DE3144171A1

DE3144171A1 - Herstellung von heizgas

Info

Publication number: DE3144171A1
Application number: DE19813144171
Authority: DE
Inventors: Talmage Dewitt 63131 Des Peres Mo. McMinn jun.
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1980-11-07
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1982-11-11
Also published as: AU7715281A; ZA817700B; GB2086933B; GB2086933A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid aus festen kohleartigen Materialien, Dampf und Luft. Das Gas enthält geringe Mengen an Kohlendioxid _f Dampf und Stickstoff.

Ein Gas von mittlerem Heizwert ist im allgemeinen eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die eine Verbrennungswärme von etwa 2100 kcal/1 bei Standardbedingungen aufweist. Damit unterscheidet es sich von einem niederkalorischen Gas, das im wesentlichen eine beträchtliche Menge an Stickstoff enthält, sowie von hochkalorischem Gas mit einem Heizwert von etwa 7000 kcal/1 das vor allem aus Methan besteht. Ein hochkalorisch.es Gas

«(089) 9882 72-74 Telex: 0524 560 BERG d Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 700202 70)

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kann über eine Pipeline oder als Flüssigkeit in fahrbaren Containern über weite Entfernungen befördert werden, da sein Energie/Volumen-Verhältnis relativ hoch ist. Ein mittelkalorisches Gas kann nur über eine beschränkte Entfernung ökonomisch transportiert werden, kann jedoch immer noch in einem gewissen Abstand vom Ort seiner Erzeugung verwendet werden. Ein niederkalorisches Gas muß an Ort und Stelle seiner Herstellung verwendet werden. • Zur rationalen Grundlage einer Herstellung von nieder-

IQ kalorischem und mittelkalorischem Gas gehören: (1) die Konzentrierung der Handhabung von Kohle und Asche an einer Stelle innerhalb eines Energie verbrauchenden Komplexes mit der Möglichkeit, das Gas zu kleinen und großen Verbrauchseinheiten zu leiten, (2) die Möglichkeit, sehr einfache Brenner zur Erzeugung von Wärme zu verwenden, die ursprünglich aus Kohle stammt, sowie (3) als wahrscheinlich wichtigster Faktor die Möglichkeit, Schwefel aus einer hochschwefelhaltigen Kohle zu entfernen, ohne daß Waschsysteme für das Heizgas erforderlich sind.

Ein hochkalorisches Gas ist seiner Natur nach vor allem Erdöl, d.h. es ist Erdgas, obwohl es auch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff synthetisiert werden kann. Ein niederkalorisches Gas wird durch teilweise Oxidation von schweren kohleartigen Materialien, Kohle, schweren Erdölrückständen oder selbst Biomasse mit Luft und. Dampf erzeugt. Die Verwendung von Luft, deren Gehalt an Stickstoff das Gasprodukt verdünnt, führt zu einem Produkt mit einer Verbrennungswärme von 900 bis 1100 kg/1. Ein mittelkalorisches Gas kann durch Vergasung mittels Sauerstoffverbrennung erhalten werden.

Mit der Abnahme der Reserven an Erdgas wurde deutlich, daß schließlich doch andere kohleartigen oder kohlenstoffhaltigen Rohmaterialien als Brennstoffe und bei der Erzeugung

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von Ammoniak, Methanol und anderen aus Synthesegas erzeugten Produkten verwendet werden müssen. Kohle kann mit Sauerstoff und Dampf umgesetzt werden, wobei eine Mischung aus Wasserstoff, und Kohlenmonoxid mit geringen Mengen an Kohlendioxid und Schwefelverbindungen hergestellt werden kann. Es wurden eine Anzahl von physikalischen Systemen zur Durchführung der Vergasung unter Sauerstoffverbrennung vorgeschlagen; im allgemeinen erfordern diese Systeme jedoch eine Anlage zur Luft-Trennung oder den Bezug von reinem Sauerstoff. Das erhöht die Kapitalkosten und die Kompliziertheit des Betriebs; im Falle einer Verwendung von eingekauftem Sauerstoff werden die Kosten für das Rohmaterial, die sich schließlich als Produktkosten niederschlagen, beträchtlich erhöht.

In der US-PS 2 276 343 ist ein kontinuierliches Verfahren zur Vergasung von Lignit unter Herstellung von Wasserstoff durch Vorerhitzen eines Lignits, der 25 bis 40% Wasser enthält, beschrieben, wobei ein wasserhaltiger.Dampf abgetrieben wird und der Lignit hochreaktiv gemacht wird. Die Mischung aus hochreaktivem Lignit und Wasserdampf wird bei einer erhöhten Temperatur zur Reaktion gebracht, um eine wasserstoff reiche Gasmi'schung zu erzeugen, die anschließend von dem Lignit abgetrennt und gereinigt wird. Der Lignit wird in dem beschriebenen Verfahren unter Verwendung von externen Heizquellen auf 500⁰C bis 850⁰C erhitzt und bei diesen Temperaturen gehalten. Es kann der Reaktion auch externer Dampf zugeführt werden, um zusätzlichen Wasserstoff zu erzeugen.

In der US-PS 3 620 697 ist ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzung von Kohlenstoff, z.B. Kohle, mit Wasser offenbart, bei dem ein zirkulierendes inertes teilchenförmiges Material als Heizquelle für die endotherme Reaktion verwendet wird. Das inerte teilchen-

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förmige Material wird durch Verbrennen eines kohleartigen Materials mit diesem Material zusammen erhitzt, während es der Reaktion zugeführt wird. Ähnlich sind in der US-PS 3 968 052 und der US-PS 3 850 839 Verfahren zur Vergasung von Verkohlungsprodukten der Kohle mit Dampf in einem Wirbelschicht-System offenbart, bei denen die Wärme für die endotherme Vergasungsreaktion mittels durch das System zirkulierender inerter Pellets zugeführt wird, die durch Verbrennen von Feinstteilchen aus dem IQ Vergaser in Gegenwart der Pellets außerhalb des Vergasers erhitzt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein zusammengefaßtes Verfahren zur Herstellung eines Rohgasproduktes geschaffen, das als Brennstoff von mittlerem Heizwert, der aus festen kohleartigen Ausgangsmaterialien erhalten wurde, verwendet werden kann. Das gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung erhaltene Gas enthält im wesentlichen Kohlenmonoxid plus Wasserstoff, sowie geringere Mengen von Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf. Bei diesem Verfahren wird ein chemisch inertes, hitzefestes, festes teilchenförmiges Material verwendet, um die endotherme Wärme für die oxidative Vergasung von festen, kohleartigen Materialien mit Dampf zuzuführen. Gemäß einem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung wird das feste kohleartige Material in einer Wirbelschicht-Zone gehalten und die aufgeheizten inerten festen Teilchen fließen abwärts durch die Wirbelschicht, wobei sie ihre Wärme an die Reaktionsmasse verlieren, während sie sich abwärts bewegen.

Zu den Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehört, ein Verfahren zur Vergasung von festen kohleartigen Materialien zu schaffen, ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Heizgases zu schaffen, das Wasserstoff plus Kohlenmonoxid sowie geringe Mengen an Kohlendioxid und Stickstoff enthält,

sowie schließlich ein verbessertes Verfahren zur Vergasung von festen kohleartigen Materialien mit Dampf unter Bildung einer gasförmigen Mischung zu schaffen, die einen Heizwert von etwa 2100 kcal/1 aufweist.

Weitere durch die vorliegende Erfindung gelöste Aufgaben, Vorteile, und weitere neue technische Aspekte ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres aus der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnung und der Ansprüche.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden feste kohleartige Materialien, für die hochwertige Kohlen der Klassen zwischen Lignit bis Anthrazit typisch sind, durch Reaktion mit Dampf vergast. Bei den gemäß der vorliegenden Erfindung angewandten Temperaturen liegt oxidierter Kohlenstoff im wesentlichen eher in Form von Kohlenmonoxid als in Form von Kohlendioxid vor, und Wasserstoff verbleibt im wesentlichen unoxidiert. Die Gesamtreaktion von festen kohleartigen Materialien mit Dampf ist endotherm; d.h., daß zur Aufrechterhaltung der Reaktion be.i einer Temperatur, wie sie zur Erzeugung der gewünschten Produkte nötig ist, Wärme zugeführt werden muß. Die Menge der zugeführten Wärme ist eine Funktion der Bildungswärme des kohleartigen Materials und der Temperatur(en), mit der die verschiedenen Reaktanten in die Reaktionszone eingeführt werden. Es ist ein primärer Aspekt der vorliegenden Erfindung, daß ein chemisch inerter, hitzebeständiger teilchenförmi-. ger Festkörper als Wärmeträger von einer Heizvorrichtung

außerhalb des Reaktors in die Reaktionszone hinein verwendet wird. Die vorliegende Erfindung wird durch einen Wirbelschicht-Reaktor verwirklicht, der aus einer primären Vergasungszone aus einem vertikalen zylindrischen Abschnitt besteht, der sich unmittelbar über-einer Aufstromklassierungs/Fluidisierungs-Zone von rundem, kegelförmigem Quer-

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schnitt befindet und an diese Zone direkt anschließt. Feste kohleartige Teilchen, die von einem Teil des Reaktionsdampfes mitgerissen werden, werden in die Wirbelschicht aus Teilchen in der Nahe des Bodens des zylindrischen Abschnitts eingebracht. Unter den Bedingungen einer Wirbelschicht werden das Mischen und die Einstellung eines thermischen Gleichgewichts sehr rasch erreicht; somit werden die festen kohleartigen Teilchen sehr schnell auf die erforderliche Temperatur erhitzt, und sie reagieren mit Dampf, der als ein Aufstromklassierungs/Fluidisierungs-Gas in der Nähe des Bodens des kegelförmigen Abschnitts eingeführt wird.

Wie bereits weiter oben erwähnt wurde, int die Reaktion des festen kohleartigen Materials mit Dampf endotherm. Die Wärmeträgerteilchen, die auf eine Temperatur über der Reaktionstemperatur erhitzt wurden, werden in der Nähe des oberen Endes der Vergasungszone zugeführt und rasch auf die Bettemperatur abgekühlt, wobei sie die erforderliche Wärme zur Aufrechterhaltung der■Reaktionstemperatur zuführen.

Die Menge der Teilchen des Wärmeträgers und die Temperatur, mit der sie in die Wirbelschicht eingeführt werden, stehen in direkter Beziehung zu der Wärme, die erforderlich ist, um die Temperatur·der Wirbelschicht aufrechtzuerhalten, wobei die optimalisierten Bedingungen in einfacher Weise aus den Beziehungen für die Wärmebalance für ein beliebiges spezifisches festes kohleartiges Material berechnet werden können. Wenn die Teilchen des Wärmeträgers den kegelförmigen Abschnitt erreichen, nimmt die Querschnittsfläche, die den Festkörpern für ihr Absinken und dem aufwärts gerichteten Gasstrom zur Verfügung steht, ab, was zur Folge hat, daß die kleineren leichteren festen kohleartigen Teilchen zum größten Teil in die Vergasungszone zurückgeblasen werden, während die Teilchen des Wärmeträgers vom Boden der Aufstromklassierungs/Fluidisierungs-Zone in eine Leitung strömen, die zu einem Steigrohr/Brenner führt. Die Teilchen des Wärmeträgers strömen infolge eines Druckausgleichs nach der Entfernung von Aggregaten aus Asche, Kohle und Wärmeträger allein oder gemein-

sam, aufwärts durch den Steigrohr-Brenner bis zu dem Punkt, an dem vorerhitzte Verbrennungsluft eingeführt wird, auf die Teilchen einwirkt und diese in dem Steigrohr-Brenner aufwärts transportiert. Unmittelbar über dem Einlaß für c die Verbrennungsluft wird ein Strom von Verkohlungsprodukten der Kohle, im wesentlichen reiner Kohlenstoff mit einer geringen Menge an Asche aus der Vergasungszone, in den Steigrohr-Brenner als zusätzlicher Brennstoff zu den Verkohlungsprodukten zugeführt, die mit den Wärmeträgerteilchen aus der Aufstromklassierungs/Fluidisierungs-Zone mitgerissen wurden. Die Verbrennung des Brennstoffs erzeugt die Wärme, um die Wärmeträgerteilchen aufzuheizen, die schließlich wieder in die Vergasungszone überführt werden. Die Teilchen des Wärmeträgers strömen zusammen mit Gas in einen Separator, aus dem die freigesetzten Teilchen danach zurück in die Vergasungszone strömen und auf diese Weise ihren Arbeitszyklus vollenden, während das Verbrennungsgas, Stickstoff plus Kohlendioxid, zur Wärmegewinnung gekühlt wird, unter Verwendung von Hilfsausrüstung von Staubteilchen befreit wird und danach als unschädliches Gas an die Atmosphäre abgeleitet wird.

Geeignete Bedingungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen, die die typischen Bereiche wiedergibt.

von bis bevorzugt

Oberflächengasgeschwindigkeit,

m/sec ' 0,31 1,53 0,61-0,92

Oberflächengasgeschwindigkeit im Aufstromklassierer am Boden des Kegels, m/sec

Oberflächengasgeschwindigkeit im Steigrohr-Brenner m/sec

Reaktor-Temperatur ⁰C

Stcigrohr-Brenner-Temp. ⁰C Anlagendruck, bar

.1,22	3,0	1	,83-2,	14
3,66	12,2	5	,49-6,	71
925	1200	1	000
1050	1300	1	150
1	6-7	2	,5-3,5

·■·····■ ·^:· ·^:· ···■ -^:· 31U171

Das Verhältnis von Dampf zu festem kohleartigem Material, wie es in den Vergaser eingespeist wird, hängt im wesentlichen von der Elementaranalyse der Kohle ab, um das molare Verhältnis von Kohlenmonoxid zu Wasserstoff zu erhalten, das im allgemeinen gewünscht wird. Allgemein gesprochen liegt im Vergaser ein Gewichtsverhältnis von kg H₂O/ kg Kohle von 0,25 bis 0,75 vor. Es ist dabei aber so, daß feste kohleartige Festkörper, z.B. Kohlen von verschiedenen Klassen, nicht einheitlich zusammengesetzt sind, selbst wenn sie aus einem gegebenen Bergwerk stammen. Die Steuerung des Verfahrens kann durch Steuerung der Dampf-Kohlen-Temperatur der Wirbelschicht erfolgen.

Bei der bevorzugten Art die verschiedenen Zonen zu betreiben wird ein chemisch inertes hitzebeständiges teilchenförmiges festes Material kontinuierlich durch das Reaktionssystem zirkuliert. Innerhalb der Anlage werden solche linearen Gasgeschwindxgkeiten aufrechterhalten, daß das inerte Material in den Gasen in der Steigrohr-Brenner-Zone mitgerissen wird und abwärts durch die Wirbelschicht aus festem kohleartigem Material in den Vergasungs-und Aufstromklassierungs-Zonen strömt. In der Steigrohr-Brenner-Zone werden Gasgeschwindxgkeiten von 3,22 bis 12,2 m/sec angewandt, und in der Vergasungszone 0,31 bis 1,53 m/sec,sowie in der Aufstromklassierungs-Zone 1,22 bis 3,0 m/sec. Die jeweiligen tatsächlich verwendeten Gasgeschwindxgkeiten hängen von der Ausführung der verwendeten Vorrichtung, d.h. von deren Größe und Form, sowie von den Dichten der festen Materialien ab. Bei diesem Typ des Betriebs sind ferner außerhalb der Vergasungszone Mittel vorgesehen, um Feststoffe abzutrennen, die von den gasförmigen Produkten mitgerissen wurden, die aus der Vergasungszone abgezogen wurden.

Als Wärmeträger kann jedes geeignete chemisch inerte Material für die vorliegende Erfindung verwendet werden. Der

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γ Wärmeträger wird im allgemeinen in Form von Teilchen einer solchen Größe verwendet werden, daß er geeignet ist, fluidisiert zu werden. Es kann jedes beliebige hitzefeste Metalloxid wie Aluminiumoxid, Siliciumoxid-Aluminiumoxid, Spinelle, Zirkonoxid, Mullit und dergleichen als das inerte Material verwendet werden.

Die in der Vergasungszone angewandte Temperatur kann innerhalb eines breiten Bereichs variieren. Vorzugsweise werden derartigen Reaktionen im Bereich zwischen 925°C bis 1200⁰C durchgeführt. Der Druck in der Anlage kann auch variieren. Die Anlage kann unter einem Druck von 1 bar bis zu 8 bar betrieben werden. Die Temperaturen in der Steigrohr-Brenner-Zone werden im allgemeinen zwischen 1050⁰C bis 1300⁰C betragen.

Wie bereits weiter oben angegeben, wird zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wirbelschicht aus einem festen kohleartigen Material in <ä^er Vergasungszone verwendet. Die Fluidisierung der Festkörper wird durch Einführung von Dampf in die" Anlage erhalten.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung genauer erläutert.

Figur 1 ist eine diagrammartige Darstellung der Vorrichtung innerhalb einer Anlage,.die für die Vergasung von Kohle dargestellt ist.
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Gemäß Figur 1 wird chemisch inertes hitzefestes Material in Teilchenform so wie es benötigt wird, aus der Versorgung 1 durch die Leitung 2 in die Steigrohr-Brenner-Zone 3 eingeführt. Durch die Leitung 5 wird Verbrennungsluft in den unteren Teil der Steigrohr-Brenner-Zone 3 ein-

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j geführt. Die Steigrohr-Brenner-Zone wird unter solchen Bedingungen gehalten, daß die inerten Teilchen erhitzt werden. Bei einer Ausführungsform wird die Wärme dadurch erzeugt, daß ein durch die Leitung 6 zugeführter Brenn-

r- stoff verbrannt wird. In einer anderen Form wird Wärme t>

dadurch zugeführt, daß Kohlenstoff aus der Vergasungszone 11 verbrannt wird, der durch die Leitung 13 in den Steigrohr-Brenner 3 eingeführt wird. Durch die Leitung wird in die Leitung 13 Dampf zur Steuerung der Bewegung

■jQ des Kohlenstoffs durch diese Leitung zugeführt. Die inerten Teilchen werden aufwärts durch die Steigrohr-Brenner-Zone 3_/durch die Leitung 7 in einen Gas-Festkörper-Abscheider 8 transportiert. Die Verbrennungsgase werden durch die Leitung 9 entfernt und abgelassen. Das erhitzte inerte teilchenförmige Material strömt durch die Leitung 10 in die Vergasungszone 11. Kohle aus einer Quelle 15 wird durch die Leitung 16 in den Vergaser 11 eingeführt. Dampf wird durch die Leitung 17 in die Leitung 16 eingeführt, um die Kohle durch diese Leitung zu transportieren ^und Dampf in den Vergaser 11 einzuführen. Unter dem Vergaser 11 ist eine Aufstromklassierungs-ZFluidisierungs-Zone 18 angeordnet, in der das inerte teilchenförmige Material nach dem Durchströmen der Wirbelschicht aus Kohle in der Vergasungszone 11 in Abwärtsrichtung von den aus der Kohle erhaltenen Verkohlungsprodukten abgetrennt wird, und es strömt aus der Aufstromklassierungs-ZFluidisierungs-Zone 18 durch die Leitung 19 in den unteren Teil des Steigrohr-Brenners 3. In den unteren Teil der Aufstromklassierungs-/Fluidisierungs-Zone 18 wird durch eine Leitung 20 Dampf eingeführt, um die Abtrennung von inertem teilchenförmigen! Material und Verkohlungsprodukten zu fördern und die Schicht zu fluidisieren und mit der Kohle im Vergaser 11 zu reagieren. Die gasförmigen Produkte der Vergasung werden aus dem oberen Teil

'35 des Vergasers 11 durch eine Leitung 21 für ihre weitere Aufarbeitung und für die Wärmegewinnung aus dem Gas abgc-

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leitet. Die Asche wird durch eine Leitung 22 entfernt.

Nachfolgend wird die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung anhand der nachfolgenden Beispiele noch näher erläutert.

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel bestand der für die Vergasung verwendete Reaktor aus einem Abschnitt von 50,8 cm Länge eines Rohres der Tabellengröße 40 mit einem Innendurchmesser von 4,09 cm aus einem Stahl einer Hochtemperaturlegierung. Das Reaktionsgefäß schließt an seinem oberen Ende mit einem Flansch mit Möglichkeiten für die Anordnung eines Thermoelements und eines Tauchrohrs zur Entfernung der Produkte ab. Am Boden ist ein kegelförmiger Abschnitt vorgesehen, der an den Boden angeschweißt ist, der eine dampfgekühlte Injektionsdüse an der Spitze des Kegels aufweist. Das Tauchrohr am oberen Ende sorgt für die Entfernung des erzeugten Gases sowie von nicht abreagierten Verkohlungsprodukten und nicht agglomerierten Aschematerialien. Der Reaktor enthielt etwa 195 g gepulvertes Aluminiumoxid, wodurch im Reaktor"eine Wirbelschicht-Zone von etwa 38 bis 46 cm geschaffen, wurde. Der Reaktor wurde in einen Strahlungsofen gegeben, der bei 1200⁰C betrieben werden kann, wobei die Temperatur auf eine. gewünschte Reaktionstemperatur durch ein Steuergerät mit einem Fühlelement gesteuert werden kann,.das das Thermoelement in der Reaktionszone der Wirbelschicht ist. Im vorliegenden Beispiel wurde die Reaktion bei 1025⁰C und Atmosphärendruck durchgeführt. Teilweise getrockneter (10% Restwasser). Nord-Dakota-Lignit wurde durch die Injektionsdüse am Boden mit einer Menge von 0,5 g/min zusammen mit Wasser in Form eines überhitzten Dampfes in einer Menge von 0,5 g/min eingespeist. Die eingespeisten

β «

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Substanzen und die erhaltenen Produkte waren wie folgt charakterisiert:

	Gew.-%	ANALYSE	Produkt	Gramm-Mol
Einspeisung	58,53	CO	2,688
C .	3,91	CO₂	0,141
H	2,35	C	2,049
N	0,96	H₂	3,858
S	17,07	H₂O	4,200
O	7,10	H₂S	0,030
Asche	10,00	N	0,042
H O

Asche 0,026

Der Überschuß an Wasser war erforderlich, um eine wirksame Fluidisierung sowie Oberflächenverweilzeit des Gases ( die bezogen auf das Leervolumen des Reaktorsi 0 bis 12 see betrug) zu erhalten. Es wurde errechnet, daß das Gasprodukt nach der Entfernung von überschüssigem Kohlenstoff, Asche, Hydrogensulfid und überschüssigem Wasser einen Heizwert von 2021 kcal/1 aufwies.

Beispiel 2

Dieses Beispiel beschreibt unter Bezugnahme auf Figur 1 die kontinuierliche stabile Vergasung von bituminöser Illinois-Kohle gemäß der vorliegenden Erfindung. Ergänzungen zu oder Modifikationen von den Strömen oder bei den Bedingungen während der Perioden eines Betriebs im nichtstationären Zustand sind für den Fachmann selbstverständlich. Diese Perioden umfassen die kurzlebigen Bedingungen des Anfahrens und Abschaltens genauso wie unvermeidliche Störungen, die durch Veränderungen der eingespeisten Rohmischung und/oder der Produktionsmengen hervorgerufen werden, und die durch den Betrieb von Hilfsausrüstungen ent-

stehen, die für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, jedoch keinen integralen Bestandteil dieser Erfindung bilden. Die Hilfsausrüstungen, die zur Verwirklichung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfinung inöti'g sind, aber nicht zu der Erfindung gehören, wie sie hier offenbart wird, umfassen Wärmeaustauscher, Kompressoren, Ausrüstung für den. Umgang mit der Kohle und für deren Konditionieren, Förderausrüstungen für Feststoffe und Gas-Flüssigkeits-Abscheider.

über die Leitung 16 wird pulverisierte Kohle in einer Menge von 2,1 g/min eingespeist, wobei diese Kohle in der Leitung 16 mit 0,73 g/min Dampf von 1,02 bar und 350⁰C aus Leitung 17 zusammengebracht wird, der die Kohle pneumatisch in den unteren Teil der Wirbelschicht im Vergaser 11 fördert. Die Kohle wird sehr schnell auf die Reaktionstemperatur von 1025⁰C in der Wirbelschicht erhitzt und reagiert mit 1,25 g/min (0,98 Standardliter pro min) von Dampf, der auf 825°C überhitzt ist und durch Leitung 20 eingespeist wird, sowie mit dem Förderdampf, wobei 0,192 Gramm-Mol/min (4,30 Standardliter pro min) Gas erzeugt werden, das 59 Mol-% Wasserstoff, 36 Mol-% Kohlenmonoxid, 0,4 Mol-% Stickstoff und 1,9 Mol-% Kohlendioxid enthält. Nach der Kondensierung von überschüssigem Dampf lagen ferner etwa ein Gewichtsprozent Schwefelwasserstoff und Wasser vor. Das rohe Brenngas verläßt den Reaktor durch die Leitung 21 und wird in einer Abwärtsapparatur, die nicht gezeigt ist, weiter behandelt, um Wärme zurückzugewinnen,, die einströmende Luft vorzuerhitzen, und Schwefel, mitgerissene Asche und Kohlenstoff teilchen sowie überschüssiges Wasser zu entfernen. Nach seiner Reinigung weist das Produktgas einen Heizwert von 2113 kg/Standardliter auf. Die Reaktion, in die die Kohle mit 25°C, der Dampf mit 350⁰C und 825.°C eingehen, ist endotherm und erfordert eine Wärmezufuhr in einer

-K-

Menge von 2,51 kcal/min. Dieser endotherme Wärmebedarf wird durch einen Strom eines chemisch inerten hitzefesten Wärmeträgers zugeführt, der typischerweise alpha-Aluminiumoxid einer solchen Teilchengröße, daß es fluidisiert werden kann, ist. Der Wärmeträger wird oben in die Wirbelschicht aus verkohlter Kohle aus dem Steigrohr-Brenner 3 und dem Abscheider 8 durch die Leitung 10 in den Vergaser 11 mit einer Geschwindigkeit von 85g/min und einer Temperatur von 1125 ⁰C eingeführt. Der Wärmeträger bewegt sich aufgrund seiner Teilchengröße und seiner Dichte durch die Wirbelschicht nach unten, wobei er rasch seine Wärme abgibt und die Temperatur der Wirbelschicht auf 1025 ⁰C gehalten wird. Der Wärmeträger wird in dem kegelförmigen unteren Abschnitt des Vergasers 11 auf dem Wege der Auf-Stromklassierung in dem einströmenden Dampf im wesentlichen von Kohlenstoff abgeschieden und verläßt den Reaktor mit einer Temperatur von 1025⁰C über die Standleitung 19. Alle verglichen mit den Teilchen des Wärmeträgers, großen Kohleteilchen werden auf dem Boden des Steigrohr-Brenners 3 gefangen und in periodischen Abständen über die Leitung 22 entfernt. Verbrennungsluft wird in einer Menge von 4,4 g/min (3,4 Standardlitor pro min) und mit einer Temperatur von 825°C durch die Leitung 5 eingeführt, und sie transportiert den Wärmeträger in dem Steigrohr-

^AO Brenner aufwärts, in dem die Teilchen von 1025⁰C auf 1125°C durch Verbrennung von 0,37 g Kohlenstoff pro min aufgeheizt werden, der aus dem Vergaser 11 über die Leitung 13 in den Steigrohr-Brenner 3 eingeführt wird, wobei die Einführungsrate durch sehr geringe Mengen von Dampf

gesteuert wird, der durch die Leitung 14 strömt. Die Mischung aus heißen Verbrennungsgasen und wiedererhitzten Wärmeträgern wird im Abscheider 8 getrennt, wobei die Feststoffe in den Vergaser 11 über die Leitung 10 zurückgeführt werden, und 0,15 Mol/min (3,4 Standardliter pro min) an Abgasen den Abscheider 8 durch die Leitung 9 vorlassen, wobei diese Abgase nach einem Wärmeaustausch zur Wärmegewinnung und ihrer Reinigung in die Atmosphäre abgeführt werden.

-At"

Leerseite

Claims

DR. B E R& - g>"*I;PL. 5 I N'G.' ST.A 9 F

DIPL.-INQ. ST5HWABE DR. DPT. SANt)MKfR 314 4171

PATENTANWÄLTE β MONCMfeiÜ BJ) ' AiAUERKIRCHERSTR. 4#

Patentansprüche

1. Kontinuierliches Verfahren zur Vergasung von festen kohleartigen Materialien in einer Wirbelschicht-Anlage, die eine untere Aufstromklassierungs/Fluidisierungs-Zone und eine obere Vergasungszone sowie eine angeschlossene Steigrohr-Brenner-Zone enthält , das die Schritte umfaßt:

a) Einführung von teilchenförmigem festem kohleartigem■ Material und Dampf in den unteren Teil der Vergasungszone ,

b) Einführung eines feinverteilten chemisch inerten hitzebeständigen festen Materials mit einer erhöhten Temperatur in den oberen Teil der Vergasungszone,

c) Abwärtsfließenlassen des inerten festen Materials durch die Wirbelschicht aus festem kohleartigem Kohlenmaterial in der Vergasungszone,

d) wobei das'inerte feste Material als Quelle für die der Vergasungszone zugeführte Wärme dient,

²^ e) Abtrennen des inerten festen Materials von dem kohleartigen .Material in der Aufstromklassierungs/Fluidisierungs-Zone,

f) Einführung des abgetrennten,inerten festen Materials in den unteren Teil der Steigrohr-Brenner-Zone,

g) Einführung von Luft und Brennstoff in den unteren Teil der Steigrohr-Brenner-Zone,

h) Aufrechterhaltung von exothermen Bedingungen durch Verbrennen des Brennstoffs in der Steigrohr-Brenner-Zone, um das inerte feste Material auf eine erhöhte

Temperatur zu erhitzen, die ausreicht, in der Vergasungszone die Vergasung des festen kohleartigen Materials zu bewirken,

i) Abziehen des erhitzten festen Materials aus der Steigrohr-Brenner-Zone und Wiedereinführung dieses Materials

in die Vergasungszone, gekennzeichnet durch

'L·

j) die Einführung von Dampf in den unteren Teil der Aufstromklassierungs/Fluidisierungs-Zone,

k) Mitreißen und Fluidisierung des festen teilchenförmigen kohleartigen Materials durch diesen Dampf, 1) Halten der Vergasungszone bei Bedingungen, bei denen das kohleartige Material und der Dampf unter Bildung einer Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff endotherm miteinander umgesetzt werden,wobei die Wärme des zugeführten inerten festen Materials ausgenutzt wird, IQ m) Abziehen eines gasförmigen Produkts, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, aus dem oberen Teil der Vergasungszone.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das kohleartige Material Kohle ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle eine hochwertige Kohle der Klassen von Lignit bis Anthrazit ist.

-

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle Lignit ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das chemisch inerte hitzefeste Material alpha-Aluminiumoxid ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das chemisch inerte hitzefeste Material Siliciumoxid-Aluminiumoxid ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das chemisch inerte hitzefeste Material ein Spinell ist.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vergasungszone aufrechterhaltene Temperatur

ν- "* - 3U4171

-δι · zwischen 925 und 1200⁰C liegt, und die Temperatur in der Steigrohr-Brenner-Zone 1050 bis 1300⁰C beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 5. die Oberflächen-Gasgeschwindigkeit in der Vergasungszone 0,31 bis 1,53 m/sec, in der Aufstromklassierungs/ Fluidisierungs-Zone 1,22 bis 3,0 m/sec und in der Steigrohr-Brenner-Zone 3,66 bis 12,2 m/sec beträgt.