränderung der Spülgasmenge z.B.
durch Veränderung des Spülgasansaugquerschnittes 24 mittels verschiebbaren Zylinderkeil 25 und/oder durch Einspritzen von Wasser oder Dampf an dem mit 22 bezeichneten Ende des Injektorrohres 8.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die in der Verb rennungakammer 6 erzeugten Verbrennungsprodukte im unteren Teil des Festbettes 4 als Vergasungsmittel zugeführt. Sie liefern die für die endotherme Vergasungsreaktion nötige Reaktionswärme, so daß im Festbett selbst keineVerbrennung mehr stattfindet.
Unterhalb der Zuführung der in der Brennkammer 6 erzeugten Verbrennungsprodukte wird der Dampf bei 2 zugeführt und dient als zusätzliches Vergasungsmittel, sowie gleichzeitig dazu, die Asche auf ca. 3000 C abzukühlen.
Der Festbettreaktor nach dem Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 2 dargestellt ist, unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Brennkammer 6 außerhalb des Festbettreaktors angebracht ist, so daß die Verbrennungsprodukte über eine Leitung 30 im unteren Drittels des FEstbettes 4 bei 31 eingeführt werden. Über eine Pumpe 32 wird das bei 33 aus der Schwelkammer 3 abgezogene Schwelgas der Verbrennungskammer 6 zusammen mit Dampf aus einer Leitung 34 zugeführt.
Das bei 20 abgezogene Klargas strömt über zwei hintereinander geschaltete Gaskühler 35 und 36 zunächst in einen blwäscher 37, in dem der im Vergasungsgas enthaltene Staub mit O1 ausgewaschen wird. Das dann ca.
noch 500 Wärme für Vergasungs- bzw. Produktgas strömt über die Leitung 38 in einen weiteren Behälter 39, in dem mit Hilfe vonAktivkohle H2S entfernt wird. rissene Öl sammelt Das mitge-/sich unteren Teil des Behälters 39 bei 40.
Das derart entschwefelte Produkt&as 40 gelangt bei-41 in einen Erhitzer 42, unter dem es bei 43 entspannt wird.
Das bei 44 abgezogene Produktgas ist staub- und teerfrei und gelangt in einemKombiblock , der bekannt ist und daher nicht näher erläutert zu werden braucht.
L e e r s e i t e

Claims

"Verfahren und Festbettreaktor zur autothermen Druckvergasung von stückigen Brennstoffen, insbesondere von Steinkohle" Patent ans p r ü ch e 1. Verfahren zur autothermen Druckvergasung von stückigen Brennstoffen, insbesondere von Steinkohle mit Wasserdampf und Luft bzw. Sauerstoff im Festbettreaktor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Brennstoff vor der Vergasungsreaktion mit einem Teilstrom des Vergasungsgases geschwelt, das Schwelgas abgezogen und unterstöchiometrisch verbrannt wird,und daß mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten die Wärme für die Vergasungsreaktion im Festbett erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Verbrennungsprodukte mit Hilfe der Verbrennungsluft bzw. dem Verbrennungssauerstoff unter Druck in das Festbett eingebracht werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wasserdampf zur Abkühlung der Asche verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a -d u r c h g eke n n z e i c h n e t , daß der zur Verschwelung dienende Teilstrom ca. 1/3 des nach der Beendigung der Vergasungsreaktion entstandenen Vergasungsgases ausmacht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a -d u r c h g e k e n n 2 e i c h n e t , daß das Vergasungsgas mit ca. 8000 C und das Schwelgas mit ca. 1500 C abgezogen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Einstellung der Temperatur der Verbrennungsprodukte bei konstanter Verbrennungsluft bzw. Verbrennungssauerstoffmenge die Menge des Teilstrom£ e) und/oder Wasser eingespritzt und Dampf zugegeben wird.
7. Verfahren nach den Änsprllchen 1 bis 6, g e k e n n -z 0 1 c h n e t dt u r c h die Regelung der Spülgasmenge durch Veränderung des Spülgasansaugquerschnittes (24).
8. Festbettreaktor zur Durchflihrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z O i C h n e t d u r c h eine oberhalb des Festbettes (4) angeordnete Schwelkammer (14), welche den aufgegebenen Brennstoff (14, 15) auf das Festbett (4) schüttelt, sowie durch eine Verbrennungskammer (6), der ein mit einem oder mehreren Vergasungsmitteln betriebener Injektor (7) oder Gebläse vorgeschaltet ist.
9'. Festbettreaktor nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbrennungskammer im Festbett (4) angeordnet ist und im unteren Teil des Festbettes mündet.
10. Festbettreaktor nach Anspruch 7 , g ek e n n -z e i c h n e t d u r c h die Zuführung der Verbrennungsprodukte im unteren Drittel des Festbettes (4).

11,. Festbettreaktor nach Anspruch 7 bis 9 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwelkammer(17) und die Verbrennungskammer (7) zylindrisch ausgebildet und konzentrisch angeordnet sind.