DE2757918C2 - Verfahren zum Trocknen und Einspeisen von festem Brennstoff in einen Druckvergaser - Google Patents
Verfahren zum Trocknen und Einspeisen von festem Brennstoff in einen DruckvergaserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verrahren zum Trocknen end Einspeisen in einen Druckvergaser von festem
Brennstoff, wie Kohle. Torf und Holz, der auf unter 15 mm zerkleinert ist. in eine unter mindestens gleichem
Druck wie de- Vergaser, nämlich bis zu 100 bar.
Stehende, mit Temperaturen von 200 bis 280X
betriebene Wlrbelscnich\-Trock..ungszone eingepreßt
und nach dem Trocknen direkt, wie auch der entstandene Dampf in die Ver& ,sungszone geleitet
wird.
Um insbesondere die Wirtschaftlichkeit der Kohlevergasung zu verbessern, werden verschiedene unter
Druck arbeitende Vergasungsverfahren angewendet bzw. erprobt. So ist es beispielsweise aus der US-PS
40 17 272 bekannt, die Kohlevergasung in einem Winkler-Wirbelbett unier Drucken von 2 bis 20 bar
durchzuführen. Ein mit dem Druckbetrieb aufkommendes besonderes Problem ist die Einspeisung der Kohle in
den unter Druck stehenden Vergasungs- oder Verbrennungsreaktor.
Zur Lösung dieses Problems sind im wesentlichen zwei verschiedene Verfahren bekannt. Das Druckschleusensystem
arbeitet im allgemeinen im Wechselbetrieb. Die unter Normaldruck stehende Kohle fällt aus
dem Vorratsbehälter in eine Druckschleuse, die nach Abdichtung mit einem Bespannungsgas unter den
gewünschten Reaktordruck gesetzt wird. Ist dieser Druck erreicht, wird der Verschluß am Ausgang des
Schleusenbehälters geöffnet und die Kohle in einen datunter befindlichen, ebenfalls unter Reaktordruck
Stehenden Behälter abgegeben, aus dem der Dosierapparat
beaufschlagt wird. Anschließend wird die Druckschleuse wieder entspannt, um eine erneute Füllung zu
ermöglichen. Der Wechselbetrieb besteht darin, daß zwei parallele oder hintereinander geschaltete Druckschleusen
wechselweise be- und entspannt werden. Wenngleich das Erilspaflilungsgas der einen Schleuse
für die Bespannung der anderen Schleuse dienen kann, ergeben sich zwangsläufig ßnergieverluste. Außerdem
sind die Verschlüsse art den Schleusenbehältern einem starken Verschleiß unterworfen, und die Entspannung
an der Druckschleuse stellt eine umweltfeindliche Lärmquelle dar.
Die Kohleeintragung in einen Druckvergasungsreaktor als Aufschlämmung arbeitet kontinuierlich. Bei ihr
wird feinkörnige Kohle mit Wasser oder Öl zu einer pumpfähigen Suspension verrührt. Dieser Kohle-Slurry
wird dann in den Druckreaktor gefördert. Zwar bietet der kontinuierliche Betrieb erhebliche Vorteile; die
Herstellung des Slurry erfordert jedoch den Zusatz von
ίο Öl oder Wasser. Öl ist unerwünscht, weil es als
Einsatzstoff gerade durch Kohle ersetzt werden soll und eine Rückgewinnung des Öls kaum möglich ist. Ein
Wasserzusatz erfordert bei der anschließenden Vergasung oder Verbrennung zusätzliche Verdampfungsenergie
für das Wasser.
Aus der DE-OS 25 21 132 ist ein Verfahren zum Trocknen und Einspeisen von festem Brennstoff in einen
Druckvergaser bekannt, bei dem man den Brennstoff mit Wasser zu einem pumpbaren Brei anmischt auf über
den Vergaserdruck komprimiert, auf 200 bis 3000C
erhitzt und bei diesen Temperaturen solange behandelt, bis der Brennstoff seine kolloidale Struktur verloren hat
und das zuvor gebunden gewesene Wasser sich vom Brennstoff getrennt hat. Anschließend wird das freie
Wasser von der wasserarmen Kohle getrennt und die letztere ohne weitere Kompression in den Trockner
gefördert, in dem das restliche Wasser von dem Brennstoff verdampit wird. Bei diesem Verfahren ist die
Vorbereitung des Brennstoffs für die Einförderung in den Trockner aufwendig: Der Brennstoff muß mit
Wasser angemischt werden, und das Gemisch muß nach der thermischen Behandlung wieder in Wasser und
entwässerte Kohle getrennt werden. Der Erhitzer für das Brennstoff/Wasser-Gemisch und der Trennapparat
liegen bereits in der üruckzone. so daß sich bei dieser Arbeitsweise ein erheblicher apparativer Aufwand
ergibt.
Aus der DE-AS 11 05 095 ist eine Vergasungseinrichtung
fur trockenen Brennstoffstaub bekannt, bei der die Einförderung des Brennstoffslaubs gegen den Überdruck
des Vergasungsmittels durch eine Schnecke erfolgt. Um einen gasdichten Verschluß zu erreichen
und ein Überströmen des Vergasungsmittels durch den Brennstaubstopfen in den Brennstoffbunker zu vermeiden.
ist außer der Schnecke selbst auch das Schneckengehause drehbar angeordnet. Durch die unabhängig
voneinander mögliche Drehbarkeit von Schnecke und Gehäuse können die Arbeitsbedingungen in der
Schnecke eingestellt werden, bei denen der trockene Brennstaubstopfen in der Schnecke einen gasdichten
Verschluß ergibt.
Aus »C'hem.-Ing.-Techn.« 40 (1968) S. 11Ob- 1107 ist
die Kohletrocknung in einer Wirbelschicht bekannt, in
welche die Naßkohle mittels einer Dosierschnecke eingefördert wird. Die Trocknung erfolgt im wesentlichen
unter Normaldruck, und das einzufördernde Kohlematenal hat anhaftende Feuchte, so daß bei dieser
Schneckeneinförderung kein Gasabdichtungsproblem entstand. Die Temperatur in der Trocknungswirbdschicht
bzw. oberhalb der Wirbelschicht war relativ niedrig, da es nur darum ging, die von der Wäsche
anhaftende Feuchte von der Naßkohle zu entfernen.
In der US'PS 38 84 649 ist ein Verfahren zur
Kohlevergasung beschrieben, bei dem die Kohle Vor der
Vergasung zur Herabsetzung des Bäckvermögens einer öxidativen Vorbehandlung bei einer Temperatur in dem
Bereich Von 371 bis 4270C unterworfen wird, Vorbehandlung
und Vergasung erfolgefl in Wirbelschichten in
einem Zwillingsbehälter, wobei dps varbehandelte Material zusammen mit den dabei entstandenen Gasen
aus der Vürbehandlungswirbelschicht in die Vergasungswirbelschicht
überfließt. Die Einförderung der Kohle in die Vorbehandlungswirbelschicht erfolgt durch
eine Schleuse.
Schließlich ist es aus »Braunkohle« (1975),
S.370-371 bekannt, auf 41 Gew.-% vorgetrocknete Rohbraunkohle zunächst in einer Wirbelschicht auf
4 Gew.-% nachzutrocknen und dann in einer nachgeschalteten
Wirbelbettstufe hydrierend zu vergasen. Beide Stufen arbeiten unter einem Gesamtdruck von
80 bar. Die getrocknete Kohle gelangt durch Überlaufrohre in das darunter angeordnete Vergasungswirbelbett.
Die Einförderung der Kohle in die ca. 3000C heiße
Trocknungswirbelschicht erfolgt auch hier mit Hilfe von Schleusenbehältern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Einspeisung
in einen Druckvergaser zu schaffen, bei dem die Herstellung einer Kohle-Suspension und die dadurch
bedingte Wiederverdampfung des Suspensionsmittel in einer dem Druckvergaser vorgeschalteten Drucktrocknungszone
vermieden wird. Darüber hinaus sollen insbesondere der Druck-Trocknung vorgeschaltete,
unter Druck arbeitende Verfahrensstufen, wie Herstellung einer Brennstoff/Wasser-Suspension, Druckerhitzung
und Trennung dieser Suspension, vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man
den nur durch Zerkleinern vorbehandelten Brennstoff mit einer Schneckenpresse kontinuierlich der unter
Druck stehenden Trocknungswirbelschicht einpreßt. Es wird also ungetrockneter Brennstoff, insbesondere
Rohkohle mit ihrer natürlichen Grubenfeuchte, mit einer mechanischen Pumpvorrichtung auf den Vergasungsdruck
komprimiert und dann kontinuierlich in die unter dem höheren Druck als dem Vergasungsdruek
stehende Trocknungszone eingefördert. Anstelle der bisher drurklos betriebenen Trocknung wird diese
nunmehr erst in der Druck/one vorgenommen. Trot/
der Kompression der Kohle auf den Trocknungsdruck bleibt eine ausgezeichnete Beweglichkeit der Kohlemasse
bestehen, so daß sie durch geeignete Fördereinrichtungen
gegen den Trocknungsdruck gefördert werden kann und ein dampf- bzw. Tasdichter Abschluß
über den Förderquerschnitt hergestellt wird. Dip Drucktrocknung erzeugt Wasserdampf unter dem in der
Trocknungszone herrschenden Druck, der in geeigneter Weise, z. B. als Vergasungsmittel oder zur Energieerzeugung
durch Entspannung verwertet werden kann. Der Übertritt des getrockneten Brennstoffs aus der
Trocknungs- in die Vergasungs- bzw. Verbrennungszone ist selbst bei backender Kohle piublemlos. da beide
Zonen im wesentlichen unter dem gleichen Druck stehen oder die Trocknungszone unter einem höheren
Druck als die Vergasungs· bzw. Verbrennungs/one steht.
Man fördert die Kohle mit ihrem natürlichen Wassergehalt durch Schnecken in die Trocknungszone.
Vorzugsweise wird sie dort auf eine Restfeuchte von 8 bis 14 Gew.-% Wasser getrocknet. Durch die Einförderung
in die relativ niedrig temperierte Trocknungszone ist die Erwärmung der Unter Druck stehenden
Kohlemasse in der Schnecke gering, wodurch die Neigung der Kohle zum Zusammenbacken hintan
gehalten wird. Die Einföcderung der Kohle erfolgt unter
für eine Brikettierung ungünstigen Bedingungen, da diese wesentlich höhere· Drucke in der Größenordnung
von 1000 bar und eine wenigstens teilweise getrocknete Kohle ah Einsatzprodukt erfordert. Die Einförderung
der Kohle gegen den Druck der Trocknungszone kann mit Hilfe von Schneckenpumpen erfolgen, z. B. mit
Fuller-Pumpen oder mit WP-Doppelschnecken.
Die Kombination der Trocknungswirbelschicht mit einer Vergasungs- bzw. Verbrennungswirbeischicht
bringt gewisse Vorteile mit sich. So ist es leicht möglich, beide Wirbelschichten in einem zusammenhängenden
Zwillingsdruckgefäß unterzubringen und die getrocknete Kohle in die Vergasungs- bzw. Verbrennungswirbelschicht
zu fördern. Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt man die
getrocknete Kohle durch den hydrostatischen Druck der Trocknungswirbelschicht in die Vergasungs- bzw.
Verbrennungswirbelschicht überfließen. Auf diese Weise werden mechanische Förderorgane zwischen den
2ü beiden Wirbelschichten vermieden, die unter der Einwirkung der hohen Vergasungs- bzw. Verbrennungstemperatur stehen würden.
Weiterhin ist vorgesehen, daß mn die aus der
Trocknungszone entweichenden flüchtigen Bestandteile der Kohle wenigstens teilweise der Vergasung- b/w.
Verbrennungszone zuführt. Diese flüchtigen Bestandteile sini' hauptsächlich Wasserdampf sowie in der Kohle
enthaltene bzw. eingeschlossene gasförmige Verbindungen, die bei den erhöhten Trocknungstemperaturen und
dem Zerfall der Kohleagglomerate frei werden. Der Wasserdampf ist ein geeignetes Vergasungsmittel,
während die flüchtigen organischen Verbindungen in der Vergasungs- b;-w. Verbrennungszone gespalten
bzw. verbrannt wercien.
Bei einer Ausführungsform trocknet man die Kohle
durch Berührung mit vorerhit/tem Vergasungsmittel, insbesondere mit vorerhitztem. Sauerstoff enthalten
dem Gas. und setzt das mit Wasserdampf beladcne Vergasungsmittel bei der Vergasung der getrockneten
Kohle ein. Da die Kohlevergasung häufig rr,.; einem Gemisch aus Wasserdampf und Sauerstoff erfolgt,
bietet es sich an. die Trocknung der Kohle mit vorerhitztem, auf den Trocknungsdruck verdichtetem
Sauerstoff als Wärmeträger vorzunehmen. Das Vcrgasungsmittel wird zweckmäßigerwei>e auf eine Temperatur
in dem Bereich von 150 bis 300X vorerhitzt. Der
Stoffaustausch. d. h. der Übergang des Wassers aus den Kohleteilchen in die Gasphase erfolgt unter intensiver
Bewegung der Kohleteilchen in einem Wirbelschichttrockner. Zweckmäßigerweise trocknet man die feuchte
Kohle unter Aufwirbelung mit dem vorerhitzten Vergasungsmittel Auf diese Weise wird eine besonders
gute I rocknung der Kohle bei gegebener Verweilzei· in
der Trocknungszone erreicht.
Cei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird ein Teil des aus der Trocknungs/one abströmenden Wasserdampfes auf
eine Temperatur in dem Bereich von 150 — 270°C überhitzt und die feuchte Kohle in der Trocknungszone
mit dem überhitzten Wasserdampf erhitzt sowie aufgewirbelt. Ein Teil des Wasserdampfes wird somit im
Kreislauf durch die Trocknungszone geführt. Die Dampfüberhitzung kann durch indirekten Wärmeaustausch
mit dem Produktgas der Vergasungs- bzw. Verbrennungszone erfolgen. Der übrige Teil des aus der
Trocknungszone abströmenden Wasserdampfes kann anderweitig verwertet werden, d. h. als Vergasungsmittel
in der Vergasungszone oder für die Energiegev/in-
hung in einer Turbine. Bei der teilweisen Rückführung
des Wasserdampfes als Wirbelmedium in die Trocknungszone wird man die Kohle zweckniäBigerweise nur
mit dem überhitzten Wasserdampf aufwirbeln und auf andere Wirbelmedien, wie Sauerstoff oder Kohlendi- ■>
oxid, an dieser Stelle verzichten.
Zweckmäßigerweise trocknet man die Kohle bei einer Temperatur in dem Bereich von 200 bis 28O0G. Im
allgemeinen vergast man bzw. verbrennt man die getrocknete Kohle bei einer Temperatur in dem Bereich
von 900 bis 1300°G. Die Einförderung der Kohle in die verglichen mit der Vergasungszone wesentlich tiefer
temperierte TrocknungSzone wirkt sich für die Vermeidung der Agglomeratbildung der Kohle in der
Einförderschnecke günstig aus. Bei der Vergasung kann fs heben Sauerstoff und Wasserdampf auch Kohlendioxid
als Vergasungsmittel eingesetzt werden. In diesem Falle kann man zweckmäßigerweise das Kohlendioxid nach
Vorwärmung zunächst als Bewegungsmittel in der W;rbG!irockr;t:r;g einsetzen ür.a das mit Wasserdampf ss
beladene Kohlendioxid dann der Vergasung zuführen.
Man kann der Kohle vor der Druckerhöhung die notwendigen Zusatzstoffe beimischen, z. B. Flux- und/
öder Entschwefelungsmittel. Als Entschwefelungsmittel dient Kalk, der den Schwefelgehalt der Kohle bei der
Vergasung in der Schlacke bindet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der als Beispiel eine
Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt ist.
Der Wirbelschichttrockner 10 und der Vergasungswirbelschichtreaktor
20 sind zusammen mit dem Verbindungskanal 18 zwischen den Wirbelschichten Von
einem gemeinsamen Druckmanlel umgeben. Da sich der Druck durch dc-ü Verbindungsksmil 18 ausgleichen
kann, herrscht im Vergasungsreaktor 20 im wesentlichen der gleiche Drück wie in dem Wirbelschichttrockner
10. Dem Trockner 10 wird durch die Förderschnekke 4 grubenfeuchle Kohle aus einem Vorratsbehälter 6
kontinuierlich gegen den im Trockner herrschenden Druck zugeführt. Dem Trockner wird ferner durch
Leitung 2 ein vorerhilzles Wirbelmittel zugeführt, das
zugleich den bei der Trocknung freiwerdehdeh Wasserdampf
aufnimmt. Die getrocknete Kohle strömt entsprechend der Einfördergeschwiiidigkeit mittels
Schnecke 4 durch den Verbindungskanal 18 kontinuierlich in den Vergasüngswirbelschiehtrcaklor 20 über
Dort wird die getrocknete Kohle mit dem durch Leitung !S Hugsführlen Vergasungs- und Wirhelnietiiiim aufgewirbelt
und zugleich vergast. Das aus dem Trockner IC durch Leitung 8 abströmende, mit Wasserdampl
beladene Wirbelmitiel des Trockners Wird ebenfalls dem Vergasungsreaktor 20 zugeführt. Das Produktga«
wird aus dem Vergasungsreaktor 20 durch Leitung ii abgezogen und nach Reinigung der weiteren Verwertung
zugeführt. Die bei der Vergasung verbleibende Asche verläßt den Vergasungsreakior durch der
Aschrtaustrag 14.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Trocknen und Einspeisen in einen Druckvergaser von festem Brennstoff, wie
Kohle, Torf und Holz, der auf unter 15 mm zerkleinert in eine unter mindestens gleichem Druck
wie der Vergaser, nämlich bis zu 100 bar, stehende, mit Temperaturen von 200 bis 280"C betriebene
Wirbelschicht-Trocknungszone eingepreßt und nach dem Trocknen direkt, wie auch der entstandene
Dampf, in die Vergasungszone geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der nur
durch Zerkleinern vorbehandelte Brennstoff mit einer Schneckenpresse kontinuierlich in die unter
Druck stehende Wirbelschicht eingepreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennstoff auf eine Restfeuchte von 8 bis 14 Gew.-% getrocknet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der getrocknete Brennstoff
durch eine! Verbindungskanal in eine neben der
Trockner-Wirbelschicht angeordnete Vergaser-Wirbelschicht überströmt.
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