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Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von festem, kohlenstoff-
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haltigem Material Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Vergasen von festem, kohlenstoffhaltigem Material mit Luft und/ oder anderen
sauerstoffhaltigen Gasen und/oder Dampf in einem Wirbelbettreaktor, bei welchem
die Temperaturverteilung entlang der Reaktorachse und/oder quer dazu durch die Zugabe
von Reaktionsmitteln beeinflusst wird und die Reaktionsmittel in wenigstens zwei
entlang der Reaktorlängsachse einen Abstand voneinander aufweisenden Bereichen zugegeben
werden.
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Bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material it bekannt, in
einen Wirbelbettreaktor mit einer unteren dichten Feststoffschicht und einer darüber
sich anschliessenden Zone, in der mitgerissene Feststoffteilchen enthalten sind,
Vergasungsmittel - z.B.
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Sauerstoff und Wasserdampf - im unteren Abschnitt des Reaktors einzugeben,
wobei dieses Vergasungsmittel zugleich auch die Auflockerung und Wirbelung des unteren
Feststoffbettes bewirkt. Im allgemeinen werden die Vergasungsmittel unterhalb und
im Bereich des Wirbelbettes in mehreren entlang der Längsachse einen geringen Abstand
voneinander aufweisenden Bereich zugegeben. Ferner ist es
bekannt,
dicht oberhalb der oberen Begrenzung des unteren Wirbelbettes zusätzlich Vergasungsmittel
zuzuführen. Dadurch soll erreicht werden, dass der aus dem Wirbelbett nach oben
ausgetragene Feststoff auf dem Wege durch einen Nachreaktionsraum vollständig vergast
wird. Demnach richtet sich die Menge dieses dicht oberhalb des Wirbelbettes eingeblasenen
Sauerstoffes nach der Menge des im Nachreaktionsraum noch zu vergasenden Kohlenstoffes.
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Im übrigen hat diese Zugabe von Sauerstoff das Entstehen eines ungünstigen
Temperaturprofils zur Folge, da unmittelbar oberhalb des Wirbelbetts aufgrund der
Verbrennung der ausgetragenen kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen mit dem dort
zugeführten Sauerstoff sehr viel Wärme frei wird. Nachteilig ist dabei auch, dass
durch die Sauerstoffzuführung ein Teil des im Wirbelbett bereits entstandenen Gases,
nämlich CO und H2, wieder verbrannt wird, so dass der Wasserdampf- und C02-Anteil
im Gas, das den Reaktor verlässt, vergrössert wird. Dieser muss dann mit dem im
Nachreaktionsraum noch vorhandenen restlichen Kohlenstoff wieder zu CO reduziert
werden. Die dabei notwendige Wärme führt zu einer Temperaturabsenkung, die im allgemeinen
unerwünscht ist, da dadurch das CO/C02-Gleichgewicht in Richtung auf C02 verschoben
wird.
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Es ist ferner bekannt, am oberen Ende des Nachreaktionsraumes, also
unmittelbar vor dem Gasaustritt, aus dem Reaktor Stoffe in den Nachreaktionsraum
einzuführen, die zum Quenchen des Gasstromes dienen, z. B. Wasser oder Kohlenwasserstofföle.
Diese Massnahme kann erforderlich sein, um die Ausgangstemperatur im oberen Bereich
des Nachreaktionsraumes unterhalb des Ascheschmelzpunktes
zu halten.
Wirbelbettreaktoren werden seit Jahrzehnten zum Vergasen der unterschiedlichsten
kohlenstoffhaltigen Materialien verwendet. Dabei ist es im allgemeinen erforderlich,
den Reaktor hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Betriebsweise an die Eigenschaften
eines bestimmten Brennstoffes anzupassen. Die Verwendung von kohlenstoffhaltigem
Material, dessen Eigenschaften wesentlich anders sind als die des Brennstoffes,
für den der Reaktor von vornherein ausgelegt worden war, ist jedenfalls dann, wenn
eine bestimmte Gaszusammensetzung angestrebt wird, nciht oder nur in beschränktem
Umfang möglich. Zudem ist bei den bekannten Reaktoren die Zusammensetzung des resultierenden
Gasgemisches bei einem bestimmten kohlenstoffhaltigen Material nur in sehr beschränktem
Umfange beeinflussbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtung
der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, dass der Reaktorbetrieb flexibler
gestaltet werden kann, und zwar sowohl in Bezug auf eine Anpassung an die Eigenschaften
des zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Materials als auch hinsichtlich der Zusammensetzung
des resultierenden Gasgemisches. Dabei kommt dem Temperaturprofil. d. h. dem Wärmeaufbringen
bzw. dem Wärmebedarf entlang der Reaktorachse oder quer zu ihr grosse Bedeutung
zu. Im allgemeinen wird anzustreben sein, hohe Temperaturspitzen zu vermeiden und
am Reaktorausgang eine für die gewünschte Endgasanalyse hinreichende Temperatur
zu erreichen. Zur Lösung der Aufgabe, eine optimale Temperaturverteilung im Reaktor
zu erzielen, schlägt die Erfindung vor, dass in einem Wirbelbettreaktor ausser in
den
unteren Wirbelbettbereich im Bereich der dichten Feststoffschicht
bzw. auch im mittleren Bereich des Nachreaktionsraumes Reaktionsmittel ggf. über
mehrere Stellen verteilt zugegeben werden.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist von besonderem Vorteil, wenn man
es unter erhöhtem Druck bis etwa 30 bar durchführt.
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Die Einführung der oben genannten Reaktionsmittel wie kohlenstoffhaltiges
Material, Zuschlagstoffe, Vergasungsmittel oder dgl. in den Druckraum des Reaktors
kann in üblicher Weise erfolgen.
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Das im Bereich des mittleren oder oberen Nachreaktionsraumes eingeblasene
Reaktionsmittel kann Luft und/oder Sauerstoff und/oder Dampf sein. Weiterhin kann
es zweckmässig sein, in den Nachreaktionsraum Wasserstoff einzublasen, z. B. mit
dem Ziel, den Methananteil zu vergrössern. Die Reaktion C + H2 = CH4 ist schwach
exotherm. Sie führt zu einer Temperaturerhöhung, ohne dass gleichzeitig eine Verbrennung
stattfindet. Dies ist erwünscht, weil dadurch das C0/C02-Gleichgewicht in Richtung
auf CO verschoben wird und der Anteil nutzbarer Gase im Produktgas ansteigt.
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Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung besteht zur Beeinflussung
der Temperatur innerhalb des Nachreaktionsraumes die Möglichkeit, im mittleren und/oder
oberen Bereich des Reaktors kohlenstoffhaltige Feststoffe z. B. Kohlenstaub einzublasen.
Durch
diese Massnahme kann z. B. infolge des Austreibens von Flüchtigen
aus der Kohle der Methangehalt des Produktgases vergrössert werden.
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Die Feststoffteile sinken im Gegenstrom innerhalb des Reaktors nach
unten, geben dabei ihre flüchtigen Bestandteile ab und werden dann innerhalb des
Wirbelbettes mit dem dort eingegebenen Vergasungsmittel umgesetzt. Hierbei sind
Korngrösse der Feststoffteile und Strömungsgeschwindigkeit des durch den Reaktor
strömenden Gases so aufeinander abzustimmen, dass die Feststoffpartikel nach unten
fallen. Die Strömungsgeschwindigkeit kann durch die Wahl eines entsprechenden Querschnittverlaufes,
z. B. trichterförmig oder kammerartig, des Reaktors im Abschnitt unterhalb der Eingabestelle
für den Kohlenstaub an diese Erfordernisse angepasst werden. Es kann von Vorteil
sein, den überwiegenden Teil des zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Materials in
den Nachreaktionsraum einzuführen.
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Falls sich am oberen Ende des Nachreaktionsraumes eine Temperatur
einstellt, die oberhalb des Ascheschmelzpunktes liegt, kann eine günstige Beeinflussung
des Reaktorbetriebes durch Zugabe von Mitteln, die das Ascheschmelzverhalten günstig
beeinflussen, z.B.
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Kalkstein oder Dolomit bei rheinischer Braunkohle, im oberen Bereich
des Nachreaktionsraumes erreicht werden.
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Die dabei entstehende Spaltung des CaC03 in CaO und C02 ist wärmeverbrauchend.
Zum anderen wird fühlbare Wärme verbraucht, um den
Kalkstein aufzuheizen,
der zudem im Bereich der Nachreaktionszone und des Wirbelbettes dafür sorgt, dass
der Ascheschmelzpunkt ansteigt.
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Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung des Temperaturprofils zur
Anpassung an bestimmte Betriebsverhältnisse und/oder bestimmte Anforderungen an
das Produktgas kann gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung durch Veränderung
der Richtung, in welcher das oder die Vergasungsmittel in den Reaktor eingeblasen
werden, erreicht werden. Dazu können die Einlassöffnungen, die zumeist als Düsen
ausgebildet sein werden, oder zumindest ein Teil derselben für das bzw. die Reaktionsmittel
hinsichtlich ihrer Richtung verstellbar ausgebildet oder angeordnet sein. Dadurch
ist es möglich, die Wegstrecke, innerhalb welcher eine bestimmte Reaktionsmittelmenge
innerhalb des Reaktors wirksam ist, unabhängig von der Länge bzw. Höhe des Reaktors
zu beeinflussen.
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Bei nach unten gerichteten Düsen wird diese Wegstrecke vergrössert,
bei nach oben gerichteten Düsen verkürzt. Diese Verstellbarkeit der Düsen ermöglicht
auch eine Beeinflussung von Temperaturspitzen, dadurch, dass eine bestimmte Menge
Vergasungsmittel je nach Breite der Einblaszone mit mehr oder weniger kohlenstoffhaltigem
Material in Kontakt gebracht werden kann.
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Ferner kann das Temperaturprofil auch durch Wahl geeigneter Vorwärme
temperaturen für die in den Reaktor einzublasenden Reaktionsmittel beeinflusst und
somit den jeweiligen Erfordernissen entsprechend eingestellt werden. Bei Luft sind
Vorwärmtemperaturen
bis 10000 C und bei Dampf bis 8000 C vorteilhaft.
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Als Beispiel für die Beeinflussung des Temperaturprofils im Gasgenerator
ist die Fig. 3 angeführt: Wird vorgetrocknete rheinische Braunkohle mit einer Restfeuchte
von ca. 8 Gew.-% unter Zusatz von Luft vergast, so ergibt sich bei Anwendung der
nachfolgend genannten Bedingungen ein Temperaturprofil im Gasgenerator entsprechend
Kurve a. Die angewendeten Bedingungen waren: Vorwärmtemperatur der Luft ca. 6000
C; Zugabe der Luft in einer Einblasebene. Wird in einem zweiten Versuch die Luft
auf ca. 6500 C vorgewärmt und über einen Bereich in eine Wirbelschicht aus gleicher
Kohle eingeblasen, so ergibt sich Kurve b in Fig. 3. Der Einblasbereich wurde dadurch
geschaffen, dass ein Teil der Düsen in der Einblasebene aufwärtsgerichtet waren.
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Bei den geschilderten zwei Versuchen zum Temperaturprofil im Gasgenerator
wurde ein stark verdünnte Wirbelschicht im Reaktionsraum aufrecht erhalten, bei
der keine ausgeprägte Grenzfläche zwischen der dichten Phase und dem darüberliegenden
Nachreaktionsraum festzustellen r.
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Die Wirksamkeit der im Reaktor miteinander reagierenden Komponenten
kann dadurch beeinflusst werden, dass das den Nachreaktionsraum duichströmende Gasgemisch
in unterschiedlichen Ebenen unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten aufweist.
Dies kann z. B.
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durch Querschnittsveränderungen, z. B. durch Einbauten oder Erweiterungen
erreicht werden. Zwar ist eine trichterförmige Ausgestaltung mit in Strömungsrichtung
des Gases zunehmendem Querschnitt
eines Wirbelbettreaktors bekannt,
dabei erfährt die Strömungsgeschwindigkeit jedoch lediglich eine gleichmässige Verringerung,
die im Ergebnis auch zu starren Betriebsbedingungen führt. Die Erfindung hingegen
sieht die Möglichkeit vor, die Querschnitte des Reaktors an jeweilige Anwendungsfälle
anzupassen, z. B. durch die Hineinnahme oder Herausnahme von Einbauten oder dgl.
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Neben diesen beispielhaften Möglichkeiten können zusätzlich auch die
bekannten Möglichkeiten der Beeinflussung der Zusammensetzung des Pioduktgases ausgenutzt
werden, den Brennstoff dicht oberhalb der oberen Begrenzung der Wirbelschicht inden
Reaktor einzubringen, um auf diese Weise den CH4-Anteil im Produktgas zu vergrössern
oder den Heizwert des Produktgases dadurch zu vergrössern, dass zumindest ein Teil
der Kohle durch Kohlenwasserstoff, Schweröle oder dgl. ersetzt wird. Diese Massnahme
allein reicht jedoch zur Erzielung einer grösseren Flexibilität der Reaktorfahrweise
nicht aus bzw. ergeben eine verringerte Wirtschaftlichkeit. Hinzu kommt, dass die
allgemeinen Bedingungen dahin gehen, vom Einsatz von öl unabhängig zu werden.
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Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, dass, da die Länge
des eines einmal errichteten Reaktors festliegt, zur Anpassung an unterschiedliche
Brennstoffe und/oder zur Herstellung von Produktgasen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen
die Betriebs-Kenngrössen verändert werden sollen. Dabei kann es sich erfindungsgemäss
unter anderem um folgende Massnahmen handeln:
a) Wahl des Reaktionsmittels
und dessen Temperatur sowie Zugabe desselben in einer oder mehreren Einblasebenen
oder -bereichen auch im mittleren und/oder oberen Abschnitt des Nachvergasungsraumes.
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b) Beeinflussung der wegstrecke und somit auch der Zeit, während welcher
die innerhalb des Reaktors strömenden Gaskomponenten, bei denen es sich um Vergasungsprodukte
oder auch um zugegebene Reaktionsmittel handeln kann, miteinander reagieren können.
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c) Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Reaktors
und dadurch ebenfalls Beeinflussung der Reaktionszeiten.
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Erfindungsgemäss kann der Vergasungsreaktor so betrieben werden, dass
die Temperaturen innerhalb desselben im Hinblick auf die gewünschte Gaszusammensetzung
eingestellt werden. Dabei kann es, um den mit Feststoffteilchen zugeführten Kohlenstoff
möglichst restlos im Reaktor zu vergasen, von Vorteil sein, für das Entfernen des
im Produktgas aus dem Reaktor ausgetragenen Feststoffes besondere Vorkehrungen zu
treffen. Dazu sieht die Erfindung die Möglichkeit vor, dass das aus dem Reaktor
austretende Gasgemisch in mehreren hintereinandergeschalteten Abscheidern (z. B.
Zyklone) oder Gruppen von Abscheidern gereinigt wird, wobei in dem ersten Abscheider
oder in der ersten Gruppe von Abscheidern eine Grobreinigung erfolgt und der dort
abgeschiedene Staub wieder zum Reaktor zurückgeführt wird und in den weiteren Abscheidern
oder in den weiteren Gruppen von Abscheidernd einer Reinreinigung unterzogen wird,
wobei der dabei abgeschiedene Feinstaub aus dem System herausgeführt wird. Dies
hat den Vorteil einer gleichzeitigen Entschwefelung des in den Reaktor zurückgeführten
Materials,
da im allgemeinen der in den zweiten Abscheidern abgeschiedene Feinstaub den grössten
Teil des Schwfels enthält, der im ursprünglich dem Reaktor aufgegebenen frischen
Brennstoff vorhanden war. Hingegen enthält der in den ersten Abscheidern abgeschiedene
Grobstaub weniger Schwefel, so dass eine Rückführung dieses Staubes in den Reaktor
hinein zukeiner ins Gewicht fallenden Erhöhung des Schwefelgehaltes führt.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 das Schema einer Anlage zur Erzeugung von Reduktionsgasen, Fig.
2 einen Längsschnitt durch einen Wirbelbettreaktor, Fig. 3 die graphische Darstellung
von Temperaturprofilen in einem Gasgenerator.
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In den unteren Bereich eines Wirbelbettreaktors 11 werden Kohle und
ggf. Zuschlagstoffe eingegaben. Dies ist durch den Pfeil 12 angedeutet. Es ist zweckmässig,
die Kohle und die Zuschläge miteinander zu mischen und sie gemeinsam dem Generator
11 zuzuführen.
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Bei der Erzeugung von Reduktionsgasen wird der Vergasungsreaktor vorteilhaft
bei einem Druck von ca. 5 bar betrieben. Diese Betriebsweise bedingt, dass der Feststoffstrom
12 über ein Schleusensstem in den Druckraum des Reaktors 11 transportiert wird.
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Bei anderen Anwendungsmöglichkeiten kann es erforderlich sein, den
Vergasungsreaktor unter Drücken bis 80 bar zu betreiben, so dass ebenfalls entsprechende
Schleusensysteme für die eintretende Kohle notwendig sind.
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Im unteren Teil des Reaktors 11 sind in drei Querschnittsbereichen
13, 14, 15, die vertikale Abstände voneinander aufweisen, Düsen 16, 17, 18 angeordnet,
deren Austrittsöffnungen nach oben gerichtet sind. Diese Düsen sind mit einer Zuführleitung
19 für ein Vergasungsmittel verbunden. Dabei kann es sich um Luft oder Sauerstoff
oder auch um mit Sauerstoff angereicherte Luft handeln, die mit weiteren Medien
wie Dampf und/oder C02 gemischt ist. Die Eingangstemperatur dieses Vergasungsmittels
sollte möglichst hoch liegen, und zwar insbesondere dann, wenn feuchte Kohle, beispielsweise
Braunkohle oder gewaschene Steinkohle mit einem hohen Restfeuchtegehalt, eingesetzt
werden, wobei das in oder an der Kohle befindliche Wasser als zusätzliches Vergasungsmittel
benutzt wird. Eine derartige Verfahrensweise ist besonders wirtschaftlich, da sie
einen Dampfzusatz ganz oder teilweise überflüssig macht. Die bei 12 zugeführte Kohle
mit den Zuschlägen gelangt zunächst in den konischen Abschnitt 20 des Generators,
also etwa in die Zone zwischen den beiden Bereichen 14 und 15. Dort verdampft die
Feuchtigkeit aufgrund der Wärmeeinwirkung, wobei der Wasserdampf nach oben durch
das Wirbelbett steigt, dessen obere Grenze im Falle einer dichten Wirbelschichtphase
etwa bei 21 liegen kann,. Beispielsweise kann bei einer solchen Vergasungsmittelzuführung
und unter Benutzung von vorgetrockneter
rheinischer Braunkohle
die Temperatur im unteren Bereich des Reaktors 1200 - 13000 C betragen und würde
im Nachreaktionsraum infolge der ablaufenden Reaktionen auf ca. 800 - 9000 C absinken.
Wesentlich ist, dass oberhalb der Zone, in welcher die frisch zueführte Kohle ihren
Feuchtigkeitsgehalt durch Verdampfen des Wassers verliert und entgast, noch eine
ausreichende Menge Kohlenstoff z. B. als Wirbelbett mit bereits weitgehend entgaster
Kohle vorhanden ist, damit die von der frisch zugeführten Kohle nach oben aufsteigenden
Wasserdämpfe und Gase genügend Möglichkeit haben, sich mit dem Kohlenstoff der in
den oberen Bereichen des Wirbelbettes befindlichen Brennstoffteilchen umzusetzen.
Im Ergebnis wird die Wirbelschicht im Reaktor 11 so eingestellt, dass im grossen
und ganzen der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen des im Wirbelbett befindlichen
Brennstoffes von unten nach oben deutlich abnimmt. Dabei wird nach Möglichkeit vermieden,
dass frisch zugeführte Kohle in grösseren Mengen in den oberen Bereich des Wirbelbettes
gelangt, weil der dort ausgetriebene Wasserdampf nicht mehr genügend Gelegenheit
hätte, auf dem noch verbleibenden Weg durch den oberen Bereich des Wirbelbettes
sich mit Kohlenstoff umzusetzen. Der sonst in das Reduktionsgas gelangende Wasserdampf
würde dessen Qualität durch Verminderung des Reduktionspotentials beeinträchtigen.
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Die vorstehend beschriebene Einstellung innerhalb der Wirbelschicht
dient dazu, das Verhältnis von Frischkühle zu Koks möglichst klein zu halten, wobei
das Wort "Koks" die ganz oder weitgehend entgaste Kohle bezeichnet. Dies kann auch
dadurch erreicht
werden, dass infolge einer sehr aufgelockerten
Fahrweise das Wirbelbett innerhalb des Reaktors und dem anschliessenden ersten Abscheider
zirkuliert. Entscheidend ist in jedem Fall, dass insbesondere bei Verwendung von
feuchter Kohle der aus derselben ausgetriebene Wasserdampf Gelegenheit hat, sich
innerhalb des Wirbelbettes mit dem Kohlenstoff des darin befindlichen Brennstoffes
umzusetzen.
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Das Reduktionsgas wird im oberen Teil des Reaktors 11 über eine Leitung
22 einem ersten Abscheider oder einer Abscheidergruppe 23 zugeführt, in welchem
eine erste Reinigung des Gases von Feststoffen stattfindet. Der hier aus dem Gas
abgeschiedene Grobstaub, der noch erhebliche Anteile an Kohlenstoff enthalten kann,
wird über eine Leitung 24 dem Wirbelbett um den Reaktor 11 rückgeführt und im unteren
Bereich desselben wieder aufgegeben.
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Das in der ersten Abscheideranlage 23 vorgereinigte Gas wird über
eine Leitung 25 einer zweiten Abscheideranlage 26 zugeführt, in welcher der noch
im Gas befindliche Feinstaub entfernt wird.
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Dieser Feinstaub, der im wesentlichen aus Rückstandspartikeln besteht,
die auf die Zuschläge und die Asche der kohlenstoffhaltigen Materialien zurückgehen,
wird über eine Leitung 27 aus dem System entfernt. Das gereinigte Rohgas gelangt
über eine Leitung 28 zur Verbrauchsstelle.
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Wesentlich ist, dass der in der zweiten Abscheideranlage 26 abgeschiedene
Feinstaub bei der Vergasung z. B. rheinischer Braunkohle einen grösseren Teil des
Schwefels enthält, der in dem dem
Reaktor 11 aufgegebenen Brennstoff
enthalten war. Hingegen enthält der im ersten Reaktor 23 abgeschiedene Grobstaub
weniger Schwefel.
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Selbstverständlich ist es möglich, anstelle des ersten Abscheiders
23 und/oder des zweiten Abscheiders 26 jeweils mehrere Abscheider vorzusehen, die
in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein können.
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Der im Reaktor 11 verbleibende Rückstand (Asche) des Vergasungsprozesses
wird am unteren Ende des konischen Abschnittes 20 des Reaktors 11 unter Verwendung
einer Schnecke 29 oder einer anderen geeigneten Einrichtung, vorzugsweise kontinuierlich,
aus dem Reaktor herausgeführt. Es sollte eine möglichst weitgehende Umsetzung im
zugeführten Brennstoff enthaltenen Kohlenstoffs angestrebt werden. Dies kann durch
eine entsprechende Steuerung der Aschemenge, die pro Zeiteinheit entfernt wird,
erreicht werden.
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Wie vorher schon erwähnt, wird der Reaktor 11 bei der Erzeugung von
Reduktionsgas vorteilhaft bei einem Druck bis ca. 5 bar betrieben. Bei der Erzeugung
von Synthesegas oder SNG kann ein Reaktionsdruck bis 80 bar vorteilhaft sein. In
diesen Fällen ist es erforderlich, den Feststoffstrom 12 von Atmosphärendruck auf
den Druck im Reaktor 11 zu komprimieren und die Feststoffströme 27 und 29 vom Reaktionsdruck
auf Atmosphärendruck zu dekomprimieren. Dazu werden übliche Schleusensysteme verwendet,
die entweder diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeiten.
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In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Wirbelbettreaktor 111 im Längsschnitt
dargestellt. Er besteht im wesentlichen aus einem druckfesten Gehäuse 130 aus Stahlblech
oder dgl., welches mit einer temperaturfesten Auskleidung 131 versehen ist, die
in der üblichen Weise aus Schamottestein oder dgl. bestehen kann, und einem äusseren
Mantel 132, der sich in einem Abstand vom Gehäuse 130 befindet. Der zwischen letzterem
und dem Mantel 132 vorhandene Zwischenraum 133 ist mit Wasser gefüllt. Es handelt
sich hierbei um eine Sicherheitsmassnahme. An seinem oberen Ende ist der Mantel
132 mit einer Erweiterung 134 versehen, die einen gewissen Wasservorrat aufnimmt,
welcher Wasserverluste durch Verdampfung oder dgl. ausgleichen soll.
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Der zu vergasende Brennstoff wird durch eine Schnecke 112 in den unteren
Bereich des Innenraums 135 des Reaktors gebracht. Dort baut sich unter dem Einfluss
von in den Reaktor eingeblasenen gasförmigen Vergasungsmitteln ein Wirbelbett 136
auf, dessen obere und untere Begrenzungen mit 121 bzw. 137 bezeichnet sind. Unterhalb
der unteren Begrenzung 137 befindet sich ein Festbett 138, welches aus schweren
bzw. gröberen Feststoffteilchen besteht.
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Diese Rückstände werden durch eine am unteren Ende des Reaktors 111
befindliche Öffnung 139 vorzugsweise kontinuierlich, beispielsweise durch eine Schnecke,
die durch den Pfeil 140 angedeutet ist, ausgetragen.
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Die die Wirbelung des Bettes 136 bewirkenden gasförmigen Medien werden
durch Einblasdüsen 141 und 142 zugeführt. In Fig. 2 der
Zeichnung
ist lediglich jeweils eine Düse dargestellt. In einem ausgeführten Reaktor sind
je nach Durchmesser des Innenraumes für die Düsen 141, 142 und die weiter unten
beschriebenen Düsen 149 - 152 jeweils mehrere Düsen über den Umfang verteilt angeordnet.
Der Zuführungseinrichtung für die Kohle 112 liegt ein Zündstutzen 143 gegenüber.
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Im allgemeinen wird der Reaktor so betrieben werden, dass durch die
Düsen 141 Dampf und/oder C02 und durch die Düse 142 02 oder mit 02 angereicherte
Luft zugeführt werden.
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Durch das Rohr 144 wird der Brennstoff in den Reaktor 111 zurückgeführt,
der mit dem Produktgas durch die Austrittsöffnung 145 aus dem Reaktor ausgetragen
und in einem Zyklon oder dgl. abgeschieden worden war. Das Rohr 146 dient der Durchführung
von Analysen und/oder zur Druckmessung. Derartige Mess- und/oder Entnahmestellen
können auch noch an anderen Bereichen des Reaktors angeordnet sein. Der maximale
Druck, mit welchem der in Fig.2 der Zeichnung dargestellte Reaktor betrieben wird,
liegt je nach Produktionsziel bis 80 bar.
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Dicht oberhalb der oberen Begrenzung 121 des Wirbelbettes 136 sind
weitere Düsen 147 über den Umfang des Reaktors verteilt angeordnet. Die Wahl des
durch diese Düsen zugeführten Reaktionsmittels hängt ab von der Beschaffenheit des
zu vergasenden Brennstoffes und/oder der gewünschten Zusammensetzung des Produktgases.
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Dies gilt auch für die weiter oben im Bereich des eigentlichen
Nachreaktionsraumes
148 angeordneten Einblasdüsen 149, 150, 151 und 152. Bei dem in Fig. 2 der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier Ebenen oder Bereiche vorgesehen,
in denen weiLere Düsen 149 bis 152 vorgesehen sind, die ebenfalls über den Umfang
verteilt angeordnet sind. Dabei kann die Anzahl der in den einzelnen Bereichen oder
Ebenen vorhandenen Düsen unterschiedlich sein.
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Sämtliche Düsen können verstellbar angeordnet sein derart, dass die
Richtung, in welcher das Reaktionsmittel in den Innenraum des Reaktors bzw. den
Nachreaktionsraum 148 einströmt, zur Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse verändert
werden kann.
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In Fig. 2 ist im Zusammenhang mit der Einblasdüse 149 eine derartige
Möglichkeit dargestellt. Das die eigentliche Einblasdüse bildende Rohr 149 ist in
einem Gelenk 153 gelagert, so dass eine Einstellbarkeit in allen Richtungen vorhanden
ist. Eine andere Möglichkeit der Verstellbarkeit besteht darin, das dem Innenraum
des Reaktors zugekehrte freie Ende des jeweiligen Düsenrohres oder die Austrittsöffnung
für das Gas exzentrisch anzuordnen, so dass eine Drehung des Düsenrohres um seine
Längsachse eine Anderung der Austrittsrichtung des Reaktionsmittels zur Folge hat.
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Wenn die Lage der Einblasdüsen durch das Verhältnis von Länge und
Durchmesser des Reaktors ausgedrückt wird, ergibt sich, dass die untere Einblasebene
im Wirbelbettbereich, die den Düsen 141 des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 2 entspricht,
etwa bei L/D (Länge/Durchmesser) = 0 liegt. Die darüber befindlichen Düsen 142
sind
entsprechend einem Verhältnis von L/D = 0,1 bis 0,3 angeordnet. Bei L/D = 1 bis
2 wird in einem Bereich dicht oberhalb der oberen Grenze des Wirbelbettes ein Reaktionsmittel,
z. B.
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Sauerstoff, eingeblasen. Dies entspräche etwa dem Bereich, in welchem
die Düsen 147 des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 2 angeordnet sind. Die erfindungsgemässe
Anordnung von Düsen zwecks Zuführung von Reaktionsmitteln in dem darüber befindlichen
Bereich des Nachreaktionsraumes kann beispielsweise im Bereich L/D = etwa 6 bis
12 vorgenommen werden.