DE2831027C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Flugstromvergasung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Flugstromvergasung

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Description

— einen Förderer (38) zum Einsetzen von Frischkohle in die Entgasungszone (16),
— einen ersten Temperaturmesser (78) am Produktgasaustritt mit einem auf den ersten Temperaturmesser (78) ansprechenden Regler (86) für die Frischkohleeinsatzmenge in die Entgasungszone (16),
— einen zweiten Temperaturmesser (68) am Ausgang der Reduktionszone (14), mit einem auf den zweiten Temperaturmesser ansprechenden Regler (76) für die Frischkohle- bzw. Kokseinsatzmenge in die Reduktionszone,
— und einem dritten Temperaturmesser (51) am Ausgang der Verbrennungszone (12), mit einem auf den dritten Temperaturmesser (51) ansprechenden Regler (58) für die Kokseinsatzmenge in die Verbrennungszone (12).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flugstromvergasung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Aus »Combustion«, 1976, Seiten 28 bis 34, sind ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung bekannt, wobei der Brennstoff in einem Heißgasstrom suspendiert und gleichsinnig hiermit strömt. Durch die gleichsinnige Strömung werden zwar Verstopfungsprobleme aufgrund des Ölig- und Klebrigwerdens der Brennstoffteilchen vermieden, wobei ein Teil der Wärme, die durch die Ausgangsverbrennung des Brennstoffs erzeugt wurde, dazu verwendet wird, um flüchtige Bestandteile auszutreiben, so daß sie nicht mehr zur Vergasung des eingesetzten Brennstoffs zur Verfügung steht Obwohl das Produktgas injner noch
ίο einen erheblichen Wärmeinhalt aufweist, wird es nicht für die Kohlevergasung verwendet, sondern allenfalls für die Erzeugung von Dampf, der dann anderweitig verbraucht wird.
Aus der DE-PS 9 08 516 ist ein Verfahren bekannt, bei
dem Brennstoff in einem kleinen Reaktionsraum verbrannt und die Reaktionsprodukte dann in einen Reduktionsraum großen Volumens eingeführt wird, in den auch die zu vergasenden Brennstoffe eingesetzt werden. Abgeschiedene Teilchen werden dem Verbren nungsraum erneut zugeführt Der Wärmeinhalt des aus dem Reduktionsraum austretenden Produktgases wird hier ebenfalls nicht zur Kohlevergasung verwendet, sondern zur Vorwärmung des zur Verbrennung benötigten sauerstoffhaltigen Gases oder dergleichen.
Aus der DE-OS 23 12 283 ist ein Verfahren bekannt bei dem man teilweise vergasten, zurückgeführten verkokten Brennsioff mit Wasserdampf und Sauerstoff in einer ersten Reaktionszone vergast das dabei entstehende Gas in eine zweite Reaktionszone führt in die Frischkohle und überhitzter Wasserdampf eingesetzt werden, wobei die Frischkohle teilweise vergast und dann in die erste Reaktionszone zurückgeführt wird. Die Wärme des austretenden Produktgases wird über einen Wärmetauscher abgeführt
Aus den am 29.5. 1952 ausgelegten Unterlagen zur DE-Patentanmeldung D62721Vc/24c ist es bekannt aus einem Bunker für Frischkohlenstaub diesen einem aus einer mit O2 und Dampf betriebenen Verbrennungszone stammenden Gasstrom einzuleiten und damit die Frischkohle zu entgasen. Der Brennstoff wird dann teilweise in den Bunker für Frischkohle, vorwiegend aber in einen Bunker zwecks Zuführung zur Brennkammer zurückgeführt Aus der DE-OS 24 59 204 ist ein Verfahren zum Erzeugen von Synthesegas bekannt, bei dem im Gegenstromprinzip gearbeitet wird, wobei der eingesetzte Brennstoff zunächst mit Gasen niedrigerer Temperatur in Berührung gelangt und im Bereich entsprechender Gastemperaturen am oberen Ende der
so Reaktionszone eine Entgasung des Brennstoffs stattfindet Hierbei mißt ein Thermofühler die Gasaustrittstemperatur und die Vergasungsmittelmenge wird danach über ein Ventil entsprechend gesteigert oder gemindert. Außerdem ist es aus der DE-AS 11 25 108 bekannt, bei der Flugstromvergasung Sauerstoff in zwei Teilmengen zuzuführen, deren erste Konstante zum Transport des Kohlenstaubs dient, während die zweite in Abhängigkeit von der Temperatur in der Vergasungseinrichtung geregelt wird, um die Vergasungsreaktion zu optimieren.
Schließlich ist es aus »Referate aus dem teehn. Gebiete der chemischen Industrie«, Heft 1146, vom 15.9.1952, Seiten 946,947, bekannt, die Temperatur des Gases am Auslaß eines Gasgenerators als steuernde Größe für die automatische Beschickung des Generators mit Kohle zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs I
bzw, 3 zu schaffen, bei denen die Verbrennungsenergie verbessert ausgenutzt wird, um den Heizwert des erzeugten Produktgases zu steigern.
Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 bzw, 3 gelöst
Im Anschluß an die endotherme Vergasungsreaktion, bei der die Gase abkühlen, wird Frischkohle eingesetzt, die bei der relativ niedrigen Temperatur der Gase von ihren flüchtigen Bestandteilen befreit wird, so daß diese auf niedrigem Temperaturpegel liegende Energie ι ο ausgenutzt wird. Das Entgasen findet somit bei Gastemperaturen statt, die zur wirtschaftlichen Kohlevergasung nicht hinreichend sind. Mitgerissene Koksteilchen werden aus dem Produktgasstrom abgetrennt und wieder in die Verbrennungs- bzw. Reduktionszone is zum Vergasen eingeführt.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildung näher erläutert werden, die schematisch eine Anlage für die Kohlevergasung, welche gemäß der Erfindung arbeitet, darstellt.
Die Anlage besitzt eine Vergasungskammer 10, die eine Verbrennungszone 12, eine Reduktion«one 14 und eine Entgasungszone 16 umfaßt Sauerstoff wird in die Verbrennungszone 12 durch Zufuhr von Luft mittels eines Gebläses 18 und Regulierschiebern 20 eingespeist Die Luftmenge wird entsprechend dem gewünschten Durchsatz der Vergasungsanlage reguliert Koks, bestehend aus Kohlenstoff und Asche, wird durch eine Leitung 22 eingeführt, wobei die Steuerung über einen Förderer 24 erfolgt Das Verhältnis Koks/Luft wird geregelt, um eine vorgewählte Temperatur am Auslaß 26 der Verbrennungszone 12 aufrechtzuerhalten.
Vorzugsweise wird dieses Verhältnis in der Verbrennungszone 12 auf der brennstoffreichen Seite des stöchiometrischen Verhältnisses gehalten. Die maxima-Ie Temperatur (nahe Stöchiometrie) wird angestrebt, wobei jedoch die Wärmestandfestigkeit der Materialien zu berücksichtigen ist aus denen die Verbrennungszone 12 aufgebaut wird. Die Temperatur sollte oberhalb 15400C liegen, um ein Verschlacken der Asche in der Verbrennungszone 12 sicherzustellen, und vorzugsweise bei etwa 16500C. Die in den Kokspartikeln enthaltene Asche schmilzt in der Verbrennungszone 12 und fließt durch einen Schlackenabstich 28 ab.
Der Verbrennungsgasstrom, der in der Verbrennungszone 12 erzeugt wird, strömt nach oben in die Reduktionszone 14. An dieser Stelle unmittelbar stromabwärts der Verbrennungszone 12 wird weiterer Koks über eine Leitung 30, gesteuert durch einen Förderer 32, eingesetzt Diese Kokspartikel reagieren endotherm mit den Verbrennungsprodukten aus der Verbrennungszone 12, v/obei sich Kohlenmonoxid und Wasserstoff durch Reaktion mit Kohlendioxid und Wasserdampf, enthalten in den Verbrennungsgasen aus der Verbrennungszone 12, bilden. Diese Reaktion wird fortgesetzt bis die Gase den Auslaß 34 der Reduktionszone 14 erreichen, wo die Gastemperatur vorzugsweise 930 bis 11000C beträgt Bei diesen Temperaturen nimmt die Rate der Koksvergasungsreaktion ab. Deshalb wird Frischkohle über eine Leitung 36, gesteuert von einem Förderer 38, eingesetzt.
Diese Frischkohle gelangt in die niedertemperaturige Entgasungszone 16, wo der Gasstrom primär infolge der Erhitzung und Entgasung der eingesetzten Kohle und der Reaktion der flüchtigen Bestandteile angereichert und weiter abgekühlt wird. Bei einer Temperatur unterhalb 760°C und b*i vorzugsweise etwa 5400C tritt das Produktgas aus der Entgasungszone 16 aus und strömt über einen Gasauslaß 40 zu einem Abscheider 42, Die optimale Temperatur liegt bei dem Minimum, das dadurch definiert ist, daß es oberhalb jener Tempei-atur liegen muß, bei der sich öl, entsprechend der jeweils verarbeiteten Kohle, bildet Das Produktgas wird dann über eine Leitung 44 zum endgültigen Entfernen von Verunreinigungen und zur Weiterverwendung des Produktgases abgeführt Kokspartikel werden aus dem Produktgasstrom im Abscheider 42 entfernt und über eine Leitung 46 den Förderern 32 und 24 zugeführt
Die Aufgabe der Verbrennungszone 12 besteht darin, die Hitze zu liefern, die für den Prozeß erforderlich ist und die Asche aus dem System zu entfernen. Zwar ist dabei die stöchiometrische Temperatur bevorzugt doch wo dies nicht tolerierbar ist läßt man die Vergasung auch teilweise in der Verbrennungszone 12 erfolgen, um die Temperatur niedriger zu halten. Da der Koks, der in die Verbrennungszone 12 eingerührt wird, nur wenig flüchtige Bestandteile enthält kann es erforderlich sein, zusätzlichen Brennstoff, wie etwa Frischkohle, einzuführen, doch nur in solchen Mengen, aus erforderlich ist um die Stabilität der Flamme aufrechtzueiihalten.
Die Rezirkulation der Kokspartikel zu der Reduktionszone 14 bewirkt die Aufrechterhalltung einer relativ hohen Kokspartikeldichte im Vergleich mit einem einfachen Durchlaufsystem, so daß man erwarten kann, daß eine relativ rapide Reaktion mit dem Gasstrom erfolgt Der Gasstrom, in den sie eingesetzt werden, liegt außerdem auf dem maximal erhältlichen Temperaturpegel, womit die Koks/Gasumsetzung begünstigt wird.
Erst nachdem die Gastemperatur in der Reduktionszone auf einen Pegel abgesunken ist bei dem die Vergasung nur noch langsam fortschreitet ist es erwünscht die Frischkohle einzuführen, um die Niedertemperaturentgasung ablaufen zu lassen. Die Wärme, die dabei für die Entgasung verbraucht wird, ist die Niedertemperaturenergie, die sonst nicht für den eigentlichen Vergasungsprozeß ausgenutzt würde.
Je nach der verarbeiteten Kohle muß nicht unbedingt rlie Einführung der gesamten Kohle in die Entgasungszone 16 das Optimum darstellen. Ein Teil der Kohle kann auch aus verschiedenen Gründen am Auslaß der Verbrennungszone 12 eingeführt werden.
Bei einer gegebenen Luftströmung und Vergasung der gesamten Kohle erhält man den maximalen Heizwert, wenn die Auslaßgastemperatur minimal ist, unter der Voraussetzung, daß die Temperaturabsenkung zurückzuführen ist auf den Vergasungsprozeß und nicht auf den Wärmeaustausch mit anderen Oberflächen. Es ist für die Erfindung bedeutungsvoll, daß mindestens ein Teil der Frischkohle in die Entgasungszone 16 eingeführt wird. Die Grenzwerte hinsichtlich der Menge sind entweder gegeben durch die Kohlerezirkulationskapazität oder die Gesamtkapazität der Anlage.
Bei der Niedertemperaturentgasurig wird nur ein sehr kleiner Anteil des Kokses vergast Daraus folgt, daß dieser Koks 'n die Vergasungsanlage rezirkuliert werden muß, so daß sich eine höhere Koksrezirkulationsläst ergibt Andererseits wird bei Höchtemperaturentgasungsbedingungen an dem Auslpß vier Verbrennungszone 12 ein größerer Anteil des Kohlenstoffgehaltes von hier eingesetzter Kohle sofort entgast Darüber hinaus wird der verbleibende Kohlenstoff teilweise vergast, da er durch die Reduktionszone 14 gelangt Es ist jedoch festzuhalten, daß die Temperatur des Gases, das aus der Verbrennungszone 12 austritt, absinkt
wegen der Entgasung der Kohle und damit wird entsprechend die Gastemperatur verringert, die für die ursprüngliche Koksvergasungsreaktion zur Verfügung steht.
Bei exzessiven Mengen an Kohle in der Entgasungszone 16 kann die Rezirkulation des Kokses die Kapazität der Koksfördereinrichtung übersteigen, oder es kann sich ein exzessiver Druckabfall in der Vergasungsanlage ergeben. Dies kann man verringern, indem man einen Teil der Frischkohle in die Reduktionszone 14 einführt
Der Gesamteffekt des Verschiebungsphänomens, der sich mit der Einführung einer gegebenen Kohle ergibt, kann nicht genau vorausberechnet werden. Die Einführung von Kohle am Reduktionszoneneinlaß verringert die Menge an zu vergasendem Koks, verringert aber auch die Möglichkeit, den Koks zur Reaktion zu bringen. Mit einer festen Anlagengröße und einer bestimmten Kohlesorte wird eine optimale Auswertung des Volumens erwariei, mit einem festen Verhältnis für die Einsetzung der Kohle in den Niedertemperatur- und den Hochtemperaturabschnitt. Dieses Verhältnis muß aber experimentell festgelegt werden.
Wenn der gewünschte Grenzwert für die Einsetzung von Brennstoff in den Entgasungsabschnitt 16 erreicht ist. wird ein Teil der Kohlezufuhr über eine Leitung 48 abgezweigt und durch einen Förderer 50 für das Einsetzen am stromaufwärts liegenden Ende der Reduktionszone 14 gesteuert. Dieses Einsetzen erfolgt unmittelbar hinter der Verbrennungszone 12 und vor der Einführung des Kokses.
Eine Methode für die Steuerung dieses Einsetzens umfaßt die Regelung der Kohleeinsatzmenge über den Förderer 50, um eine Temperatur an dem Auslaß 34 der Reduktionszone 14 aufrechtzuerhalten, und die Regelung der Kohleeinsatzmenge über den Förderer 38. um die Temperatur am Auslaß der Entgasungszone 16 aufrechtzuerhalten.
Die Methode der Regelung des Verhältnisses des rezirkulierten Kokses und der Luft, um eine vorgewählte Temperatur am Auslaß 26 der Verbrennungszone 12 zu erzielen, kann mittels einer schematisch dargestellten Regelanlage ausgeführt werden. Ein Temperaturmesser 31 liefert ein Steuersignal über eine Steuerleitung 52, das am Einstellpunkt 54 mit dem gewünschten Temperatursignal verglichen wird. Ein Regelsignal entsprechend
ίο dem Fehler gelangt über eine Steuerleitung 56 zu einem Verhältniseinsteller 58 als Regler. Ein Steuersignal gelangt über eine .Steuerleitung 60 zu einem Einstellorgan 62, welches die Geschwindigkeit des Förderers 24 nachstellt. Ein weiteres Steuersignal entgegengesetzter
η Richtung gelangt über Steuerleitungen 64 zu einem Einstellorgan 66, durch das die Luftströmung geregelt wird.
Die Gastemperatur am Auslaß der Reduktionszone 14 kann durch Messung der Auslaßtemperatur mittels eines ι emperaturniessers
geregelt weruen. tin
Steuersignal gelangt auf eine Steuerleitung 70 und wird mit einem Soll-Temperatursignal am Einstellpunkt 72 verglichen. Ein Fehlersignal gelangt über eine Leitung 74 zu einem Einstellorgan 76, das so arbeitet, daß die
r. Geschwindigkeit des Förderers 50 im Sinne einer Regelung der Temperatur in der Reduktionszone 14 verändert wird.
In ähnlicher Weise wird die Auslaßtemperatur am Produk.jasaustritt der Entgasungszone 16 mittels eines
·" Temperaturmessers 78 erfaßt, der ein Steuersignal über eine Steuerleitung 80 abgibt, das an einen Einstellpunkt 82 mit einem Soll-Temperatursignal verglichen wird, wobei das sich ergebende Fenlersignal über eine Leitung 84 zu einem Einstellorgan 86 gelangt, das die
ι-' Geschwindigkeit des Förderers 38 zur Regelung der Menge an Frischkohle, die in die Entgasungszone 16 eingeführt wird, verändert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprache:
1. Verfahren zur Flugstromvergasung mit aufsteigendem Gasstrom und mit Schlackenabzug, bei dem Koks mit Sauerstoff in einer ersten Zone verbrannt und dabei das Verhältnis von Sauerstoff zu Koks so eingestellt wird, daß das Verbrennungsgas eine Temperatur bis über 165O°C aufweist, wobei Frischkohle in das Verbrennungsgas in einer zweiten Zone zur endothermen Vergasung bis auf eine Temperatur von 9300C herab eingesetzt und aus dem Produktgas der Koks entfernt und in die Verbrennungszone eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Frischkohle hinter der Reduktionszone in den Gasstrom eingesetzt wird, und
daß die Temperaturen des Gasstromes jeweils hinter der Verbrennungs- und der Reduktionszone sowie am Gasauslaß gemessen und die Einsatzmengen des Kokses in die Verbrennungszone sowie die des Frischbrennstoffes in die Reduktions- sowie in eine Entgasungszone in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturen geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in die Reduktionszone rückgeführter Koks eingesetzt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2 mit einer mit Temperaturmeßgeräten versehenen Vergasungskammer, mit einem Gebläse zum Einblasen von Sauerstoff i.i die Kammer an hintereinanderliegenden Stellen, mit einem '.inter einer Kammer angeordneten Abscheider zum Trennen von Koks aus dem Produktgas, mit eine* Rückführeinrichtung des Kokses in die Verbrennungszone und mit einem Förderer zum Einsetzen von Frischkohle in die Reduktionszone, gekennzeichnet durch
DE2831027A 1977-08-29 1978-07-14 Verfahren und Vorrichtung zur Flugstromvergasung Expired DE2831027C2 (de)

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