DE3142888A1

DE3142888A1 - "verfahren und vorrichtung zur hydrierenden vergasung von kohle"

Info

Publication number: DE3142888A1
Application number: DE19813142888
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8031 Eichenau Bulang
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1981-10-29
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1983-05-11
Also published as: DD208602A5; FR2515637A1; JPS5930891A; GB2108524A; FR2515637B1

Description

"* 3H2888

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gü/sd

M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft

München, 27. Oktober 1981

Verfahren und Vorrichtung zur hydrierenden Vergasung ^:

von Kohle

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrierenden Vergasung von Kohle, Torf oder 15

Biomasse mit einem Vergasungsreaktor.

Ein Vergasungsreaktor dient zur Erzeugung von Methan (CH ) aus Rohkohle. Zu diesem Zweck wird die Rohkohle im

Reaktor teilweise mit Wasserstoff bei 100 bar vergast. 20

Der erforderliche Wasserstoff wird in einem Gaserzeugungs-Kreislauf unter Verwendung eines Anteiles des erzeugten CH* und unter Aufnahme von Hochtemperatur-Prozesswärme kontinuierlich erzeugt. Hierzu werden über!icherweise speziell dafür vorgesehene Brennkammern verwendet, die mit der üblicherweise erhältlichen Primärenergie, insbesondere Kohle, gespeist werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energie-3Q sparendes Verfahren zur hydrierenden Vergasung zu schaffen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die für die Vergasung erforderliche Prozesswärme durch Verbrennung des Restkoks aus dem Vergasungsreaktor erzeugt wird.

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Hierdurch wird die gesonderte Primarenergie durch den Restkoks aus dem Reaktor, der üblicherweise als Abfallprodukt abfällt, ersetzt, womit nicht nur eine bemerkenswerte Energieeinsparung sondern auch eine wesentliche Minderung der Urnweltbelastung erreicht wird. Außerdem wird der Abtransport von Abfal 1-Restkoks verringert.

Im Vergasungsprozeß findet gleichzeitig mit der Methanbildung eine Entschwefelung der Kohle und eine Bindung des Stickstoffes statt, so daß bei- der Verbrennung des Restkoks ein schwefel- und stickstoffoxidfreies Rauchgas entsteht.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird für die Verbrennung des Restkoks die Brennkammer eines Kraftwerkes verwendet.

Hierdurch ist gleichzeitig ein umweltfreundliches Kraftwerk geschaffen, dessen Rauchgas arm an schädlichen Stoffen ist. 20

Zur Mutzung der Prozesswärme bei möglichst hoher Temperatur wird vorzugsweise ein Spaltreaktor mit einem Katalysator in der Heißzone der Brennkammer des Kraftwerkes angeordnet.

An dem Katalysator erfolgt die für den .Vergasungsprozeß erforderliche Spaltung eines Teiles des produzierten Methans. Die hierzu benötigte Wärmeenergie höheren Temperaturniveaus wird in der Heißzone des Rauchgases entnommen. Dieses hat den Vorteil, daß im Kraftwerk die wertvolle Hochtempertur-

^ou wärme, die normalerweise verloren geht, für den Gaserzeuger-Kreislauf genützt wird. Durch die Kombination der hydrierenden Vergasung mit einem Kraftwerk ist somit ein wesentlicher Beitrag zur Energieeinsparung gewonnen, der nicht nur den Wirkungsgrad eines Vergasungsreaktors son-

dem gleichzeitig eines Kraftwerkes um einen bedeutenden Wert steigert.

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-δ-Eine besonders gute Wärmeübertragung von der Kraftwerk-Brennkammer auf den Gaserzeuger-Kreislauf kann dadurch erreicht werden, wenn ein bekannter Röhrenspaltreaktor mit geeignetem Katalysator verwendet wird. ' Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der für den Gaserzeuger-Kreislauf erforder!iche Dampf aus der Dampfan!age des Kraftwerkes entnommen.

Hierdurch entfallen gesonderte Dampferzeuger, was sowohl eine Verminderung der Baugröße als auch Material und Arbeitseinsparung mit sich zieht. Außerdem vereinfacht diese Maßnahme die Verwirklichung einer kompakten Baueinheit Vergaser-Kraftwerk.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist eine kombinierte Vergasungs-Kraftwerk-Anlage, bestehend aus einer mit gestrichelten Linien zusammengefaßten Vergasungsanlage 10 und einem mit strichpunktierten Linien zusammengefaßten Kraftwerk 11.

Die Erzeugung von CH, erfolgt in einem Reaktor 12, in dem getrocknete Rohkohle 13 teilweise mit Wasserstoff bei einem Druck von ca. 100 bar vergast wird. Hierbei verbindet sich sowohl der Kohlenstoff als auch das Schwefels der Stickstoff, der Sauerstoff, die in der Kohle ent-

halten sind, mit Wasserstoff zu wasserstoffhaltigen Verbindungen, die über eine Leitung 14 in eine Gasreinigungsvorrichtung 15 geleitet werden. In der Gasreinigungsvorrichtung 15 werden die Verbindungen getrennt und abgeführt. Die Restgase nach der Entfernung von NH₀ und HS

or ic.

gelangen in eine Tieftemperatur-Trennanlage 16, in der

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_L Restwasserstoff und eventuell CO abgetrennt wird. Das auf diese Weise getrennte CH. wird schließlich über eine Entspannungsturbine 17 einem nicht dargestellten Speicher oder Verbraucher zugeleitet.

Ein Teil des auf ca. 50 bar entspannten synthetisierten CH. wird zur Erzeugung des für den Vergasungsprozeß erforderlichen Wasserstoffes über eine Leitung 18 abgezweigt. Das abgezweigte CH, wird mit Wasserdampf zersetzt und anschließend in einem Hochtemp.eratur-Wärmetauscher 20 erhitzt. Das erhitzte-Dampf-Methangemisch wird durch einen Röhrenspaltreaktor 21 geführt, in dem das Gemisch an einem Nickel katalysator in Kohlenmonoxid und Wasserstoff gespalten wird. Dieser Prozeß läuft bei hohen Temperaturen, in etwa 900°C ab. Die Hochtemperaturwärme des Reaktionsgemisches CO, H₂, wird im Wärmetauscher 20 zur Erhitzung des Methan-Dampfgemisches abgegeben. In einem nachgeschalteten Reformator 22 wird durch Zusätzen von Wasserdampf das CO in C0„ und H₂ umgesetzt und in die Trennanlage 16 geleitet. Der in der Trennanlage von Fremdgasresten befreite Wasserstoff wird schließlich mit einem Verdichter 25 auf ca. 100 bar verdichtet und dem Reaktor 12 zugeführt.

Zur Erzeugung der erforderlichen Wärmeenergie für die Herstellung des Wasserstoffes wird die Brennkammer 28 des Kraftwerkes 11 unter Nutzung des aus dem Reaktor 12 entfallenden Restkoks verwendet. Hierzu wird der Restkoks direkt über eine entsprechende Leitung 30 aus der Koksschleuse 32 und mit einer zwischengeschaTteten Mühle 31 fein vermählen in die Brennkammer 28 transportiert. Diese Weiterverwertung des Restkoks hat über den Vorteil der Primärenergieeinsparung hinaus, den weiteren wichtigen Vorteil, daß das damit erzeugte Rauchgas kein schädliches Schwefel und Stickstoff enthält.

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j Das Kraftwerk 11 besteht im wesentlichen aus der Brennkammer 28, Verdampfer 30, Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbinen 35, 36 bzw. 37 und einem Generator 38. Für die Dampferzeugung muß das über 1000⁰C heiße Rauchgas auf 900 bis 800° herabgesenkt werden. Die hierbei entfallende Hochtemperaturwärme, die bei den üblichen Kraftwerken nicht genutzt wird, wird in der hier beschriebenen Anlage optimal, und zwar für den Gaserzeuger-Kreislauf genutzt. Hierfür ist der Röhrenspaltreaktor 21 in der Heißzone 40 der Brennkammer 28 unter- -^q halb der Verdampfer 30 angeordnet,, so daß der Röhrenspaltreaktor 21 gleichzeitig zur Kühlung des Rauchgases für die Verdampfer 30 dient. Der Verdampfer 30 ist in einer Zone niederer Temperatur der Brennkammer angeordnet.

Der für den Gaserzeuger-Kreislauf erforderliche Dampf kann vorteilhaft aus der Dampfanlage des Kraftwerkes 11, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Entspannungsturbine 42 entnommen werden.

Zur Unterstützung des wirtschaftlichen kontinuierlichen Betriebes der Anlage 10, 11 kann eine weitere Kraftanlage 45 vorgesehen werden, mit der überschüssiges CH, genutzt wird. Bei geringem CH.-Bedarf wird dann das überschüssige Methan über eine Turbine 46 entspannt und in einer B rennkammer 47 verbrannt. Mit den Rauchgasen wird ein Verdichter 48 und eine Gasturbine 49 zum Antreiben eines Generators betri eben.

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Claims

gü/sd M.Λ.Μ. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft München, 27. Oktober 1981 Patentansprüche

1. Verfahren zur hydrierenden Vergasung von KOhIe₅ Torf

ober Biomasse mit einem Vergasungsreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Vergasung erforderliche
Prozeßwärme durch Verbrennung des Restkoks aus dem
Vergasungreaktor (12) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbrennung des Restkoks die Brennkammer (28)
eines Kraftwerkes (11) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (28) in eine Zone (40) hoher Temperatur zur Prozeßwärmeerzeugung, und in eine Zone (52) niederer Temperatur unterteilt ist.

²^

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßwärme in einem Spaltreaktor (21) aufgenommen wird, der in der Heißzone (40) der Brennkammer (28)
des Kraftwerkes (11) angeordnet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Röhrenspaltreaktor (21) mit einem Katalysator vorgesehen ist.

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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der für den Vergasungsprozeß erforderliche Dampf aus einer Kraftwerk-Dampfan!age entnommen wird.

7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (28), die mit dem Restkoksausgang (32) des Vergasungsreaktors (12) verbunden ist, und die einen Spaltreaktor (21) enthält, in dem bei hoher Temperatur die Prozeßwärme bezogen wird.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer eine Brennkammer (28) eines Kra.ftwerkes (11) ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsreaktor mit dem zugehörigen Gaserzeugungs-Kreislauf (10) und dem Kraftwerk (11) eine Baueinheit bildet.

10. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfkreisi auf für den Vergasungsprozeß

im Dampfkreislauf des Kraftwerkes (11) integriert ist. 25

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