DE3101259A1 - METHOD FOR PRODUCING A COMBUSTIBLE PURE GAS FROM COAL - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING A COMBUSTIBLE PURE GAS FROM COALInfo
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Verfahren zur Herstellung eines brennbaren Reingases aus KohleProcess for the production of a combustible pure gas from coal
Seit einiger Zeit besteht ein erhebliches Interesse an der Verwendung von Kohle zur Herstellung von brennbaren Gasen, die ihrerseits zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden können. Eine Methode, die zur überführung von Kohle in brennbare Gase vorgeschlagen worden ist, umfaßt eine Kohlevergasung mit Dampf und Sauerstoff und eine Verbrennung des erhaltenen Gases in einer GasverbrennungsturbineFor some time there has been considerable interest in the use of coal to produce combustible gases, which in turn can be used to generate electricity. A method that can be used to transfer Coal into combustible gases has been proposed includes coal gasification with steam and oxygen and combustion of the obtained gas in a gas combustion turbine
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zur Erzeugung von elektrischem Strom. Das nach diesem Kohlevergasungstyp hergestellte Gas muß zur Entfernung von Verunreinigungen gewaschen werden, und die Methode hat viele Nachteile. Z.B. enthält das Gas unterschiedliche Mengen an flüchtigem brennbaren Material (VCM oder volatile combustible matter), und ein Teil dieses VCM ist Kohleteer der klebrig ist und der schwer zu handhaben ist. Der Teer in Verbindung mit bestimmten staubähnlichem Material, das während der Kohlevergasung entsteht, ist in dem durch Vergasung hergestelltem Gas anwesend. Diese beiden Materialien verstopfen und verschmutzen die im Abstrom befindlichen Anlagenteile, was es äußerst schwer macht, die Wärme aus dem aus Kohle hergestellten Gas wiederzugewinnen. Dazu kommt, daß, wenn die Vergasungsstufe mit der Zyklusenergieerzeugung kombiniert wird, der Betrieb des Vergasungsapparats und einer kombinierten mit Zyklusenergie versorgten Fabrik voneinander abhängig sind, so daß das Anlaufen und die Kontrolle einer integrierten Fabrik unmöglich ist ohne äußere Treibstoff- und Hilfsausrüstung, die die Kosten ganz erheblich erhöht.for generating electricity. That after this type of coal gasification produced gas must be scrubbed to remove impurities, and the method has many disadvantages. E.g. the gas contains different amounts of volatile combustible material (VCM or volatile combustible matter), and part of this VCM is coal tar which is sticky and difficult to handle. The tar associated with certain dust-like material that is produced during coal gasification is in the gasification process produced gas present. These two materials clog and contaminate the system parts located in the downstream, which makes it extremely difficult to recover the heat from the gas made from coal. In addition, when the gasification stage is combined with cycle power generation, the operation of the gasifier and one combined cycle-powered factory are interdependent, so starting up and controlling one integrated factory is impossible without external fuel and auxiliary equipment, which increases costs quite significantly.
Eine andere bekannte Methode zur Behandlung von Kohle steht in einem Artikel mit dem Titel "Production of Low Btu Gas Involving Coal Pyrolysis and Gasification", von Wen et al, Chemical Engineering Department of West Virginia University, Morgantown, West Virginia 26506, Seite 36 bis 54. In diesem Artikel wird vorgeschlagen, Kohle in einem Fließbett bei etwa 7600C (14000F) zu pyrolysieren. Der bei der Pyrolyse entstehende Kohlerückstand oder koksartige Stoff, der im folgenden als "künstliche Kohle" bezeichnet werden soll, wird von dem abströmenden Gas getrennt, und die künstliche Kohle wird dann mit Luft und Dampf umgesetzt, wobei fluidisierende Gase für den Kohlepyrolysator hergestellt werden. Es wird in dem Artikel jedoch betont, daß, um die künstliche Kohle zu vergasen, rohe Kohle zu der Einspeisung an künstlicher Kohle zugesetzt werden muß, um in dem Vergaser die korrekte Tempe-Another known method of treating coal is found in an article entitled "Production of Low Btu Gas Involving Coal Pyrolysis and Gasification" by Wen et al, Chemical Engineering Department of West Virginia University, Morgantown, West Virginia 26506, pp. 36-12 54. This article suggests pyrolyzing coal in a fluidized bed at about 760 ° C (1400 ° F). The coal residue or coke-like substance produced during pyrolysis, hereinafter referred to as "charcoal", is separated from the outflowing gas, and the charcoal is then reacted with air and steam, with fluidizing gases for the coal pyrolyser being produced. It is emphasized in the article, however, that in order to gasify the charcoal, raw coal must be added to the charcoal feed in order to maintain the correct temperature in the gasifier.
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ratur aufrechtzuerhalten und zusätzlich um eine genügende Menge an Gas zum Fluidisieren der Kohle herzustellen. Wegen der Art, auf welche die Kohle in dem Fließbett pyrolysiert wird, und weil rohe Kohle zu der pyrolysierten künstlichen Kohle hinzugefügt werden muß, würde die von Wen et al vorgeschlagene Methode die meisten der oben beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren in sich vereinen.temperature and in addition to produce a sufficient amount of gas to fluidize the coal. Because the way in which the coal is pyrolyzed in the fluidized bed, and because raw coal becomes the pyrolyzed artificial If coal had to be added, the method proposed by Wen et al would address most of the disadvantages described above of the known processes.
Ein anderes Verfahren des Standes der Technik ist offenbart in der US-PS 1 758 630 (Trent), in dem vorgeschlagen wird, Kohle in einem Fließbett zu pyrolysieren, alles flüchtige brennbare Material von der Kohle zu entfernen und danach die resultierende künstliche Kohle mit Luft und Dampf in Berührung zu bringen, um ein Synthesegas herzustellen. Dieses Verfahren ist ebenfalls unergiebig, wohl zum Teil wegen der Art, in der die künstliche Kohle produziert wird.Another prior art method is disclosed in U.S. Patent 1,758,630 (Trent), suggested in US Pat will pyrolyze coal in a fluidized bed, remove any volatile combustible material from the coal, and after that contacting the resulting charcoal with air and steam to produce a synthesis gas. This process is also unproductive, probably in part because of the manner in which the charcoal is produced.
Insofern betrifft keines der bekannten Verfahren die Herstellung eines teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohleprodukts durch Pyrolyse der Kohle in solch einer Weise, daß die Kohle ideal zur Vergasung geeignet ist. Die Vergasung einer solchen künstlichen Kohle produziert ein Gas, welches teerfrei ist und ideal zur Verbrennung geeignet ist, besonders wenn es mit den gasförmigen Dämpfen (z.B. nachdem die kondensierbaren Produkte entfernt sind), die in der Pyrolysestufe hergestellt worden sind, gemischt ist.In this respect, none of the known processes relates to the production of a partially freed from volatile constituents charcoal product by pyrolysis of the coal in such a way that the coal is ideally suited for gasification is. The gasification of such artificial coal produces a gas that is tar-free and ideal for combustion is suitable, especially if it is with the gaseous vapors (e.g. after the condensable products are removed are) that have been produced in the pyrolysis stage is mixed.
Daher ist es das erste Ziel der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und verbessertes Verfahren zur Herstellung eines brennbaren Gases aus einem besonderem Typ einer teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle mit Dampf und einem sauerstoffhaltigem Gas zu offenbaren •and bereitzustellen.Therefore, it is the first object of the present invention to provide a simple and improved method of making a combustible gas from a special type of a partially volatilized charcoal with steam and an oxygen-containing gas • and to provide.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines brennbaren Gases zur Verwendung in einer Verbrennungsgasturbine aus künstlicher Kohle bereitzustellen, wobei die künstliche Kohle etwas flüchtiges brennbares Material enthält, aber keine teerbildenden Bestandteile.Another object of the present invention is to provide a method for producing a combustible gas for To provide use in a combustion gas turbine made of charcoal, the charcoal Contains some volatile combustible material, but no tar-forming constituents.
Ein anderes und weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines brennbaren Gases aus teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiter künstlicher Kohle zur Verwendung in Verbrennungsgasturbinen zu offenbaren und bereitzustellen, wobei das brennbare Gas im wesentlichen frei von schweren Kohleteeren und Staub ist, um das Verschmutzen von im Abstrom befindlicher Wärmeaustausch- und Verfahrensausrüstung zu verhindern.Another and further object of the present invention is to provide a method of making a combustible Partially de-volatilized charcoal gas for use in combustion gas turbines to disclose and provide wherein the combustible gas is substantially free of heavy coal tar and dust is to prevent the pollution of the heat exchange and process equipment to prevent.
Noch ein anderes und weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines brennbaren Gases aus künstlicher Kohle mit einem mittleren BTU-Wert herzustellen durch Mischen von aus der Kohlepyrolyse erhaltenen Gasen mit Gasen, die durch Vergasung einer teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiter künstlicher Kohle mit Dampf und einem sauerstoffhaltigem Gas erhalten worden sind, wobei das Gasgemisch frei von schwerem Kohleteer ist.Yet another and further object of the present invention is to provide a method of making a combustible Produce gas from charcoal with a medium BTU value by mixing from coal pyrolysis obtained gases with gases obtained by gasification of a partially freed from volatile constituents artificial Coal with steam and an oxygen-containing gas have been obtained, the gas mixture being free of heavy coal tar is.
Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden offenbart aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, in der alle Mengenangaben in Gewichtsteilen und Gewichtsprozenten angegeben sind.Further objects of the present invention will be disclosed from the following detailed description in which all Quantities are given in parts by weight and percent by weight.
Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung eines Fließdiagramms und zeigt bestimmte bevorzugte Ausführungsformen des ganzen Verfahrens der Erfindung.The drawing is a schematic representation of a flow diagram and shows certain preferred embodiments of the overall method of the invention.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen beschrieben: 'Preferred embodiments are described below: '
In der Erfindung wird Kohle auf eine besondere Weise pyrolysiert, um eine teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreite künstliche Kohle herzustellen, die zur Vergasung mit Dampf und einem sauerstoffhaltigem Gas zur Herstellung eines teerfreien Gases ideal geeignet ist. Die teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreite künstliche Kohle ist im wesentlichen nicht aufblähend, hat eine relativ hohe Schüttdichte und ist für eine Vergasung mit Dampf hoch reaktionsfähig. Zusätzlich zu der wertvollen, teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle, die in der Pyrolysestufe hergestellt wird, werden auch flüchtige Dämpfe und kondensierbare Gase produziert. Die flüchtigen Dämpfe können wegen ihres Heizwerts verwendet werden, und die kondensierbaren Gase, wenn sie kondensiert sind, sind wertvolle Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten, die in der petrochemischen Industrie oder der Petroleumindustrie verwendet werden können oder die wegen ihres Heizwertes verbrannt werden können.In the invention, coal is pyrolyzed in a particular way to remove some of its volatiles Manufacture exempted charcoal, which is gasified with steam and an oxygen-containing gas for manufacture a tar-free gas is ideal. The artificial coal, which has been partially freed from volatile components is essentially non-puffy, has a relatively high bulk density, and is high for gasification with steam responsive. In addition to the valuable, partially Volatile charcoal produced in the pyrolysis stage also becomes volatile Vapors and condensable gases are produced. The volatile vapors can be used because of their calorific value, and the condensable gases, when condensed, are valuable hydrocarbon liquids that reside in the petrochemical industry or the petroleum industry or which can be burned because of their calorific value can be.
Die Pyrolysestufe wird in einer Pyrolysezone auf eine besonders kritische Art durchgeführt, die das Inberührungbringen der Kohlepartikel mit hitzebeladenen Feststoffen in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, vorzugsweise in Abwesenheit von anderen fremden Gasen, umfaßt. Die hitzebeladenen, wärmetragenden Feststoffe kommen mit den getrockneten Kohlepartikeln so in Berührung, daß die wärmetragenden Feststoffe die Kohlepartikel auf die gewünschte Pyrolysetemperatur aufheizen, z.B. von 37O°C (70O0F) aufThe pyrolysis step is carried out in a pyrolysis zone in a particularly critical manner which involves contacting the carbon particles with heat-laden solids in a non-oxidizing atmosphere, preferably in the absence of other extraneous gases. The heat-laden, heat-carrying solids come into contact with the dried carbon particles in such a way that the heat-carrying solids heat the carbon particles to the desired pyrolysis temperature, for example from 370 ° C. (70O 0 F)
82O°C (1500°F), vorzugsweise von 43O°C (8OO°F) auf 65O°C besonders bevorzugt n η no (120CTF), / 430 C (800 F) auf 540 C (1000 F). Die Kohlepartikel werden durch die wärmetragenden Feststoffe eine ausreichende Zeit lang und bei einer ausreichenden Tempera-82O ° C (1500 ° F), preferably from 43O ° C (800 ° F) to 65O ° C, most preferably n η no (120CTF), / 430 C (800 F) to 540 C (1000 F). The carbon particles are absorbed by the heat-carrying solids for a sufficient time and at a sufficient temperature.
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tür erhitzt, um das ganze teerbildende VCM aus den Kohlepartikeln zu entfernen. In der Pyrolysezone werden erzeugt flüchtige Dämpfe, kondensierbare Gase (Kohlenwasserstoffe, welche bei Raumtemperatur Flüssigkeiten sind) und teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreite künstliche Kohlepartikel, wobei das in den teilweise von flüssigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohlepartikeln verbleibende VCM kein kondensierbares Teermaterial enthält. Es wurde gefunden, daß derartige, teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreite künstliche Kohlepartikel zur Vergasung mit Dampf ausgezeichnet geeignet sind, weil die künstlichen Kohlepartikel etwas und vorzugsweise das ganze nicht teerbildende VCM enthalten, aber kein teerbildendes VCM. überdies haben die teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohlepartikel eine relativ hohe Schüttdichte (z.B. über 320 kg/m = 20 pounds per cubic foot) und vorzugsweise über 400 kg/m = 2 5 pounds per cubic foot), welches sie auch sehr wertvoll macht als ein Vergasungsaufgabegut. Darüber hinaus sind die teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohlepartikel, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, hoch reaktiv, d.h. solche künstlichen Kohlepartikel erfordern zu ihrer Vergasung weniger Dampf.door heated to remove all of the tar-forming VCM from the coal particles to remove. In the pyrolysis zone, volatile vapors, condensable gases (hydrocarbons, which are liquids at room temperature) and artificial charcoal particles partially freed from volatile components, the VCM remaining in the artificial charcoal particles, which have been partially freed from liquid components contains no condensable tar material. It has been found that such, partly of volatile constituents freed charcoal particles are excellently suited for gasification with steam because the charcoal particles contain some and preferably all of the non-taring VCM, but no taring VCM. moreover have the artificial charcoal particles, some of which have been freed from volatile components, have a relatively high bulk density (e.g. over 320 kg / m = 20 pounds per cubic foot) and preferably over 400 kg / m = 2 5 pounds per cubic foot), which they also makes very valuable as a gassing feedstock. In addition, some of the volatile components have been removed charcoal particles made in accordance with the present invention are highly reactive, i.e. such charcoal particles require less steam to be gasified.
Das brennbare Gas, das durch Vergasung von teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohlepartikeln hergestellt worden ist, hat viele Anwendungsgebiete. Z.B. kann das brennbare Gas, das durch Vergasung von teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiter Kohle mit Dampf und Luft (im Gegensatz zu reinem Sauerstoff) hergestellt worden ist, mit den flüchtigen Dämpfen, die in der Pyrolysezone hergestellt worden sind, gemischt werden und ergeben dann ein Gas mit einem mittleren BTU-Wert (d.h. einem Gas mit einem Heizwert im Bereich von 200 bis 600 BTU bzw. 210 bisThe combustible gas, the artificial charcoal particles that have been partially freed from volatile constituents by gasification has been manufactured has many uses. E.g. the combustible gas produced by gasification of partially Volatile coal has been produced using steam and air (as opposed to pure oxygen) is to be mixed with the volatile vapors that have been produced in the pyrolysis zone and then yield a gas with a medium BTU value (i.e. a gas with a calorific value in the range of 200 to 600 BTU or 210 to
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630 KJ pro standard cubic foot), welches in üblichen Heizanlagen und Öfen ohne Modifizierung des Brenners oder Leistungsherabsetzung der Ausrüstungskapazität verbrannt v/erden kann. Es ist dem Fachmann gut bekannt, daß es unmöglich ist, ein Gas mit einem mittleren BTU-Wert herzustellen durch Oxidieren des Kohlenstoffs in Kohle unter Verwendung von Luft als Oxidationsmittel, um die Temperatur zu erhöhen. Aber da die flüchtigen Dämpfe, die in der Pyrolysestufe erzeugt werden, nicht mit Fremdgasen, wie z.B. Stickstoff, verdünnt sind, liefert das Verfahren ein Gas mit einem mittleren BTU-Wert auf eine sehr einfache und billige Weise.630 KJ per standard cubic foot), which in common heating systems and furnaces can be burned without modifying the burner or reducing equipment capacity. It is well known to those skilled in the art that it is impossible to produce a mid-BTU gas by oxidizing it of the carbon in coal using air as an oxidizer to raise the temperature. but because the volatile vapors generated in the pyrolysis stage are not diluted with foreign gases such as nitrogen the method provides a mid-BTU gas in a very simple and inexpensive manner.
Zusätzlich zur Verwendung des brennbaren Gases, das durch die Vergasung der teilweise von flüchtigen BestandteilenIn addition to the use of the combustible gas produced by the gasification of some of the volatile components
künstlichen
befreiten/Kohle hergestellt ist, zur Erzeugung eines Gases
mit einem mittleren BTÜ-Wert kann das brennbare Gas auch dazu benutzt werden, in einer Verbrennungsturbine elektrischen
Strom zu erzeugen, und genauso gut dazu benutzt werden, Luft zu komprimieren und Dampf zu produzieren, gebraucht
in der Vergasung der teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle, ohne die im Abstrom angeordnete
Ausrüstung und dergleichen mit Schmutzstoffen wie Teer zu verschmutzen, was - wie bereits erwähnt - die Wiedergewinnung
der Wärmeenergie aus dem Vergasungsprodukt komplizieren würde. Zusätzlich eliminiert eine solche Verwendung des Vergasungsprodukts auf die oben beschriebene Weise die Notwendigkeit
von äußerem Treibstoff und bestimmter Hilfsausrüstung, die
das Verfahren vergleichsweise teuer und vielleicht wirtschaftlich nicht vertretbar machen würde.artificial
exempted / coal is produced, to produce a gas with a medium BTÜ value, the combustible gas can also be used to generate electricity in a combustion turbine, and just as well can be used to compress air and produce steam, used in the gasification of the artificial coal, which has been partially freed from volatiles, without contaminating the downstream equipment and the like with pollutants such as tar, which - as already mentioned - would complicate the recovery of thermal energy from the gasification product. In addition, such use of the gasification product in the manner described above eliminates the need for external fuel and certain ancillary equipment that would make the process comparatively expensive and perhaps not economically feasible.
Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß vor der Pyrolyse der Kohle die rohe Kohle zu Partikeln gemahlen wird, z.B. einer Größe von 1,27 cm bis 0,3 cm (-1/2 inch to -1/8 inch). Nachdem die Kohle gemahlen worden ist, ist es auch bevorzugt,In general, it is preferred that the raw coal be ground into particles, e.g., one, prior to pyrolysis of the coal Size from 1.27 cm to 0.3 cm (-1/2 inch to -1/8 inch). After the coal has been ground, it is also preferred
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I NACHGEREICHTI SUBMITTED
wenn die Feuchtigkeit aus der Kohle entfernt wird in einer Vorheizungsstufe durch z.B. Erhitzen der Kohlepartikel auf eine Temperatur von 93°C (2OO°F) bis 32O°C (6OO°F) und für eine genügend lange Zeit, um die ganze Feuchtigkeit zu entfernen. Wenn die Kohle eine backende oder Easterntype Kohle ist, wird es im allgemeinen bevorzugt, daß die Kohle entweder vor, nach oder während der Trockungsstufe vorbehandelt wird, um die Kohle zu entbacken durch Inberührungbringen der Kohle mit einem oxidierenden Gas, das z.B. 1 bis 20 Vol.-% Sauerstoff enthält, wie beschrieben in der US-PS 3 184 293 (Work). Zusätzlich zum Entbacken der Kohle wird solch eine Stufe die ganze Feuchtigkeit aus der Kohle entfernen. Nach der Trockungsstufe und/oder der Vorbehandlungsstufe werden die meisten Kohlen etwa 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% VCM und von 75 bis 50 % festen Kohlenstoff enthalten.when the moisture is removed from the coal in a preheating stage by, for example, heating the coal particles a temperature of 93 ° C (200 ° F) to 32O ° C (600 ° F) and for a long enough time to remove all of the moisture. If the coal is a baking or Easterntype Is coal, it is generally preferred that the coal be either before, after, or during the drying step is pretreated to de-bake the charcoal by contacting the coal with an oxidizing gas containing, for example, 1 to 20% by volume of oxygen, as described in U.S. Patent 3,184,293 (Work). In addition to de-baking the charcoal, such a step removes all of the moisture from the Remove coal. After the drying stage and / or the pretreatment stage, most coals will be around 20% by weight contain up to 50% by weight VCM and from 75 to 50% solid carbon.
In der Pyrolysestufe dieser Erfindung ist das VCM, welches den Teer enthält, reduziert, und im allgemeinen wird die Menge an VCM nach der Pyrolysestufe, die in der Kohle enthalten ist, zwischen 10 und 20 Gew.-% betragen, ausschließlich Feuchtigkeit. Die spezifische Temperatur und Dauer der Pyrolysestufe sind nicht besonders kritisch, aber im allgemeinen kann die Pyrolyse irgendwo von 37O°C (700 F) bis 82O°C (1500°F) mit dem bevorzugten Temperaturbereich von 43O°C (800°F) bis 65O°C (1200°F) und dem am meisten bevorzugten Temperaturbereich von 43O°C (8000F) bis 54O°C (1OOO°F) durchgeführt werden. Die notwendige Zeitdauer zur Durchführung der Pyrolysestufe wird auch in Abhängigkeit von der Temperatur und der Menge an VCM in der rohen Kohle stark variieren. Wenn z.B. eine Temperatur von 510°C (95O°F) verwendet wird und die Kohle etwa 40 bis 45 Gew.-% VCM enthält, ist eine fünfminütige Aufenthaltsdauer ausreichend, um eine teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreite künstliche Kohle zu produzieren, in der das VCM, das in der teilweiseIn the pyrolysis stage of this invention, the VCM containing the tar is reduced and, in general, the amount of VCM after the pyrolysis stage contained in the coal will be between 10 and 20% by weight excluding moisture. The specific temperature and duration of the pyrolysis stage are not particularly critical, but in general the pyrolysis can be anywhere from 370 ° C (700 ° F) to 82O ° C (1500 ° F) with the preferred temperature range of 430 ° C (800 ° F) 65O ° C (1200 ° F) and the most preferred temperature range of 43o ° C (800 0 F) to 54O ° C (1OOO ° F) are performed. The length of time necessary to carry out the pyrolysis step will also vary widely depending on the temperature and the amount of VCM in the raw coal. For example, if a temperature of 510 ° C (950 ° F) is used and the coal contains about 40 to 45 wt% VCM, a five minute residence time is sufficient to produce a partially de-volatilized charcoal in which the VCM, which is in the partial
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von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle enthalten ist, keinen Teer mehr enthält.contains artificial charcoal freed of volatile components, no longer contains tar.
Die Pyrolysestufe der Erfindung wird auch in einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt und vorzugsweise in Abwesentheit von fremden Gasen, so daß die Dämpfe, die während der Pyrolysestufe produziert werden, nicht verdünnt v/erden und die flüchtigen Dämpfe, nachdem die kondensierbaren Gase entfernt worden sind einen relativ hohen BTÜ-Gehalt pro standard cubic foot haben werden, z.B. 840 KJ (800 BTU) pro standard cubic foot, nachdem die kondensierbaren Gase entfernt worden sind.The pyrolysis step of the invention is also carried out in a non-oxidizing one Atmosphere carried out and preferably in the absence of foreign gases, so that the vapors that are produced during the pyrolysis stage, not dilute v / ground and the volatile vapors after the condensable Gases removed will have a relatively high BTÜ content per standard cubic foot, e.g. 840 KJ (800 BTU) per standard cubic foot after the condensable Gases have been removed.
Die getrockneten Kohlepartikel werden pyrolysiert in der nicht-oxidierenden Atmosphäre durch Inberührungbringen der getrockneten Kohlepartikel mit wärmeenergietragenden Festkörpern, die gegenüber der Kohle, der teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle und gegenüber den Dämpfen, die während der Pyrolysestufe produziert worden sind, inert sein sollten. Der besondere Typ an wärmetragenden Festkörpern, der zum Erhitzen der Kohlepartikel eingesetzt wird, kann in weiten Grenzen variieren und kann irgendeine gewünschte Form haben. Z.B. können die wärmetragenden Festkörper aus Metall oder Keramik sein, und können eine kugelförmige Form mit einem Durchmesser von etwa 0,64 bis 1,27 cm (1/4 inch to 1/2 inch) haben. In der bevorzugten exemplarischen Ausführungsform sind die wärmetragenden Festkörper Aluminiumkugein mit einem Durchmesser von etwa 1,27 cm (1/2 inch). Zusätzlich sollten die wärmetragenden Festkörper zur leichteren Abtrennung eine Größe haben, die von der Größe der teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohlepartikel verschieden ist. Im allgemeinen ist es bevorzugt, wenn die wärmetragenden Festkörper einen Durchmesser haben, der größer ist als der Durchmesser der teilweise von flüchtigen Be-The dried carbon particles are pyrolyzed in the non-oxidizing atmosphere by contacting them of the dried coal particles with heat-energy-carrying solids, which are opposite to the coal, which is partly from volatiles are freed from charcoal and from the vapors produced during the pyrolysis stage should be inert. The special type of heat-carrying solid that is used to heat the carbon particles is used can vary widely and can have any desired shape. E.g. the heat-carrying solid body made of metal or ceramic, and can be spherical in shape with a diameter of about 0.64 to 1.27 cm (1/4 inch to 1/2 inch). In the preferred exemplary embodiment, those are heat-carrying Solid aluminum balls approximately 1/2 inch in diameter. In addition, the heat-bearing For easier separation, solids have a size which is the size of the partially volatile constituents exempted charcoal particles is different. In general, it is preferred if the heat-bearing Solid bodies have a diameter that is larger than the diameter of the partially volatile
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standteilen befreiten künstlichen Kohlepartikeln.artificial charcoal particles freed from components.
Um die Wärmeenergie von den wärmetragenden Festkörpern auf die Kohlepartikel zu übertragen, müssen die wärmetragenden Festkörper die Kohlepartikel berühren, um ihre Wärmeenergie darauf zu übertragen. Es ist bevorzugt, wenn die Pyrolysestufe in einer rotierenden Retorte durchgeführt wird. Die Rotationsgeschwindigkeit der Retorte ist ausreichend, die wärmetragenden Feststoffe mit den Kohlepartikeln zu mischen, um einen guten Wärmeübergang zwischen den Kohlepartikeln und den wärmetragenden Feststoffen zu erreichen. Die spezifische Rotationsgeschwindigkeit der Retorte kann in weiten Grenzen variieren und ist abhängig vom Durchmesser der Retorte. Nach Vollendung der Pyrolyse werden die wärmetragenden Festkörper und die teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohlepartikel abgetrennt, genauso wie die flüchtigen Dämpfe und kondensierbaren Gase, die während der Pyrolysestufe produziert worden sind.In order to transfer the heat energy from the heat-carrying solids to the coal particles, the heat-carrying Solid bodies touch the carbon particles in order to transfer their thermal energy to them. It is preferred if the pyrolysis stage is carried out in a rotating retort. The rotation speed of the retort is sufficient that Mix heat-carrying solids with the coal particles to ensure good heat transfer between the coal particles and to reach the heat-carrying solids. The specific speed of rotation of the retort can vary widely Limits vary and depend on the diameter of the retort. After the pyrolysis is completed, the heat-bearing Solids and the artificial charcoal particles partially freed from volatile constituents are separated, as is the volatile vapors and condensable gases produced during the pyrolysis stage.
Die teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreite künstliche Kohle wird dann in eine Vergasungszone übergeführt, wo die künstliche Kohle mit Dampf vergast wird. Die Bedingungen, unter denen die Vergasungsstufe durchgeführt wird, sind nicht kritisch und sind dem Fachmann im allgemeinen bekannt. Die Temperatur in der Vergasungszone wird ausreichend sein zur Umsetzung des Dampfs mit dem Kohlenstoff in der teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle, um ein brennbares Gas zu bilden, das vorwiegend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Die Temperatur kann in weiten Grenzen variieren und wird von 540 C (1OOO°F) bis zu 137O°C (25OO°F) reichen; die spezifische verwendete Temperatur wird in erster Linie davon abhängen, ob ein Vergasungskatalysator der Vergasungszone zugefügt wird.The artificial coal, which has been partially freed from volatile components, is then transferred to a gasification zone, where the artificial coal is gasified with steam. The conditions under which the gasification stage is carried out, are not critical and are generally known to those skilled in the art. The temperature in the gasification zone becomes sufficient its to react the steam with the carbon in the partially freed from volatiles artificial Coal, to form a combustible gas that consists primarily of carbon monoxide and hydrogen. The temperature can vary widely and will range from 540 ° C (1000 ° F) to 137O ° C (2500 ° F); the specific The temperature used will depend primarily on whether a gasification catalyst is added to the gasification zone.
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Wenn ein Vergasungskatalysator verwendet wird, wird die Temperatur zwischen 54O°C (1000°F) und 815°C (150O0F) oder 870 C (1600°F) liegen, wogegen die Temperatur - wenn die Reaktion in Abwesenheit eines Vergasungskatalysators durchgeführt wird (z.B. als thermische Reaktion) - höher als 87O°C (1600°F) sein wird, z.B. von 87O°C (1600°F) bis 1O9O°C (2000°F) oder sogar höher (z.B. 137O°C = 2 5OO°F).If a gasification catalyst is used, the temperature will be between 54O ° C (1000 ° F) and 815 ° C (150O 0 F) or 870 C (1600 ° F), whereas the temperature - if the reaction is carried out in the absence of a gasification catalyst (e.g. as thermal response) - will be higher than 87O ° C (1600 ° F), e.g. from 87O ° C (1600 ° F) to 1090 ° C (2000 ° F) or even higher (e.g. 1370 ° C = 25OO ° F).
Wie das mit der Temperatur der Vergasungsreaktion der Fall ist, ist der verwendete Druck, um den Kohlenstoff mit Dampf zu vergasen, auch nicht kritisch und kann in weiten Grenzen variieren von Umgebungsdruck bis 140 bar (2000 pounds per square inch gauge, psig), wobei für den Druck keine theoretische obere Grenze besteht.As is the case with the temperature of the gasification reaction, the pressure used is to steam the carbon gasification, not critical either, and can vary widely from ambient pressure to 140 bar (2000 pounds per square inch gauge, psig), with no theoretical upper limit for the pressure.
Wie vorstehend erwähnt kann die Vergasungsreaktion mit oder ohne einen Katalysator durchgeführt werden, und die Temperatur wird - wenn ein Katalysator verwendet v/ird - variieren von 54O°C (10000F) bis 815°C (1500°F) oder 87O°C (16000F). Die Vergasungskatalysatoren sind im allgemeinen gut bekannt, und es werden daher keine detaillierten Beispiele dafür angegeben. Jedoch werden im allgemeinen Alkalisalze, z.B. Natrium-, Kalium- und Lithiumsalze, eingesetzt und schließen die Hydroxidsalze, die Carbonatsalze, die Oxidsalze, die Sulfatsalze und die Sulfidsalze ein.As mentioned above, the gasification reaction can be carried out with or without a catalyst, and the temperature is - when a catalyst used v / ith - vary from 54O ° C (1000 0 F) to 815 ° C (1500 ° F) or 87O ° C (1600 0 F). The gasification catalysts are generally well known and detailed examples of them are not given. However, alkali salts such as sodium, potassium and lithium salts are generally used and include the hydroxide salts, the carbonate salts, the oxide salts, the sulfate salts and the sulfide salts.
Die Konzentration des Katalysators in der Vergasungszone kann auch in weiten Grenzen variieren und wird im allgemeinen von 1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gesamtfeststoffe in der Vergasungszone, betragen. Die bevorzugte Katalysatorkonzentration reicht von 4 oder 5 Gew.-S bis 20 oder 30 Gew.-%.The concentration of the catalyst in the gasification zone can also vary within wide limits and is generally from 1% to 50% by weight based on the weight of total solids in the gasification zone. the preferred catalyst concentration ranges from 4 or 5% by weight to 20 or 30% by weight.
Die Dampfmenge, die zur Vergasung der teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle eingesetztThe amount of steam that is used to gasify the artificial coal, which has been partially freed from volatile components
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wird, sollte genügend sein, um den ganzen festen Kohlenstoff, der in der künstlichen Kohle enthalten ist, zu vergasen. Im allgemeinen wird die Dampfmenge zwischen 0,1 bis 1 Gewichtsteilen an Dampf pro Stunde pro Gewichtsteil an Kohlenstoff in der Vergasungszone liegen, und der am meisten bevorzugte Bereich liegt zwischen 0,2 und 0,6 Gewichtsteilen.should be sufficient to gasify all the solid carbon contained in the charcoal. In general, the amount of steam will be between 0.1 to 1 part by weight of steam per hour per part by weight of Carbon in the gasification zone and the most preferred range is between 0.2 and 0.6 parts by weight.
Die Temperatur in der Vergasungszone wird durch Einführen eines sauerstoffhaltigen Gases, wie z.B. Luft, in die Zone aufrechterhalten, wobei ein Teil des Kohlenstoffs, der in der teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle enthalten ist, oxidiert wird; eine solche Oxidationsreaktion verläuft exotherm, und die Menge an eingeführtem Sauerstoff muß ausreichend sein, um die Temperatur auf dem gewünschten Niveau zu halten.The temperature in the gasification zone is determined by introducing an oxygen-containing gas, such as air, into the zone maintained, with some of the carbon that is in which contains charcoal partially devolatilized, is oxidized; such an oxidation reaction is exothermic, and the amount of oxygen introduced must be sufficient to maintain the temperature to keep it at the desired level.
Bezugnehmend auf die Zeichnung werden in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Kohlepartikel vor der Pyrolyse in den oberen Teil der Trocknungszone 10 eingeführt, und ein heißes Gas wird am unteren Teil der Trocknungszone 10 eingeführt, wobei die Trocknungstemperatur in der Zone 10 etwa 120 C (250 F) beträgt. Nach der Trocknungsstufe und wenn eine Wyodak-Kohle verwendet wird, enthält die Kohlezusammensetzung etwa 7,6 Gew.-?-, Asche, 43,9 Gew.-% flüchtiges Material und 48,5 Gew.-% Kohlenstoff.Referring to the drawing, in a preferred embodiment, carbon particles are added to the prior to pyrolysis the upper part of the drying zone 10 and a hot gas is introduced at the lower part of the drying zone 10, the drying temperature in zone 10 being about 120 ° C (250 F). After the drying stage and if any Wyodak coal is used contains the coal composition about 7.6 wt%, ash, 43.9 wt% volatile matter, and 48.5 wt% carbon.
Es wird hervorgehoben, daß es - wenn eine Eastern-Kohle verwendet wird - dann manchmal notwendig ist, eine Vorbehandlungsstufe entweder vor oder nach dem Entfernen der Feuchtigkeit aus der Kohle zu haben. Diese Vorbehandlungsstufe dient dazu, die Kohle zu entbacken und wird - wie dem Fachmann im allgemeinen bekannt ist - vollzogen durch Inberührungbringen der Kohle mit einem oxidierenden Gas.It is emphasized that it - if an Eastern coal is used - then sometimes a pre-treatment stage is necessary either before or after removing the moisture from the coal. This pre-treatment stage serves to de-bake the charcoal and is carried out - as is generally known to the person skilled in the art Bringing the carbon into contact with an oxidizing gas.
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I NACHGEREiOHTI FOLLOWED
Nach der Trocknungsstufe wird die getrocknete Kohle durch eine Vorheizungszone 12 geschickt, wo die Kohle bis geringfügig unterhalb der Pyrolysetemperatur erhitzt wird.After the drying stage, the dried charcoal is through a preheating zone 12 where the coal is heated to slightly below the pyrolysis temperature.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorheizungstemperatur etwa 230 0C (45O°F), und das oxidierende Gas, das zur Vorheizung der Kohlepartikel verwendet wird, ist vorzugsweise ein Gas das etwa 10 Vol.-% Sauerstoff enthält. Die Kohlepartikel, die die Vorheizungszone 12 verlassen, haben annähernd dieselbe Zusammensetzung wie die getrockneten Kohlepartikel, die in die Vorheizungszone 12 eintreten.In the preferred embodiment, the preheater temperature is about 230 0 C (45O ° F), and the oxidizing gas that is used for preheating of the coal particles, preferably contains a gas comprising about 10 vol .-% oxygen. The coal particles leaving the preheating zone 12 have approximately the same composition as the dried coal particles entering the preheating zone 12.
Nachdem die Kohlepartikel eine Temperatur von 23O°C (45O°F) erreicht haben, werden sie in eine Retorte 20 befördert, wo die Pyrolysestufe in Abwesenheit von Sauerstoff und anderen nicht fremden Gasen durchgeführt wird. In der Retorte 20 werden die Kohlepartikel auf eine Temperatur von 37O°C (700°F) bis 82O°C (1500°F), in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf 43O°C (800°F) bis 54O°C (1OOO°F), erhitzt. Wärmetragende Festkörper werden eingesetzt, um die Kohlepartikel in der Retorte 20 zu erhitzen. Die wärmetragenden bzw. hitzebeladenen Festkörper sind vorzugsweise Keramikkugeln, die auf eine geeignete Temperatur in dem Festkörperheizer 14 erhitzt werden, wobei die Keramikkugeln eine Temperatur von um 650 bis 7000C (1200 bis 13000F) erreichen in Abhängigkeit von der Temperatur, bei welcher man die Pyrolysestufe auszuführen wünscht. Das Gewichtsverhältnis der wärmetragenden Festkörper zu der Kohle beträgt ungefähr 2,8 : 1.After the carbon particles reach a temperature of 230 ° C (450 ° F) they are transferred to a retort 20 where the pyrolysis step is carried out in the absence of oxygen and other non-foreign gases. In the retort 20, the carbon particles are heated to a temperature of 370 ° C (700 ° F) to 820 ° C (1500 ° F), in the preferred embodiment, 430 ° C (800 ° F) to 54O ° C (100 ° F) ), heated. Heat-carrying solids are used to heat the carbon particles in the retort 20. The heat-carrying or heat-charged solids are preferably ceramic balls which are heated to a suitable temperature in the solid-state heater 14, the ceramic balls reaching a temperature of around 650 to 700 ° C. (1200 to 1300 ° F) depending on the temperature at which one wishes to carry out the pyrolysis stage. The weight ratio of the heat-carrying solids to the coal is approximately 2.8: 1.
Die wärmetragenden Festkörper und Kohlepartikel werden beide in die Retorte 20 eingeführt, die mit relativ langsamer Geschwindigkeit, z.B. drei Umdrehungen pro Minute, um ihreThe heat-carrying solids and carbon particles are both introduced into the retort 20 at a relatively slower speed Speed, e.g. three revolutions per minute, to your
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Achse rotiert, um die Festkörper mit der Kohle zu mischen. Nach Vollendung der Pyrolyse bis zum gewünschten Punkt werden die flüchtigen Dämpfe und kondensierbaren Gase, die wärmetragenden Feststoffe und die künstliche Kohle abgetrennt. Die abgetrennten Feststoffe bzw. Festkörper werden über eine Vorrichtung24 in den Festkörperheizer 14 zurückgeführt, und die teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohlepartikel werden zum Vergaser 30 befördert. Die flüchtigen Dämpfe und kondensierbaren Gase werden zur Öl- und Gaswiedergewinnungszone 22 transportiert, wo das Gas mit dem höheren BTU-Wert von den tiefer siedenden Ölen abgetrennt wird und gegebenenfalls Schwefel entfernt wird.Axis rotates to mix the solids with the coal. After completion of the pyrolysis to the desired point, the volatile vapors and condensable gases are released heat-carrying solids and the charcoal are separated. The separated solids or solids are returned to the solid-state heater 14 via a device 24, and the charcoal particles partially devolatilized become the gasifier 30 promoted. The volatile vapors and condensable gases are transported to the oil and gas recovery zone 22, where the gas with the higher BTU value is separated from the lower-boiling oils and sulfur is removed if necessary will.
In der folgenden Tabelle 1 wird die Zusammensetzung der teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreiten künstlichen Kohle, die bei drei verschiedenen Versuchen erhalten wurde, angegeben, wobei die Temperatur der Retorte während der Versuche in der obersten Spalte der Tabelle 1 steht.The following Table 1 shows the composition of the partially volatilized artificial Charcoal obtained in three different experiments, given the temperature of the retort while the tests are in the top column of Table 1.
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Versuch Nr.Attempt no.
Retortentemperatur 4 3O°C 48O°C 52O°CRetort temperature 4 30 ° C 48O ° C 52O ° C
(800°F) (900°F) (97O°F)(800 ° F) (900 ° F) (97O ° F)
in Gew.-% der künstlichen Kohle in% by weight of the charcoal
Feuchtigkeit AscheMoisture ash
flüchtiges brennbares Material fester Kohlenstoffvolatile combustible material solid carbon
Gesamt 100,0 100,0 100,0Total 100.0 100.0 100.0
Letzt (Gew.-%)Last (wt%)
Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff Stickstoff Schwefel AscheCarbon hydrogen oxygen nitrogen sulfur ash
Andere DatenOther dates
Gleichgewichtsfeuchtigkeit (Gew.-%) 10,0 10,8 9,9 Hnrdgrove-Gridabilität 78,2 49,1 45,6Equilibrium Moisture (wt%) 10.0 10.8 9.9 Hnrdgrove Gridability 78.2 49.1 45.6
HeizwerteCalorific values
Brutto, KJ/kg 27 531 29 240 30 178 (Gross, Btu/lb) (11 826) (12 560) (12 963)Gross, KJ / kg 27 531 29 240 30 178 (Gross, Btu / lb) (11 826) (12 560) (12 963)
Netto, KJ/kg 26 810 28 588 29 550 (Net. Btu/lb) (11 516) (12 280) (12 693)Net, KJ / kg 26 810 28 588 29 550 (Net.Btu / lb) (11 516) (12 280) (12 693)
Schüttdichte (1/4" χ.,0)Bulk density (1/4 "χ., 0)
gepackt, kg/m 798 752 736packed, kg / m 798 752 736
(Packed, lb/ft) (51,2) (48,8) (47,8)(Packed, lb / ft) (51.2) (48.8) (47.8)
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Beim Versuch 1 in Tabelle 1 wurde eine Wyodak-Kohle verwendet, die eine von der Wyodak-Kohle, die in den Versuchen und 2 eingesetzt wurde, verschiedene Zusammensetzung hatte.In experiment 1 in Table 1, a Wyodak coal was used, one of which had a different composition from the Wyodak charcoal used in experiments and 2.
Die Tabellen 2 bzw. 3 zeigen die Zusammensetzung des Öls und der Gase in der Pyrolysestufe der Versuche 1 bis 3.Tables 2 and 3 show the composition of the oil and the gases in the pyrolysis stage of experiments 1 to 3.
RetortentemperatürRetort temperature
Öleigenschaften
Versuch Nr. Oil properties
Attempt no.
Letzt (Gew,-%)Last (% by weight)
Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff Stickstoff Schwefel ChlorCarbon hydrogen oxygen nitrogen Sulfur chlorine
Ascheash
99,91 100,3 99,999.91 100.3 99.9
HeizwerteCalorific values
Brutto, KJ/kg 38 622 37 753 37 164Gross, KJ / kg 38 622 37 753 37 164
(Gross, Btu/lb) (16 590) (16 217) (15 964)(Gross, Btu / lb) (16 590) (16 217) (15 964)
Netto, KJ/kg 36 643 35 786 35 295Net, KJ / kg 36 643 35 786 35 295
(Net, Btu/lb) (15 740) (15 372) (15 160)(Net, Btu / lb) (15 740) (15 372) (15 160)
API-Gewicht (API=American Petroleum Institute) API weight (API = American Petroleum Institute)
primäres Öl 7,9 4,5 1,9primary oil 7.9 4.5 1.9
berechnet mit C^ 13,2 12,1 6,2calculated with C ^ 13.2 12.1 6.2
und schwerere Komponenten des Gasesand heavier components of the gas
hinzugefügtadded
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Pourpoint C 32 38 35 Pour point C 32 38 35
(°F) (90) (100) (95)(° F) (90) (100) (95)
Conradson-Kohlenstoff (Gew.-%) 7,6 9,9 11,4Conradson carbon (wt%) 7.6 9.9 11.4
2,5 10 20 30 40 502.5 10 20 30 40 50
Viskosität (SUS) Viscosity (SUS)
82°C (180°F) 99°C (21O°F)82 ° C (180 ° F) 99 ° C (210 ° F)
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TABELLE Gasanalysen TABLE of gas analyzes
Versuch Nr. 1 2 3 Experiment no. 1 2 3
Bestandteil (Mol.-%)Ingredient (mol%)
co co.co co.
C1 C 1
C2 C 2
C2_ (Ethylen)C 2 _ (ethylene)
C3 C 3
C3_ (Propylen)C 3 _ (propylene)
iC,iC,
!.uruhachiut ti irlu.1:? V.olekularyewiclit ! .uruhachiut ti irlu. 1 :? V.olekularyewiclit
Kohlenstoff (Gew.- S)Carbon (wt. S)
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berechnet mit CO2 undcalculated with CO 2 and
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Die künstlichen Kohlepartikel aus der Retorte 20 werden in den Vergaser 30 übergeführt. Der Vergaser 30 kann irgendein luftgeblasener Vergaser, z.B. wie ein Fließbett, ein Staubfluß oder ein Bewegtbett, jeweils mit oder ohne Katalysator sein. Die Temperatur, bei der die Vergasung stattfindet, ist nicht besonders kritisch.The artificial carbon particles from the retort 20 are transferred to the carburetor 30. The carburetor 30 can any air-blown gasifier such as a fluidized bed, a dust flow, or a moving bed, each with or be without a catalyst. The temperature at which the gasification takes place is not particularly critical.
In der bevorzugten exemplarischen Ausführungsform ist der Vergaser 30 ein luftgeblasener Fließbettvergaser, der bei einem mäßigen Druck betrieben wird (z.B. 2,4 bis 15 bar, 20 to 200 psig). Die künstliche Kohle (char) tritt in den Vergaser 30 bei einer Temperatur zwischen 455 bis 48O°C (850 bis 9000F) ein. Die Luft und der Dampf zur Beschickung des Vergasers 30 haben eine Temperatur von etwa 32O°C (600 F), und das Verhältnis von Dampf zu O2 beträgt ungefähr 2,6. Die Vergasung ergibt ein brennbares Gas mit einer Temperatur von ungefähr 93O°C (1700°F), und dieses Gas wird vom oberen Teil des Vergasers entnommen. Die erhaltene Asche wird vom unteren Teil entfernt und verworfen. Das Gas verläßt den Vergaser 30 und strömt durch den Wärmeaustauscher 32, der Dampf erzeugt; ein Teil des Dampfes wird in dem Vergaser 30 verwendet. Das verbrennbare Gas strömt weiter zu der Nebenproduktwiedergewinnungseinheit 34, die nach irgendeiner der üblichen Verfahren unerwünschte Bestandteile, wie z.B. Schwefel und Ammoniak, entfernt und das gewünschte brennbare Gas mit einem niederen BTU-Wert liefert. Dieses brennbare Gas setzt sich zusammen aus ungefähr 25,3 % H-,, 20,9 % CO, 11,1 % CO2, 1,7 % CH4 und 41 % N2 und hat einen Bruttoheizwert von etwa 166 BTU/SCF. Mit dem Ausdruck "Gas mit einem niederen BTU-Wert" ist ein Gas gemeint, welches sehr wenig, wenn überhaupt, Gase mit hohem BTU-Wert, wie z.B. Methan, und eine vergleichsweise große Menge an Gasen mit niederem BTU-Wert, wie z.B. H2 und CO, enthält.In the preferred exemplary embodiment, the gasifier 30 is an air-blown fluidized bed gasifier that operates at moderate pressure (e.g., 2.4 to 15 bar, 20 to 200 psig). The char (char) enters into the carburetor 30 at a temperature between 455 and 48O ° C (850 to 900 0 F). The air and steam to feed the gasifier 30 are at a temperature of about 320 ° C (600 F) and the steam to O 2 ratio is about 2.6. The gasification results in a combustible gas having a temperature of approximately 930 ° C (1700 ° F) and this gas is taken from the top of the gasifier. The ash obtained is removed from the lower part and discarded. The gas exits the gasifier 30 and passes through the heat exchanger 32 which generates steam; some of the steam is used in the carburetor 30. The combustible gas continues to by-product recovery unit 34 which, by any of the conventional methods, removes undesirable constituents such as sulfur and ammonia and provides the desired combustible gas having a lower BTU value. This combustible gas is composed of approximately 25.3% H-, 20.9% CO, 11.1% CO 2 , 1.7% CH 4 and 41% N 2 and has a gross calorific value of about 166 BTU / SCF . By the term "low BTU gas" is meant a gas which contains very little, if any, high BTU gases such as methane and a comparatively large amount of low BTU gases such as H 2 and CO.
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Das Gas mit einem niederen BTU-Wert ist für viele Zwecke anwendbar, und in einer bevorzugten exemplarischen Ausführungsform wird das Gas mit einem niederen BTU-Wert mit einem Gas aus der Pyrolysezone mit einem hohen BTU-Wert gemischt und ergibt ein Gas mit einem mittleren BTU-Wert, das einen Heizwert von etwa 250 BTU pro standard cubic foot hat.The low BTU gas is for many purposes is applicable, and in a preferred exemplary embodiment, the gas is low BTU mixed with a gas from the pyrolysis zone with a high BTU value and results in a gas with a medium BTU value, which has a calorific value of around 250 BTU per standard cubic foot.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird wenigstens ein Teil des Gases mit einem niederen BTU-Wert durch den Wärmeaustauscher 36, der zur Kühlung des zur Nebenproduktw.-.edergewinnungs einheit 34 fließenden brennbaren Gases beiträgt und der dementsprechend das Gas vor seinem Eintritt in den der Gasturbine 54 benachbarten Verbrennungsbrenner 52 wieder aufheizt, geleitet. Es ist erwünscht, daß das Gas in den Brenner 52 bei annäht und 19,6 bar (280 psia)eingeführt wird.In another preferred embodiment, at least a portion of the low BTU gas through heat exchanger 36 used to cool the byproduct water recovery unit 34 contributes flowing combustible gas and accordingly the gas before its entry into which the combustion burner 52 adjacent to the gas turbine 54 is heated again. It is desirable that the gas is sewn into the burner 52 at 19.6 bar (280 psia).
daß das Gas in den Brenner 52 bei annähernd 205 C (400 F)that the gas in the burner 52 is at approximately 205 C (400 F)
Luft wird bis etwa 14 bar (200 psia) in dem Kompressor 58 unter Druck gesetzt, und ein Teil dieser Luft wird in einen anderen Luftkompressor 42 eingespeist, welcher seinerseits die Luft noch weiter komprimiert (bis etwa 28 bar bzw. 400 psia), und diese komprimierte Luft wird in Dampf gemischt und mit dem Vergaser 30 verwendet. Es wird festgestellt, daß der Luftkompressor 42, der auf den Vergaser 30 hohen Druck ausübt, seine Energie durch die Turbine 40 aus einem Teil des in dem Wärmeaustauscher erzeugten Dampfes erhält. Der verbrauchte Dampf aus der Turbine 40 fließt durch den Kondensator 44 und wird durch die Pumpe 46 als Kondensat ausgetragen.Air is pressurized to about 14 bar (200 psia) in compressor 58 and some of that air becomes fed into another air compressor 42, which in turn, the air is compressed even further (to about 28 bar or 400 psia), and this compressed air becomes mixed in steam and used with the 30 carburetor. It is noted that the air compressor 42 based on the Carburetor 30 exerts high pressure, its energy through turbine 40 from part of the in the heat exchanger generated steam receives. The spent steam from turbine 40 flows through condenser 44 and is through the pump 46 discharged as condensate.
Ein anderer Teil der komprimierten Luft aus dem Luftkompressor 58 wird in den Verbrennungsbrenner 52 eingespeist zur Verwendung in der Verbrennungsturbine 54, die sowohl elektrischen Strom erzeugt als auch den LuftkompressorAnother portion of the compressed air from the air compressor 58 is fed into the combustion burner 52 for use in the combustion turbine 54 which generates both electrical power and the air compressor
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58 antreibt.58 drives.
Gegebenenfalls kann ein Teil des in dem Wärmeaustauscher 32 erzeugten Dampfes zur zusätzlichen Energieerzeugung in die HiIfsdampfturbine 60 geleitet werden. Der aus der Turbine 6O ausgetragene Dampf wird durch den Kondensator 62 geführt und kann entweder als Kondensat ausgetragen werden oder als Alternative wird das Kondensat in den Wärmeaustauscher 66 über die Pumpe 64 eingespeist, um wieder Dampf zur Rezyklisierung in die Turbine 60 zu erzeugen. Der Wärmeaustauscher 66 wird mit dem ausgetragenen, aber noch heißem Abgas aus der Gasturbine 54 versorgt.If necessary, some of the steam generated in the heat exchanger 32 can be used to generate additional energy are fed into the auxiliary steam turbine 60. The out The steam discharged from the turbine 6O is passed through the condenser 62 and can either be used as condensate be discharged or, as an alternative, the condensate is fed into the heat exchanger 66 via the pump 64 fed to generate steam again for recycling in the turbine 60. The heat exchanger 66 is with the discharged, but still hot exhaust gas from the gas turbine 54 is supplied.
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