DE2734728A1

DE2734728A1 - Verfahren zum eintragen von kohle in einen druckvergasungsreaktor

Info

Publication number: DE2734728A1
Application number: DE19772734728
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Dr Ing Eisenlohr; Paul Dipl Ing Lange; Rainer Dr Ing Reimert
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1977-08-02
Filing date: 1977-08-02
Publication date: 1979-02-22
Also published as: GB2002025A; DE2734728C2; ZA784389B; AU3848478A

Description

273472a

METALLGESELLSCHAFT AG Frankfurt am Main, 29. Juli 1977 Nr. 7921 LÖ -Wgn/HSz-

Verfahren zum Eintragen von Kohle in einen Druckvergasungsreaktor

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eintragen körniger Kohle in einen unter einem Betriebsdruck von 10 bis 100 bar stehenden Vergasungsreaktor, in welchem die Kohle mit Wasserdampf und freien Sauerstoff enthaltendem Gas zu einem Wasserstoff, Kohlenoxide, Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf enthaltenden Produktgas vergast wird, das mit Temperaturen von 300 bis 800⁰C den Reaktor verläßt, das Produktgas auf Temperaturen von 130 bis 220⁰C gekühlt, anfallendes Kondensat abgezogen und das Kondensat in einer Trenneinrichtung in Fraktionen mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht aufgespalten wird, von denen eine wasserhaltige Fraktion zu mindestens 70 % aus Wasser besteht. Als Kohle kann auch Braunkohle verwendet werden. Die zu vergasende körnige Kohle oder Braunkohle weist Korngrößen im Bereich von 2 bis 70 mm, vorzugsweise 3 bis 50 mm, auf.

Die Vergasung körniger Kohle unter einem Druck von 10 bis 100 bar mit Wasserdampf und freien Sauerstoff enthaltendem Gas ist bekannt. Einzelheiten werden im deutschen Patent 2 352 900, den deutschen Offenlegungsschriften 23 51 963, 23 46 833 und 23 53 241 sowie den dazu korrespondierenden US-Patenten 3 902872, 3 930 811, 3 937 620 und 3 951 616 beschrieben. Auch die Nachbehandlung des Produktgases ist z.B. in den deutschen Offenlegungsschriften 25 43 532, 26 07 743, 26 07 745 und 26 23 469

- 2 909808/0033

273472Θ

— Ji —

beschrieben; dazu korrespondieren die US-Anmeldungen 663 880, 715 075, 704 253 und 790 368.

Aufgabe der Erfindung ist es, die körnige Kohle mit Hilfe eines pumpfähigen Kohle-Wasser-Gemisches in den Vergasungsreaktor zu fördern, wobei jedoch nur ein geringer Teil des zum Fördern benutzten Wassers in den Reaktor gelangen soll. Erfindungsgemäß wird dies beim eingangs genannten Verfahren dadurch erreicht, daß mindestens ein Teil der wasserhaltigen Kondensatfraktion mit zu vergasender körniger Kohle gemischt wird, die Mischung auf den Betriebsdruck des Vergasungsreaktors verdichtet und zu einer Separiervorrichtung gefördert wird, die mit dem Eingang des Reaktors verbunden ist, in der Separiervorrichtung Flüssigkeit und Kohle weitgehend getrennt und die Kohle dem Reaktor aufgegeben wird.

Ein wichtiger Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß das mit der Kohle in den Vergasungsreaktor eingebrachte Wasser, das diesen mit dem Produktgas wieder verläßt, nach Kondensation wieder zum Eintragen der Kohle verwendet wird. Für das wiederverwendete Wasser erspart man sich eine aufwendige Klärung, die notwendig würde, wenn man das Wasser als Abwasser ableiten wollte.

Schleusenvorrichtungen, welche Kohle mit Hilfe einer Kohle-Wasser-Suspension in einen Druckreaktor einführen können, sind in verschiedener Ausgestaltung bekannt. Eine geeignete Schleuse ist z.B. im US-Patent 3 429 773 beschrieben. Derselbe Schleusentyp wird gemäß deutscher Offenlegungsschrift 25 03 400 (dazu korrespondieren die US-Anmeldungen 438 273 und 542 407) nicht nur zum Eintragen von Holzspänen, sondern auch von körniger Kohle in Druckreaktoren vorgesehen. Kerngedanke des angemeldeten Verfahrens ist es, das bei der Kühlung des Produktgases «ifallende Wasser für das Eintragen der Kohle in den Druckreaktor zu verwenden.

Einzelheiten und Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

- 3 909808/0033

2734723

Fig. 1 das Eintragen der Kohle in den Vergasungsreaktor und die Nachbehandlung des Produktgases in schematischer Darstellung und

Fig. 2 das Eintragen der Kohle mit Hilfe eines Rohraufgebers_β

Gemäß Fig. 1 wird körnige Kohle in einem Vergasungsreaktor 1 unter einem Druck von 10 bis 100 bar vergast. Als Vergasungsmittel werden dem Reaktor Sauerstoff oder auch freien Sauerstoff enthaltendes Gas, z.B. Luft, durch die Leitung 2 und Wasserdampf durch die Leitung 3 zugeführt. Die Asche wird durch die Leitung 4 abgezogen. Als Reaktor, der hier nur schematisch wiedergegeben ist, kann ein an sich bekannter "Lurgi-Vergasungsreaktor" verwendet werden, bei dem die Kohle im Festbett im Gegenstrom zu den Vergasungsmitteln vergast wird.

Die zu vergasende Kohle wird durch die Leitung 5 zunächst in einen Zylinder 6 gefüllt, der wäßriges Kondensat enthält. Das Kondensat besteht überwiegend aus Wasser und enthält daneben gewisse Mengen an Verunreinigungen, die aus der Behandlung von Produktgas der Vergasung stammen. Auf diese Behandlung wird noch weiter unten eingegangen.

Der Zylinder 6 sitzt auf einem Schleusengehäuse 7, das eine oder mehrere drehbare Kammern 8 enthält. Die in der Zeichnung sichtbare Kammer 8 wird durch zwei Zylindersegmente 9a und 9b begrenzt, die miteinander verbunden und um eine Achse drehbar gelagert sind, die senkrecht zur Zeichenebene steht. Am unteren Ende des Gehäuses 7 befindet sich ein wasserdurchlässiges Sieb 10.

Über die Leitung 11 mit der nur wenig beanspruchten Pumpe 12 wird Flüssigkeit vom Zylinder 6 durch die Kammer 8 und das Sieb 10 zurück zum Zylinder 6 umgepumpt. Dabei gelangt auch Kohle in die Kammer 8, die dort jedoch vom Sieb 10 zurückgehalten wird.

- 4 -909808/0033

Durch Drehen der Segmente 9a und 9b um 90° kommt der Inhalt der Kammer 8 unter die Wirkung einer Pumpe 13, weiche Flüssigkeit von der gleichen Art, wie sie sich im Zylindc 6 befindet, von der Leitung 14 und über die Leitung 15 durch d. - Gehäuse 7 hindurch zur Leitung 16 drückt. Dabei wird der Inhalt der Kammer 8 in die Leitung 16 mitgenommen und zu einer Separiervorrichtung 17 gefördert. Die Pumpe 13 überwindet eine wesentlich höhere Druckdifferenz als die Pumpe 12. In der Separiervorrichtung 17 wird etwa in mittlerer Höhe ein Wasserspiegel 18 aufrechterhalten. Das Innere der Separiervorrichtung steht über die Eintragsleitung 19 mit dem Reaktor 1 in Verbindung und weist denselben Druck auf. Mit Hilfe einer Förderschnecke 20 wird die Kohle vom unteren Ende der Separiervorrichtung 17 zur Eintragsleitung 19 gehoben, von wo sie in den Reaktor 1 fällt. Durch ein Zylindersieb 21 fließt das Kondensat durch die Leitung 22 zurück zur Puine 13.

Flüssigkeitsverluste im Kreislauf der Leitungen 16, 22, 14 und werden durch wasserhaltiges Kondensat aus der Leitung 23 ergänzt. Solche Verluste entstehen vor allem einmal dadurch, daß die mit der Schnecke 20 zur Leitung 19 transportierte Kohle anhaftende Flüssigkeit mitnimmt; zum anderen entstehen Leckverluste im Gehäuse 7, wodurch Flüssigkeit im Gehäuse 7 aus dem Hochdruckbereich der Leitung 15 in den Niederdruckbereich des Zylinders 6 übertritt. Auch das Volumen der in den Reaktor 1 eingetragenen Kohle ist in der Schleusen- und Förderflüssigkeit zu ergänzen.

Die Behandlung des aus dem Reaktor 1 abgezogenen rohen Produktgases, das in der Leitung 25 abgeleitet wird, geschieht in an sich bekannter Weise. Zunächst wird in einem Waschkühler 26 das Gas mit wäßrigem Kondensat aus der Leitung 27 besprüht. Gekühltes Gas, Kondensat und Waschflüssigkeit werden in der Leitung einem Abhitzekessel 29 zugeführt. Kondensat und Waschflüssigkeit werden aus dem Sumpf des Abhitzekessels 29 abgezogen und in der Leitung 30 zunächst durch einen Kondensatkühler 31 geführt und dann einer Schwerkraft-Trenneinrichtung 32 aufgegeben. Eine

909808/0033

-?- 273472a

schwere, Staub und Teer enthaltende Fraktion wird in der Leitung 33 abgezogen. Eine leichte, wasserhaltige Fraktion wird aus der Trenneinrichtung 32 durch die Leitung 34 und die Pumpe 35 abgeführt. Ein Teil dieser Fraktion gelangt durch die Leitung 23 in die Kohlenschleuse und ein weiterer Teil wird durch die Leitung 36 durch den Kondensatkühler 31 geführt und wieder dem Waschkühler 26 aufgegebene Das gekühlte Produktgas steht in der Leitung 24 zur weiteren Behandlung und Nutzung zur Verfügung.

In Fig. 2 ist ein Rohraufgeber schematisch dargestellt, mit dessen Hilfe eine Kohle-Wasser-Suspension auf den gewünschten Druck im Bereich von 10 bis 100 bar gebracht werden kann. Körnige Kohle wird in der Leitung 5 herangeführt. Die Suspension befindet sich in dem unter Atmosphärendruck stehenden Behälter und wird durch die Leitung 41 mit der nur gering beanspruchten Pumpe 42 in das Rohr 43 gefüllt, während klares Wasser aus dem Rohr 43 durch das geöffnete Ventil 56 nach unten in den Behälter 46 fließt. In dieser Phase ist auch das Ventil 52 geöffnet und die Ventile 51, 53 und 55 sind geschlossen. Gleichzeitig wird mittels der Hochdruckpumpe 44 das andere, mit der Kohle-Wasser-Suspension gefüllte Rohr 45 entleert, wozu die Ventile und 57 geschlossen und die Ventile 54 und 58 geöffnet sind. Die Pumpe 42 kann auch wegfallen, wenn der Behälter 40 höher als die beiden Rohre 43 und 45 und diese höher als der Behälter 46 angeordnet sind.

Zum Entleeren des Rohres 45 wird klares V/asser aus dem Behälter 46 von der Pumpe 44 über die Leitung 47 angesaugt und über die Leitung 48 von unten in das Rohr 45 gedrückt. Dabei wird die Suspension in die Leitung 49 und von da in die Leitung 16 geschoben. Ist das Rohr 45 vollständig mit klarem Wasser und das Rohr 43 vollständig mit Kohle-Wasser-Suspension gefüllt, werden die Ventile umgeschaltet. Die Ventile 52, 54, 56 und 58 werden geschlossen und die Ventile 51» 53, 55 und 57 werden geöffnet, so daß klares Wasser aus dem Rohr 45 zurück zum Behälter 46 fließen und Suspension aus der Leitung4i das Rohr

909808/0033 - ⁶ -

füllen kann. Gleichzeitig wird durch die Hochdruckpumpe 44 klares Ytesser aus dem Behälter 46 über die Leitung 48 und das Ventil in das Rohr 43 gedrückt, wodurch die Suspension in die Leitungen 50 und 16 gelangt. Mit Hilfe der abwechselnd mit Suspension gefüllten Rohre 43 und 45 wird so eine praktisch kontinuierliche Förderung der Kohle-Wasser-Mischung in der Leitung 16 möglich.

In Fig. 2 ist weggelassen, daß sich an die Leitung 16 eine Separiervorrichtung 17 anschließt, wie sie mit Hilfe der Fig. erläutert wurde. Kohlefreies Kondensat, das aus der Separiervorrichtung 17 durch die Leitung 22 zurückgeführt wird, fließt in der Ausgestaltung der Fig. 2 zurück in den Behälter 40. Das in den Behälter 40 hinein zu gebende Kondensat zum Ergänzen der über die Leitung 41 abgezogenen Mengen wird durch die Leitung 23 herangeführt. Die in Fig. 2 eingezeichnete Leitung ist mit einer Trenneinrichtung 32 verbunden, wie sie ebenfalls zusammen mit der Fig. 1 erläutert wurde.

Beispiel :

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung werden pro Stunde 20 t körniger Kohle mit einem Korngrößenbereich von 3 bis 50 mm in einen "Lurgi-Vergasungsreaktor" gegeben und vergast. Die Kohle wird zusammen mit wasserhaltigem Kondensat aus der Rohgaskühlung in die Separiervorrichtung 17 gefördert. Das Kondensat besteht zu 98 % aus Wasser und enthält daneben noch Salze und Kohlenwasserstoffe. Zusammen mit der Kohle werden in den Reaktor 1 auch noch 1600 kg Wasser eingeschleust, welches an der Kohle haften geblieben war.

In den mit einem an sich bekannten Drehrost ausgestatteten Reaktor 1 werden als Vergasungsmittel 30 000 Nm /h Luft und 13 000 kg Wasserdampf eingespeist. Pro Stunde werden 4700 kg fester Rückstand abgezogen. Mit einer Temperatur von 700⁰C werden 64700 Nm^/h staubhaltiges, feuchtes Produktgas in der Leitung 25 einem Waschkühler 26 zugeführt. Das Produktgas besteht aus (trocken gerechnet)

909808/0033

g 2734729

CO 21,6 Vol. Ji

CO₂ 10,3 "

H₂ 19,7 "

N₂ 43,0 "

CH₄ 4,4, "

CH+ NH_x + H₀S 1,0 Vol.%
η in j c.

und enthält daneben noch 9400 Nm Wasserdampf und 2040 kg Teer, Phenole und Fettsäuren.

Im V/aschkühler 26 wird das Produktgas mit Kondensat berieselt, das in gleicher Zusammensetzung auch zum Betrieb der Kohlenschleuse verwendet wird. Im Waschkühler 26 wird das rohe Pr >duktgas auf 175°C gekühlt und mit Viasserdampf gesättigt. Im nachfolgenden Abhitzekessel 29 erfolgt eine weitere Abkühlung auf 14O⁰C, wobei Wasserdampf erzeugt wird. Aus dem Sumpf des Abhitzekessels wird ein Flüssigkeitsgemisch abgezogen, das neben Wasser noch Kohlenwasserstoffe verschiedener Siedelagen und Staub enthält. Nach einer Kühlung im Kondensatkühler 31 auf 90 C wird die Flüssigkeit einer Schwerkraft-Trenneinrichtung zugeführt. Aus dieser Trenneinrichtung werden zwei Fraktionen getrennt abgezogen, wobei die leichtere Fraktion mit der bereits angegebenen Zusammensetzung zum Teil als Waschflüssigkeit dem Waschkühler 26 und zum Teil in der Leitung 23 der Kohlenschleuse zugeführt wird.

- 8 909808/0033

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum Eintragen körniger Kohle in einen unter einem Betriebsdruck von 10 bis 100 bar stehenden Vergasungsreaktor, in welchem die Kohle mit Wasserdampf und freien Sauerstoff enthaltendem Gas zu einem Wasserstoff, Kohlenoxide, Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf enthaltenden Produktgas vergast wird, das mit Temperaturen von 300 bis 800⁰C den Reaktor verläßt, das Produktgas auf Temperaturen von 130 bis 220⁰C gekühlt, anfallendes Kondensat abgezogen und das Kondensat in einer Trenneinrichtung in Fraktionen mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht aufgespalten wird, von denen eine wasserhaltige Fraktion zu mindestens 70 % aus Wasser besteht, dadurch gekennzeichnet. daß mindestens ein Teil der wasserhaltigen Kondensatfraktion mit zu vergasender körniger Kohle gemischt wird, die Mischung auf den Betriebsdruck des Vergasungsreaktors verdichtet und zu einer Separiervorrichtung gefördert wird, die mit dem Eingang des Reaktors verbunden ist, in der Separiervorrichtung Flüssigkeit und Kohle weitgehend getrennt und die Kohle dem Reaktor aufgegeben v/ird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadv.ch gekennzeichnet, daß die in der Separiervorrichtung anfallende Flüssigkeit im Kreislauf geführt und erneut zum Eintragen von Kohle verwendet wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß die mit der Kohle gemischte wasserhaltige Fraktion aus der Kondensat-Trenneinrichtung zu mindestens 90 % aus Wasser besteht .

4) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der wasserhaltigen Kondensatfraktion aus der Trenneinrichtung zum Kühlen des Produktgases mit diesem in direkten Kontakt gebracht wird.

909808/0033