DE2908772C2 - Verfahren zur hydrierenden Vergasung von Ausgangskohle und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur hydrierenden Vergasung von Ausgangskohle und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydrierenden Vergasung von Ausgangskohle, bei dem mit Wasserstoff die flüchtigen und leicht reagierenden (leicht reaktiven) Bestandteile der Ausgangskohle in kohlenwasserstoffhaltige Gase umgewandelt werden und In einer mit dem festen Rückstand der Hydrlervergasung betriebenen Wasserdampfvergasung ein wasserstoffreiches Gas für den Einsatz in der Hydrlervergasung erzeugt wird, und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung sind aus der deutschen Patentschrift 26 09 320 bekannt. Dort 1st eine Kohlevergasungseinrichtung beschrieben, bei der in einem Hydrlervergaser die Kohle unter Zusatz von Wasserstoff zu einem Teil vergast wird und bei dem einem Hydrlervergaser ein Wasserdampfvergaser nachgeschaltet Ist. Der Wasserdampfvergaser erhält seinen Dampf von einem Kernreaktor oder einem mit fossilen Brennstoffen betriebenen Dampferzeuger und erzeugt wasserstoffhaltiges Gas, das zum Einsatz In dem brennstoffseltlg geschalteten Hydriervergaser geeignet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dieses bekannte Verfahren samt Einrichtung zu seiner Durchführung weiterzubilden und sicherzustellen, daß auch bei aschereicher Ausgangskohle mit geringem Kohlenstoffgehalt oder bei Ausgangskohle von niedrigem Inkohlungsgrad eine ausreichende Menge an Wasserstoff zur möglichst vollständigen Durchführung der Hydriervergasung im Wasserdampfvergaser erzeugt wird. Außerdem !θ ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, bei geringem Aufwand für die Zerkleinerung der Kohle sicherzustellen, daß feinkörnige Kohle für die Hydriervergasung und grobkörnige Kohle für die vorteilhafterweise Im Festbett stattfindende Wasserdampfvergasung vorhanden sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe 1st das eingangs erwähnte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskcfcle In zwei Kornklassen getrennt, vorzugsweise gesiebt, und die feinere Kornklasse (Feinkorn) teilweise der Hydriervergasung zugeführt und teilweise mit dem Restkoks der Hydrlervergasung vermischt und brikettiert wird, und daß die Briketts zusammen mit der gröberen Kornklasse (Mittelkorn) der Wasserdampfvergasung zugeführt werden.
Eine Einrichtung zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens 1st vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrlervergaser ein Wirbelbettvergaser und der Wasserdampfvergaser ein Festbettvergaser 1st, denen Mühlen und Siebe für die Kohle sowie dem Wasserdampfvergaser eine Brikettlervorrichtung mil vorgeschalteter Mischvorrichtung für den aus dem Hydriervergaser stammenden Restkoks mit Kohle und mit nachgeschalteter Mischvorrichtung zum Mischen der Briketts mit Kohle zugeordnet sind.
Aus den deutschen Patentschriften 9 14 537, 9 18 767 und 8 82 283 1st lediglich bekannt, bei der Druckhydrierung von Kohle anfallende Rückstände gegebenenfalls nach dem Zumischen von kohlenstoffreichem Gut zu brikettleren und mit Sauerstoff und Wasserdampf zur Wasserstofferzeugung (Wassergas) zu vergasen. Beim Verfahren nach der letztgenannten Patentschrift soll der so erzeugte Wasserstoff auch zur Hydrierung eingesetzt werden Aus der vorveröffentlichten deutschen Patentschrift 9 74 519 geht hervor, beim Entgasen feinkörniger Brennstoffe den als Entgasungsrückstand anfallenden heißen Koks mit Steinkohle zu mischen und heiß zu brikettleren. Aus der deutschen Patentschrift 8 19 713 1st ferner bekannt, bereits entgasten Koks in einem ersten Abstichgaserzeuger welterzuvergasen, Indem in einem weiteren Abstichgeserzeuger Briketts jüngerer Kohle als Steinkohle in Gegenwart von Sauerstoff und Wasserdampf vergast werden und die entwickelten Gase dem ersten Abstichgaserzeuger zugeführt werden.
Ein Ausführungsbelsptel der Erfindung 1st in der Figur schematisch dargestellt. Die Stoffströme innerhalb der Anlage sind aus einer Tabelle zu ersehen, deren Spalten gleichlautend mit dem Bezugszeichen In der Zeichnung angegeben sind.
In einem Sammelbehälter 1 für grobkörnige Kohle wird Ausgangskohls! mit . der Zusammensetzung nach Spalte 41 der Tabelle eingespeist. Mit einem nachgeschalteten Sieb 2 wird das Grobkorn vom Mit telkorn getrennt. Das Grobkorh gelangt In eine Mühle 12, von wo es nach grober Zerkleinerung wieder In den Sammelbehälter 1 zurücktranspoitlert wird.
Das das Sieb 1 verlassende Mittelkorn gelangt in einen Sammelbehälter 3 und von da aus auf ein Sieb 4 zur Trennung von Mittel- und Feinkorn. Das Mittelkorn mit
der Zusammensetzung nach Spalte 46 der Tabelle wird einem Mischbehälter 9 zugeführt, bzw. gelangt über eine Mühle 13 für Mittelkorn wieder zurück in den Sammelbehälter 3.
Das das Sieb 4 verlassende Feinkorn wird In einen Sammelbehälter 5 eingespeist, von wo es zu einem Sieb 6 gelangt. Die gröberen Anteile der feinkörnigen Kohle werden teilweise über eine Mühle 14 in den Sammelbehälter 5 zurückgespeist und teilweise einem Zuteilbehälter 26 zugeführt. Die Zusammensetzung entspricht der Spalte 42 der Tabelle. Dem Zuteilbehälter 26 ist ein Hydrlervergaser 27 nachgeschaltet, der aus einer Anlage 18 zur Gasaufbereitung und Wärmerückgewinnung mit wasserstoffreichem Hydriergas entsprechend Spalte 49 der Tabelle versorgt wird. In dem Behälter 27 findet die Hydrlervergasung statt, bei der die flüchtigen und leicht reaktiven Bestandteile der Kohle sich zusammen mit einem Teil des Wasserstoffes aus dem Hydriergas In Kohlenwasserstoffe umsetzen.
Der am Boden des Hydriervergasers 27 abgezogene Restkoks 43 wird einem Mischbehälter 7 zugeführt, in den auch die durch das Sieb 6 fallende felnstkörnige Rohkohle entsprechend Spalts 44 der Tabelle eingespeist wird.
In dem Mischbehälter 7 vermischt sich nun der heiße Restkoks, entsprechend Spalte 43 der Tabelle, mit dem Kohlenstaub, so daß sich durch diese Vermischung eine Aufheizung des Kohlenstaubes ergibt. Das Mischungsverhältnis kann so eingestellt werden, daß sich am Ausgang des Mischbehälters 7 eine Temperatur Im Erweichungsberelch der Kohle einstellt. Die Zusammensetzung dieses Kohlegemisches entspricht Spalte 45 der Tabelle. Dieses Gemisch gelangt In eine Brikettlerpresse 8, wo es unter Druck zu Briketts verpreßt wird. Hierbei wirken die backenden Bestandteile der aus dem Sieb 6 entnommenen Kohlefraktion als Bindemittel für den Restkoks aus der Hydrlervergasung.
Die in der Brikettlerpresse 8 hergestellten Briketts werden zusammen AiIt der Mittelkornfraktion aus dem Sieb 4 In den bereits erwähnten Mischbehälter 9 gegeben und dort vermischt.
Der Mischbehälter 9 1st gleichzeitig Zuteilbehälter für den nachgeschalteten Wasserdampfvergaser 10. In den Wasserdampfvergaser 10 wird außerdem Wasserdampf mit dem Zustand nach Spalte 53 der Tabelle eingespeist. Dieser Wasserdampf wird einem fossil oder nuklear beheizten Dampferzeuger 25 entnommen. Das für den Dampferzeuger 25 vorgesehene Speisewasser gelangt über eine Spelsewasseraufbereltung 23 und einen Vorwärmer 22 mit Hilfe einer Speisepumpe 21 In den Dampferzeuger 25.
Außerdem gelangt In den Wasserdampfvergaser 10 Sauerstoff entsprechend Spalte 52 der Tabelle. Dieser Sauerstoff wird einer Luftzerlegungsanlage 20 entnommen, die über einen Luftkompressor 19 mit Luft gespeist ss wird. Der anfallende Stickstoff wird In die Atmosphäre abgegeben. Der Sauerstoff dient dazu, durch Teilverbrennung der Kohle den Restbedarf an Reaktionswärme für die Wasserdampfvergasung zu erzeugen. Die anfallende Asche entsprechend Spalte 47 der Tabelle wird aus dem Wasserdampfvergaser über eine Austragvorrichtung 11 abgezogen.
Das in der Anlage 18 von den übrigen Bestandteilen abgetrennte kohlenwasserstoffreiche synthetische Naturgas (SNG entsprechend Spalte 50 der Tabelle) wird mit Hilfe eines Gaskompressors 28 abgezogen und in eine Gasversorgungsleltung eingespeist. Andere aus der Anlage 18 zur Gasreinigung und Wärmerückgewinnung zu gewinnende Produkte sind zwar ebenfalls vorhanden, Ihre Verwendung ist hier jedoch nicht welter erwähnt.
Durch das beschriebene Verfahren und die beschriebene Einrichtung erreicht man also, daß auch bei aschereichen Kohlesorten sowie unterschiedlichen Qualitäten und Korngrößen eine ausreichende Menge an Wasserstoff bereitgestellt werden kann. Dies gilt auch bei der Verwendung von Braunkohle für die Hydriervergasung, da sich durch hydrierende Vergasung der Braunkohle ein größerer Anteil vergasen läßt als durch hydrierende Vergasung von Steinkohle. Auch bei Steinkohle unterschiedlicher Reaktivität ist es vorteilhaft., die reaktivere Steinkohlensorte vorwiegend in den Hydrlervergaser 27 einzuspeisen. Andererseits ist es auch möglich, bei Anwendung des Verfahrens durch Einstellung entsprechender Mischungsverhältnisse zwischen Restkoks und Rohkohle einen Überschuß an CO- und H2 haltigem Gas zu erzielen, das für andere Anwendungen wie z. B. eine Reduktion von metallischen Erzen, eine Erzeugung von Treibstoffen, Düngemitteln usw., dienen kann.
Aus manchen Lagerstätten wird Kohle gewonnen, die einen hohen und stark schwankenden Anteil an Asche oder anderen Ballaststoffen besitzt. Diese Kohle wird vor der weiteren Verwendung üblicherweise einem Aufbereitungsverfahren unterworfen, das unter Ausnutzung unterschiedlicher spezifischer Materialdichte, unterschledllchei Adhäsionseigenschaften der Oberfläche oder anderen chemischen oder physikalischen Eigenschaften die Kohle In Sorten unterschiedlicher Zusammensetzung aufteilt. Hler Ist es besonders vorteilhaft, das Aufbereitungsverfahren so zu steuern, daß die kohlereicheren und reaktiveren Fraktionen Im Mittel mit kleinerer Korngröße anfallen. Diese Fraktionen werden dann vorzugsweise dem Hydrlervergaser 27 zugeführt und dadurch bei geringem Mengendurchsatz eine hohe Effektivität bei der Hydriervergasung erzielt.
41 45 42 46 43 _
Roh- Steinkohle Restkoks
Stelnkohle Steinkohle Mlttelkorn- _
Feinkorn fraktlon 14,8
kg/s fraktion kg/s kg/s
C 105,9 kg/s 25,7 29,5
H 6,2 65,8 1,5 0,4
O 8,7 3,8 2,1 0,05
N 1,9 5,4 0,5 0,1
S 1,2 1,2 0,3 0,3
Asche 14,8 0,7 3,6 9,2
H2O 8,8 9,2 2,15
147,5 5,5 39,55
44 91,6 47
Stelnkohle- Asche
Felnst- Steinkohle
fraktlon einsatz
kg/s Brikettierung kg/s
C 14,4 kg/s 3,5
H 0,8 43,9
O 1,2 1,2
N 0,3 1,25
S 0,2 0,4
Asche 2,0 0,5
H2O 1,2 11,2
1,2
20,1
59,65
35,85
18,3
48 5 hydr. Vergasung 78 Mol-« 49 80 29 08 772 6 50
Synthetisches 		70 51
Rohgas 		10 52 Sauerstoff für Wasserdampfvergasung: kg/s (30 bar, 400° C) Mol-%
Rohgas m3/s 900 Hydrlergas 700 Naturgas 30 Wasserdampf 600 24,0 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 16,8
vergasung imVs (5% N2, 95% O2) 31,8
0,1 nrVs mVs Mol-% mVs 46,2
0,3 4,6 _ 37,4 53 H2O-Dampf für Wasserdampfvergasung: 3,7
11,2 63,1 Mol-% 0,1 0,1 70,5 143 0,3
155,1 28,4 1,3 CO2 _ _ 103,2 0,8
70,0 1,0 8,6 CO 68,4 96,4 8,2 0,2
CO2 2,5
C £. 		2,7 255,4 0,5 H2 2,5 3,5 0,6
co O1O 0,1 9,7 3,1 10 CH4 1,9
H2 0,3 0,6 90,8 C2H6 - 0,5
CH4 5,7 3,4 N2
C2H6
XT		 0,2 H2S 71,0 222,3
N2 2,0
H2S 246,0 15
P[bar]
281,3 T[0C]
20
P[bar]
T[0C]

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur hydrierenden Vergasung von Ausgangskohle, bei dem mit Wasserstoff die flüchtigen und leicht reagierenden Bestandteile der Ausgangskohle In kohlenwasserstoffhaltige Gase umgewandelt werden und In einer mit dem festen Rückstand der Hydrlervergasung betriebenen Wasserverdampfvergasung ein wasserstoffreiches Gas für den Einsatz In der Hydrlervergasung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskohle in zwei Kornklassen getrennt, vorzugsweise gesiebt, und die feinere Kornklasse teilweise der Hydrlervergasung zugeführt und teilweise mit dem Restkoks der Hydriervergasung vermischt und brikettiert wird und daß die Briketts zusammen mit der gröberen Kornklasse der Wasserdampfvergasung zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinere Kornklasse In zwei weitere Kornklassen gesiebt und davon die feinkörnige Kohle (Feinstkorn) dem Brikettleren und die gröbere der Hydrlervergasung zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hydriervergasung und In die Wasserdampfvergasung unterschiedliche Kohlearten eingespeist werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle mit üblichen Aufbereitungsverfahren In eine reaktionsfähigere, kohlenrelchere erste Sorte mit feinerer Kornklasse und eine kohleärmere zweite Sorte mit gröberer Kornklasse getrennt wird und daß die Kohle der ersten Sorte der Hydrlervergasung zugeführt wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrlervergaser (27) ein Wirbelbettvergaser und der Wasserdampfvergaser (10) ein Festbettvergaser 1st, denen Mühlen (12, 13, 14) und Siebe (2, 4, 6) für die Kohle sowie dem Wasserdampfvergaser (10) eine Brikettlervorrichtung (8) mit vorgeschalteter Mischvorrichtung (7) für den aus dem Hydrlervergaser (27) stammenden Restkoks mit Kohle und mit nachgeschalteter Mischvorrichtung (9) zum Mischen der Briketts mit Kohle zugeordnet sind.
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