DE2933402C2 - Verfahren und Anlage zum Herstellen von Schwelgas, Wassergas und Koks aus festen Brennstoffen - Google Patents

Description

— daß das Trocknen des Brennstoffes mit einem Teil der nach der Erhitzung abgetrennten Rauchgase erfolgt,

— daß der nach der Trocknung abgeschiedene staubhaltige Dampf eine? Feuerung zugeleitet wird und

— daß die Vergasung ausschließlich mit Frischdampf erfolgt

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einen* Schatf.-anühientrockner zum Feinzerkleinern und Trocknen, einem Dampfabscheidezyklon, zwei in Reihe s -geordneten Pyrolyse-Reaktoren, Zyklonen zur Abtrennung des staubförmigen Brennstoffs und des Kokses von den sich bildenden Gasen, einem Bunker und einer Heizeinrichtung, die dem zweiten, mit einem Brenner direkt beheizten Pyrolyse-Reaktor parallel nachgeordnet sind, einem der Heizeinrichtung nachgeschalteten Zyklon und mit einem Wassergasreaktor, dessen Austrag mit einem weiteren Zyklon zum Abziehen des Wassergases vom in den ersten Pyrolysereaktor zurückgeleiteten Restkoks verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

— daß der an die Heizeinrichtung (20,22) für den Pyrolyse-Koks angeschlossene Zyklon (21) mit dem Schachtmühlen-Trockner (2) verbunden ist,

— daß der Auslaß des an den Schachtmühlen-Trockner (2) angeschlossenen Zyklones (5) für den mit Staub beladenen Wasserdampf zu einer Kesselfeuerung führt, und

— daß der Wassergasreaktor (24) mit einem Dosierventil (27) nur ι eine Frischdampfleitung (25) angeschlossen ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schwelkoks, Wassergas und Koks aus festen Brennstoffen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.

Nach der - nachveröffentlichten - DE-OS

29 32 399 gehört ein derartiges Verfahren zum Stand der Technik, bei dem vorzerkleinerter Brennstoff in einem Schachtmühlen-Trockner auf eine Korngröße von maximal 1,5 mm zerkleinert und gleichzeitig durch Zufuhr einer Teilmenge von heißem Feinkoks getrocknet wird. Ein weiterer Teil des in einer zweistufigen Pyrolyse anfallenden Feinkokses wird auf 80G bis 1500⁰C ggf. durch Teilverbrennung erhitzt und nach Abtrennung der Gase und Mischen mit den beim Trocknen erhalte nsn Wasserdampf-Brüden vergast Die erzeugten Ver gasungsprodukte werden in Zyklonen von dem noch unvergasten Feinkoksanteil getrennt, der dann den Wärmeträger für die Brennstofftrocknung bildet Diese Koksmengen laufen somit in der Anlage um und stellen eine Art Füllung dar, die an den Pyrolysereaktionen nicht unmittelbar beteiligt ist und die Wärmebilanz der Anlage belastet Die mit hohen Temperaturen einer Kraftmaschine zugeführten Vergasungsprodukte können unerwünschte hohe Dampf- und Schadstoffanteile enthalten, was Energieverluste, übermäßigen Schlacke- und Ascheanfall sowie schließlich Umweltschäden verursachen kann.

Aus der DE-OS 23 48 477 ist ein Verfahren zum Vergasen von pulverisierten kohlenhaltigen Stoffen be- kannt, die in einer ersten Pyrolysezone bei Temperaturen zwischen etwa £75 und 900^cC in Vtrweilzeiten von unter 3 Sekunden teilweise entgast werden, wobei anschließend die Feststoffe von den gasförmigen Pyrolyseprodukten abgetrennt und in einer zweiten Pyrolyse- zone auf gleiche Waise weiter entgast werden. Das Fördergas besteht dabei zumindest teilweise aus im Kreislauf rückgeführten Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas, das in einer weiteren, einer Vergasungszone erzeugt wurde. Koksüberschuß wird nach den beiden Pyrolyse zonen abgezogen. Ein Teil Koks wird mit Luft z. T. verbrannt und dadurch erhitzt Der Heißkoks dient z. T. der Erhitzung in den Pyrolysestufen und z. T. der Erzeugung von Wassergas indem er nut KeiSdampf zur Reaktion gebracht wird. Das Gas wird zusammen mit den gereinigten Pyrolysegasen zu vorwiegend Methan verarbeitet

Aus der US-PS 27 41 549 ist ein Verfahren und eine Anlage zur Vergasung verschiedener, kömiger, unter 1,5 mm großer Brennstoffe mit Wasserdampf in einer Wirbelschicht bekannt bei dem für die thermischen Vorgänge in der Wirbelschicht aus ihr abgezogener kohlenstoffhaltiger Rückstand in einer weiteren, mit Sandzusatz betriebenen Wirbelschicht teilweise verbrannt und in die Vergasungswirbelschicht als Wärmeso träger zurückgeleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Brenngas und Koks aus zerkleinerten festen Brennstoffen aufzuzeigen, das sich durch eine höhere Intensität der ablaufenden Reaktio nen und gleichzeitig durch eine höhere Ausbeute und Qualität der Endprodukte auszeichnet und bei dem Umweltschäden durch Emissionen sowie Verschlackungen von Kesseln in Heiz- und Kraftwerksblöcken vermieden werden. Ferner soll eine betriebssichere Anlage zur

Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 (Verfahren) und 2 (Vorrichtung) gelöst Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch einen hohen energetischen Wirkungsgrad von 84 bis 88% aus, was auf die umfassende Verwertung des Brennstoffs als chemischer, technologischer und energetischer Rohstoff zurückzuführen ist. Durch Einsatz des

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bei der Vergasung gekühlten Feinkokses wird eine mil- gung der Brennstoffqualität gesteuert Der Wasser-

de Temperaturführung der Pyrolyse ermöglicht, so daß dampf verwandelt sich im Wassergasreaktor 24 in 3in

die Pyrolysevorgänge der ersten Stufe bei einem ver- heizkräftiges Wassergas. Der restliche Feinkoks wird

minderten Temperaturgefälle ablaufen und dabei eine mit dem Wasserdampf aus dem Wasserdampfreaktor 24

höhere Ausbeute an den wertvollsten flüssigen Produk- 5 in einen Zyklon 28 eingeführt, wo sich der Feinkoks vom

ten einer Hochgeschwindigiceitspyrolyse erzielt werden Wasserdampf abscheidet und als festes Heizmittel über

kann. einen Bunker 29 in die Rohrleitung 10 gelangt, in der er

Da der Feinkoks in einem durch die Wärmebilanz des sich mit dem ersten Teil des dem Zyklon 21 entströmen-

Wassergasreaktors bedingten Oberschuß vorliegt, ist den Gases vermischt Die restliche Gasmenge aus dem

der Zersetzungsgrad und damit der Wirkungsgrad der 10 Zyklon 21 wird als Trocknungsmittel zur Trocknung des

Wassergasproduktion hoch. Um einen Oberverbrauch festen Brennstoffs über den Stuizen 3 dem Schachtreak-

sowie die Anhäufung des Feinkokses in der Anlage zu tor 2 zugeleitet Dieses gemischte Heizmittel wird dem

vermeiden, wird der Vergasungsprozeß bei geregelter ersten Pyrolysereaktor 9 unter Ringschluß zugeführt Es

Wasserdampfzufuhr durchgeführt ist auch möglich, dem ersten Pyrolysereaktor 9 den

Im folgenden wird die Durchführung des erfindungs- 15 Feinkoks und die Rauchgase getrennt zuzuführen,

gemäßen Verfahrens in einer in der Zeichnung als Fließ- Das im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlen-

schemj! dargestellten Anlage im einzelnen beschrieben. Stoffoxiden bestehende Wassergas kommt aus dem Zy-

Ein zerkleinerter fester Brennstoff mit einer Teilchen- kion 28 fiber eine Leitung 30 in eine Reinigungsanlage größe von nicht über 1,5 mm wird aus einem Bunker und wird dann dem Verbraucher zugeführt, bei dem es

über eine Schurre 1 in einen Schachimühlen-Trockner 2 20 sich um einen Energieblock eines Y-^jinekraftwerks mit

eingebracht, dem zur Kohletrocknung über einen Stut- einer Gasturbine oder um einen cher-dschen Reaktor zen 3 ein gasförmiges Trocknungsmittel zugeführt wird, zur Erzeugung von Wasserstoff, Synthesegas, Methanol welches keinen freien Sauerstoff enthalten sollte. Ober und anderen Produkten handeln kann,

eine Rohrleitung 4 gelangt die Suspension aus feinkörni- Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der

gem Brennstoff und Gas in einen Zyklon 5, in dem der 25 Wasserstoff sehr billig hergestellt werden, da durch ei-

trockene Brennstoff abgeschieden wird. Das entstaubte nen Überschuß an Feinkoks im Wassergasreaktor 24 ein

Gas-Brüden-Gemisch wird durch ein Gebläse 6 in die hoher Wasserdampf-Zersetzungsgrad, von z. B. 80 bis

Feuerung eines Kessels 7 einer Dampfkraftanlage ein- 95% und ein hoher energetischer Wirkungsgrad sowie

geblasen. eine Vereinfachung des gesamten Sysiems sichergestellt

Der trockene Brennstoff gelangt über einen Zwi- 30 wird. Die Erzeugung einer vorgegebenen Wassergasschenbunker 8 mit regelbarem Staubpegel in einen er- menge, die Prozeßtemperatur und die Menge des rücksten Pyrolysereaktor 9, dem ein heißes Gas-Feststoff- geführten Feinkokses werden automatisch geregelt, in-Gemisch als Heizmittel aufgegeben wird, das den dem man die über den Zwischenbunker 13 durch eine Brennstoff auf eine Temperatur von 500 bis 800⁰C er- Rohrleitung 31 abgegebene Feinkoksmenge und die in wärmt Die Pyrolyse-Produkte werden zusammen mit 35 den Wassergasreaktor 24 einströmende Dampfmenge einem kleinen Teil des mitgerissenen Feinkokses in ei- mit Rücksicht auf eine eventuelle Änderung der Brennnen Zyklon 11 eingeleitet, in dem der Feinkoks abge- Stoffqualität und der Arbeitsweise des Energieblocks schieden und in Zwischenbunker 12,13 gesammelt wird. verändert

Dieser Feinkoks dient entweder als Heizmittel bei der Sehr wichtig bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Pyrolyse oder als transportabler Fertigbrennstoff. Das 40 ist der Umstand, daß in die Kesselfeuerung einer Kraft-Pyrolysegas-Dampf-Gemisch strömt aus dem Zyklon 11 anlage — abgesehen von einer gewissen Menge von über eine Rohrleitung 14 in ein Reinigungs- und Kon- durch das Trocknungsmittel mitgerissenen zerkleinerdensationssystem, wo es zu wertvollen flüssigen Fertig- ten festen Brennstoffen — Brenngase einströmen, woprodukten und Restgas aufbereitet wird. durch die Verschlackengefahr für die Heizflächen prak-

Der Feinkoks aus dein ersten Pyrolysereaktor 9 wird 45 tisch ausgeschlossen wird. Das erfindungs<;emäße Ver-

in einen zweiten Pyrolysereaktor 15 eingetragen und in fahren ist auch dann sehr wirtschaftlich, wenn man mit

diesem auf eine Temperatur von 600 bis 1100⁰C mit Torf, darunter mit einem sehr wasserreichen Torf arbei-

einem Gasbrenner 16 erwärmt, der mit dem zusammen tet. Die Außenmaße der Kesselanlagen nehmen dabei

mit der Luft über Leitungen 17 zugeführten Gas ge- stark ab.

speist wird. Das Gas aus dem zweiten Pyrolysereaktor 50 Die Temperaturiührung der Pyrolyse und der Verga-

15 und dem Bunker 13 w«rd durch Stutzen über Gaszü- sung wird geregelt, indem man die Menge und die Tem-

ge 18,19 abgeführt peratur des von den Gasbrennern 21, 16 erhaltenen

Der heiße Feinkoks aus dem zweiten Pyrolysereaktor Gasäeizmittels ändert

15 gelangt zum Teil oder vollständig in einen Erhitzer Da der Feuerung des Kessels 7 einer Wärmekraftan-

20, der mit einem Zyklon 21 verbunden ist Ein restlicher 55 lage mit den Gasen das Trocknungsmittel zugeführt

Teil des Feinkokses kann als Fertigprodukt über den wird, das den beim Trocknen des Brennstoffes entstan-

Bunker 13 abgeführt werden. Dem Erhitzer 20 werden denen Wasserdampf enthält, sinkt die Verbrennungs-

die heißen Verbrennungsprodukte eines über die Lei- temperatur und es vermindert sich stark der Gehalt an

tungen 17 mit Luft und Gas gespeisten Gasbrenners 22 schädlichen Stickoxiden in den Rauchgasen, wobei diese

zugeführt, welche den Feinkoks erwärmen und Ober die 60 Verminderung sich sowohl auf die fremden, d h. beim

Feuerung 20 in den Zyklon 21 fördern. Verbrenhungsvorgang aus der Verbrennungsluft gebil-

Der bei einer Temperatur von 800 bis 1500⁰C im deten Stickoxide, als auch auf die eigenen Stickoxide, dte Zyklon 21 abgeschiedene Feinkoks wird über einen sich aus dem Brennstoffstickstoff bei der Verarbeitung Zwischenbunker 23 in einen Wassergasreaktor 24 ein- der Brennstoffe in einer Wärmekraftanlage bilden, begetragen, in dem ei zu einem vorgegebenen Teil zusam- 65 zieht Dies erlaubt nicht nur eine umfassende Verwermen mit über eine Rohrleitung 25 durch ein Gitter 26 tung des Brennstoffes in einer entsprechenden Anlage, zugeführtem Wasserdampf vergast wird. Die Dampfzu- sondern auch eine fast völlige Vermeidung von Umweltfuhr wird mittels eines Reglers 27 unter Berücksichti- Verschmutzungen durch Emissionen der Anlage sowohl

bezüglich der Gaskomponenten (Stickoxide) als auch der Feststoffkomponenten (Aschenteilchen).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch niederwertige flüssige energetische Brennstoffe verwendet werden, indem man sie in die technologische s Feuerung oder in den Wassergssreaktor je nach der Zielsetzung des erzeugten Wassergases einspeist

Es ist selbstverständlich ohne weiteres möglich, für erhöhte Wassergasprodukticn auf die Erzeugung von Koks ganz zu verzichten, indem dieser insgesamt dem Wassergasreaktor zugeführt wird.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben:

Man verarbeitet in einer Eip.zelanlage 5001 Roh- bzw. Kokskohle pro Stunde mit einem Heizwert von 3560 kcal/kg, die 35 Massenprozent Feuchte, 6, 5 Massenprozent Asche und 48 Mlassenprozent flüchtige Bestandteile enthält Die Kohle wird aus dem Bunker 1 in den rviahkrockner 2 eingebracht, in dem man auch für jede 100 kg Kohle über den Stutzen 3 95 kg heißes (auf 1050⁰C erhitztes) sauerstofffreies Gas als Trocknungsmittel einleitet Die Kohle wird getrocknet und zu Staub (Siebrucksiand !ΟΟμΓΠ, 20 Massenprozent) feingemahlen. Die trockene Kohle wird bei 200⁰C in einem Zyklon vom Gas abgeschieden, das 35 kg Wasserdampf (Kohlefeuchte), 95 kg Trocknungsmittel und 03 kg Kohlenstaub enthält

Die trockene Kohle in einer Menge von 65 kg wird übe? den Zwischenbunker 8 in den ersten Pyrolysereaktor 9 eingetragen und auf eine Temperatur von 700⁰C durch ein Gemisch aus Feinkoks und Gas als Heizmittel erwärmt das aus den Zyklonen 21 und 28 der Feuerung 20 bzw. aus dem Wassergas reaktor 24 kommt In den ersten Pyroiysereaktor 9 wird 156 kg Feinkoks mit einer Temperatur von 850⁰C eingetragen und 32,5 kg Heißgas eingeleitet Die Kohlepyrolyse endet bei 780⁰C im H2O + C) entsteht Das Wassergas wird im Zyklon 28 vom Feinkoks abgeschieden und nach Kühlung gereinigt, worauf es im Energieaggregat als Fertigprodukt zur Erzeugung von Wasserstoff, reduzierendem Gas oder Synthesegas ausgenutzt wird.

Das Heizmittel fürs Schwelen erhält man in dem Erhitzer 20, dem über den Brenner 22 43 kg Luft zugeführt wird. Nach Abscheiden des festen Heißkokses im Zyklon 21 dient das Gas als Heizmittel. — Je nach dem, auf welchen Wert die Ausbeute an Wassergas eingestellt wird, wird ein Teil dieses Gases, nämlich in einer Menge von 19 kg, als Trocknungsmittel über den Stutzen 3 in die Schachtmühle 2 aufgegeben. — In die Feuerung des Kessels 7 kommen 19 kg Schwelgas und 76 kg Rauchgas.

Im Reaktor werden aus 65,0 kg trockener Kohle 29,8 kg Dampf-Gas-Gemisch und 35,2 kg Feinkoks erhalten. Der Feinkoks wird aus dem Dampf-Gas-Ge- misch abgeschieden, das in eine Reinigungsanlage und dann in ein Kondensationssystem eingeleitet wird. Bei der Pyrolyse erhält man außer dem Feinkoks 183 kg Pyrolysegas (Pyrogas), 8 kg Teer, 0,5 kg Gasbenzin und 3 kg pyrogenes Wasser.

Das Pyrolysegas weist einen Heizwert von 4850 kcal/ m³ und folgende Zusammensetzung (in Volumenprozenten) auf:

CO₂:22%; CO: 27%; H₂:20%; CH₄:21%; andere Kohlenwasserstoffe: 10%. In das Pyrolysegas werden 81 200 kcal und in den Teer und in das Gasbenzin 67 800 kcal übergeführt In den bei der Kohlepyrolyse gebildeten Femkoks (35,2 kg) geht 63% der potentiellen Kohlewärme bzw. 58% von der Anlage zugeführten Wärme über. Eine endgültige Erwärmung des Feinkokses erfolgt im zweiten Pyroiysereaktor 15 durch Verbrennen von 1,5 kg Gas und 2,2 kg Feinkoks. Man erhält 14,4 kg Feinkoks als Fertigprodukt (12 kg Kohlenstoff). Außer dem in den Pyrolysereaktor eingetragenen 156 kg Feinkoks, der als Heizmittel in der Anlage umläuft, wird in dem Brenner 83 kg Feinkoks verbrannt und 6,7 kg Feinkoks, der aus der Kohle neu gebildet wurde, auf eine Temperatur von 800° C erwärmt.

Der in dem Erhitzer 20 erwärmte Feinkoks wird vom Gasheizmitte! abgeschieden und in den Wasscrgasreak- es tor 24 eingebracht, wo aus 18 kg Wasserdampf und einem Oberschuß von 162 kg (156 + 6 kg) staubförmigem Feinkoks 24 kg Wassergas (nach der Reaktion

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Schwelgas, Wassergas und Koks aus festen Brennstoffen, bei dem der Brennstoff bis auf eine höchste Korngröße von 1,5 mm zerkleinert, getrocknet, in zwei Stufen pyro-Iysiert und nach Erhitzung des Kokses durch geregelte Dampfzufuhr zu Wassergas vergast wird, wobei der bei der Wassergasreaktion unvergaste Feinkoks zusammen mit den bei seiner Erhitzung gebildeten Rauchgasen der ersten Pyrolysestufe zugeführt wird, die in den beiden Pyrolysestufen gebildeten Gase vom Feinkoks abgetrennt und abgezogen werden und ein Teil des aus der zweiten, mit Heißgasen direkt beheizten Pyrolysestufe herausgeführten Feinkokses durch teilweise Verbrennung und/oder durch Rauchgase auf eine Tempratur von 800 bis 1500⁰C erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet,