DE3130031A1 - METHOD FOR GASIFYING COAL - Google Patents

METHOD FOR GASIFYING COAL

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DE3130031A1 DE19813130031 DE3130031A DE3130031A1 DE 3130031 A1 DE3130031 A1 DE 3130031A1 DE 19813130031 DE19813130031 DE 19813130031 DE 3130031 A DE3130031 A DE 3130031A DE 3130031 A1 DE3130031 A1 DE 3130031A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung von Kohle mit Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in einer ersten Vergasungsstufe, vorzugsweise in einem Winkler-Generator, bei Temperaturen unterhalb des Schlackenerweichungspunktes in dem Bereich von etwa 800 bis 1200 0C und Drucken im Bereich von 1 bis 100 bar unter Bildung eines Wasserstoff, Kohlenmonoxid und kohlenstoffhaltiges Feingut enthaltenden Gases und weitere Vergasung des kohlenstoffhaltigen Feinguts in einer zweiten Vergasungsstufe.The invention relates to a method for gasifying coal with oxygen, air or oxygen-enriched air and water vapor and / or carbon dioxide in a first gasification stage, preferably in a Winkler generator, at temperatures below the slag softening point in the range from about 800 to 1200 0 C and pressures in the range from 1 to 100 bar with the formation of a gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon-containing fines and further gasification of the carbon-containing fines in a second gasification stage.

Bei der Kohlevergasung in der Wirbelschicht, z.B. in einem Winkler-Generator, wird mit dem rohen Produktgas kohlenstoffhaltiges Feingut aus dem Generator ausgetragen, wodurch ein Teil des eingesetzten Kohlenstoffs für die Vergasung verloren geht. Bei reaktiven Kohlen, wie Braunkohle, kann dieser Anteil in der Asche 20 % betragen, bei weniger reaktiven Kohlen, wie Steinkohlen, bis zu 50 %. Der Verlust ist umso größer, je höher der Aschegehalt der eingesetzten Kohle ist. Da aschereiche Kohlen wegen ihres günstigen Preises zur Vergasung besonders geeignet sind, wäre es von Vorteil, die durch den Feingutaustrag bedingte Minderausnutzung der eingesetzten Kohle zu verringern oder sogar zu beseitigen. Der Kohlenstoff in diesem teilvergasten Austrag liegt teilweise in graphitischer Form vor und ist zwar verbrennungsfähig, verhält sich jedoch bei einer Vergasung verhältnismäßig reaktionsträge.In the case of coal gasification in a fluidized bed, for example in a Winkler generator, carbon-containing fine material is discharged from the generator with the raw product gas, as a result of which part of the carbon used for the gasification is lost. In the case of reactive coals, such as lignite, this proportion in the ash can be 20 % , in the case of less reactive coals, such as hard coal, up to 50 %. The higher the ash content of the coal used, the greater the loss. Since ash-rich coals are particularly suitable for gasification because of their low price, it would be advantageous to reduce or even eliminate the underutilization of the coal used due to the discharge of fines. The carbon in this partially gasified discharge is partly in graphitic form and is indeed combustible, but is relatively inert when gasified.

Es sind die folgenden Maßnahmen bekannt, um den Kohlenstoffgehalt des teil vergasten Feingutaustrags einer Verwertung zu-The following measures are known in order to recycle the carbon content of the partially gasified fines

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zuführen:respectively:

1. Der kohlenstoffhaltige Austrag wird in dem Wirbelschichtgenerator nachgeschalteten Heißzyklonen abgeschieden und in den Generator zurückgeführt. Diese zurückgeführten Ascheteilchen werden wegen ihrer geringen Größe sehr schnell wiederum ausgetragen, und da ihr Kohlenstoffgehalt, insbesondere bei der Vergasung von Steinkohlen, überwiegend als reaktionsträger Graphit vorliegt, läßt sich auch bei mehrfacher Rezirkulation in den Vergaser keine wesentliche Steigerung der Kohlenstoffausnutzung erreichen.1. The carbon-containing discharge is in the fluidized bed generator downstream hot cyclones separated and fed back into the generator. These returned ash particles are due to their small size very quickly again discharged, and there Their carbon content, especially in the gasification of hard coal, is predominantly in the form of graphite that is not very reactive even with multiple recirculation in the carburetor no significant Achieve increase in carbon utilization.

2. Die aus dem Produktgas abgeschiedenen Ascheteilchen werden zusammen mit einem anderen Brennstoff, z.B. Kohlenstaub, in herkömmlichen Dampferzeugern verbrannt. Der so erzeugte Dampf dient meistens dazu, das bei der Kohlevergasung gebildete Kohlenmonoxid in einer besonderen Anlage zu konvertieren oder Turbinen anzutreiben. 2. The ash particles separated from the product gas are used together with another fuel, e.g. coal dust, in conventional Burned steam generators. The steam generated in this way is mostly used to remove the carbon monoxide formed during coal gasification to convert or drive turbines in a special system.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Kohlenstoffausnutzung bei der Kohlevergasung in der Wirbelschicht, insbesondere im Winkler-Generator, durch Ausnutzung des Kohlenstoffgehaltes des Flugstaubaustrags für die Vergasung durch Bildung von vorwiegend weiterem Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Außerdem soll dadurch der Vergasungsgrad, d.h. das Verhältnis der im Produktgas enthaltenen Wärme zu der in der eingesetzten Kohle gebundenen Wärme gesteigert werden. Schließlich sollen umweltschädliche Begleitstoffe der Kohle, wie Schwefelverbindungen, in eine unschädliche deponiefähige Form gebracht werden.The present invention aims to improve the carbon utilization in coal gasification in the fluidized bed, especially in the Winkler generator, by utilizing the carbon content of the flue dust discharge for gasification through the formation of mainly more carbon monoxide and hydrogen. In addition, the degree of gasification, i.e. the ratio the heat contained in the product gas can be increased to the heat bound in the coal used. After all, supposed to environmentally harmful accompanying substances in coal, such as sulfur compounds, be brought into a harmless, landfillable form.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man in der zweiten Vergasungsstufe das kohlenstoffhaltige Feingut in einem Wirbel vergaser bei Temperaturen oberhalb des Schlackenfließpunktes, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1450 und 1850 0C, vergast und dadurch den gesamten Kohlenstoff-Vergasungsgrad beider Stufen auf über 90 % steigert. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist somit die Vergasung des relativ reaktionsträgen Kohlenstoffs des Feingutaustrags der ersten Vergasungsstufe unter Bildung flüssiger Schlacke in einem Wirbelvergaser. Der Feingut/Vergasungsmittelstrom wird tangential in die Wirbel-Vergasungskammer eingeführt, so daß sich in der Kammer eine spiral ige Gasströmung hoher Geschwindigkeit ausbildet. Bei den in der Wirbelkammer herrschenden hohen Temperaturen wird auch der reaktionsträge Kohlenstoff der Flugascheteilchen aus der ersten Vergasungsstufe fast vollständig vergast. Es wurde festgestellt, daß die Flugascheteilchen auf ihrer Bahn in der Wirbelkammer ständig an Größe verlieren und Schlacketröpfchen bilden, die unter Einwirkung der im Wirbel herrschenden Zentrifugalkraft auf die Innenwand der Wirbelkammer geschleudert werden, so daß sich auf der Wandung ein Schlackenfilm bildet. Der Film läuft kontinuierlich von der Wandung ab. Die auf dem schwach geneigten Boden angesammelte flüssige Schlacke läuft in eine zweite Kammer ab, die unter dem gleichen Druck wie die Wirbel-Vergasungskammer steht. Das Wandmaterial des Wirbel Vergasers kann z.B. aus Siliziumkarbid bestehen. Im Ergebnis wird der Kohlenstoffgehalt der Flugascheteilchen weitgehend vergast, so daß die aus der Wirbelkammer ablaufende Schlacke einen sehr geringen RestkohlenstoffgehaltAccording to the invention, this object is achieved in the above-mentioned method in that in the second gasification stage the carbonaceous fine material is gasified in a vortex gasifier at temperatures above the slag flow point, preferably at temperatures between 1450 and 1850 0 C, and thereby the total degree of carbon gasification of both Increases levels to over 90 % . An essential feature of the invention is therefore the gasification of the relatively inert carbon of the fines discharge of the first gasification stage with the formation of liquid slag in a vortex gasifier. The fines / gasification agent flow is introduced tangentially into the vortex gasification chamber, so that a spiral gas flow of high speed is formed in the chamber. At the high temperatures prevailing in the vortex chamber, the inert carbon of the fly ash particles from the first gasification stage is almost completely gasified. It was found that the fly ash particles constantly lose size on their path in the vortex chamber and form slag droplets which, under the action of the centrifugal force prevailing in the vortex, are thrown onto the inner wall of the vortex chamber, so that a film of slag forms on the wall. The film runs off the wall continuously. The liquid slag collected on the gently sloping floor drains into a second chamber that is under the same pressure as the vortex gasification chamber. The wall material of the vortex gasifier can consist of silicon carbide, for example. As a result, the carbon content of the fly ash particles is largely gasified, so that the slag running off from the vortex chamber has a very low residual carbon content

aufweist. Der gesamte Vergasungsgrad wird wesentlich erhöht, z.B. von 70 bis 75 % für einen Winkler-Generator alleine auf über 90 %, vorzugsweise auf über 95 0L Besonders überraschend ist es, daß trotz des vergleichsweise geringen Volumens des Wirbelvergasers und damit einer geringen Verweilzeit der Vergasungskomponenten in dem Vergaser eine weitestgehende Abtrennung von Schlacketröpfchen aus dem Gas erreicht wird.having. The total degree of gasification is significantly increased, for example from 70 to 75 % for a Winkler generator alone to over 90 %, preferably to over 95 ° L. It is particularly surprising that despite the comparatively small volume of the vortex gasifier and thus a short residence time of the gasification components In the gasifier, the greatest possible separation of slag droplets from the gas is achieved.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung scheidet man das kohlenstoffhaltige Feingut aus dem Abgas der ersten Vergasungsstufe ab und führt es zusammen mit frischem Vergasungsmittel in den Wirbelvergaser ein. Durch diese Zwischenabscheidung des Austrags aus der ersten Vergasungsstufe ergibt sich ein von der ersten Vergasungsstufe unabhängiger Betrieb des Wirbel Vergasers. Insbesondere kann bei gegebener Kapazität der Gesamtanlage der Wirbel vergaser größenmäßig reduziert werden, da der Gasdurchsatz wesentlich geringer ist als bei unmittelbarer Kopplung des Wirbel Vergasers an die erste Vergasungstufe. Das Ausmaß der Vergasung kann sich sehr unterschiedlich auf die beiden Vergasungsstufen verteilen. Im allgemeinen wird der Hauptanteil der Vergasung in der ersten Stufe erfolgen. In speziellen Fällen kann aber eine als erste Stufe dienende Wirbelschicht hauptsächlich zur Trocknung, Zerkleinerung und Entgasung und nur in geringem Maße zur Vergasung der aufgegebenen Kohle dienen, so daß dann aer Hauptanteil der Vergasung im Wirbelvergaser erfolgt.According to the preferred embodiment of the invention, the carbon-containing fine material is separated from the exhaust gas from the first gasification stage and is introduced into the vortex gasifier together with fresh gasification agent. This intermediate separation of the discharge from the first gasification stage results in the vortex gasifier operating independently of the first gasification stage. In particular, for a given capacity of the overall system, the vortex gasifier can be reduced in size, since the gas throughput is significantly lower than when the vortex gasifier is directly coupled to the first gasification stage. The extent of gasification can be distributed very differently between the two gasification stages. In general, most of the gasification will take place in the first stage. In special cases, however, serving as a first stage fluidized bed can be used mainly for drying, crushing and degasification and only to a small extent for the gasification of coal discontinued, so that then aer major part of the gasification takes place in the fluidized carburetor.

Man kann dem Wirbel vergaser zusätzlich zu dem Feingut-You can use the vortex carburetor in addition to the fines

austrag der ersten Stufe auch gemahlene Kohle und/oder Asche vom Bodenaustrag der ersten Vergasungsstufe, insbesondere eines Winkler-Generators, zuführen. Bei Flugaschen mit einem geringeren Kohlenstoffgehalt als etwa 40 bis 60 Gew.-% kann es erforderlich sein, neben der Flugasche einen Brennstoff mit zu verbrennen. Dieser Brennstoff ist zweckmäßigerweise gemahlene Kohle. Wenn Asche aus dem Bodenaustrag des Winkler-Generators dem Wirbel vergaser zugeführt wird, ist im allgemeinen die gleichzeitige Einförderung von Feinkohle erforderlich, da diese Asche kohlenstoffärmer als Flugasche ist. Darüber hinaus können zur Erhöhung der Schwefel einbindung in die Schlacke und/oder zur Herabsetzungdes Schlackenfließpunktes Kalk und/oder Dolomit in feinteiliger Form in den Wirbelvergaser eingeblasen werden.discharge of the first stage also ground coal and / or ash from the bottom discharge of the first gasification stage, in particular one Winkler generator. It may be necessary for fly ashes with a carbon content less than about 40 to 60% by weight be able to burn a fuel in addition to the fly ash. This fuel is expediently ground coal. if Ash from the bottom discharge of the Winkler generator and the vortex gasifier is fed, the simultaneous feed of fine coal is generally required, since this ash is lower in carbon than Fly ash is. It can also be used to increase the level of sulfur binding into the slag and / or to lower the slag pour point Lime and / or dolomite in finely divided form in the vortex gasifier be blown in.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kühlt man das aus dem Wirbel vergaser abströmende Gas schnell auf unter den Schlackenfließpunkt ab, scheidet aus dem Gas Flugasche ab und führt diese pneumatisch in den Wirbel vergaser zurück. Die schnelle Abkühlung des aus dem Wirbel vergaser austretenden Gases erfolgt zweckmäßigerweise durch indirekten Wärmeaustausch mit Kessel speisewasser. Soweit das Gas feinte.il ige Schlacketröpfchen aus dem Wirbel vergaser ausgetragen hat, erstarren diese durch die Kühlung im Gasstrom, ohne Anbackungen in der Rohrleitung zu verursachen. Diese relativ geringe Menge feinteiliger Feststoffe wird anschließend in einem Heißzyklon abgeschieden, bevor das Gas z.B. in einem Abhitzekessel weiter abgekühlt wird. Die pneumatische Rückführung des abgeschiedenen Flugstaubs kann beispielsweiseAccording to the preferred embodiment of the method, the gas flowing out of the vortex gasifier is rapidly cooled to below the slag flow point, fly ash separates from the gas off and pneumatically returns it to the vortex carburetor. The rapid cooling of the gas exiting the vortex gasifier is expediently carried out by indirect heat exchange with boiler feed water. As far as the gas is fine, fine slag droplets has discharged from the vortex carburetor, these solidify through cooling in the gas flow without causing caking in the pipeline. This relatively small amount of finely divided solids is then separated in a hot cyclone before the gas is further cooled, e.g. in a waste heat boiler. The pneumatic Return of the separated fly ash can for example

mit gekühltem Rohgas aus dem Wirbelvergaser erfolgen, jedoch kann hierzu auch Vergasungsmittel dienen.take place with cooled raw gas from the vortex gasifier, however gasification agent can also be used for this purpose.

Vorzugsweise vereinigt man das aus dem Wirbel vergaser abströmende Gas nach Kühlung und Flugstaubabscheidung mit dem Produktgas der ersten Vergasungsstufe nach dessen Kühlung und Feingutabscheidung. Zweckmäßigerweise erfolgt die Vereinigung, nachdem beide Gasströme nach Passieren getrennter Abhitzekessel und weiterer Kühl aggregate etwa die gleiche Temperatur haben. Diese Vereinigung ist zu empfehlen, wenn das aus dem Wirbel vergaser abströmende Gas der gleichen Verwertung wie das Produktgas der ersten Vergasungsstufe zugeführt werden kann.Preferably one combines the carburetor from the vortex outflowing gas after cooling and airborne dust separation with the product gas of the first gasification stage after its cooling and Fine material separation. The combination expediently takes place after the two gas streams have passed through separate waste heat boilers and other cooling units have approximately the same temperature. This association is recommended if the carburetor from the vortex outflowing gas can be fed to the same utilization as the product gas of the first gasification stage.

Nach der bevorzugten Ausflihrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man das Feingut mit dem Vergasungsmittel in eine Wirbel-Vergasungskammer mit im wesentlichen vertikaler Achse tangential ein und führt das gebildete Gas exzentrisch achsial nach oben und die flüssige Schlacke achsial nach unten aus der Kammer ab. Das Feingut/Vergasungsmittel-Gemisch bewegt sich im Vergaser im wesentlichen auf einer spiralförmigen Bahn. Dabei strömt das gebildete Gas dem in der Decke der Vergaserkammer exzentrisch angeordneten Austrittsstutzen zu, während die aus den Feingutteilchen sich bildenden Schlacketröpfchen zum größten Teil auf die Wandung geschleudert werden und von dort dem zentralen Schlackeaustritt im Boden der Vergaserkammer zufließen. Als Vergasungsmittel dient hauptsächlich vorgewärmte Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technischer Sauerstoff. Daneben können auchAccording to the preferred embodiment of the process according to the invention, the fine material with the gasification agent is introduced tangentially into a vortex gasification chamber with an essentially vertical axis and the gas formed is eccentrically axially upwards and the liquid slag axially downwards from the chamber. The fines / gasifying agent mixture moves in the gasifier essentially on a spiral path. The gas that is formed flows to the eccentric outlet nozzle in the ceiling of the gasification chamber, while most of the slag droplets formed from the fine material are thrown onto the wall and flow from there to the central slag outlet in the bottom of the gasification chamber. The main gasification agent used is preheated air, air enriched with oxygen or technical oxygen. Besides that, you can also

Kohlendioxid und ggfs. Wasserdampf eingesetzt werden, überraschenderweise hat sich gezeigt, daß der als Feingut in den Vergaser gelangende Kohlenstoff fast vollständig in die Gasphase übergeht und die flüssige Schlacke sehr kohlenstoffarm ist. Trotz der geringen Höhe und des geringen Volumens des Wirbel Vergasers erfolgt demnach eine fast vollständige Kohlenstoffvergasung im Gasraum.Carbon dioxide and, if necessary, steam are used, surprisingly it has been shown that the carbon entering the gasifier as fine material is almost completely converted into the gas phase and the liquid slag is very low in carbon. Despite the low The height and the small volume of the vortex carburetor takes place accordingly an almost complete carbon gasification in the gas space.

Zweckmäßigerweise wird die aus dem Wirbel vergaser ablaufende Schlacke durch Berührung mit Wasser granuliert und abgekühlt. Hierzu fließt die Schlacke aus dem Wirbel vergaser in eine darunter befindliche zweite Kammer, in der sie mit Wasser besprüht wird. Das in der zweiten Kammer gesammelte Wasser/Granulat-Gemisch wird von Zeit Zu Zeit in eine dritte Kammer abgezogen. Man erhält den größeren Teil der Schlacke in einer· granulierten und glasierten Form, aus der schädliche Stoffe, wie Schwefelverbindungen, nicht mehr ausgewaschen werden. Diese Schlacke ist daher deponiefähig und eignet sich zur Verwendung im Straßenbau und als Zuschlagstoff im Bausektor. Arbeitet der Wirbel vergaser ebenso wie die erste Vergasungsstufe unter Druck, dient diese dritte Kammer für den Schlackenaustrag zugleich als Druckschleuse.Appropriately, the carburetor from the vortex draining slag granulated by contact with water and cooled. For this purpose, the slag flows out of the vortex gasifier into a second chamber below, in which it is sprayed with water. The water / granulate mixture collected in the second chamber is withdrawn from time to time into a third chamber. The greater part of the slag is obtained in a granulated form and glazed form from which harmful substances such as sulfur compounds are no longer washed out. This slag is therefore Can be dumped and is suitable for use in road construction and as an aggregate in the construction sector. The vortex carburetor works in the same way like the first gasification stage under pressure, this third chamber also serves as a pressure lock for slag discharge.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens-führt man das die erste Vergasungsstufe verlassende Gas mit dem enthaltenen Feingut zusammen mit weiterem Vergasungsmittel, vorzugsweise Luft und/oder Sauerstoff, unmittelbar dem Wirbel vergaser zu. Bei dieser unmittelbaren Ankopplung des Wirbel-Vergasers an die erste Vergasungsstufe ist der Wirbel vergaser natur-In another embodiment of the method according to the invention, that which leaves the first gasification stage is carried out Gas with the contained fine material together with further gasification agent, preferably air and / or oxygen, directly to the Vortex carburetor closed. With this direct coupling of the vortex carburetor at the first gasification stage the vortex carburetor is natural

gemäß für einen erhöhten Gasdurchsatz im Vergleich zur ersten Vergasungsstufe ausgelegt.· Die Anlagekosten für die Gaskühlung und Feststoffabscheidung aus dem Gas verringern sich jedoch, da keine getrennte Behandlung der Gase aus den beiden Vergasungsstufen erforderlich ist.according to an increased gas throughput compared to the first gasification stage · The system costs for gas cooling and solids separation from the gas are reduced, however, since none separate treatment of the gases from the two gasification stages is required.

Zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zei genTwo embodiments of the method according to the invention are described in more detail below with reference to the drawing. It demonstrate

Figur 1 ein schematisches Fließbild einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemä'ßen Verfahrens mit Zwischenabtrennung des aus der ersten Vergasungsstufe ausgetragenen Feinguts;FIG. 1 shows a schematic flow diagram of a plant for carrying out the method according to the invention with intermediate separation the fines discharged from the first gasification stage;

Figur 2 ein schematisches Fließbild des Wirbel Vergasers mit den zugeordneten Apparaten, soweit diese in Figur 1 nicht dargestellt sind;Figure 2 is a schematic flow diagram of the vortex gasifier with the associated apparatus, insofar as these are not shown in FIG. 1;

Figur 3 ein schematisches Fließbild einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Zwischenabtrennung des aus der ersten Vergasungsstufe ausgetragenen Feinguts von dem Gas;FIG. 3 shows a schematic flow diagram of a plant for carrying out the method according to the invention without intermediate separation the fines discharged from the first gasification stage from the gas;

Figur 4 einen Horizontalschnitt des Wirbel Vergasers, der beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird; undFigure 4 is a horizontal section of the vortex carburetor, which is used in the method according to the invention; and

Figur 5 einen Achsial schnitt des Wirbel Vergasers nach Figur 4 mit den nachgeschalteten Behältern zur Kühlung,Figure 5 is an axial section of the vortex carburetor according to Figure 4 with the downstream containers for cooling,

Granulierung und Austragung der Schlacke.Granulation and discharge of the slag.

Bei der Ausführungsform nach Figur 1 wird Kohle im Korngrößenbereich von 0 bis 8 mm über einen Behälter 30 in einen Schleusenbehälter 31 gefüllt, dort mit C02/N2 bespannt und dann chargenweise in den Beschickungsbehälter 32 gegeben. Aus dem Beschickungsbehälter 32 wird die Kohle durch eine Schnecke 33 kontinuierlich in einen Wirbelschichtvergaser 34 bei einem Druck von 4 bar gefördert, dem durch Leitung 35 an mehreren Stellen (nicht dargestellt) Vergasungsmittel, d.h. Wasserdampf und vorgewärmte Luft/Sauerstoff zugeführt werden. In dem Wirbelschichtvergaser 34 erfolgt neben einer Trocknung und Korngrößenverringerung eine teilweise Vergasung der aufgegebenen Kohle. Die sich im Unterteil des Vergasers sammelnde kohlenstoffarme-Asche wird durch die Schnecke 36 wechselweise in zwei Schleusenbehälter 37a,37 ausgetragen, entspannt und aus dem Prozess abgegeben. Das in dem Vergaser 34 erzeugte Gas gelangt mit dem aus dem Vergaser ausgetragenen Feingut durch Gasleitung 38 in den Abhitzekessel Dort wird ein Teil des im Gas enthaltenen Feinguts abgeschieden und im Schleusenbehälter 40 gesammelt. Nach dem Abhitzekessel durchströmt das Gas einen Zyklon 41, in dem weiteres Feingut abgeschieden wird, das in dem Schleusenbehälter 42 gesammelt wird. Das Gas wird dann in einer Venturianlage 43 zur weiteren Reinigung mit Wasser gewaschen und anschließend werden aus dem Gas in einem Separator 44 Wassertröpfchen abgeschieden. Dann wird das Rohgas zur weiteren Verarbeitung aus der Anlage abgegeben. Das in den Schleusenbehältern 40,42 gesammelte Feingut wird inIn the embodiment according to FIG. 1, coal in the grain size range from 0 to 8 mm is filled into a lock container 31 via a container 30, covered there with C0 2 / N 2 and then fed into the charging container 32 in batches. From the charging container 32, the coal is continuously conveyed by a screw 33 into a fluidized bed gasifier 34 at a pressure of 4 bar, to which gasification agents, ie steam and preheated air / oxygen, are fed through line 35 at several points (not shown). In the fluidized-bed gasifier 34, in addition to drying and grain size reduction, partial gasification of the coal fed in takes place. The low-carbon ash that collects in the lower part of the gasifier is alternately discharged by the screw 36 into two lock containers 37 a , 37, relaxed and discharged from the process. The gas generated in the gasifier 34 passes with the fine material discharged from the gasifier through the gas line 38 into the waste heat boiler. There, part of the fine material contained in the gas is separated off and collected in the lock container 40. After the waste heat boiler, the gas flows through a cyclone 41, in which further fine material is separated, which is collected in the lock container 42. The gas is then washed with water in a venturi system 43 for further purification, and then water droplets are separated from the gas in a separator 44. Then the raw gas is released from the plant for further processing. The fine material collected in the lock containers 40, 42 is in

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einer Wirbelvergasungsanlage 50 vergast, die nachfolgend näher erläutert wird. Das dabei erzeugte Rohgas wird mit dem gereinigten Rohgas aus der ersten Vergasungsstufe vereinigt; die gebildete Schlacke wird in granulierter Form aus dem Prozess abgegeben.a vortex gasification system 50 gasified, the following in more detail is explained. The raw gas generated in this way is combined with the purified raw gas from the first gasification stage; the educated Slag is released from the process in granulated form.

Nach Figur 2 wird das abgeschiedene Feingut, ggfs. im Gemisch mit feingemahlener Kohle, aus einem Feingutbehälter in einen Ejektor 52 eindosiert, der mit z.B. Luft/Kohlendioxid betrieben wird. Durch den Treibmittel strom wird das Feingut in eine Beschickungswirbelschicht 53 gefördert, aus der es mit dem Treibmittelstrom kontrolliert tangential in den Wirbelvergaser eingeblasen wird. Um intensive Vergasungsbedingungen zu erreichen, wird dem Wirbel vergaser 20 vorgewärmte Luft und/oder Sauerstoff als Vergasungsmittel zugeführt. Wie bereits oben erwähnt, kann zusätzlich mit dem aus der ersten Stufe ausgetragenen Feingut auch feingemahlene Kohle über die Apparate 51a,52a in den Wirbelvergaser eingefördert werden. In dem Wirbelvergaser 54 wird oberhalb des Schlackenschmelzpunktes das kohlenstoffhaltige Material weitgehend vergast. Die flüssige Schlacke sammelt sich am Boden, läuft in den Behälter 22 und wird über den Schleusenbehälter 26 aus der Anlage abgezogen, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Das im Wirbel vergaser 20 erzeugte Gas durchströmt zunächst einen Kühler 54, in dem es unter den Schlackenschmelzpunkt abgekühlt wird, so daß der geringe Anteil der aus dem Vergaser 20 ausgetragenen kleinen Schlacketröpfchen im Gasstrom erstarrt. Der Gasstrom passiert dann einen Zyklon 55, in dem festes Material abgeschieden wird. Das abgeschiedene feste Material gelangt über die Schleusen-According to FIG. 2, the separated fine material, possibly mixed with finely ground coal, is metered from a fine material container into an ejector 52 which is operated with, for example, air / carbon dioxide. Through the flow of propellant, the fine material is conveyed into a feed fluidized bed 53, from which it is blown tangentially into the fluidized bed gasifier in a controlled manner with the propellant flow. In order to achieve intensive gasification conditions, the vortex gasifier 20 is supplied with preheated air and / or oxygen as a gasification agent. As already mentioned above, with the fine material discharged from the first stage, finely ground coal can also be fed into the vortex gasifier via the apparatuses 51 a , 52 a. In the vortex gasifier 54, the carbonaceous material is largely gasified above the slag melting point. The liquid slag collects on the bottom, runs into the container 22 and is withdrawn from the system via the lock container 26, as will be explained in more detail below. The gas generated in the vortex gasifier 20 first flows through a cooler 54, in which it is cooled below the slag melting point, so that the small proportion of the small slag droplets discharged from the gasifier 20 solidifies in the gas flow. The gas flow then passes through a cyclone 55 in which solid material is separated out. The separated solid material passes through the lock

behälter 56,57 zu einem Beschickungsapparat 58, mit dem das abgeschiedene Material in einen Produktgasstrom eingespeist wird, durch den es pneumatisch in den Wirbel vergaser 20 zurückgeführt wird. Der so gereinigte Gasstrom passiert dann in ähnlicher Weise wie das Produktgas aus dem Wirbelschichtvergaser einen Abhitzekessel 59 sowie zur Naßreinigung einen mit Wasser beaufschlagten Venturiwäscher 60 und einen nachgeschalteten Separator 61. Dann wird das Gas, wie oben erwähnt, mit dem Hauptgasstrom aus dem Wirbelschichtvergaser vereinigt. Es kann aber auch in einer Verbrennungskammer verbrannt werden, mit deren Verbrennungsgasen eine Turbine beaufschlagt wird.container 56,57 to a loading apparatus 58, with which the separated Material is fed into a product gas stream through which it is pneumatically returned to the vortex gasifier 20 will. The gas stream purified in this way then passes through a waste heat boiler in a manner similar to that of the product gas from the fluidized bed gasifier 59 as well as a venturi scrubber 60 exposed to water and a downstream separator 61 for wet cleaning. Then the gas, as mentioned above, is combined with the main gas flow from the fluidized bed gasifier. But it can also be in a combustion chamber are burned, with the combustion gases of which a turbine is applied.

In Figur 3 wurden für gleiche Apparate die gleichen Bezugszahlen wie in den Figuren 1 und 2 benutzt. Bei dieser Ausführungsform strömt das den Wirbelschichtvergaser 34 verlassende, mit Feingut beladene Gas durch Leitung 38 direkt in den Wirbelvergaser 20, der in diesem Falle wesentlich größer ausgebildet sein muß als bei der Ausführungsform des Verfahrens nach Figur 1. Im übrigen wird die Schlacke aus dem Wirbelvergaser 20 in gleicher Weise abgezogen und granuliert, wie in Figur 2 dargestellt ist. Der Gasstrom aus dem Wirbel vergaser 20 wird nach dem Kühler 54 und der Feststoffabtrennung in dem Zyklon 55 einem Abhitzesystem 39 zugeführt, in dem der größte Teil des Wärmeinhalts des Gases zur Dampferzeugung ausgenutzt wird. Hierbei wird wie bei der Ausführungsform nach Figur 1 noch weiterer Feststoff abgeschieden, der in dem Behälter 40 gesammelt und ebenso wie das in dem Zyklon abgeschiedene Feststoffmaterial mittels einer Zellenradschleuse 40a In FIG. 3, the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 have been used for the same apparatus. In this embodiment, the gas leaving the fluidized bed gasifier 34 and loaded with fine material flows through line 38 directly into the fluidized bed gasifier 20, which in this case must be made much larger than in the embodiment of the method according to FIG. 1. Otherwise, the slag from the fluidized bed gasifier 20 drawn off and granulated in the same way, as shown in FIG. The gas flow from the vortex gasifier 20 is fed after the cooler 54 and the solids separation in the cyclone 55 to a waste heat system 39 in which most of the heat content of the gas is used to generate steam. Here, as in the embodiment according to FIG. 1, further solid matter is deposited, which is collected in the container 40 and, like the solid material deposited in the cyclone, by means of a rotary valve 40 a

313003]313003]

in einen Ejektor 40 in einem Gasstrom eingespeist wird, der das abgeschiedene Gut pneumatisch in den Wirbelvergaser 20 zurückführt. Das Gas wird dann wie bei der Ausführungsform nach Figur 1 in dem Venturiwäscher 43 gewaschen, in dem Separator 44 von mitgerissenen Tröpfchen befreit und als Produktgas abgegeben.is fed into an ejector 40 in a gas stream that the The separated material is pneumatically returned to the vortex gasifier 20. The gas is then as in the embodiment of Figure 1 in washed in the venturi scrubber 43, freed of entrained droplets in the separator 44 and released as product gas.

Nach den Figuren 4 und 5 weist der Wirbel vergaser einen tangentialen Stutzen 20a auf, dem das Flugasche/Vergasungsmittel-Gemisch durch Leitung 16 zugeführt wird. Das Gemisch bewegt sich in dem Vergaser auf einer spiralförmigen Bahn zu dem exzentrisch angeordneten Gasaustrittsstutzen 20 , wobei die Flugascheteilchen den intensiven Vergasungsbedingungen ausgesetzt sind, unter denen ihr Kohlenstoffgehalt weitgehend vergast wird und die Teilchen 28 an Größe verlieren und in den flüssigen Zustand übergehen. Während das Gas durch Stutzen 20 den Wirbel vergaser verläßt und durch Leitung 18 abgeführt wird, sammelt sich die flüssige Schlacke auf dem zur Vergaserachse schwach geneigten Vergaserboden 20 . Die flüssige Schlacke fließt durch den Stutzen 20c in den Behälter 22 und wird dabei durch die Düsen 23 intensiv mit Wasser besprüht, so daß eine Abschreckung und Granulierung der Schlacke erfolgt. Das Wasser wird den Düsen 23 durch die Ringleitung 24 zugeführt. Der unter dem gleichen Druck wie der Wirbel vergaser 20 stehende Behälter 22 wird von Zeit zu Zeit in den Behälter 26 entleert. Falls der Wirbelvergaser 20 unter überdruck gefahren wird, kann der Behälter 26 unter Benutzung der Ventile 25 und 27 als Druckschleuse dienen.According to FIGS. 4 and 5, the vortex gasifier has a tangential connection 20 a , to which the fly ash / gasification agent mixture is fed through line 16. The mixture moves in the gasifier on a spiral path to the eccentrically arranged gas outlet nozzle 20, whereby the fly ash particles are exposed to the intensive gasification conditions under which their carbon content is largely gasified and the particles 28 lose size and pass into the liquid state. While the gas leaves the vortex gasifier through nozzle 20 and is discharged through line 18, the liquid slag collects on the gasifier bottom 20, which is slightly inclined to the gasifier axis. The liquid slag flows through the nozzle 20 c into the container 22 and is intensely sprayed with water through the nozzles 23 so that the slag is quenched and granulated. The water is fed to the nozzles 23 through the ring line 24. The container 22, which is under the same pressure as the vortex gasifier 20, is emptied into the container 26 from time to time. If the vortex gasifier 20 is operated under excess pressure, the container 26 can serve as a pressure lock using the valves 25 and 27.

- 16"-- 16 "-

Beispielexample

In einem Winkler-Generator werden lO 000 kg/h Steinkohle mit einem Aschegehalt von 25 Gew.-% und einem Kohlenstoffgehalt von 58,5 Gew.-% bei 1200 0C mit 5 t/h Wasserdampf und 3500 Nm /h 98 %igem Sauerstoff bei etwa 4 bar vergast. Aus dem Generator werden 600 kg/h Generatorasche mit 15 Gew.-% Kohlenstoff ausgetragen; mit dem Produktgas entweichen 3620 kg/h Flugasche mit 45 Gew.-% Kohlenstoff. Aus dem Produktgas werden in einem Abhitzekessel und einem Zyklon 3260 kg/h Flugasche abgeschieden, die in einem Wirbelvergaser bei 1800 0C und 4 bar mit 98 %igem Sauerstoff unter Zusatz von Wasserdampf vergast werden. Aus dem Wirbelvergaser laufen 1830 kg/h flüssige Schlacke mit einem Kohlenstoffgehalt von -etwa 2 Gew.-% ab. Der Kohlenstoff-Vergasungsgrad beträgt insgesamt 95 %, der des Winkler-Generators alleine etwa 71 %.In a Winkler generator, 10000 kg / h of hard coal with an ash content of 25% by weight and a carbon content of 58.5% by weight are produced at 1200 ° C. with 5 t / h of steam and 3500 Nm / h of 98% strength Oxygen gasified at about 4 bar. 600 kg / h of generator ash with 15% by weight of carbon are discharged from the generator; 3620 kg / h of fly ash with 45% by weight of carbon escape with the product gas. 3260 kg / h of fly ash are separated from the product gas in a waste heat boiler and a cyclone, and are gasified in a vortex gasifier at 1800 ° C. and 4 bar with 98% oxygen with the addition of steam. 1830 kg / h of liquid slag with a carbon content of about 2% by weight run off the vortex gasifier. The total degree of carbon gasification is 95%, that of the Winkler generator alone is around 71%.

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Claims (1)

•ο.« .»• ο. «.» Davy McKee AG
6000 Frankfurt 60
Davy McKee AG
6000 Frankfurt 60
Verfahren zur Vergasung von KohleProcess for the gasification of coal PatentansprücheClaims " 1". Verfahren zur Vergasung von Kohle mit Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in einer ersten Vergasungsstufe, vorzugsweise in einem Winkler-Generator, bei Temperaturen unterhalb des Schlackenerweichungspunktes in dem Bereich von etwa 800 bis 1200 0C und Drucken in dem Bereich von 1 bis 100 bar unter Bildung eines Wasserstoff, Kohlenmonoxid und kohlenstoffhaltiges Feingut enthaltenden Gases und weitere Vergasung des kohlenstoffhaltigen Feingutes in einer zweiten Vergasungsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß man das kohlenstoffhaltige Feingut in einem Wirbel vergaser bei Temperaturen oberhalb des Schlackenfließpunktes, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1450 und 1850 0C, vergast und dadurch den gesamten Kohlenstoff-Vergasungsgrad beider Stufen auf über 90 !steigert."1". Process for gasifying coal with oxygen, air or air enriched with oxygen and water vapor and / or carbon dioxide in a first gasification stage, preferably in a Winkler generator, at temperatures below the slag softening point in the range of about 800 to 1200 0 C and pressures in the range from 1 to 100 bar with the formation of a gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbonaceous fine material and further gasification of the carbonaceous fine material in a second gasification stage, characterized in that the carbonaceous fine material is gasified in a vortex at temperatures above the slag flow point, preferably at temperatures between 1450 and 1850 0 C, gasified and thereby increases the total degree of carbon gasification of both stages to over 90! 2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das kohlenstoffhaltige Feingut aus dem Gas der ersten Vergasungsstufe abscheidet und mit frischem Vergasungsmittel in den Wirbel vergaser einführt.2, method according to claim 1, characterized in, that the carbonaceous fines from the gas of the first Separates gasification stage and introduces carburetor with fresh gasifying agent into the vortex. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Wirbel vergaser zusätzlich gemahlene Feinkohle3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the vortex carburetor additionally ground fine coal und/oder Asche aus der ersten Vergasungsstufe zuführt.and / or ash from the first gasification stage. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus dem Wirbel vergaser abströmende Gas schnell auf unter den Schlackenfließpunkt abkühlt, Flugstaub aus dem Gas abscheidet und den abgeschiedenen Flugstaub pneumatisch in den Wirbel vergaser zurückführt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the gasifier flowing off from the vortex Gas cools quickly to below the slag flow point, fly ash is separated from the gas and the separated fly ash is pneumatically returned to the vortex gasifier. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus dem Wirbel vergaser abströmende Gas nach Kühlung und Flugascheabscheidung mit dem Produktgas der ersten Vergasungsstufe nach dessen Kühlung und Feingutabscheidung vereinigt.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized characterized in that one carburetor flowing out of the vortex Gas after cooling and separation of fly ash with the product gas the first gasification stage after its cooling and fines separation. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Feingut mit dem Vergasungsmittel in eine Wirbel-Vergasungskammer mit im wesentlichen vertikaler Achse tangential einführt, das Gas exzentrisch achsial nach oben und die flüssige Schlacke achsial nach unten aus der Kammer abführt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the fines with the gasification agent introduces tangentially into a vortex gasification chamber with a substantially vertical axis, the gas eccentrically axially upwards and discharges the liquid slag axially downwards from the chamber. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß' man die aus dem Wirbel vergaser ablaufende Schlacke durch Berührung mit Wasser granuliert und kühlt und so in eine glasierte Form überführt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that 'one of the carburetor running out of the vortex Slag granulates and cools by contact with water and so transferred into a glazed form. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das die erste Vergasungsstufe verlassende Gas mit dem8. The method according to claim 1, characterized in that the gas leaving the first gasification stage with the enthaltenen Feingut zusammen mit weiterem Vergasungsmittel unmittelbar dem Wirbel vergaser zuführt.contained fine material together with other gasifying agent directly the vortex carburetor supplies.
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