DE2810125A1

DE2810125A1 - Verfahren und anlage zur herstellung eines brennstoffes fuer die kohledruckvergasung im festbettreaktor aus feinkohle

Info

Publication number: DE2810125A1
Application number: DE19782810125
Authority: DE
Inventors: Artur Richter
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1978-03-09
Publication date: 1979-09-13
Also published as: GB2016038A; PL115394B1; DE2810125C2; CA1119799A; GB2016038B; ZA791073B; JPS54127405A; PL213970A1; US4238200A

Description

Steag Aktiengesellschaft, Bismarckstraße 54, 4300 Essen

"Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Brennstoffes für die Kohledruckvergasung im Pestbettreaktor aus Feinkohle»

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes für die Kohledruckvergasung im Pestbettreaktor aus Peinkohle, die durch Klassieren in eine Überkornfraktion und in eine Unterkomfraktion zerlegt wird, worauf die Unterkomfraktion pelletiert wird und die Pellets bei Temperaturen unterhalb der Verkokungstemperatur der Kohle gehärtet sowie anschließend der Überkornfraktion zugesetzt werden.

Die Herstellung von besonderen Brennstoffen für den Betrieb von Pestbettreaktoren der Kohledruckvergasung verfolgt u.a. das Ziel, auf diesem Weg den Staubgehalt des Vergasungsgases herabzudrücken und daneben einen besseren Zug im Pestbett zu erreichen. Die Verminderung des Staubgehaltes des Vergasungsgases ist bei der Vergasung von Kohle wesentlich, weil die Entstaubung des Vergasungsgases in der Regel mit einer Kondensation u.a. von Teerbestandteilen verbunden ist und zu einem Kondensat führt, das nicht nur den Teer und den Staub

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enthält, sondern auch eine schwer zu brechende Emulsion mit dem Gas- und Quencliwasser eingeht. Me Eindickung des Kondensates führt unter diesen Umständen zu einer zähen Masse, die sich schwer verarbeiten und handhaben läßt. Die Herabsetzung des Staubanteiles ermöglicht dagegen die Gewinnung dünnflüssiger Teere und Kohlenwasserstoffe und eine entscheidende Herabsetzung der Schwierigkeiten, die mit der Handhabung des eingedickten Kondensates sonst verbunden sind.

Es ist bekannt (DT-AS 10 86 00), auf die Oberfläche des Festbettes eingedicktes Kondensat aufzubringen, um den gesamten Querschnitt des Pestbettes mit Kohlenwasserstoffverbindungen zu benetzen und eine Art Ölfilter mit der für die Abfilterung des Staubes gewünschten Filterwirkung und -dicke im Pestbettreaktor herzustellen und aufrechtzuerhalten. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch nicht den erwünschten Erfolg, weil im Festbett nicht die dafür erforderliche gleichmäßige Verteilung und Zunahme der Wärme bis in die Reaktionszone vorhanden ist und weil auch die Verweilzeit der verschiedenen Brennstoffpartikel im Festbett große Unterschiede zeigt.

Es ist ferner bekannt (DT-PS 827 224), Waschberge und Flotationsabgänge der Kohleaufbereitung bindemittellosj&i^fbrikettieren und die Briketts in grünem Zustand zu vergasen, weil solche Briketts eine ausreichende Feuerstandsfestigkeit aufweisen. Auf die Vergasung von

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Feinkohle ist dieses Verfahren nicht anwendbar, weil die bindemittellose Brikettierung nur zu einer "Verformung des Kohlekornes, nicht aber zu einer Bindung der Kohlekörner führt. Die Vergasung von Eeinkohle ist aber das eigentliche Ziel der Kohledruckvergasung in Gas-Dampfturbinen-Kraftwerken, weil etwa 70 fo der Kohle bei den in der Steinkohlengewinnung und -aufbereitung üblichen Verfahren als Feinkohle anfallen und der Anteil des Unterkornes von 0 - 2 mm maßgeblich den Staubgehalt im Vergasungsgas bestimmt.

Zum Stand der Technik gehört auch ein Verfahren, bei dem die von der überkornfraktion 2 - 3 mm abgetrennte Unterkornfraktion 0 - 2 mm mit Hilfe eingedickten Kondensates pelletiert und die grünen Pellets der Überkornfraktion zugesetzt werden (DT-OS 25 40 165). Es hat sich aber herausgestellt, daß diese grünen Pellets nicht die erforderliche Feuerstandsfestigkeit aufweisen. Jedenfalls bleibt ein großer Anteil der Pellets im Festbett nicht stabil, weil die leichteren Fraktionen des Bindemittels zu schnell verdampfen und die Pellets nicht die Reaktionszone erreichen. Außerdem sind die Pellets nicht abriebfest, so daß insbesondere auf den Transportwegen erhebliche Staubmengen frei werden.

Schließlich ist das eingangs bezeichnete Verfahren bekannt (US-PS 3 692 505). Es dient hauptsächlich zur Herstellung eines Brennstoffes aus backender Kohle, der eine wesentlich verringerte Backfähigkeit aufweist

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und daher die Schwierigkeiten beseitigt, die bei backender Kohle im Pestbett auftreten. Bei diesem Verfahren erfolgt die Pelletierung mit heißen Halbkokspartikeln, die Wachszentren bilden, um die sich die !Feinkornpartikel des Pelletiergutes anordnen. Durch genaue Einhaltung bestimmter Temperaturen in den Halbkokspartikeln und Temperaturen zwischen 330° G und 600° C in der Pelletiertrommel wird erreicht, daß die Pellets durch Zusammenbacken der Feinkohlepartikel sintern und keine backende Wirkung im Pestbett entwickeln.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß außerhalb des Pestbettreaktors erhebliche Gasmengen aus der Kohle bei der Herstellung der Halbkokspartikel und beim Sintern der Pellets entstehen, die für das Vergasungsgas verlorengehen. Das bekannte Verfahren setzt außerdem bestimmte Kohlenarten für die Herstellung dea Brennstoffes voraus und schließt deswegen nicht oder nicht ausreichend backende Kohlen aus, die gleichwohl erhebliche Staubmengen im Vergasungsgas verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Pellets für den Brennstoff mit ausreichender Peuerstandsfestigkeit und geringer Abriebempfindlichkeit aus der Unterkornfraktion zu gewinnen und im Brennstoff bereitzustellen, hierbei jedoch die Kohle im AnIieferungszustand bis zum Einbringen des Brennstoffes in den Reaktor zu halten, um Verluste im V_ergasungsgas zu verhindern.

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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Unterkorn vor der Pelletierung Sulfitablauge zugesetzt wird, und daß die Pellethärtung durch Erhärten des Bindemittels mindestens in den oberflächennahen Schichten der Pellets vorgenommen wird.

Die Herstellung von Steinkohlenbriketts mit Hilfe von Sulfitablauge ist an sich bekannt, unterscheidet sich aber grundlegend von der anmeldungsgemäßen Pelletierung dadurch, daß bei der Brikettierung durch Verformung des Unterkornes der Klebeffekt der mit diesem Ziel unter Anwendung von Wärme eingedickten Sulfitablauge maßgeblich ist (DI-PS 11 86 825 und DT-AS 17 71 433), während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die den Klebeffekt ausschließende Erhärtung des Bindemittels mit dem Ziel der Bildung von Pestkörperbrücken zwischen den Partikeln des Unterkornes ausgenutzt wird; dieser Effekt wurde bei der bislang bekannten Formkörperherstellung unbedingt vermieden, weil die Aushärtung des Bindemittels das Zusammenkleben der Kohlepartikel ausschließt.

Zwar ist die Pellethärtung durch die Bildung von Festkörperbrücken u.a. durch Erhärten von Bindemittel für sich ebenfalls bekannt. Da man aber bisher nicht wußte, daß bei geeigneter Einstellung der Eindickung der Sulfitablauge eine ausreichende Festigkeit der grünen Pellets erzielbar ist und daß es ohne Sinterung der Kohle möglichAst, die Sulfitablauge auszuhärten, konnte man die hier zur Formkörpergewinnung aus Kohle bekannte

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Sulfitablauge auch nicht auf die Pelletierung des Unterkornes bei der Brennstoffgewinnung für die Kohledruckvergasung im Festbettreaktor anwenden, sondern mußte davon ausgehen, daß die bei der Anwendung der für die Aushärtung der Sulfitablauge erforderlichen Temperaturen von über 100° G eintretende ungleichmäßige Eindickung der lauge zu dem bekannten Verlust der Klebkraft führt und damit auch den Zusammenhalt des Kohleunterkornes in den grünen Pellets vereiteln würde. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß der Verlust an Klebkraft durch den Aufbau der Pestkörperbrücken aus dem Bindemittel aufgewogen wird.

Hierbei genügt es grundsätzlich, die oberflächennahen Schichten so weit auszuhärten, daß bei noch weichem Kern während des Transportes bis zur Einbringung der Pellets in den Reaktor die Pellets nicht zerfallen, sondern unbeschädigt auf das Pestbett gelangen, auf dem sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Unter dieser Voraussetzung wird der schädliche Abrieb der Pellets bereits verhindert und außerdem wird Energie gespart, die außerhalb des Reaktors zum Durchhärten der Pellets benötigt würde. Diese Durchhärtung erfolgt bei dieser Ausführungsform der Erfindung erst im Reaktor

in den oberflächennahen Schichten des Pestbettes durch Ausnutzung der dort herrschenden erhöhten Temperaturen .

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Wenn andererseits der Durchmesser der Pellets gering und/oder ihre Beanspruchung auf dem Wege in das Festbett hoch sind, kann es sich empfehlen, die Durchhärtung der Pellets bis zum Kern außerhalb des Druckreaktors und damit vor der Einbringung der Pellets in den Brennstoff durchzuführen.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage kann aus für sich bekannten Vorrichtungen bzw. Apparaten bestehen und ist daher nur schematisch in dem beigefügten Verfahrensstammbaum wiedergegeben.

Peinkohle wird bei 1 einer Vorklassierung zugeführt, welche das Aufgabegut bei einem Grenzkorn von z.B. 3 ram in eine Überkornfraktion mit einer oberen Korngröße von 10 mm und in eine Unterkornfraktion von 0 - 3 mm zerlegt. Die anfallende Überkornfraktion bildet einen Teil des hergestellten Brennstoffes und wird gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar durch eine Schleuse 4 dem allgemein mit 5 bezeichneten Festbettreaktor aufgegeben, wo sie auf dem Eestbett 6 mit dem weiterverarbeiteten Unterkorn zusammentrifft.

Die Klassieranlage 2 ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer weiteren Klassierung 7 vorgeschaltet, welcher der Siebdurchgang der Vorklassierung 2 aufgegeben wird. Der Siebdurchgang der Klassierung

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gelangt ohne weiteres in einen Mischer 8, während der Siebüberlauf zunächst bei 9 aufgemahlen und dann erst dem Mischer 8 aufgegeben wird. Im Mischer wird bei 10 Wasser und bei 11 Sulfitablauge zugesetzt, wobei durch eine mechanische Mischeinrichtung eine möglichst gleichmäßige Umhüllung der Körner der Unterkornfraktion mit der Sulfitablauge gewährleistet wird.

In einerG-ranulierapparatur 12 wird über einen Fülltrichter und ggf. über nachgeschaltete Transportmittel (nicht dargestellt) das mit dem Bindemittel durchmischte Unterkorn Pelletiertellern oder -konen 13 aufgegeben. Ausgehend von Keimen, die durch das Pelletiergut selbst gebildet werden, lassen sich auf dieser Vorrichtung Agglomerate durch Anhaften von feinem Korn aufbauen. Diese aus der Aufbauagglomeration entstehenden Pellets werden überwiegend durch die Kapillarkräfte zusammengehalten, deren Größe von der !"einheit des Gutes und von der Einhaltung einer bestimmten Feuchte hauptsächlich abhängen.

Die so hergestellten grünen Pellets haben nicht die für die Verwendung als Brennstoff im Festbettreaktor 5 ausreichende Festigkeit. Sie lassen sich aber ohne Schwierigkeiten, d.h. ohne zu zerfallen in einen der Granulierapparatur 12 nachgeschalteten Schachtofen 14 einbringen und dort mit Hilfe von heißen Gasen brennen, die von einem Brenner 15 geliefert werden. Dieser Brenner ist ein Ölbrenner an sich bekannter Konstruktion, dem bei 17 die erforderliche Zuluft und bei 16 der erforderliche Brennstoff zugeführt werden.

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Die Temperatur im Schachtofen ist so eingestellt, daß die Verkokungstemperatur der Kohle nicht erreicht wird, so daß in dem Schachtofen keine flüchtigen Kohlenwasserstoffe entstehen, sondern lediglich Dämpfe, die oben aus dem Schachtofen austreten. Beispielsweise beträgt die Brenntemperatur ca. 145° C. Unter diesen Umständen wird die Sulfitablauge zunächst in den oberflächennahen Schichten der Pellets eingedickt und schließlich ausgehärtet. Hierbei werden die Kapillarkräfte durch ein aus der Sulfitablauge bzw. ihrem Hauptbestandteil der Ligninsulfosäure aufgebautes Gerüst aus Pestkörperpartikeln ersetzt. Auf der Oberfläche der Pellets hat das eine so weitgehnde Härtung zur Folge, daß die Pellets praktisch abriebfest sind.

Die auf diese Weise in ihren oberflächennahen Schichten, ggf. bis zum Kern ausgehärteten Pellets werden dann ihrerseits durch die Schleuse 4 dem Pestbett 6 des Reaktors 5 aufgegeben, wo sie mit der Überkornfraktion zusammentreffen. Die Pellets zerfallen erst in den unteren Schichten des Pestbettes, wodurch der übermäßigen Staubbildung im Vergasungsgas entgegengewirkt wird.

Anstelle des ölbrenners können auch Abgase einer Gasturbine oder die hinter einem Speisewasservorwärmer einer Dampfturbine anfallenden Abgase zur Härtung der Pellets im Schachtofen verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes für die Kohledruckvergasung im Pesxbettreaktor aus Peinkohle, die durch Klassieren in eine üb-erkornfraktion und in eine Unterkornfraktion zerlegt wird, worauf die Unterkornfraktion pelletiert wird und die Pellets bei Temperaturen unterhalb der Verkokungstemperatür der Kohle gehärtet sowie anschließend der Überkornfraktion zugesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Unterkern vor der Pelletierung Sulfitablauge zugesetzt wird, und daß die Pelletierung durch Erhärten des Bindemittels mindestens in den oberflächennahen Schichten der Pellets vorgenommen wird.

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I b 1 O 1 I b

Verfahren nach Anspruch 1».

dadurch gekennzeichnet, daß eine Härtung der Pellets unter aen ober-"~Xlächennalreir-S-chi-ehtpn-h-ift-j-im τγρτπ vat...&.gm Zusatz zur Unterkornfraktion durchgeführt wird

3. Verf anren nach" Anspruch 1 xra-e^ -2", dadurch gekennzeic H %;-%·4; , daiS die. Härtung der Pellets außerhalb des Pest bettreaktors erfolgt.

Verfahren'-siäch .einem „der jA&s.pr-üch& -1 -oder 2, dadurch g-ekennz ei ch.ne.t , daß die Durchhärtung der. Pellets .tunt er-den oberflächennahen- Schichten-bis_zuni Kern im Pestbettreaktor durchgeführt wird.

Anlage zur'Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen¹ 1 bis 3t

gekennzeichnet durch einen der Granulieranlage (1.2.) nacitge schalt et en Härtungsofen -(14)^, der dem iest.bettreaktor (5) vorgeschaltet ist.

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