DE2742505C2 - Verfahren und Reaktor zum Vergasen pulverisierter Kohle - Google Patents

Verfahren und Reaktor zum Vergasen pulverisierter Kohle

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Description

3 4
vor die Mischung den Brenner verläßt Dieses Problem Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Er-
hat man bisher vor allem durch den Einsatz besonders findung wird zu diesem Zweck die Geschwindigkeit des
langer Brenner, deren Länge z. B. mehr als einen Meter Kohlestromes durch das Injizieren des Sauerstoffs min-
mißt, zu lösen versucht Hierbei besteht jedoch die Ge- destens verdoppelt
fahr, daß die Kohle und der Sauerstoff bereits im Bren- 5 Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
ner eine explosionsartige Reaktion eingehen. Des weite- der Erfindung wird ein Teil des Sauerstoffs unter einem
ren ist bei hohem Druck die Stabilität der Flamme hau- Winkel von 10° bis 60° strOmungsaufwärts vor dem
fig sehr viel kritischer. Rest des Sauerstoffs in den pulverisiertes Kohlestrom
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, geblasen, wobei der Rest dann unter einem Winkel von
das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend io 60° bis 90° in den pulverisierten iCohlestrom injiziert
weiterzuentwickeln, daß unter Vermeidung großer wird
Brennerlängen eine möglichst vollständige Vermi- Auf diese Art wird nicht nur eine ausreichende Ver-
schung der Kohleteilchen mit dem Sauerstoff erreicht mischung des Sauerstoffs mit dem Kohlestrom sowie
wird, bevor diese Mischung den Brenner verläßt Da- eine ausreichende Beschleunigung erreicht, sondern es
durch sollen die weiter oben geschilderten Nachteile 15 gelingt auf diese Weise auch, die Versorgung des Verga-
vermieden werden. sungsreaktors mit pulverisierter Kohle ohne Änderung
Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren des gesamten Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnisses im
der gattungsgemäßen Art ist erfindungsgemäß dadurch Brenner selbst zu steuern.
gekennzeichnet, daß der Sauerstoff in mehreren den Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden, wenn Kohlestrom umgebenden Teilströmen und jeweils unter 20 die Dichte des Kohlestromes vor der Injektion des Saueinem Winkel von 10° bis 60° sowie einem Winkel von erstoffs weniger als 500 kg/m3 beträgt, gute Ergebnisse 60° bis 90° in den Kohlestrom injiziert wird, wobei die erzielt Bei solchen Dichten kann genügend Sauerstoff Geschwindigkeit des Sauerstoffs mindestens fünfmal so zugegeben werden, um die Geschwindigkeit des Kohlegroß ist wie die Geschwindigkeit des Kohlestromes un- stromes zu beeinflussen. In diesem Zusammenhang sei mittelbar vor der Injektion. 25 bemerkt daß die Geschwindigkeit des Kohlestromes — Das Trägergas, in dem die pulverisierte Kohle dabei auch vor der Injektion von Sauerstoff — bis zu einem dispergiert wird, sollte — wenn überhaupt — wenig bestimmten Maße durch eine notwendige Beschrän-Sauerstoff enthalten und muß auch in anderer Hinsicht kung der Menge des Trägergases begrenzt ist
Ι gegenüber dem Kohlenstoff inert sein. Es kann bei- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-I spielsweise aus Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, 30 dung, bei der der Druck im Vergasungsreaktor minde- % im Kreislauf geführtem Produktgas oder aus einer Mi- stens 10 bar beträgt soil die Geschwindigkeit des Koh- § schung dieser Gase bestehen. lestromes nach der Injektion des Sauerstoffs mindestens
I Die durch die Anwendung des erfindungsgemäßen 30 m/s betragen. In diesem Fall kann sich keine Detona-Ii Verfahrens erzielbaren Vorteile lassen sich wie folgt tion im Brenner ereignen.
ψ beschreiben: 35 Während der Vergasung wird im allgemeinen ein be-I* Dadurch, daß der Sauerstoff nicht mit einem Fest- stimmtes Brennstoff/Sauerstoff-Verhältnis aufrechter- |Ü Stoffkörper, sondern mit einem Fluid gemischt wird, halten, um eine stabile Flamme, eine bestimmte Tempest kann dieses Mischen in einer wesentlich wirkungsvolle- raturverteilung im Reaktor und eine konstante Produkt-■': ren und kontrollierbareren Art durchgeführt werden. gaszusammensetzung zu erhalten. Das erfindungsgemä- U Dadurch, daß man den Sauerstoff in den Kohlestrom 40 ße Verfahren erreicht einen maximalen Wirkungsgrad, R in Form separater Teilströme injiziert, wird ein hohes wenn in an sich bekannter Weise 0,5 bis 2,0 kg Sauer- |i Maß an Sauerstoffdurchdringung im Kohlestrom er- stoff pro kg Kohlenstoff injiziert werden. Es ist dann ;:' reicht, so daß eine schnelle und vollständige Mischung beispielsweise möglich, ein bestimmtes Sauerstoff/Koh- ; ■ stattfindet Auch findet die vollständige Mischung rasch lenstoff-Verhältnis zu wählen, das während des Zurückf*' statt da eine Anzahl von Teilströmen benutzt wird. Dies 45 fahrens beibehalten wird. Dennoch ist es entsprechend ist deshalb von Bedeutung, da die Zeit, die zwischen dem der Erfindung unter diesen und ähnlichen Bedingungen jt Injizieren des Sauerstoffs und dem Eintritt der Mi- möglich, einen bestimmten Freiheitsgrad an Kontrolle
II schung in den Vergasungsreaktor vergeht, so kurz wie beizubehalten, da die Möglichkeit besteht den Sauer-[£ möglich sein muß. Vorzugsweise werden die Düsen im- stoff auf mehreren Wegen oder Arten gleichzeitig in i|£ mer paarweise verwendet und an diametral gegenüber- 50 den Kohlestrom zu injizieren, während die Sauerstoffp liegenden Stellen des Brenners angeordnet, um die Ver- menge, die auf diesen mehreren Wegen oder Arten injiftf mischung so weit wie möglich zu verbessern. ziert wird, verändert werden kann.
|< Der Teil des Sauerstoffs, der unter einem Winkel von So kann bei der weiter oben angeführten Ausfüh-
f; 10° bis 60° in den Kohlestrom injiziert wird, bewirkt rungsform, bei der ein Teil des Sauerstoffs unter einem
;;.: zusätzlich zum Vermischen eine Beschleunigung des 55 Winkel von 10° bis 60° und der Rest des Sauerstoffs
i Kohlestromes, während man durch die Zugabe des Sau- unter einem Winkel von 60° bis 90° injiziert werden, der
i erstoffs unter einem Winkel von 60° bis 90° eine beson- zuerst und unter einem Winkel von 10° bis 60° in den
;;; ders gute Durchdringung des Sauerstoffs im Kohle- Kohlestrom eingeblasene Sauerstoff in Abhängigkeit
|p strom erreicht. von der Kohlenstoffmenge im Kohlestrom geregelt
(;,: : Schließlich wird dadurch, daß der Sauerstoff mit einer 60 werden. Auf diese Weise wird die Kontrollierbarkeit des
$\ Geschwindigkeit in den Kohlestrom injiziert wird, die Vergasungsverfahrens vergrößert.
-'' mindestens fünfmal so groß ist, wie die Geschwindigkeit Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Verga-
; des Kohlestromes unmittelbar vor der Injektion, sicher- sungsreaktor zur Durchführung des erfindungsgemä-
gestellt, daß nicht nur eine vollständige Vermischung Bei» Verfahrens, der mit wenigstens einem Produktgas-
des Sauerstoffs mit dem Kohlestrom, sondern gleichzei- 65 abzug und einem in der Reaktorwand angeordneten
tig auch eine ausreichende Beschleunigung des Kohle- Brenner versehen ist, wobei der Brenner eine Zuleitung
!;·■ stromes während des Mischvorganges stattfindet, was für die pulverisierte Kohle sowie eine Sauerstoffzulei-
Y< wesentlich für die Detonationsverhinderung ist. tung aufweist. Hierbei ist das Brennerrohr mit einer
Anzahl von Düsen für die Sauerstoffinjektion umgeben, von denen einige unter einem von 10" bis 60° liegenden und einige unter einem von 60° bis 90° liegenden Winkel zur Brennerachse angeordnet sind.
Vorzugsweise werden hierbei die unter einem Winkel von 10° bis 60° angeordneten Düsen strömungsaufwärts vor den Düsen mit Winkeln zwischen 60° und 90° angeordnet
Weitere Einzelheiten des erfindungsgernäßen Vergasungsreaktors sollen durch ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt dabei einen Querschnitt entlang der Achse einer Versorgungsleitung 1 zur Zuführung der in einem inerten Trägergas dispergierten pulverisierten Kohle zu einem Brennerrohr 2, das sich durch eine feuerfeste Wand 3 in einem Vergasungsreaktor, der sich in der Zeichnung rechts von der Wand 3 befindet, erstreckt An der Stirnseite des Brennerrohres 2 ist eine Brennermündung 4, die mit einem Kühlwassersystem 5 versehen ist, das mit den Zufluß- und Rückflußleitungen 6 und 6' bzw. 7 und T verbunden ist
In das Brennerrohr 2 münden eine Anzahl von Sauerstoffzuleitungen 8 unter einem Winkel von etwa 30° über die Düsen 8', die auf einem Kreis einer senkrecht zur Achse des Brennerrohres 2 stehenden Fläche gruppenweise angeordnet sind. Die Leitungen 8 werden über eine (Ring)-Leitung 9 versorgt die über eine Leitung 10 und ein regulierbares Ventil 11 mit der Hauptsauerstoffleitung 12 verbunden ist
In ähnlicher Art mündet strömungsabwärts von den Leitungen 8 eine Anzahl von Sauerstoffzuleitungen 13 über die Düsen 13' in das Brennerrohr 2. Die Leitungen 13 münden unter einem Winkel von 90° in das Brennerrohr 2 und sind mit einer (Ring)-Leitung 14 verbunden, die über die Leitung 15 und ein regulierbares Ventil 16 mit der Hauptsauerstoffleitung 12 verbunden ist
Die Einstellung der Ventile 11 und 16 und des Drucks in der Hauptsauerstoffleitung 12 ist in Abhängigkeit von der pulverisierten Kohlemenge, die über die Versorgungsleitung 1 zugeführt wird, und der gewünschten Zusammensetzung des erzeugten Gases im Vergasungsreaktor 3 regulierbar. Folglich wird die Dispersion der pulverisierten Kohle im neutralen Trägergas mit einer bestimmten Menge Sauerstoff aus den Leitungen 8 und 13 vermischt und gleichzeitig über die Geschwindigkeit hinaus beschleunigt die im Brennerrohr 2 mindestens erforderlich ist
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 mit feuerfestem Futter ausgekleideten Vergasungsreak- Patentansprüche: tor statt, indem die Reaktionskomponenten unter Bildung von Kohlenmonoxid und — teilweise, sofern auch
1. Verfahren zum Vergasen pulverisierter Kohle, Wasserdampf eingeleitet wird, — Wasserstoff in einer bei dem die pulverisierte Kohle dem Brenner des 5 Flamme eine Reaktion eingehen. Die Verweilzeit der Vergasungsreaktors in einem inerten Trägergas di- Reaktionskomponenten im Reaktor ist relativ kurz,
spergiert zugeführt und der für die Vergasung erfor- Im Verfahren nach Art der Erfindung können alle derliche Sauerstoff im Brenner in den dispergierten möglichen in feinteiliger Form vorliegenden festen Kohlestrom injiziert wird, dadurch gekenn- Brennstoffe, wie Magerkohle, Braunkohle, puiverisierzeichnet, daß der Sauerstoff in mehreren den io tes Holz, Bitumen, Ruß etc, durch Partialoxidation ver-Kohlestrom umgebenden Teilströmen und jeweils gast werden. Die Bezeichnung »pulverisierte Kohle« unter einem Winkel von 10° bis 60° sowie einem umfaßt deshalb in der vorliegenden Beschreibung alle in Winkel von 60° bis 90° in den Kohlestrom injiziert feinteiliger Form vorliegenden festen Brennstoffe. Die wird, wobei die Geschwindigkeit des Sauerstoffs Vergasung läuft mit Sauerstoff, Luft oder Luft/Sauermindestensfünf mal so groß ist wie die Geschwindig- 15 stoffgemischen, gegebenenfalls mit Wasserdampf gekeit des Kohlestromes unmittelbar vor der Injektion. mischt, ab. Wasserdampf kann auch unter Umgehung
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- des Brenners zugeführt werden. In der vorliegenden zeichnet, daß der zuerst zugesetzte Teil des Sauer- Beschreibung umfaßt die Bezeichnung »Sauerstoff« alle Stoffs unter dem Winkel von 10° bis 60° und der Rest diese Mischungen.
des Sauerstoffes unter dem Winkel von 60° bis 90° 20 Ein Vergasungsverfahren der gattungsgemäßen Art
in den Kohlestrom injiziert wird. ist aus »Verfahrenstechnische Berichte«, Heft 1256, vom
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, 8.12.1954, S. 2241, bekannt Hierbei wird pulverförmige dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit Kohle mittels Wasserdampf zum Zwecke der Synthesedes Kohlestromes durch das Injizieren des Sauer- gaserzeugung in einen Vergasungsreaktor gefördert stoffes mindestens verdoppelt wird. 25 Der für die Vergasung erforderliche Sauerstoff soll da-
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- bei dem Kohle-Wasserdampf-Gemisch unmittelbar vor durch gekennzeichnet daß die Dichte des Kohle- dem Eintritt in den Reaktor zugesetzt werden. Nähere stromes vor dem Einblasen des Sauerstoffes nicht Angaben, unter welchen konkreten Bedingungen dieser mehr als 500 kg/m3 beträgt Sauerstoffzusatz erfolgen soll, sind der Literaturstelle
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 30 jedoch nicht zu entnehmen.
dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Vergasungs- In dem Buch von Schulung u. a, »Kohlevergasung«,
druck von mindestens 10 bar die Geschwindigkeit 1976 Essen, wird auf den Seiten 88 bis 97 über ein Koh-
des Kohlestromes nach dem Injizieren des Sauer- levergasungsverfahren berichtet, das Koppers-Totzek-
stoffes mindestens 30 m/s beträgt. Verfahren, das sich bereits im großtechnischen Maßstab
6. Verfahren nach einem der vorangehenden An- 35 bewährt hat Hierbei handelt es sich um eine autothersprüche, dadurch gekennzeichnet daß der zuerst me Vergasung in der Flugstromwolke mit Sauerstoff und unter einem Winkel von 10° bis 60° in den Koh- und Dampf bei Normaldruck (bzw. bei höheren Drüklestrom eingeblasene Sauerstoff in Abhängigkeit ken) im Gleichstrom. Der Sauerstoffbedarf wird dabei von der Kohlenstoffmenge im Kohlestrom geregelt mit 535 m3 (iN) pro Tonne trockene Einsatzkohle angewird. 40 geben.
7. Vergasungsreaktor zur Durchführung des Ver- In der GB-PS 6 92 732 wird schließlich ein Vergafahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, mit einem Pro- sungsverfahren beschrieben, bei dem pulverisierte Kohduktgasabzug, einem in der Reaktorwand angeord- Ie im Vergasungsbrenner mit Sauerstoff unter Bildung neten Brenner mit einer Zuleitung für pulverisierte einer fächerförmigen Flamme umgesetzt wird. Hierbei Kohle und einer Sauerstoffzuleitung, wobei am 45 sind die Vergasungsbrenner im Vergasungsreaktor in Brenner mindestens eine Düse für die Injektion von mehreren Ebenen übereinander angeordnet. Die zu verSauerstoff in den Kohlestrom eingebracht ist da- gasende Kohle wird dabei durch Förderschnecken in durch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (2) mit den Brennerkopf transportiert wobei der erforderliche einer Anzahl von Düsen (8'; 13') für die Injektion Sauerstoff jeweils am hinteren Ende der Förderschnekvon Sauerstoff umgeben ist, von denen einige (8') 50 ke einblasen wird. Für die übrigen Reaktionsmedien, unter einem von 10" bis 60° liegenden und einige wie Wasserdampf und CO2, sind gesonderte Eintrittsöff-(13') unter einem von 60° bis 90° liegenden Winkel nungen in den Vergasungsreaktor vorgesehen, die oberzur Brennerachse angeordnet sind. halb und unterhalb der Brennerebene liegen. Bei dem
8. Vergasungsreaktor nach Anspruch 7, dadurch zur Durchführung dieses Verfahrens verwendeten gekennzeichnet, daß die unter einem Winkel von 10° 55 Brenner wird das Kohle-Sauerstoff-Gemisch durch ein bis 60° angeordneten Düsen (8') vor den Düsen (13') in der Brennerachse liegendes Rohr zum Brennerkopf angeordnet sind. transportiert, wobei dieses Rohr im Bereich des Brennerkopfes mit einem Mantel versehen ist, der mit Was-
serdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Brenngas
60 beschickt werden kann. Hierbei steht dieser Mantel über zum Brennerkopf hin geneigte öffnungen mit dem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Reak- Rohr für die Kohle-Sauerstoff-Zufuhr in Verbindung,
tor zum Vergasen pulverisierter Kohle, bei dem die pul- Bei der praktischen Durchführung der Kohleverga-
verisierte Kohle dem Brenner des Vergasungsreaktors sung ist es zur Erreichung einer stabilen Flamme und
in einem inerten Trägergas dispergiert zugeführt und 65 zur Verhinderung örtlicher Überhitzungen im Verga-
der für die Vergasung erforderliche Sauerstoff im Bren- sungsreaktor ebenso wie zur Erreichung dieser vollstän-
ner in den dispergierten Kohlestrom injiziert wird. digen Vergasung erforderlich, die Kohleteilchen mög-
Ein derartiges Vergasungsverfahren findet in einem liehst vollständig mit dem Sauerstoff zu vermischen, be-
DE2742505A 1976-09-23 1977-09-21 Verfahren und Reaktor zum Vergasen pulverisierter Kohle Expired DE2742505C2 (de)

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