DE3333187C2 - Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas durch Teilverbrennung eines aschehaltigen Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Gas in einem Reaktor, wobei das erzeugte Synthesegas aus dem Reaktor am Kopf desselben über eine Gasauslaßleitung abgezogen und die gebildete Schlacke über einen am Boden des Reaktors angeordneten Schlackeaustrag abgezogen wird.

Für diesen Zweck kann als Brennstoff Kohle verwendet werden, doch sind auch Lignit, Torf, Holz und flüssige Brennstoffe, wie Schieferöl und aus Teersanden gewonnenes Öl, hierfür geeignet. Als sauerstoffhaltiges Gas kann Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reiner Sauerstoff verwendet werden.

Vorzugsweise hat der Vergasungsreaktor die Form eines im wesentlichen kreisförmigen, senkrecht angeordneten Zylinders. Es sind aber auch andere Reaktorformen möglich, wie ein Blockreaktor, ein Kugelreaktor oder ein konisch ausgebildeter Reaktor. Der Betriebsdruck in dem Reaktor liegt im allgemeinen zwischen 1 und 70 bar.

Außer dem Brennstoff und dem sauerstoffhaltigen Gas wird in den Reaktor zweckmäßig auch ein Moderierungsmittel eingespeist. Dieses Moderierungsmittel übt einen mäßigenden Einfluß auf die Temperatur des Vergasungsvorganges aus, indem es mit den Reaktanten und/oder den gebildeten Produkten endotherm reagiert. Geeignete Moderierungsmittel sind Dampf und Kohlendioxid.

Der Brennstoff, das sauerstoffhaltige Gas und das Moderierungsmittel werden dem Reaktor vorzugsweise durch mindestens einen Brenner zugeführt. Sehr zweckmäßig werden mindestens zwei solche Brenner verwendet. In einer sehr geeigneten Ausführungsform sind die Brenner symmetrisch in bezug auf die Reaktorachse in einem tiefliegenden Teil der Reaktorwand angeordnet.

Bei der Vergasungsreaktion bildet sich außer dem Synthesegas auch noch Schlacke. Ein großer Anteil der gebildeten Schlacke fällt nach unten und wird über den Schlackenaustrag aus dem Reaktor entfernt. Es wurde jedoch gefunden, daß ein Teil der Schlacke auch mit den Produktgasen über die Gasauslaßleitung mitgerissen wird. Diese mitgerissene Schlacke hat die Form von kleinen Tröpfchen oder porösen Teilchen. Sie wird auch als Flugasche bezeichnet und kann infolge einer Verschmutzung der Anlageteile schwerwiegende Betriebsstörungen hervorrufen. Eine solche Verschmutzung tritt insbesondere dann auf, wenn die Flugasche klebrig ist, was in dem Temperaturbereich auftritt, wo die Schlacke nicht mehr im vollständig geschmolzenen Zustand aber auch noch nicht im vollständig verfestigten Zustand vorliegt. Dieser Temperaturbereich kann mehrere hundert Grad Celsius umfassen und liegt im allgemeinen zwischen 700 und 1500°C.

Wenn die Flugasche aus dem Reaktor austritt, hat sie im allgemeinen eine Temperatur zwischen 1000 und 1700°C. Um eine Verschmutzung so weit als möglich zu verhindern, wird das die Flugasche enthaltende, aus dem Reaktor austretende Synthesegas abgeschreckt, so daß sich die Flugasche sehr schnell verfestigt. Dieses Abschrecken wird vorzugsweise durchgeführt, indem man ein kaltes Gas und/oder Wasser in die Gasauslaßleitung injiziert. Nachdem sich das Gas abgekühlt hat, wird die Flugasche aus dem Gas entfernt, beispielsweise mittels eines oder mehrerer Zyklone. Ein geeignetes Verfahren für diesen Zweck wird in DE-OS 24 09 008 beschrieben.

Wenn die Flugasche aus dem Synthesegas abgetrennt worden ist, liegt sich insgesamt in der Form von feinen porösen Teilchen vor. Diese Teilchen weisen die Eigenschaft auf, daß die darin enthaltenen Schwermetalle durch Wasser ausgelaugt werden. Demgemäß stellen sie eine potentielle Gefahr in bezug auf die Umweltverseuchung dar, wenn nämlich solche feine Schlacketeilchen im Freien gelagert werden. Ein Anteil des Brennstoffes in der Flugasche ist außerdem nicht in Synthesegas umgewandelt worden. Die verfestigte Flugasche enthält daher einen beträchtlichen Prozentsatz an Kohlenstoff.

Die Schwermetalle werden hingegen durch Wasser nicht aus demjenigen Schlackeanteil ausgelaugt, welcher über den Schlackeaustrag aus dem Reaktor abgezogen worden ist. Daher ist eine Lagerung im Freien ohne die Gefahr einer Umweltverseuchung möglich. Die auf diese Weise erhaltene Schlacke kann auch für den Straßenbau eingesetzt werden. Der Kohlenstoffgehalt dieser Schlacke liegt im allgemeinen unterhalb 1 Gewichtsprozent.

Es ist aus der DE-OS 29 47 222 bereits bekannt, die Flugascheteilchen zusammen mit dem zu vergasenden Brennstoff erneut über die Brenner in den Reaktor zurückzuführen, so daß diese Flugascheteilchen nochmals mit Sauerstoff kontaktiert werden. Auf diese Weise wird praktisch der gesamte Kohlenstoffgehalt in der Flugasche teilverbrannt. Besonders bedeutungsvoll ist, daß dann die Flugasche nochmals aufgeschmolzen wird und mindestens ein Anteil derselben in den Schlackenaustrag fällt. Diese bekannte Arbeitsweise hat jedoch den Nachteil, daß ein gewisser Anteil der im Kreislauf zurückgeführten Flugascheteilchen erneut vom Synthesegas mitgerissen wird.

Das bedeutet aber, daß mehr Flugasche durch die Zyklone abgetrennt werden muß, so daß diese Zyklone größer ausgelegt werden müssen und daher auch teurer werden. Darüber hinaus erfordert der pneumatische Transport der Flugasche zu dem Reaktor eine beträchtliche Menge an Trägergas. Diese Trägergasmengen können so erheblich werden, daß sie eine nachteilige Wirkung auf dem thermischen Leistungsgrad der Verbrennung ausüben und daher auch auf die Ausbeute an Kohlenmonoxid und Wasserstoff.

Bei der Arbeitsweise der vorstehend zitierten DE-OS 29 47 222 wird ein Reaktor eingesetzt, in dem gleichzeitig eine Wirbelschicht- und eine Flugstaubvergasung stattfinden, gegebenenfalls auch noch eine Vergasung im Festbett. Den Brennern für die Flugstaubvergasung werden die im Reaktor über die Zyklone abgetrennten Feststoffe mittels Fallrohren zugeführt, d. h. diese Feststoffe einschließlich der Flugascheteilchen kommen mit dem gebildeten Synthesegas beim Durchgang durch die Fallrohre überhaupt nicht in Berührung.

Auch bei einer weiteren Ausführungsform der Vorveröffentlichung findet keine Kontaktierung der Flugascheteilchen mit dem Synthesegas statt, sondern diese werden in einem Bunker außerhalb des Reaktors gesammelt und von dort den Flugstaubbrennern zugeführt.

Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Flugasche derart in Schlacke umzuwandeln, daß diese möglichst vollständig über den Schlackeaustrag abgezogen werden kann, ohne daß die vorstehend erwähnten Nachteile auftreten. Zu diesem Zweck wird die Flugasche dem Reaktor in einer solchen Form im Kreislauf wieder zugeführt, daß keine Gefahr eines erneuten Mitreißens mit dem Synthesegas besteht und daß während der Behandlung die Flugasche erneut aufgeschmolzen wird und der darin enthaltene Kohlenstoffanteil in Synthesegas überführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas durch Teilverbrennung eines aschehaltigen Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Gas in einem Reaktor, wobei das gebildete Synthesegas am Kopf des Reaktors durch eine Gasauslaßleitung und die gebildete Schlacke am Boden des Reaktors über einen Schlackeaustrag abgezogen wird, ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Synthesegas im Reaktor im Gegenstrom mit kalten Flugascheagglomeraten kontaktiert wird, welche aus den bei der Teilverbrennung gebildeten Flugascheteilchen stammen. Gemäß der Erfindung werden daher aus der Flugasche selbst Agglomerate erzeugt und in den Reaktor eingespeist. Vorzugsweise werden diese Agglomerate am Kopf des Reaktors eingespeist. Auf diese Weise ist die Falldauer bis zum Auftreffen auf den Schlackeaustrag relativ lang. Während des Falles kommen die Aggregate mit dem heißen Synthesegas in Berührung, wodurch sie aufgeheizt werden. Darüber hinaus unterliegt der in den Agglomeraten enthaltene Kohlenstoff mindestens teilweise einer Verbrennung durch den Sauerstoff und/oder den Dampf im Reaktor. Die Reaktion mit Sauerstoff erzeugt einen ziemlich großen Anteil an Wärmeenergie, wodurch das Aufschmelzen der Agglomerate begünstigt wird. Hierdurch wird eine Schlacke gebildet, aus welcher, nachdem sie einmal verfestigt ist, Schwermetalle nicht mehr einfach durch Wasser ausgelaugt werden und welche außerdem einen niedrigen Kohlenstoffgehalt hat.

Die Agglomeration der abgetrennten Flugascheteilchen kann mechanisch oder elektrostatisch erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, die Flugascheteilchen zu größeren Teilchen zu kompaktieren. Vorzugsweise wird jedoch die Agglomeratbildung durch Zusatz eines Klebemittels bewirkt, so daß die Agglomerate aus Flugasche und einem Klebemittelanteil bestehen. Unter Zusatz von Wasser lassen sich recht gute Agglomerate herstellen. Wenn nur aus Flugasche und Wasser gebildete Agglomerate mit den eine hohe Temperatur aufweisenden Gasen in Berührung kommen, so werden die Agglomerate infolge des plötzlichen Verdampfens des Wassers auseinandergesprengt. Der dadurch gebildete Dampf kann den Vergasungsvorgang unterstützen. Wasser ist aber nur dann ein geeignetes Klebemittel, wenn die Flugascheteilchen, welche nach der plötzlichen Verdampfung des Wassers zurückbleiben, nicht so klein sind, daß sie alle mit dem Synthesegas mitgerissen werden. Vorzugsweise wird daher Wasserglas als Klebemittel verwendet. Bekanntlich besteht Wasserglas aus Wasser und Natriumsilikat der Formel Na₂O · xSiO₂ (x = 3-5). Das Silikat selbst ist bis zu sehr hohen Temperaturen stabil.

Andere geeignete Klebemittel sind Bitumen, Teer oder Pech. Diese ermöglichen die Herstellung guter Agglomerate. Darüber hinaus vergast das Klebemittel, wenn die Agglomerate in den Reaktor eingespeist werden. Infolge dieser Vergasungsreaktion des Klebemittels mit Sauerstoff wird in den Agglomeraten Wärmeenergie erzeugt, wodurch ihr Aufschmelzen begünstigt wird. Zusätzlich wird dadurch auch die Ausbeute an Synthesegas höher.

Auch Zement ist ein geeignetes Klebemittel. Bei der Verwendung von Zement werden sehr feste Agglomerate erhalten. Eine günstige Nebenwirkung des Zementes beruht auf seinem Gehalt an Calciumoxid: im Synthesegas vorhandener Schwefelwasserstoff wird durch das Calciumoxid gebunden. Demgemäß wird bei Verwendung von Zement als Klebemittel das Synthesegas auch teilweise von Schwefelwasserstoff befreit.

Den Klebemitteln können auch bestimmte Zusatzstoffe zur Herabsetzung des Schmelzpunktes zugesetzt werden, je nach der Zusammensetzung der betreffenden Flugasche.

Es wurde vorstehend bereits darauf hingewiesen, daß die Agglomerate vorzugsweise am Kopf des Reaktors eingespeist werden. Es ist sehr bequem, dieses Einspeisen an verschiedenen Stellen durchzuführen, welche relativ zu der Reaktorachse symmetrisch angeordnet sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Agglomerate direkt in die Gasauslaßleitung einzuspeisen, von der aus sie dann in den Reaktor hineinfallen.

Das Einspeisen der Agglomerate kann unter Verwendung eines Trägergases erfolgen. Wenn das Einspeisen direkt in die Gasauslaßleitung erfolgt, verhindert dies das Eintreten des Trägergases in den Reaktor, weil es dann mit dem sehr schnell fließenden Synthesegas mitgerissen wird. Falls das Trägergas zusammen mit den Agglomeraten in den Reaktor eingespeist wird, kann es in den oberen Reaktorteilen Temperaturstörungen hervorrufen, was dann dazu führen kann, daß die Umsetzung des Kohlenstoffs in der Flugasche mit dem Sauerstoff und/oder dem Moderierungsmittel nicht vollständig zu Ende verläuft. Weil beim Einspeisen in die Gasauslaßleitung das Trägergas nicht in den Reaktor gelangt, treten dann solche Störungen nicht auf. Die Störungen, welche durch das Einspeisen des Trägergases am Kopf des Reaktors eintreten können, sind außerdem relativ unbedeutend im Vergleich zu Störungen, die dann im Inneren des Reaktors zu beobachten sind, wenn Flugasche und Trägergas über die Brenner in den Reaktor eingespeist werden.

Im allgemeinen wird auch ein kaltes Gas und/oder Wasser in die Gasauslaßleitung eingespeist, um das Synthesegas abzuschrecken und ein schnelles Verfestigen der mitgerissenen Flugascheteilchen sicherzustellen. Vorzugsweise werden die Agglomerate an einer Stelle in die Gasauslaßleitung eingespeist, welche in Strömungsrichtung des Synthesegases gesehen, stromabwärts von der Einspritzstelle für kaltes Gas und/oder Wasser liegt. Die Einspeisstelle ist dann weniger heiß, so daß das Einspeis-System ohne weiteres aus einem weniger hochwertigen und daher weniger kostspieligen Material bestehen kann. Darüber hinaus gibt es Injektionssysteme, welche den Zutritt einer gewissen Menge Gas vom Reaktor in das Einspeissystem erlauben. Wenn dieses Gas dann schon etwas abgekühlt ist, läßt sich die eingetretene Gasmenge einfacher handhaben.

Es muß jedoch dafür Sorge getragen werden, daß die Agglomerate groß genug sind, um nicht mit dem Synthesegas mitgerissen zu werden. Das ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Einspeisung in die Gasauslaßleitung erfolgt, weil hier zu berücksichtigen ist, daß in dieser Leitung Gasgeschwindigkeiten von 10 m/s nicht ungewöhnlich sind. Andererseits dürfen die Agglomerate auch nicht zu groß sein, denn dann besteht die Gefahr, daß die Agglomerate nicht vollständig aufgeschmolzen sind, wenn sie den Schlackeaustrag erreicht haben und daß nicht der gesamte in ihnen enthaltene Kohlenstoff tatsächlich vergast worden ist. Die Agglomerate sind geeigneterweise so dimensioniert, daß sie einen Durchmesser im Bereich von 0,05 bis 40 mm aufweisen. Durchmesser von 2 bis 30 mm sind besonders geeignet zum Einspeisen am Kopf des Reaktors. Durchmesser von 10 bis 40 mm sind besonders geeignet zum Einspeisen in die Gasauslaßleitung.

Eine geeignete Methode zum Einspeisen der Agglomerate in den Reaktor oder in die Gasauslaßleitung wird unter Verwendung einer Schleusenvorrichtung durchgeführt. In einer solchen Schleusenvorrichtung wird eine Menge der Agglomerate auf einen geeigneten Druck gebracht und dann mittels eines Trägergases in den Reaktor oder die Gasauslaßleitung überführt. Zusammen mit den Agglomeraten gelangt dann auch eine bestimmte Menge des Trägergases in den Reaktor oder die Gasauslaßleitung. Dieses Gas wird jedoch mit dem Synthesegas mitgerissen. Es muß daher inert in bezug auf das Synthesegas sein. Geeignete Trägergase für diesen Zweck sind beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder im Kreislauf zurückgeführtes Synthesegas.

Die Agglomerate können auch sehr bequem mittels einer speziellen Feststoffpumpe eingespeist werden. Bestimmte Feststoffpumpen können nur mit sehr feinteiligen festen Stoffen verwendet werden. Solche Pumpen sind im Rahmen der Erfindung nicht geeignet, sie müssen vielmehr in der Lage sein, die Agglomerate als solche in den Reaktor oder die Gasauslaßleitung einzuspeisen. Weil relativ kleine Teilchen immer einfacher zu injizieren sind als relativ große Teilchen, werden Feststoffpumpen vorzugsweise für das Einspeisen direkt in den Reaktor eingesetzt. In diesem Fall können die Agglomerate relativ kleine Durchmesser von 50 µm bis 4 mm aufweisen. Eine geeignete Feststoffpumpe besteht aus einem Rotor in Form eines Zahnrades (Kammrad) und einem Gehäuse, in welchem sich der Rotor dreht. Weil der Rotor ganz eng an das Gehäuse angepaßt ist, bilden sich zwischen den Zähnen oder Kämmen des Rotors einzelne Abteile. Das Gehäuse hat zwei Öffnungen, von denen eine Öffnung mit einem auf niedrigem, meist Atmosphärendruck gehaltenen Lagerbehälter für die Agglomerate in Verbindung steht, während die andere Öffnung mit dem bei erhöhtem Druck arbeitenden Reaktor in Verbindung steht. Die einzelnen Abteile werden mit Agglomeraten gefüllt, wenn sie über die Öffnung in dem Gehäuse mit dem Lagerbehälter für Agglomerate in Verbindung kommen. Sie werden entleert, wenn sie über die andere Öffnung in dem Gehäuse mit dem Reaktor in Verbindung kommen. Wahlweise kann auch ein Trägergas über die zuletzt genannte Öffnung geleitet werden, welches dann die Agglomerate aus den Abteilen aufnimmt, um sie in den Reaktor einzublasen. Auf diese Weise kann den Agglomeraten eine bestimmte Geschwindigkeit verliehen werden. Darüber hinaus enthalten dann die einzelnen Abteile nur kühles Trägergas anstelle des aus dem Reaktor abströmenden heißen Synthesegases.

Es ist nicht erforderlich, zuerst die Agglomerate herzustellen und sie dann in den Reaktor einzuspeisen. Es ist vielmehr auch möglich, sie während des Einspeisens auszubilden. So ist es möglich, die Agglomerate unter Verwendung eines Bindemittels zu einer Paste zu verarbeiten. Wenn eine solche Paste eingespeist wird, bilden sich relativ große Extrudate mit Abmessungen von 2 bis 40 mm, welche dann nach unten fallen. Auf diese Weise werden die Agglomerate direkt aus der eingespeisten Paste gebildet. Eine geeignete Flüssigkeit, um die Flugasche in eine Paste zu überführen, ist eine schwere Erdölfraktion, insbesondere Bitumen. Mit einem solchen Bindemittel lassen sich großteilige Extrudate bilden. Das Bitumen wird gleichfalls vergast und bildet dadurch zusätzliches Synthesegas und liefert außerdem Wärmeenergie für das Aufschmelzen der Flugasche. Eine unter Verwendung von Wasser gebildete Paste ist weniger geeignet, weil das Wasser schnell verdampft und dann die Flugasche in Form kleiner Teilchen zurückbleibt, so daß mindestens ein Anteil derselben mit dem Synthesegas erneut mitgerissen werden kann.

Das Einspeisen der Paste erfolgt mittels eines Extruder-Mundstücks.

Eine Paste ist besonders geeignet zum Einspeisen in den Reaktor selbst. Wenn eine Paste in die Gasauslaßleitung eingespeist wird, so kann diese Leitung durch die Paste verschmutzt werden. Es besteht jedoch keine Verschmutzungsgefahr, wenn die Einspeisung der Paste direkt in den Reaktor erfolgt.

Die Erfindung wird jetzt anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Form eines Fließdiagramms ein Gesamtverfahren, bei welchem die Erfindung verwendet wird.

Über eine Leitung 2 wird ein aschehaltiger Brennstoff in den Reaktor 1 eingespeist. Diesem Brennstoff wird über Leitung 3 ein sauerstoffhaltiges Gas und über eine Leitung 4 ein Moderierungsmittel zugesetzt. Während des Ablaufes des Vergasungsvorganges im Reaktor 1 bildet sich Schlacke, von der ein Teil als flüssiger Strom über den Schlackeaustrag 5 aus dem Reaktor abgezogen wird. Das mit Flugascheteilchen beladene, im Reaktor gebildete Synthesegas verläßt den Reaktor 1 über einen Gasauslaß 6. In den Gasauslaß 6 wird abgekühltes und gereinigtes Synthesegas über eine Leitung 7 zugespeist, so daß das gebildete heiße Synthesegas abgekühlt wird und sich die Flugascheteilchen verfestigen. In den Gasauslaß 6 werden zusätzlich Flugascheagglomerate über eine Leitung 8 eingespeist. Diese Agglomerate fallen in den Reaktor und werden über den Schlackeaustrag 5 aus dem Reaktor 1 wieder abgezogen. Es ist aber auch möglich, die Agglomerate direkt in den Reaktor 1 einzuspeisen (diese Ausführungsform ist in Fig. 1 nicht dargestellt). Das Synthesegas in dem Gasauslaß 6 wird anschließend in einem Abhitzekessel 9 weiter abgekühlt. Zu diesem Zweck wird Wasser über eine Leitung 10 den Kühlrohren im Abhitzekessel 9 zugeführt. Der gebildete Dampf wird zur weiteren Verwendung über Leitung 11 abgezogen. Vom Abhitzekessel 9 wird das Synthesegas über Leitung 12 einem Venturi-Wäscher 13 zugeführt. In diesen Wäscher wird eine wäßrige Suspension von Flugascheteilchen über Leitung 15 zugeführt und mit dem Synthesegas vermischt. Es wird eine solche Menge an Suspension zugesetzt, daß das gesamte Wasser verdampft. Die dabei gebildete Mischung aus Synthesegas, Dampf und Flugasche gelangt über eine Leitung 14 in ein Zyklon 16, wo die Flugasche von der Gasmischung abgetrennt wird. Die abgetrennte Flugasche gelangt über Leitung 18 in eine Vorrichtung 29 zur Bildung der Agglomerate, in welcher die Agglomerate mittels eines über Leitung 30 zugeführten Klebemittels gebildet werden. Von der Agglomerierungseinheit 29 werden die gebildeten Agglomerate über Leitung 8 in den Gasauslaß 6 eingespeist.

Die Gasmischung wird vom Zyklon 16 über eine Leitung 17 abgezogen, aber sie enthält noch einige Anteile an Flugasche. Aus diesem Grund wird sie in einen Waschturm 19 eingespeist, in dem sie im Gegenstrom mit Wasser in Berührung kommt, welches über eine Leitung 21 am Kopf des Waschturms 19 zugeführt wird. Außer diesem Waschturm können auch noch eine oder mehrere Venturi-Wäscher eingesetzt werden, wie in DE-OS 24 09 008 beschrieben ist. Im Waschturm 19 wird eine wäßrige Suspension von Flugascheteilchen gebildet, welche über Leitung 15 dem Venturi-Wäscher 13 zugeführt wird. Die jetzt von Flugasche praktisch freie Gasmischung wird über Leitung 20 einer Kühlvorrichtung 22 zugeführt, wo sie unterhalb ihres Taupunktes abgekühlt wird, so daß sich eine Gas-Wasser-Mischung bildet. Über Leitung 23 wird diese Gas-Wasser-Mischung einer Trennvorrichtung 24 zugeführt, wo sie in Synthesegas und Wasser aufgetrennt wird. Das Wasser wird aus der Trennvorrichtung 24 über eine Leitung 25 abgezogen und ein Teil davon wird über Leitung 21 als Waschwasser zur Waschsäule 19 zurückgeführt, während ein anderer Teil über Leitung 27 aus der Anlage abgezogen wird. Das Synthesegas wird aus der Trennvorrichtung 24 über eine Leitung 26 abgezogen. Ein Anteil des Synthesegases wird im Kreislauf über Leitung 7 zurückgeführt und in den Gasauslaß 6 eingespeist, um das heiße Gas in dem Gasauslaß abzukühlen. Der restliche Anteil kann zum Teil noch als Trägergas für die Agglomerate Verwendung finden. Zu diesem Zweck wird ein Teil des Synthesegases über eine Leitung 31 zu der Leitung 8 zugeführt. Der verbleibende Rest wird als Endprodukt über Leitung 28 aus der Anlage abgezogen.

Das Fließdiagramm bestätigt, daß die gesamte Menge an Flugasche, welche im Zyklon 16 abgetrennt worden ist, anschließend in Agglomerate überführt und schließlich aus dem Reaktor als ein flüssiger Strom über den Schlackeaustrag 5 abgezogen wird.

Daher wird überhaupt keine Flugasche mehr als solche aus der Anlage entnommen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen schematisch Vorrichtungen, die im Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden können. Vorrichtungen zum Kühlen, zum Isolieren, zur Regelung und zur Aufzeichnung des Betriebsablaufes sind in diesen Figuren nicht wiedergegeben. Die Figuren erläutern unter Beziehung auf Fig. 1 insbesondere den Reaktor 1, den Schlackeaustrag 5, die Gasauslaßleitung 6 und die Leitungen 7 und 8.

Fig. 2 zeigt einen Reaktor 101, welchem ein aschehaltiger Brennstoff, ein sauerstoffhaltiges Gas und ein Moderierungsmittel über die Brenner 102 zugeführt werden. Die Reaktion zwischen diesen 3 Ausgangsstoffen liefert zusätzlich zu dem Synthesegas Schlacke, welche teilweise über einen Schlackeaustrag 105 entfernt wird. Das mit Flugasche beladene gebildete Synthesegas wird über eine Gasauslaßleitung 106 abgezogen. Über einen winkelförmigen Schlitz 103 in dem Gasauslaß 106 wird über Leitung 104 zugeführtes, kaltes gereinigtes Synthesegas in die Gasauslaßleitung 106 eingespeist. Flugascheagglomerate werden über eine Leitung 121 in einen Behälter 107 eingeführt. Durch Öffnen eines Ventils 109 wird ein trichterförmiger Schleusenbehälter 110 über eine Leitung 108 gefüllt. Nachdem genügend Agglomerate in den Schleusenbehälter 110 eingefüllt worden sind, wird das Ventil 109 geschlossen. Der Schleusenbehälter 110 wird anschließend durch Zufuhr eines Inertgases über eine Leitung 117 auf erhöhten Druck gebracht. Die Ventile 112, 120 und 109 werden dann geschlossen. Wenn sich im Schleusenbehälter 110 der erwünschte Druck eingestellt hat, wird ein Ventil 118 in der Leitung 117 geschlossen und das Ventil 112 in einer Leitung 111 geöffnet. Die Agglomerate gelangen nunmehr in einen Hochdruckbehälter 113, aus welchem sie über eine Leitung 114 mittels eines über eine Leitung 115 zugeführten inerten Trägergases in die Gasauslaßleitung 106 eingespeist werden. Die Leitung 115 kann mittels des Ventils 116 geschlossen werden. Wenn sich der Schleusenbehälter 110 geleert hat, wird das Ventil 112 wiederum geschlossen und der Druck im Schleusenbehälter wird vermindert, indem man das darin befindliche Gas durch Öffnen des Ventils 120 über eine Leitung 119 entweichen läßt. Anschließend wird der Schleusenbehälter durch Öffnen des Ventils 109 erneut gefüllt.

In Fig. 3 sind entsprechende Vorrichtungsteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 2. Anstelle eines Schleusenbehältersystems wird hier eine Feststoffpumpe verwendet, die die Agglomerate direkt in den Reaktor einspeist. Die Agglomerate gelangen zusammen mit einem Inertgas über eine Leitung 132 in einen Behälter 130. Die Agglomerate werden mittels der Feststoffpumpe 131 in die Zufuhrleitung 134 transportiert.

Von dort fallen sie in den Reaktor 101, und die geschmolzene Schlacke wird über den Schlackeaustrag 105 abgezogen. Jedes Abteil in der Feststoffpumpe 131, welches mit Agglomeraten neu gefüllt wird, trägt eine gewisse Menge an heißem Synthesegas in den Behälter 130 aus. Um die Menge des so in den Behälter 130 gelangenden heißen Synthesegases zu begrenzen und um die Zufuhrleitung 134 zu kühlen, wird in diese Zufuhrleitung 134 über eine Leitung 135 kaltes Gas eingespeist. Auf diese Weise gelangt im wesentlichen über die Abteile in der Feststoffpumpe 131 nur kaltes Gas in den Behälter 130. Dieses kalte Gas ist beispielsweise Wasserstoff, Kohlendioxid oder abgekühltes, im Kreislauf geführtes Synthesegas. Das in den Behälter 130 gelangende Gas wird aus diesem zusammen mit dem Inertgas, welches mit den Agglomeraten in den Behälter 130 gelangt, über eine Leitung 133 daraus abgezogen.

Ausführungsbeispiel

In einem Reaktor, welcher im wesentlichen dem in Fig. 2 beschriebenen entspricht, werden 41,670 kg/h Kohle, welche mit 5,420 kg/h Stickstoff eingespeist wird, zusammen mit 38,405 kg/h reinem Sauerstoff und 1,825 kg/h Dampf einer Teilverbrennung unterworfen. Die verwendete Kohle hatte die folgende Zusammensetzung:

C
73,5 Gewichtsprozent
H	4,9 Gewichtsprozent
N	1,4 Gewichtsprozent
O	5,1 Gewichtsprozent
S	3,2 Gewichtsprozent
Asche	10,5 Gewichtsprozent
Wasser	1,4 Gewichtsprozent

Die Kohle hatte eine Teilchengröße von 50 bis 150 × 10^-6 m. Der Druck im Reaktor lag bei 25 bar. In den Gasauslaß des Reaktors wurden mit Hilfe von 200 kg/h gereinigten und in den Kreislauf zurückgeführten Synthesegases als Trägergas 1,825 kg/h Flugascheagglomerate eingespeist. Diese Agglomerate waren mechanisch aus Flugasche erhalten worden, die bei der Teilverbrennung von Kohle aus dem dabei gebildeten Synthesegas mittels eines Zyklons abgetrennt worden waren (vgl. Zyklon 16 in Fig. 1). Die durchschnittliche Teilchengröße der Agglomerate betrug 20 mm. Sie enthielten immer noch 19,7 Gewichtsprozent Kohlenstoff.

Über die Gasauslaßleitung wurden 82,440 kg/h Synthesegas abgezogen, welches 65,415 kg/h Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowie 8,230 kg/h Kohlendioxid enthielt.

In diesem Synthesegas waren 1,825 kg/h Flugasche mitgerissen worden. Über den Schlackeauslaß wurden 4,880 kg/h Schlacke abgezogen. Diese Schlacke enthielt keinen Kohlenstoff mehr.

Vergleichsversuch I

Zum Zwecke des Vergleichs wurde das gleiche Verfahren in dem gleichen Reaktor durchgeführt, wobei jedoch keine Agglomerate eingespeist wurden, sondern dem Reaktor über die Brenner im Kreislauf geführte Flugascheteilchen zugeführt wurden.

In diesem Verfahren wurden 41,670 kg/h Kohle unter Zusatz von 39,770 kg/h Sauerstoff und 1,825 kg/h Dampf einer Teilverbrennung unterworfen. Es wurden außerdem 2,455 kg/h Flugascheteilchen zugeführt und die Kohleteilchen sowie die Flugascheteilchen wurden in den Reaktor zusammen mit 6,230 kg/h Stickstoff zugeführt. Die Menge an gebildetem Synthesegas betrug 84,615 kg/h und dieses Synthesegas enthielt 64,930 kg/h Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowie 9,995 kg/h Kohlendioxid. Die Menge an mitgerissener Flugasche betrug 2,455 kg/h. Die Menge an aus dem Schlackeaustrag abgezogener Asche betrug 4,880 kg/h.

Vergleichsversuch II

Bei diesem Versuch wurde dem Reaktor überhaupt keine Flugasche im Kreislauf zugeführt, weder in Form von Agglomeraten am Kopf des Reaktors noch als Flugascheteilchen über die Brenner. 41,670 kg/h Kohle in 5,420 kg/h Stickstoff wurden zusammen mit 37,940 kg/h Sauerstoff und 1,805 kg/h Dampf einer Teilverbrennung unterworfen. Die Menge der mit dem gebildeten Synthesegas mitgerissenen Flugasche betrug 1,825 kg/h (wie beim Versuch gemäß der Erfindung). Die Menge der über den Schlackeaustrag abgezogenen Asche betrug jedoch lediglich 3,415 kg/h. Die Menge an Synthesegas betrug 81,595 kg/h, wovon 64,710 kg/h aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestand und die Restmenge an 8,125 kg/h Kohlendioxid war.

Ein Vergleich der Ergebnisse der Vergleichsversuche mit dem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die gesamte Schlacke über den Schlackeaustrag abgezogen werden kann. Darüber hinaus wird beim erfindungsgemäßen Verfahren weniger Trägergas benötigt als beim Verfahren, welches mit Kreislaufführung von Flugasche als solcher arbeitet. Die Menge der durch das gebildete Synthesegas mitgerissenen Flugasche ist wesentlich geringer als bei dem Verfahren, bei dem die Flugasche als solche zurückgeführt wird. Darüber hinaus wird die größte Menge an verwendbarem Endgas (Kohlenmonoxid und Wasserstoff) beim erfindungsgemäßen Verfahren erhalten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas durch Teilverbrennung eines aschehaltigen Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Gas in einem Reaktor, wobei das gebildete Synthesegas am Kopf des Reaktors durch eine Gasauslaßleitung und die gebildete Schlacke am Boden des Reaktors über einen Schlackeaustrag abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Synthesegas im Reaktor im Gegenstrom mit kalten Flugascheagglomeraten kontaktiert wird, welche aus den bei der Teilverbrennung gebildeten Flugascheteilchen stammen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate aus Flugasche im Gemisch mit einem Klebemittel bestehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate am Kopf des Reaktors in diesen eingespeist werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate in die Gasauslaßleitung eingespeist werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate an einer Stelle in die Gasauslaßleitung eingespeist werden, die in Strömungsrichtung des Synthesegases gesehen, stromabwärts von der Einspritzstelle für kaltes Gas und/oder Wasser liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate einen Durchmesser im Bereich von 0,05 bis 40 mm aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate mittels einer Schleusenvorrichtung eingespeist werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate mittels einer Feststoffpumpe eingespeist werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate in Form einer Paste eingespeist werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste mittels eines Extruder-Mundstücks eingespeist wird.