DE3214649C2

DE3214649C2 - Verfahren zur Vergasung von festem, teilchenförmigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff

Info

Publication number: DE3214649C2
Application number: DE19823214649
Authority: DE
Inventors: Seppo Karhula Ruottu
Original assignee: A Ahlstroem Noormarkku Oy; Ahlstrom Corp
Current assignee: Amec Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1981-05-22
Filing date: 1982-04-21
Publication date: 1992-03-12
Also published as: JPS57198791A; SE461150B; DE3214649A1; SE461150C; FI62554B; JPS6210596B2; FI62554C; SE8202857L

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von festem kohlenhaltigen Material in einem Wirbelschichtreaktor, wobei in den im oberen Teil des Reaktors austretenden Gasen enthaltene feste Partikel abgeschieden und in den unteren Teil des Reaktors zurückgeführt werden. Dem unteren Teil des Reaktors wird sauerstoffhaltiges Gas zugeführt, und das von den Gasen getrennte nicht reagierte kohlenhaltige Material im unteren Teil des Reaktors oxydiert wird. Kohlenhaltiges Material wird einer oberhalb der Oxydationszone befindlichen sauerstofffreien Zone aufgegeben, und das kohlenhaltige Material wird durch die aus dem unteren Teil des Reaktors emporsteigenden heißen Gase und Partikel pyrolysiert und reduziert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-PS 6 47 142 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren soll Wassergas aus aus feinkörnigen Brennstoffen hergestellt werden, wobei durch den Lochboden des Reaktors Wasserdampf eingeblasen und aus über dem Lochboden einmündenden Düsen sauerstoffhaltiges Gas zugeführt werden. Der Dampf sorgt von sich aus wegen seiner Wärmekapazität für einen gewissen Temperaturausgleich im Reaktor, insbesondere schützt er von einer Überhitzung im Oxydationsraum. Nicht bei allen Verbrennungen ist jedoch Wasserdampf zugegen.

Inerte körnige Wärmeträgermaterialien sind an sich für das Vergasen fester, feinkörniger Brennstoffe aus der DE-OS 27 42 644 und der DE-PS 9 29 866 bekannt. Es handelt sich aber in beiden Fällen um Verfahrensführungen, bei denen die Funktion des inerten Materials ausschließlich die Wärmeübertragung ist und das inerte Material in einer stationären Wirbelschicht gehalten wird.

Aus der DE-PS 9 49 965 ist ein Verfahren zur Entgasung fester Brennstoffe nach dem Wirbelschichtverfahren bekannt, bei dem der von den gebildeten Gasen und Dämpfen mitgerissene Bren.istoffstaub abgetrennt und gegebenenfalls mit sauerstoffhaltigen Gasen separat vergast und sodann diese heißen Gase als Behandlungsmittel in das Wirbelbett zurückgeführt werden. Es handelt sich hierbei zwar um eine Form von Rückführung, nicht jedoch um ein zirkulierendes Wirbelbett, bei welchem die gesamte reagierende Feststoffmenge umläuft. Dies trifft auch für die DE-PS 4 97 894 zu, bei welcher in die den Gaserzeuger verlassenden heißen Gase feuchter Brennstoff so eingeführt wird, daß er durch den Gasstrom bis zu einem Abschneider mitgerissen und hierbei getrocknet wird. Hierauf wird der getrocknete Brennstoff durch eine Rohrleitung dem Brennstoffbett des Wirbelschichtreaktors zugeführt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelschichtreaktor der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art so zu führen, daß auch unabhängig vom dem speziellen Gasgewinnungsverfahren ein Temperaturausgleich in dem Wirbelschichtreaktor gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst

Das mitgeführte inerte Material hat eine gewisse Wärmekapazität, die für den erwünschten Temperaturausgleich in den verschiedenen Zonen des Wirbel-Schichtreaktors sorgt

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens ist in Anspruch 2 wiedergegeben.

Die Maßnahme nach Anspruch 3 verhütet das Auftreten zu hoher Temperaturen im unteren Bereich des Wirbelschichtreaktors.

Im folgenden wird die Erfindung unter Verweis auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vertikalschnitt schematisch darstellt

In der Zeichnung bedeuten 1 einen Wirbelschichtreaktor für die Vergasung von festem, teilförmigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, 6 einen Zyklonabscheider, in dem die im oberen Teil des Reaktors abgeführten Partikel von den Gasen getrennt werden, und 3 eine

so Rückführleitung für die Partikel. Am unteren Reaktorende ist ein Lochboden 4 angeordnet, durch den das sauerstoffhaltige Gas, z. B. Luft, dem unteren Teil des Wirbelschichtreaktors 1 zugeführt wird. Am oberen Ende des Wirbelschichtreaktors ist eine Austrittsöffnung 5 für das Gas und die darin mitgeführten Partikel angeordnet durch die die Gase tangential der Wirbelkammer des Zyklonabscheiders 2 zugeführt werden. Der zu vergasende Brennstoff wird in ein Eintragssilio 7 gefördert, von wo er mittels eines Schneckenförderers 8 durch eine Eintragsöffnung 9 in den Wirbelschichtreaktor eingetragen wird. Für das Anfahren des Verbrennungsvorgangs ist der Wirbelschichtreaktor mit einem Anfahrbrenner 10 ausgestattet.
In der Wirbelkammer des Zyklonabscheiders 6 ist ein axiales Gasabzugsrohr 11 angeordnet, durch das das Gas, von dem die festen Partikel abgeschieden sind, aus der Wirbelkammer nach oben hin entweicht. Die in den Gasen enthaltene Wärme wird zur Vorwärmung der dem Wirbelschichtreaktor zuzuführenden Luft herangezogen, und die vorerwärmte Luft wird durch die Leitung 2 in die unterhalb des Lochbodens 4 befindliche Luftschleuse 12 geleitet.

Die abgeschiedenen festen Partikel setzen sich im trichterförmigen Unterteil des Zyklonabscheiders ab,

von wo sie über die Rückführleitung 3 durch die Öffnung 14 in den unteren Reaktorteil zugeführt werden.

Die Eintragstelle des zu vergasenden Brennstoffs ist so gewählt, daß sie sich oberhalb des Lochbodens in einer Höhe von mindestens 3 m, vorzugsweise jedoch 4 bis 6 m, befindet, wo nicht mehr viel Sauerstoff vorhanden ist.

Dadurch oxydieren die in der Nähe der Eintragsöffnung 9 entstehenden Pyrolysegase nicht, sondern teilen sich in thermisch kurzkettige Kohlenwasserstoffe, die ihrerseits mit den aus dem unteren Reaktorteil emporsteigenden CO2 und H2O reagieren. Diese Reduktionsreaktionen laufen im oberen Teil des Wirbclschichtreaktors ab, wo die Gas-Verweilzeit (2—20 Sek.) und

-Temperatur (S 900"C) so gewählt sind, daß die Produktgase nahezu einen thermodynamischen Gleichgewichtszustand erreichen.

Die für die Reduktionsreaktion erforderliche Energie wird aus den im Reaktor-Unterteil erfolgenden Oxydationsreaktionen, an erster Stelle der des Kohlenstoffes, gewonnen. Um zu hohe Temperature!; zu vermeiden, werden die Temperaturunterschiede in der Reduktionsund Oxydationszone ausgeglichen, indem durch beide Zonen des Reaktors ein inertes Material, z. B. Sand, z;rkuliert Da die Oxydations- und Reduktionszonen in demselben Reaktor angeordnet sind, läßt sich die Zirkulation leicht verwirklichen, indem Korngröße und Menge des inerten MateriaLs so gewählt werden, daß sich bei dem angewendeten Gasströmungsgeschwindigkeitsbereich ein passender Teil des Gesamtmaterials in pneumatischer Förderung befindet Dabei durchläuft der im Zyklonabscheider 6 abgeschiedene teilchenförmige Feststoff, der in den Unterteil des Wirbelschirhtreaktors 1 zurückgeführt wird, zuerst diese heiße Oxydationszone und kühlt sich anschließend beim Durchlaufen der Reduktionszone ab. Der Massenstrom des Inertkreislaufs wird durch Einstellung der Menge des Umlaufmaterials so eingestellt, daß die höchsten Temperaturen des den zu vergasenden Brennstoff enthaltenden umlaufenden Feststoffs, abhängig von der Sintertemperatur der Asche in der Oxydationszone, <970 bis 1200°C und nach der Reduktionszone 70—120°C darunter betragen.

Damit die Temperaturunterschiede in der oxydierenden und reduzierenden Zone in den obengenannten Grenzen gehalten werden können, soll der Feststoff so zirkulieren, daß sich im Reaktorgas 500—1000 g/mol Feststoff befindet Aus dem Zyklonabscheider 6 sollen also ein relativ großer Massenstrom feinkörniger Sand (10 μηι <dp <400μπι; dp = Korngröße) sowie unreagierter Konlenstoff dem Unterteil des Wirbelschichtreaktors 1 zugeführt werden.

Beispiel

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In einem Wirbelschichtreaktor 1 mit einem Durchmesser von 600 mm, einer Höhe von dem Lochboden 4 bis zum Gasabzugsrohr von 11 m und einer Höhe der Eintragsöffnung 9 über dem Lochboden 4 von 4 m wurde Torf unter folgenden Bedingungen vergast:

Trockener Torfdurchsatz 100 g/s
Wasserdurchsatz 25 g/s

Luftdurchsatz 210 g/s Höchsttemperatur in der

Oxydationszone 990° C

Temperatur nach dem Abscheider 89O⁰C

Hinter dem Zyklonabscheider wies das Gas folgende ss Zusammensetzung auf:

Moldurchsatz von Gas Durchsatz des inerten umlaufenden Materials

14,2 mol/s 73 kg/s (Sand)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Verbindung	Molanteil
CO	0,245
CO₂	0,051
H₂O	0,092
CH₄	0,018
H₂	0,163
N₂	0,412
H,S	0.0004

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vergasung von festem, teilchenförmigen, kohlenstoffhaltigem Brennstoff in einer Wirbelschicht, bei welchem die mit den Gasen aus dem oberen Teil des Wirbelschichtreaktors austretenden festen Partikel aus dem Gasstrom abgeschieden und in den unteren Teil des Reaktors zurückgeführt werden und ihnen dort von unten sauerstoffhaltiges Gas als Versorgungs- und Wirbelmittel zugeführt wird, mittels welchem die zurückgeführten kohlenstoffhaltigen Brennstoffpartikel oxydiert werden, wobei der frische kohlenstoffhaltige Brennstoff mit Abstand darüber in die Wirbelschicht eingegeben wird, so daß er durch die dabei der Reduktion ausgesetzten emporsteigenden, heißen Gase und durch die Brennstoffpartikel pyrolisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht zirkuliert und in ihr zum Ausgleich von Temperaturunterschieden ein inertes körniges Material entsprechender Korngröße, wie Sand, mitzirkuliert

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff enthaltende Vergasungsmittel durch einen Lochboden zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlenstoffhaltige frische Brennstoff mindestens 3 m oberhalb des Lochbodens eingegeben wird.