DE3204432A1 - Kohle-vergasungsreaktor mit einem fliessbett und verfahren zur kohlevergasung - Google Patents

Kohle-vergasungsreaktor mit einem fliessbett und verfahren zur kohlevergasung

Info

Publication number
DE3204432A1
DE3204432A1 DE19823204432 DE3204432A DE3204432A1 DE 3204432 A1 DE3204432 A1 DE 3204432A1 DE 19823204432 DE19823204432 DE 19823204432 DE 3204432 A DE3204432 A DE 3204432A DE 3204432 A1 DE3204432 A1 DE 3204432A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
separation section
coal gasification
coal
distributor plate
ash
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19823204432
Other languages
English (en)
Inventor
Soung-Sik Shin Export Pa. Kim
Wen-Ching Yang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KRW Energy Systems Inc
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of DE3204432A1 publication Critical patent/DE3204432A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
    • B01J8/003—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor in a downward flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/44—Fluidisation grids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/482—Gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C10J3/503—Fuel charging devices for gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/52—Ash-removing devices
    • C10J3/523—Ash-removing devices for gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/78—High-pressure apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00761—Discharging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0976—Water as steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
    • C10J2300/1823—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water for synthesis gas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Description

- 3 - WS302P - 2441
Kohle-Vergasungsreaktor mit einem Fließbett und Verfahren zur Kohlevergasung
Die Erfindung betrifft einen Kohle-Vergasungsreaktor mit einem Fließbett in einem vertikal angeordneten Druckkessel mit einem oberen Abschnitt, dessen Innendurchmesser größer als der Innendurchmesser d eines unten liegenden Separationsabsehhittes ist.
In Reaktoren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Materialien, wie z.B. Kohle werden verbrennbare Gasprodukte erzeugt, wobei feste Abfallprodukte wie z.B. agglomerierte Asche übrigbleibt. In einer Entwicklungseinheit für einen Vergasungsreaktor mit einem Fließbett wird zerkleinerte Kohle durch das mittlere einer.Vielzahl von konzentrischen Rohren , welche in einen Druckkessel nach oben ragen, eingeführt. Der Druckkessel umfaßt typiseherweise einen oder mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchs messern, wobei der unterste Abschnitt den geringsten Durchmesser hat. In den Übergangsbereiehen sind konisch verlaufende Zwischenabschnitte vorgesehen. Die Fluidisation erfolgt in den oberen Abschnitten mit einer Geschwindigkeit, die größer als eine sogenannte minimale Fluidisationsgeschwindigkeit ist.
Die die Fluidisation und die Verbrennung unterstützenden Gase werden in unterschiedlicher Weise in. die Entwicklungseinheit eingeführt. Es gibt Lösungen, bei welchen die Gase in konzentrischen Rohren vertikal zugeführt werden, jedoch sind auch radiale an konzentrische Rohre angeschlossene Zuführungsleitungen vorgesehen. Ferner ist es vorgesehen, diese die Fluidisation und die Verbrennung unterstützenden Gase auch über Verteilerringe zuzuführen, welche in ausgewählten Höhenlagen innerhalb des Druckkessels ange
bracht
- 4 - WS302P - 2441
bracht sind. Ferner gibt es auch Lösungen, bei welchen das Fluidisierungsgas durch eine perforierte Platte auf der Bodenseite des Reaktors zugeführt wird.
Bei dem Vergasungsreaktor entsteht als Zwischenprodukt nach dem Zuführen des kohlenstoffhaltigen Materials ein brennbares Gasprodükt und Kohle. Nach dem Vergasen bleibt ferner Asche übrig. Das Verfahren läuft bei Temperaturen zwischen etwa 770° und 1050° C und darüber ab. Die Asche muß aus dem Druckkessel entfernt werden und zwar vorzugsweise kontinuierlich oder durch einen diskreten Chargenbetrieb, damit der Prozess mit möglichst hohem Wirkungsgrad ablaufen kann. Es ist wünschenswert, nur die Asche zu entfernen und nicht die noch nicht ganz vergaste Kohle, damit ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Ferner ist es wünschenswert die Asche mit einer möglichst geringen Temperatur unter 26O0C zu entfernen, damit die
1Γ) Temperaturverluste verringert und der Wärmetransport zu den weiter unten
liegenden Komponenten verkleinert wird. Dadurch kann'sich ein unverhältnismäßig langer Druckkessel ergeben, bei dem der Separationsabschnitt, durch welchen die Asche nach unten abwandern muß, entsprechend lang ist, so daß eine entsprechend vergrößerte Zeitdauer und damit stärkere Abkühlung der Asche gewährleistet wird. Im Gegensatz dazu ist es wünschenswert, die einzelnen Komponenten und insbesondere den Druckkessel verhältnismäßig klein und kompakt zu gestalten, um die Kosten zu verringern und auch um zu kleineren Anlagen zu gelangen. Es ergibt sich nämlich, daß verhältnismäßig große Druckkessel dazu tendieren, mehr Gas für die Fluidisation und die Verbrennung zu benötigen, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit verschlechtert.
Die Entwicklungseinheit wurde verhältnismäßig erfolgreich mit einem Durchsatz von etwa 15 Tonnen/Stunde betrieben, wenn lediglich Luft zugeführt wurde, wogegen sich der Durchsatz auf 35 Tonnen/Stunde vergrößert bei der Zuführung von Sauerstoff. Die Einheit war mit einer einzigen konzentrisch rohrförmigen Zuführung versehen, welche aus mehreren Rohren für das Einleiten der verkleinerten Kohle, die verschiedenen Prozeßmedien sowie das rezirkulierte Gasprodukt bzw. das Einleiten von Dampf und- Sauer-
stoff
- 5 - WS302P - 2441
stoff bestand. Zusätzliches Fluidisierungsgas wurde durch einen Verteilerring mit einem ' kreisförmigen Querschnitt zugeführt, der konzentrisch innerhalb des Separationsbereiches im Druckkessel angebracht war. Um einen" größeren Durchsatz zu erhalten, sind entsprechend größere Systeme vorzusehen, wobei ins Auge gefaßt wird, daß auch eine größere Anzahl von konzentrisch rohrförmigen Zuführungen eingebaut wird. Bei einem solchen vergrößerten System mit einer Vielzahl von konzentrisch rohrförmigen Zuführungen wird angenommen, daß ein ringförmiger Verteiler unzweckmäßig ist, da keine gleichmäßig über den Querschnitt des Druckkessels verteilte Zuführung des Fluidisierungsgases möglich ist. Diese Schwierigkeit wurde bisher noch nicht festgestellt. Eine ungleichmäßig verteilte Zuführung des Fluidisierungsgases führt dazu, daß sich Strömungskanüle durch das zerkleinerte Material hindurch ausbilden. Dadurch können sich lokale Kavernen bilden, eine übermäßige Vermischung eintreten und lokale Staus entstellen.
Alle diese Einflüsse sind einer Separation der Kohle- und Ascheteilchen entgegenwirkend.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Kohle-Vergasungsreaktor und ein Kohle-Vergasungsverfahren zu schaffen, bei dem die Vergasung in verhältnismäßig kleinen Reaktoren bei verhältnismäßig großem Durchsatz möglich ist, wobei bei einer vollständigen Vergasung die entstehende Asche im kontinuierlichen oder direkten Chargenbetrieb bei Temperaturen um oder untre 260° C entfernt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine konisch verlaufende und mit einer Perforation versehene Verteilerplatte am bodenseitigen Ende des Separationsabschnittes angeordnet ist, daß der Konuswinkel der Verteilerplatte auf die Horizontale bezogen einen Wert von größer 7° bis kleiner 15° hat, daß ein Einlaß vorhanden ist, um ein Fluidisierungsgas .nach oben durch die Verteilerplatte in den Separationsabsehnitt derart einzuleiten, daß eine Fluidisationsgeschwindigkeit von etwa 1,2 der minimalen Fluidisationsgeschwindigkeit im Separationsabsehnitt aufrechterhalten wird, daß sich eine Vielzahl von rohrförmigen Zuführungen durch die Verteilerplatte in einer Länge 1 derart vertikal nach oben erstreckt, daß das Ver-
. ·' hältnis
- 6 - WS302P - 2441
hältnis von 1/d kleiner 2,5 ist, und daß Einrichtungen zum Entfernen von Festteilchen von der Verteilerplatte vorhanden sind.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren An-Sprüchen. Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht vor, daß Teilchen aus kohlenstoffhaltigem Material nach oben in einen Druckkessel in einer Höhe injiziert werden, welche unterhalb der Obergrenze des Separationsabschnittes liegt, daß ein die Vergasung und Verbrennung unterstützendes Gas in den Separationsabschnitt derart injiziert wird, daß sich ein Verbrennungsstrahl über den Separationsabschnitt hinaus in den erweiterten oberen Abschnitt erstreckt, daß ein Fluidisierungsgas von unten nach oben in den Separationsabschnitt mit einer Geschwindigkeit injiziert wird, welche die Fluidisationsgeschwindigkeit in dem Separationsabschnitt bei etwa dem 1,2-fache fachen der minimalen Fluidisationsgeschwindigkeit hält, und daß die entstehende Asche im Bodenbereich des Separationsabschnittes abgeführt wird.
Die Erfindung wird besonders vorteilhaft bei einem Vergasungsreaktor verwirklicht, bei welchem von einer Verteilerplatte aus eine Vielzahl von konzentrisch rohrförmigen Zuführungsleitungen nach oben verlaufen, durch welches sowohl das verzkleinerte kohlenstoffhaltige Material als auch die Gase für die Vergasung und die Verbrennung zugeführt werden. Diese rohrförmigen. Zuführungen erstrecken sich in den Separationsabschnitt mit einer Länge 1, wobei sie in einer Höhe enden können, die am ■ oberen Ende des Separationsabschnittes liegt. Der Durchmesser des Separationsabschnittes beträgt d. Durch ein Verhältnis 1/d von weniger als etwa 2,5 ergibt sich eine ausreichende und gleichmäßige Verteilung der Strömung des Fluidisationsgases durch die Perforation der Verteilerplatte nach oben im Separationsabschnitt, womit die Separation der Kohle und der Asche erleichtert wird und ein ungleichmäßiger Druckabfall, und damit verbundene Kanalbildung für das Fluidisationsgas innerhalb des Separationsabschnittes vermieden wird. Mit Hilfe der Erfindung lassen sich Kavernenbildungen im Separationsabschnitt und die damit verbundene der Separation entgegenwirkende Vermischung von Asche und Kohle vermeiden. Es läßt sich ein wirkungsvoller Betrieb ermöglichen, bei dem die Kavernenbildung oberhalb des
Separations-
320U32 '
- 7 - WS302P - 2441
Separationsabschnittes auftritt. Durch die Erfindung wird auch dafür gesorgt, daß die Ascheteilchen lang genug in dem Separationsabschnitt verweilen und durch Wärmeübertragung ihre Temperatur abgeben bzw. durch das zugeführte Fluidisierungsgas abgekühlt werden, so daß sie mit einer Tempe-5-ratur von etwa 260° C und darunter aus dem Vergasungsreaktor entfernt
werden können. .
Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand von auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: 10
Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Druckkessel für eine Fließbettvergasung,
Fig. 2 einen perspektivischen Teilschnitt durch den unteren Teil eines · . Druckkessels für eine Fließbettyergasung,
Fig. 3 und 4 Teilschnitt in schematischer Darstellung durch verschiedene Ausführungsformen gemäß der Erfindung,
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine konische Verteilerplatte,
Fig. 6 ein Diagramm, in welchem die Separationsrate gegen die Zuführungsrate aufgetragen ist.
fr
In.Fig. 1 ist ein vertikal stehender Druckkessel 10 zur Durchführung einer Fließbettvergasung dargestellt. Die Prozeßmedien wie Luft oder Sauerstoff , rückgeführtes Gas, Dampf und insbesondere kohlenstoffhaltige Materialien wie Kohle, werden durch konzentrisch rohrförmige Zuführungen 12 in das Innere des Druckkessels geleitet. Der Druckkessel besteht aus mehreren Abschnitten mit einem oder mehreren oberen Abschnitten 14, welche einen verhältnismäßig großen Innendurchmesser haben und einen unteren Separationsabschnitt 16 mit einem bezogen auf die oberen Abschnitte verhältnismäßig kleinen Innendurchmesser d. Zwischen den einzelnen Abschnitten des Druckkessel können ein oder mehrere Durchmesserübergangsbereiche vorgesehen sein. '
Nach
- 8 - WS302P - 2441
Nach der Injektion bilden die Prozeßmedien ein Fließbett innerhalb des Druckkessel, in welchem eine Vergasung und Verbrennung unter Druck im wesentlichen oberhalb der Zuführungen 12 stattfindet. Dabei werden die zugeführten kohlenstoffhaltigen Teilchen in einem Zwischenschritt zu Kohle und einem Produktgas aufgespalten. Schließlich wird die Kohle vergast und zu Asche verbrannt. Das brennbare Produktgas wird über einen Auslaß 18 abgenommen, wogegen die agglomerierte Asche im Bodenbereich des Druckkessels entfernt wird. Der Prozeß-läuft bei einer Temperatur in der Größenordnung von 760° C bis 1100° C und darüber ab.
Zumindest einer und vorzugsweise eine Vielzahl der Sätze aus konzentrisch rohrförmigen Zuführungen erstreckt sich von der Verteilerplatte 20 aus in eine Höhe bis oder etwa unter dem oberen Bereich des Separationsabschnittes 16, wie man aus den Fig. 2 bis 4 entnehmen kann. Die Verteilerplatte 20 stellt den Boden des Separationsabschnittes 16 dar und weist eine Perforation 22 auf, durch welches das fluidisierende Gas strömen kann. Ferner sind in der Verteilerplatte Öffnungen 24 vorgesehen, durch welche die konzentrisch rohrförmigen Zuführungen 12 verlaufen. Dabei können alle konzentrischen Rohre der Zuführung durch die Verteilerplatte gemäß Fig.- ■ 2 geführt sein, jedoch kann auch eine seitliche Zuführung für einige der Rohre gemäß Fig. 3 vorgesehen sein.
Die Verteilerplatte 22 verläuft grundsätzlich konisch und ist vorzugsweise wie in Fig. 3 dargestellt nach unten konisch ausgebildet. Es kann jedoch auch eine nach oben konische Ausbildung gemäß Fig. 4 vorgesehen sein. Bei der nach unten konisch ausgebildeten Version wird die Asche aus dem Separations abschnitt 16 durch eine oder mehrere vergrößerte Öffnungen 26 durch ein . Auslaßrohr 28 abgeleitet. Dieses Auslaßrohr 28 kann in herkömmlicher Weise
mit Ventilen versehen sein. Bei einer nach oben konisch verlaufenden Aus-HO f'iihriingsform dor Vcrtoilcrplntto wird die Asche um ticfor liegenden äulioron Umfang vorzugsweise durch eine Vielzahl von Öffnungen 30 abgenommen.
Die Perforation 22 ist bezüglich der Größe und V.erteiler derart angeordnet, daß das fluidisierende Gas wie z.B. das zurückgeführte·Produktgas nach 35
oben
- 9 - WS302 P - 2441
oben austreten kann. Dieses Produktgas wird durch einen Einlaß 34 in ein Sammelvolumen 32 unter der Verteilerplatte 20 eingeleitet. Die Perforation ist derart ausgebildet, daß im wesentlichen keine Ascheteilchen durch die Perforation in das Sammelvolumen nach unten abfließen können. Dns fluidisierende Gas wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,2 der minimalen Fluidisationsgeschwindigkeit zugeführt, so daß der untere Separationsabschnitt 16 mit einem im allgemeinen als minimalen Fluidisationsmeehanismus bezeichneten Betrieb läuft. Die Perforation 22, wie z.B. in Fig. 5 dargestellt, besteht aus Bohrungen mit einem Durchmesser von etwa 0,33 cm bis 2,5 cm. Über der Perforation kann, auch ein Metallgitter angeordnet sein. Es ist auch alternativ vorgesehen, gesinterte poröse Verteilerplatten aus metallischen oder keramischen Materialien zu verwenden, welche z.B. .aus einem gesinterten porösen rostfreiem Stahl oder entsprechend auch aus Messing bestehen können.
·
Die der Entfernung der Asche dienende Öffnung 26 hat einen Durchmesser von etwa 15 bis 21 cm, wenn die Öffnung in einem Bereich angebracht ist, in welchem keine Zuführung 12 durch die Verteilerplatte geht. Wenn die Öffnung 26 um eine Zuführung 12 herum ausgebildet ist, soll die Breite des Ringraumes etwa 15 bis 21 cm betragen.
Der Konuswinkel θ , bezogen auf die Horizontale, kann zwischen etwa 7° und etwa 30° liegen, vorzugsweise werden jedoch Winkel zwischen etwa 7° und 15° verwendet. Es ist anzustreben, den Winkel so klein wie möglieh zu machen um eine ungleiche Druckverteilung im Innenvolumen des unteren Separationsabschnittes zu verringern. Mit einem kleinen Winkel läßt sich die Differenz des statischen Druckabfalls zwischen der obersten und der untersten Perforation auf ein Minimum bringen. Eine Differenz verursacht einen bevorzugten Strömungsweg bzw. die Ausbildung von Kanälen im unteren Druckvolumen des Separators und damit eine Fchlfunktion der Fluidisierung, was eine schlechtere Separation der Kohle und der Asche mit .sich bringt. Andererseits ist es wünschenswert, den Winkel zu vergrößern, um das Entfernen der Ascheteilchen von der Verteilerplatte zu begünstigen. Bei einem Winkel unter 7° tendieren, selbst wenn die Strömung durch die
Perforation
- 10 - WS302P - 2441
Perforation 22 fließt, die Ascheteilchen zum Akkumulieren in Bereichen auf der Verteilerplatte und wandern nicht mehr zur Auslaßöffnung.
Im unteren Teil des Separationsabschnittes 16 trennt sich die Kohle von der Asche, wobei die Kohle nach oben zur weiteren Verbrennung rezirkuliert wird und die Asche weiter nach unten wandert um schließlich entfernt zu werden. Der grundsätzliche Mechanismus der zur Separation beiträgt , ist die Fähigkeit der aufsteigenden Blasen, die Kohleteilchen mit verhältnismäßig geringer Dichte mit nach oben zu nehmen, was für die Asche-
K) teilchen mit größerer Dichte nicht gilt. Ein Mechanismus, welcher die
Separation unterdrücken kann, ergibt sich durch eine Kavernenbildung innerhalb des Separationsabschnittes, wobei große gasförmige Blasen entstehen, welche sich über den gesamten Separationsabschnitt erstrecken können und dazu tendieren, sowohl die Asche- als auch die Kohleteilchen ■ nach oben zu verschieben. Eine derartige Kavernenbildung kann jedoch vermieden werden, wenn das Verhältnis 1/d kleiner als 2,5 ist, wobei 1 den Abstand zwischen der Verteilerplatte und einem Punkt im oberen Bereich des Separationsabschnittes ist, in welchem das kohlenstoffhaltige Rohmaterial zugeführt wird. Dieser Punkt kann im Endbereich der rohrförmigen Zuführungen 12 liegen. Der Durchmesser d ist der Innendurchmesser des unteren Separationsabschnittes. .
Für den Durchmesser d wird vorzugsweise der Minimaldurchmesser vorgesehen, der eine Kavernenbildung im Separationsabschnitt verhindert und unter Beibehaltung eines günstigen Verhältnisses 1/d einen genügend großen Querschnittsbereich für die Separation von Kohle und Asche vorsieht. Zusätzlich wird, um eine nennenswerte Akkumulation der Ascheteilchen zu vermeiden, der innere Durchmesser des Separationsabschnittes 16 groß genug gemacht, damit das Verhältnis der Separation von Asche und Kohle größer als die Ballungsrate für die Asche ist. In Fig. 6 sind graphisch die Ergebnisse eines Experimentes unter Verwendung von Dolomit dargestellt, mit welchem Ascheteilchen simmuliert werden, wobei Kohle in eine Fluidisierungszone , ähnlich der des unteren Separationsabschnittes 16 eingespeist wird. Aus der Darstellung ergibt sieh, daß die maximale Separations-
rate
3204Λ32 '
- 11 - WS302P - 2441
rate im System normalisiert auf einen Basisquerschnittsbereich etwa 750 kg/min-m2 unabhängig von der Zuführungsrate ist. Die Separationsrate hängt stark von der relativen Konzentration der beiden zugeführten Materialien und deren relativen Dichte sowie dem Größenverhältnis ab.
Bei der Testeinheit wurde ein Druck von 15,5 kPa bei Umgebungstemperatur verwendet. Die Injektionsgesehwindigkeiten waren Vj_ = 0,24 m/s, V2 = 25,3 m/s und V3 = 0,27 m/s, wobei V^ , V2 , und V3 wie in der diagrammschematisch angedeuteten Testanordnung gezeigt die fluidisierte Gasinjektion (Vp durch die Verteilerplatte 20, die Teilcheninjektion (V2) im Transportgas durch die rohrförmige Zuführung 12 und die Gasinjektion (V3) durch die konisch verlaufende Verteilerplatte über dem unteren Separationsabschnitt 16 ist.
Neben dem Zweck der Verhinderung von Kavernenbildung dient der Separationsabsehnitt 16 vorzugsweise auch zur Abkühlung der Ascheteilchen durch eine entsprechende Höhe bevor diese Ascheteilchen den Druckkessel IU bei verhältnismäßig niederen Temperaturen, welche vorzugsweise unter 260° C liegen, verlassen.
20' Das obere Ende der konzentrisch rohrförmigen Zuführung 12 ist am oberen Ende oder innerhalb des Separationsabschnittes 16 angebracht. Es ist wünschenswert, die Länge 1 zu minimalisieren, um die Gesamthöhe des Druckkessels 10 zu verringern und die Festteilehenzirkulation für die Vergasung und Verbrennung zu verbessern. In einem Separationsabschnitt mit . geringerer Höhe und geringerem Durchmesser ist nämlich die Teilchengeschwindigkeit größer. Wenn das obere Ende der konzentrisch rohrförmigen Zuführung 12 innerhalb des Separationsabschnittes liegt, dringt der Verbrennungsstrahl weit genug in denjenigen Teil des Druckkessels 10 oberhalb des Separationsabschnittes vor, um sicherzustellen, daß der Vor-. brennungsstrahl bis in den Vergasungsbereich dringt oder um zu bewir-" ken, daß die oberhalb des Verbrennungsstrahls erzeugten Gasblasen kleiner als der Innendurchmesser des Separationsabschnittes 16 ist und damit eine Kavernenbildung verhindert wird. Oberhalb des Separationsabschnittes sind größere Blasen akzeptierbar.
Ein
- 12 - WS302P - 2441
Ein beispielsweise ausgeführter Druckkessel 10 hat einen Separationsabschnitt 1.6 von etwa 91 cm Durchmesser und etwa 152 cm Höhe. Innerhalb dieses Separationsabschnittes sind konzentrisch rohrförmige Zuführungen vorgesehen, welche etwa 90 cm bis etwa 152 cm in den Separationsabschnitt ragen. Weitere Systemparameter gehen aus der nachfolgenden Tabelle hervor:
Entfernungsrate für die Asche 2250 kg/h Oberflächengesehwindigkeit für
das Gas im Separationsabschnitt 45 - 76 cm/s Mittlere Größe der Ascheteilchen 1650 /um Dichte der Ascheteilchen 1,6 kg/dm^ Bett-Temperatur ' 985 ° C -.1070° C
Asehc-AustriUstomperntur etwa 260° C
Alistrittsgeschwindigkeit der
Luft 18 - 37 cm/s Durchmesser des äußeren rohrförmigen Zuführungsrohres 40,6 cm
Nicht ausgefüllter Anteil im
Separatorbett 0,48
Konuswinkel der Verteilerplatte 15 ° Perforationsdurchmesser , 3,2 mm
Anzahl der Perforationen 194
Für das beispielsweise angegebene System ist der Verbrennungsstrahl etwa 1,52 m nnch oben vorgedrungen, wobei sich eine maximale Blosongrößo von in in einer Uöho innerhalb des Vergasungsbettes einstellte. Jedoch ist wegen des weiten Vordringens des Verbrennungsstrahles der Durchmesser von 0,9 m für den Separationsabschnitt ausreichend, um die störende Kavernenbildung für die Separationsfunktion zu mildern, da große Blasen nur im Vergasungsbereich auftreten.
Ein 35
- 13 - WS302P - 2441
Ein System für die Fließbettvergasung, welches wie beschrieben mit einem kürzeren Separationsabschnitt entsprechend einer minimalen Fluidisation arbeitet, ' bewirkt eine ausreichende Separation der Kohle von der Asche und verringert die Kavernenbildung im Separationsnbschnitt, wobei die Separation von
Γ) . Asche und Kohle mit einer Geschwindigkeit erfolgt, welche mit der Agglomerationsrate für die Asche kompatibel ist. Die Ascheteilchen sind ausreichend lang im Separationsabschnitt mit einem kühlenden Gas in Kontakt um sicherzustellen, daß sie den Druckkessel mit einer annehmbaren Temperatur verlassen.

Claims (5)

Patentansprüche IÜ
1.) Kohle-Vergasungsreaktor mit einem Fließbett in einem vertikal angeordneten Druckkessel mit einem oberen Abschnitt, dessen Innendurchmesser größer als der Innendurchmesser d eines unten liegenden Separationsabschnittes ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine konisch verlaufende und mit einer Perforation (22) versehene Verteilerplatte (20) am bodenseitigen Ende des Separationsabschnittes (16) angeordnet ist,
daß der Konuswinkel der Verteilerplatte (20) auf die Horizontale bezogen einen Wert, von größer 7° bis kleiner 15° hat, daß ein Einlaß (34) vorhanden ist, um ein Fluidisierungsgas nach oben durch die Verteilerplatte (20) in den Separationsabschnitt (16) derart einzuleiten, daß eine Fluidisationsgeschwindigkeit von etwa 1,2 der minimalen Fluidisationsgeschwindigkeit im Separationsabschnitt aufrechterhalten wird, daß sich eine Vielzahl von rohrförmigen Zuführungen (12) durch die Verteilerplatte (20) in einer Länge 1 derart vertikal nach oben erstreckt, daß das Verhältnis von 1/d kleiner 2,5 ist,
und daß Einrichtungen (26, 28; 30) zum Entfernen von Festteilehen von der Verteilerplatte (20) vorhanden sind.
20
320U32 -" *" -:"
- 2 - WS302P - 2441
2.) Kohle-Vergasungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerplatte (20) aus einem gesinterten, porösen rostfreien Stahl besteht.
3.) Kohle-Vergasungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerplatte (20) aus einem gesinterten, porösen Messing besteht. ■ .
4.) Kohle-Vergasungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Zuführungen (12) von der Verteilerplatte (20) aus nach oben verlaufen und innerhalb des Separationsabschnittes (16) enden.
5.) Verfahren zum Betreiben eines Kohle-Vergasungsreaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem Kohle, ein verbrennbares Produktgas und schließlich Asche erzeugt wird, . dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen aus kohlenstoffhaltigem Material nach oben in einen Druckkessel (10) in einer Höhe injiziert werden, welche unterhalb der Obergrenze des Separationsabschnittes liegt,
daß ein die Vergasung und Verbrennung unterstützendes Gas in den Separationsabschnitt derart injiziert wird, daß sich ein Verbrennungsstrahl über den Separationsabschnitt hinaus in den erweiterten oberen Abschnitt erstreckt,
daß ein Fluidisierungsgas von unten nach oben in den Separationsabschnitt mit einer Geschwindigkeit injiziert wird, welche die Fluidisationsgeschwindigkeit in dem Separationsabschnitt bei etwa dem 1,2-fachen der minimalen Fluidisationsgeschwindigkeit hält,
und daß die entstehende Asche im Bodenbereich des Separationsabschnittes abgeführt wird.
DE19823204432 1981-06-09 1982-02-09 Kohle-vergasungsreaktor mit einem fliessbett und verfahren zur kohlevergasung Withdrawn DE3204432A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US27175681A 1981-06-09 1981-06-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3204432A1 true DE3204432A1 (de) 1982-12-23

Family

ID=23036943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19823204432 Withdrawn DE3204432A1 (de) 1981-06-09 1982-02-09 Kohle-vergasungsreaktor mit einem fliessbett und verfahren zur kohlevergasung

Country Status (13)

Country Link
JP (1) JPS57207693A (de)
KR (1) KR830009194A (de)
AU (1) AU543483B2 (de)
BE (1) BE892082A (de)
BR (1) BR8200511A (de)
CA (1) CA1185794A (de)
DE (1) DE3204432A1 (de)
ES (1) ES509409A0 (de)
FR (1) FR2507203A1 (de)
GB (1) GB2099717B (de)
IN (1) IN155792B (de)
IT (1) IT1151510B (de)
ZA (1) ZA82380B (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1010028B (zh) * 1985-05-29 1990-10-17 国际壳牌研究有限公司 褐煤气化器
US6719952B1 (en) * 2000-02-21 2004-04-13 Westinghouse Electric Company Llc Fluidized bed reaction design
JP4899145B2 (ja) * 2005-06-03 2012-03-21 独立行政法人産業技術総合研究所 固体滞留部を設けた縦型反応装置。

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE554203A (de) * 1956-01-19
US3935825A (en) * 1975-02-24 1976-02-03 Institute Of Gas Technology Coal ash agglomeration device
US4191539A (en) * 1976-06-07 1980-03-04 Institute Of Gas Technology Method for feeding caking coal particles to a gasifier
US4229289A (en) * 1979-03-12 1980-10-21 Institute Of Gas Technology Fluidized bed apparatus and process
US4282010A (en) * 1979-07-17 1981-08-04 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fluidized bed injection assembly for coal gasification
US4315758A (en) * 1979-10-15 1982-02-16 Institute Of Gas Technology Process for the production of fuel gas from coal

Also Published As

Publication number Publication date
IT8219500A0 (it) 1982-02-08
IN155792B (de) 1985-03-09
BE892082A (fr) 1982-08-09
ES8305034A1 (es) 1983-03-16
FR2507203B1 (de) 1984-12-28
FR2507203A1 (fr) 1982-12-10
GB2099717A (en) 1982-12-15
IT1151510B (it) 1986-12-24
KR830009194A (ko) 1983-12-19
ES509409A0 (es) 1983-03-16
AU7974282A (en) 1982-12-16
GB2099717B (en) 1984-08-15
JPS57207693A (en) 1982-12-20
BR8200511A (pt) 1983-04-12
AU543483B2 (en) 1985-04-18
ZA82380B (en) 1983-02-23
CA1185794A (en) 1985-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60032166T2 (de) Katalytischer reaktor
DE2260802C2 (de) Vorrichtung zur Durchführung von Umwandlungen von Kohlenwasserstoffen
DE3143556A1 (de) Reaktor zur vergasung kohlenstoffhaltiger materialien
EP0302849B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung oder Vergasung von Brennstoffen in einer Wirbelschicht
CH425734A (de) Vorrichtung zur Herstellung eines Fliessbettes
DE1671135B1 (de) Wirbelschichtkontaktkammer und verfahren zu ihrer verwendung
DE2654662A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur teilverbrennung von kohlestaub
DE3218967A1 (de) Verfahren zur erzeugung von waerme aus in form von einzelteilchen vorliegenden pyrolysierten kohlenstoff-enthaltenden feststoffen
DD154007A5 (de) Entgasungseinrichtung fuer einen fliessbett-abfluss
DE2753173C2 (de) Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus einem Gemisch mit einem fließfähigen Medium in einer Wirbelschicht
EP0042095B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Einspeisung von Schüttgütern in Wirbelschichtreaktoren
DE3204432A1 (de) Kohle-vergasungsreaktor mit einem fliessbett und verfahren zur kohlevergasung
DE1542499A1 (de) Reaktor zur Durchfuehrung von Reaktionen in der Gasphase mittels heterogener Katalyse
DE2165658A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Bewegung fester Teilchen in einem Fließbett
DE2461402A1 (de) Vorrichtung zum beschicken eines schachtofens mit feststoffpartikeln
EP0625562A1 (de) Verfahren zum Vergasen von Feststoffen und Vergasungsreaktor
DE2007371A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kontaktbehandlung von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gas
DE3326879A1 (de) Biogasreaktor
DE2744611A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum beschichten von teilchen mit einer in einem reagierenden gas enthaltenen substanz
DE3925630A1 (de) Umlauf-wirbelbettvorrichtung
DE19548324C2 (de) Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Feststoffen in der Wirbelschicht sowie dafür verwendbarer Vergaser
DE10319625B3 (de) Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von eisenoxidhaltigen Feststoffen
DE2832846A1 (de) Einrichtung zur foerderung und stroemungsaufteilung eines in dichter phase vorliegenden teilchenfoermigen feststoffs
DE1916172B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Schwefelgehaltes von schwerem Erdöl in einem Wirbelbettsystem
DD148344A1 (de) Reaktor zum vergasen von festen,kohlenstoffhaltigen materialien

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: KRW ENERGY SYSTEMS INC., HOUSTON, TEX., US

8139 Disposal/non-payment of the annual fee