DE3439600A1 - Verfahren zur erzeugung von schwefelarmem gas aus feingemahlenen kohlenstoffhaltigen feststoffen - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von schwefelarmem gas aus feingemahlenen kohlenstoffhaltigen feststoffen

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Description

  • Verfahren zur Erzeugung von schwefelarmem Gas aus fein-
  • gemahlenen kohlenstoffhaltigen Feststoffen Gegenstand der Anmeldung ist ein Verfahren zur Erzeugung von schwefelarmem Gas aus feingemahlenen kohlenstoffhaltigen Feststoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas sowie Wasserdampf als Vergasungsmitteln in einer Staubvergasung.
  • Die Staubvergasung von Kohle hat den Vorteil, daß praktisch jede Art von Kohle, backende wie nicht-backende, eingesetzt werden kann. In der Regel erfolgt dabei die Vergasung bei Temperaturen oberhalb des Ascheschmelzpunktes, da erst bei solchen Temperaturen die Vergasungsgeschwindigkeit hinreichend groß wird. Schwierigkeiten treten aber dann auf, wenn der Schmelzpunkt der Kohlenasche sehr hoch liegt, da dann wegen der hohen Austrittstemperatur des erzeugten Gases aus der Vergasungskammer dem Vergasungsprozeß sehr viel Wärme entzogen wird. Die im erzeugten Gas enthaltene fühlbare Wärme kann zwar genutzt bzw. zurückgewonnen werden, beispielsweise mittels Dampferzeugung, setzt aber, wenn nur wenig Dampf für den Eigenverbrauch benötigt wird, die Kopplung mit anderen Anlagen voraus, etwa mit einem Dampfkraftwerk.
  • Nach einem bekannten Staubvergasungsverfahren arbeiten Staubvergasungskammern paarweise gegeneinander, d. h.
  • die Staubvergasungsprodukte prallen aufeinander, wodurch die Relativgeschwindigkeit zwischen Gas und Feststoff erhöht wird, was bei den hohen Temperaturgebieten zweckmäßig ist. Die flüssige anfallende Schlacke läuft an den Wänden der Vergasungskammern nach unten ab und wird in einem Wasserbad abgeschreckt, während die übrigen Staubvergasungsprodukte nach oben abziehen. Sie treten mit dem nichtvergasten Restkohlenstoff und vor allem mit sehr feinen flüssigen Teilchen in den Strahlungsraum eines Dampferzeugers ein, wo durch Strahlung soviel Wärme an die Begrenzungswände abgegeben werden soll, daß bei Kontakt des Gases mit den Berührungsheizflächen eine ausreichend tiefe Temperatur erreicht ist, d. h. dort sollen die flüssigen Teilchen verfestigt sein. Der Strahlungsraum muß dabei sehr groß sein, etwa 8 bis 15 m lang und im Durchmesser erheblich größer als die eigentliche Staubvergasungskammer. Trotzdem kann nicht verhindert werden, daß durch die verwirbelte Strömung flüssige Schlackenteilchen an die Wände des Strahlungsraums getragen werden und sich dort in fester Form absetzen. Diese erstarrten Schlackenteilchen können so fest sitzen, daß es sehr schwierig ist, sie mit entsprechenden Abblasvorrichtungen wieder zu entfernen. Die Begrenzungswände bestehen dabei normalerweise aus Steg-Rohr-Verbindungen, wobei die Rohre von Wasser bzw. Dampf durchströmt werden. Die Strahlungswärme wird also zur Dampfgewinnung genutzt.
  • Es ist weiter ein Verfahren bekannt, bei dem Kohlenstaub ebenfalls als Staub eingeblasen wird, aber nur eine Teil- vergasung des Staubes stattfindet. Trotzdem entstehen auch dort flüssige Schlackenteilchen, die sich in der nachfolgenden Strahlungskammer an den Begrenzungswänden absetzen können.
  • Nach einem anderen Verfahren wird der Kohlenstaub mit Wasser vermischt und diese Maische in die Staubvergasungskammer eingepumpt. Dadurch werden Schleusen eingespart, allerdings auch Wassermengen in erheblichem Umfang in den Staubvergasungsreaktor eingeführt. Dieses Wasser muß verdampft werden, und die dazu benötigte Energie muß dem Verfahren entzogen werden. Die dabei entstehende Dampfmenge übersteigt wesentlich den eigentlich erforderlichen Bedarf. Auch bei diesem Verfahren folgt der Staubvergasungskammer ein großer Strahlungsraum, bei dem dann die gleichen Erscheinungen auftreten, wie bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren.
  • Ein weiteres Verfahren ist das Schlacke oder Eisenbadverfahren. Dort wird der Kohlenstaub in ein Flüssigbad aus Schlacke oder Eisen eingeblasen und dort mit Sauerstoff und Dampf umgesetzt. Überschüssige Schlacke wird unten abgezogen, während das erzeugte Gas die Reaktionskammer nach oben verläßt, wobei hier noch mehr feinste Flüssigkeitsteilchen vom Gas strom mitgerissen werden als bei den schon erwähnten Verfahren. Die Verschmutzung des nachfolgenden Strahlungsraumes ist hier noch gravierender.
  • Ein Nachteil aller bekannten Verfahren ist also, daß der Staubvergasungskammer sehr große Strahlungskammern folgen müssen, wobei eine Verscltnutzung der Begrenzungs- wände dieser Kammern durch sich verfestigende Schlacke nicht verhindert werden kann. Entsprechende Abreinigungseinrichtungen sind daher notwendig. Außerdem kann bei wechselndem Kohleeinsatz mit unterschiedlichem Ascheverhalten die auf eine Kohle bezogene Auslegung der Strahlungskammern nicht mehr ausreichend sein, so daß von dieser Seite her eine Begrenzung des Kohlebandes erforderlich ist. Wenn z.B. eine Kohle mit hohem Aschefließpunkt eingesetzt wird, ist auch die Eintrittstemperatur des Staubvergasungsproduktes im Strahlungsraum höher und der zur Verfügung stehende Weg durch diese Strahlungskammer reicht dann nicht mehr aus, um die flüssigen Teile bis zum Kontakt mit den Berührungsheizflächen genügend weit zu verfestigen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und außerdem noch eine weitgehende Entschwefelung des erzeugten Gases zu erreichen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird das eingangs geschilderte Verfahren herangezogen, wobei mittels Inertstoffwirbelschicht die Staubvergasungsprodukte weitgehend entschwefelt und abgekühlt werden, flüssige und teigige Anteile abgeschieden, abgekühlt und verfestigt werden und die den Vergasungsprodukten entzogene fühlbare Wärme und Schmelzwärme für das Gesamtverfahren und/oder andere Zwecke nutzbar gemacht wird.
  • In dem Verfahren können ingemahlene kohlenstoffhaltige Feststoffe beliebiger Art eingesetzt werden. Bevorzugt werden jedoch Kohlen, die auf Korngrößen unter 0.1 mm, entsprechend einem mittleren Korn von etwa 0.03 mm , aufgemahlen sind, eingesetzt.
  • Als Vergasungsmittel werden Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Vergasungsmedien sowie Wasserdampf eingesetzt.
  • Bevorzugt werden Sauerstoff oder Luft sowie Dampf verwandt.
  • Erfindungsgemäß werden die Staubvergasungsprodukte, d. h.
  • das Produktgas und die Vergasungsrückstände, in eine Wirbelschicht eingeführt, die aus einem Material besteht, das am Vergasungsvorgang selbst nicht teilnimmt, also gegenüber dem Vergasungsvorgang selbst inert ist. Bevorzugt werden hierfür Asche, Schlacke, Sand oder ein anderes geeignetes inertes Material oder Mischungen inerter Materialien verwandt. Bevorzugt sind aber schwefelbindende Feststoffe, mit denen das erzeugte Gas mindeagens so weit entschwefelt werden kann, daß es unter Einhaltung der Vorschriften zur Reinhaltung der Luft anschließend in einer Feuerung, beispielsweise in Gasturbinen und Dampferzeugern, eingesetzt werden kann. Solche schwefelbindenden Feststoffe sind beispielsweise Kalk---stein oder Dolomit , die nach entsprechender Schwefelaufnahme wieder regeneriert werden können.
  • Die genannten schwefelbindenden Feststoffe können selbstverständlich auch mit anderen Feststoffen zusammen in der Inertstoffwirbelschicht eingesetzt werden.
  • Die Gegenwart schwefelbindender Materialien in der Wirbelschicht bietet die Möglichkeit, entweder stets frischen Feststoff in die Wirbelschicht einzuführen und beladenen Feststoff kontinuierlich abzuziehen und zu deponieren oder aber abgezogenen beladenen Feststoff in einer besonderen Einrichtung zu regenerieren und in die Wirbelschicht zurückzuführen. Für den Fall, daß in dem Verfahren unter Druck gearbeitet wird, kann das Abziehen, die Regenerierung und die Rückführung auch unter Betriebsdruck erfolgen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Normaldruck durchgeführt werden, es kann jedoch auch unter erhöhtem Druck von bis zu beispielsweise 40 bar gearbeitet werden Vorzugsweise wird unter einem Druck gearbeitet, der es ermöglicht, das erzeugte Gas ohne weitere Druckerhöhung in einer nachgeschalteten Anlage, beispielsweise einer Gasturbine oder einem Dampferzeuger, einzusetzen.
  • Als Fluidisierungsmittel (Wirbelschichtfluid) für die Inertstoffwirbelschicht zur Abkühlung und Entschwefelung des Produktgases dient vorzugsweise in der Anlage produziertes Gas oder ein daraus wieder abscheidbares Gas.
  • Aus dem Produktgas wieder abscheidbare Gase sind solche, die beispielsweise in einer nachfolgenden Wäsche auswaschbar sind, beispielsweise Dampf oder Kohlendioxid. Bevorzugtes aus dem Produktgas wieder ausscheidbares Gas ist Wasserdampf.
  • Erfindungsgemäß werden die Staubvergasungsprodukte, d. h.
  • das Produktgas und die Vergasungsrückstände, mittels Inertstoffwirbelschicht abgekühlt. Dazu sind in die Wirbelschicht von einem geeigneten Kühlmedium durch- flossenen Kühlflächen eingesetzt. Die Kühlung kann aber auch auschließlich oder zusätzlich über kühlbare Wandflächen des Wirbelschichtreaktors vorgenommen werden.
  • Bevorzugt werden die den Staubvergasungsprodukten mittels Inertstoffwirbelschicht entzogene Wärme auf am Vergasungsprozeß beteiligte und/oder anderweitig genutzte Medien übertragen. Die entzogene Wärme kann beispielsweise zur Dampferzeugung oder auch zur Vorwärmung von in der Vergasung eingesetzten Medien genutzt werden. Der erzeugte Dampf kann beispielsweise als Vergasungsdampf im Verfahren selbst genutzt werden, aber auch beispielsweise einer Dampfturbine zugeführt werden.
  • In der Wirbelschicht werden die Staubvergasungsprodukte durch den Wärmeentzug über die Kühlflächen auf eine eingestellte Temperatur abgekühlt. Dabei wird auch flüssig eintretende Schlacke verfestigt, wobei die gröberen Schlackenteile nach unten ausgeschieden werden. So wird neben der fühlbaren Wärme der Schlacke auch ihre Schmelzwärme genutzt. Mit Hilfe der Kühlflächen wird eine Wirbelschichttemperatur eingestellt, die einerseits unterhalb des Sinterpunktes der Kohlenasche bzw. Schlacke liegt, andererseits aber für die Erzeugung der gewünschten Temperaturen, beispielsweise in der Dampferzeugung, ausreicht. Dabei kann die Temperaturregelung über eine Erhöhung oder Verminderung der Wirbelschichthöhe erfolgen, so daß die Kühlflächen mehr oder weniger tief in die Wirbelschicht eintauchen.
  • Die Staubvergasungsstufe kann direkt über der Inertstoffwirbelschicht im Wirbelschichtreaktor selbst angeordnet sein, so daß die Staubvergasungsprodukte unmittelbar in die Wirbelschicht gelangen, sie kann aber auch neben dem Wirbelschichtreaktor angeordnet werden, so daß die Staubvergasungsprodukte über eine Verbindungsleitung in die Wirbelschicht geführt werden. In diesem Fall werden die flüssigen Anteile der Staubvergasungsprodukte vorzugsweise getrennt vom Produktgas in einer separaten, kleineren Inertstoffwirbelschicht abgekühlt und verfestigt.
  • Bei seitlicher Anordnung des Staubvergasungsreaktors ist unter diesem bevorzugt ein weiterer Wirbelschichtreaktor angeordnet, in den lediglich die flüssige Schlacke aus der Staubvergasung eintritt, um dort durch Wärmeentzug mit Hilfe von Kühlflächen verfestigt zu werden. Die Wirbelschicht wird ebenfalls mit einem inerten Feststoff betrieben, vorzugsweise Asche, Schlacke oder Sand; es können aber auch andere interte Materialien verwandt werden. Als Wirbelfluid wird bevorzugt Wasserdampf verwandt, der zumindest teilweise als Vergasungsdampf in die Staubvergasung zurückgeführt wird. Es können aber '-iüch andere Gase als Fluidisierungsmittel eingesetzt werden.
  • In dieser bevorzugten Verfahrensvariante wird das Produktgas bereits am unteren Austritt des Staubvergasungsreaktors von der flüssigen Schlacke getrennt und für sich zur Entschwefelung und Abkühlung in die große Inertstoffwirbel schicht geführt.
  • Bei der Anordnung von Wirbelschicht- und Staubvergasungsreaktor nebeneinander kann nach der Abkühlung des Produktgas es in der großen Inertstoffwirbelschicht der mit dem Fluid aus dieser Wirbelschicht ausgetragene Staubanteil, Inertmaterial und Restkohlenstoff, in einem im Wirbelschichtreaktor oberhalb der Wirbelschicht angeordneten Zyklon abgeschieden und unmittelbar in die Wirbelschicht zurückgeführt werden. Eine Abscheidung des Staubes aus dem aus der Wirbelschicht aufsteigenden Gas kann aber auch außerdem des Reaktors erfolgen. In jedem Fall wird der abgeschiedene Staub, soweit er im Verfahren noch verwendbar ist oder agglomeriert werden kann, in das Verfahren zurückgeführt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. Die flüssigen Anteile der Staubvergasungsprodukte werden mittels Inertstoffwirbelschicht sehr schnell so weit abgekühlt, daß sie nicht mehr anbacken können, so daß eine Verschmutzung nachgeschalteter Einrichtungen durch anbackende Schlackenteilchen wirksam verhindert wird. Aufwendige Strahlungsräume und Abreinigungseinrichtungen , wie bisher üblich, werden nicht mehr benötigt. Weiterhin kann durch die in die Wirbel--schicht eingebauten Kühlflächen praktisch jede beliebige Austrittstemperatur des erzeugten Gases bis hin zum Taupunkt eingestellt werden. Auch verlassen die gröberen verfestigten Schlackenteile die Wirbelschicht relativ kalt. Somit legen sowohl Gasaustritts- als auch Schlackenaustrittstemperatur in günstigen Bereichen.
  • Die entzogene Wärme kann zur Dampferzeugung genutzt werden, wobei ein Teil des Dampfes als Vergasungsdampf in die Staubvergasung zurückgeführt wird.
  • Die Entschwefelung des Produktgases in der Inertstoffwirbelschicht ermöglicht die unmittelbare Verwendung des erzeugten Produktgases in nachgeschalteten Einrichtungen, beispielsweise in Dampferzeugern oder in Gasturbinenbrennkammern.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem Generator mit einem einen Staubvergasungsbrenner enthaltenden, Zuteileinrichtungen für den Brennstoff und Zuführungen für die Vergasungsmittel sowie enigstens eine Austrittsöffnung für die Produktgase und die flüssigen Vergasungsrückstände aufweisenden Staubvergasungsreaktor und Zuteileinrichtungen für den Feststoff, Zuleitungen für das Fluidisierungsmittel und Abzüge für das Produktgas sowie den Feststoff und die Schlacke aufweisenden Wirbelschichtreaktor sowie peripheren Einrichtungen zur Aufbereitung der Brennstoffe, Feststoffe, Vergasungsmittel, Produktgase und Vergasüngsrückstände durchgeführt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Wirbelschichtreaktor ein Inertstoffwirbelschichtreaktor ist, im Wirbelschichtbereich des Wirbelschichtreaktors eine Kühlvorrichtung mit Zu- und Ableitung für das Kühlmedium vorhanden ist, und der Staubvergasungsreaktor und der Wirbelschichtreaktor so zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind, daß die Austrittsöffnung , durch die das Produktgas aus tritt, unter die Oberfläche der Inertstoffwirbelschicht reicht.
  • Der Staubvergasungsreaktor besteht aus einer Staubvergasungskammer mit oben aufgesetztem Staubvergasungsbrenner, mit dessen Hilfe die Vergasungsmedien und der zu vergasende Brennstoffstaub eingeführt, gemischt und gleichzeitig gezündet werden. Es können aus anderen Staubvergasungsverfahren bekannte Brennertypen verwandt werden.
  • Der Staubvergasungsreaktor ist vorzugsweise auf einen Arbeitsdruck von bis zu 40 bar ausgelegt, d.h. die Zuteileinrichtungen für den Brennstoff und Zuführungen für die Vergasungsmittel weisen entsprechende Druckerhöhungsvorrichtungen auf. Weiterhin sind auch Vorrichtungen zur Zerkleinerung und Aufmahlung des Brennstoffes angeschlossen.
  • Der Wirbelschichtreaktor weist Zuteilvorrichtungen für den inerten Feststoff, einen Feststoffaustrag, durch den die sich in der Wirbelschicht ansammelnde verfestigte Schlacke sowie hinsichtlich seines Bindungsvermögens für Schwefelverbindungen verbrauchter Feststoff abgezogen werden, im unteren Bereich Zuleitungen für Fluidisierungsmittel und einen Abzug für das Produktgas auf. Weiterhin bestehen periphere Einrichtungen zur Aufbereitung und Zerkleinerung des inerten Wirbelschichtmaterials, zu seiner Regenerierung, sowie, für den Fall,daß unter Druck gearbeitet wird, an die Zuteileinrichtungen und Zuleitungen angeschlossene Vorrichtungen zur Druckerhöhung.
  • Im Wirbelschichtreaktor ist weiterhin im Wirbelschichtbereich eine Kühlvorrichtung mit Zu- und Ableitung für ein Kühlmedium vorhanden, über das die den Staubvergasungsprodukten entzogene Wärme abgeführt wird. Damit die Staub- vergasungsprodukte aus dem Staubvergasungsreaktor in die Wirbelschicht gelangen, reicht die Austrittsöffnung des Vergasungsreaktors unter die Oberfläche der Inertstoffwirbelschicht. Auf diese Weise kann das in die Inertstoffwirbelschicht abgegebene Produktgas gleichzeitig als Wirbelfluid dienen.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung weist der Staubvergasungsreaktor eine nach unten weisende unter die Oberfläche der Inertstoffwirbelschicht reichende gemeinsame Austrittsöffnung für die Produktgase und die flüssigen Vergasungsrückstände auf. Auf diese Weise gelangen alle Staubvergasungsprodukte in ein und dieselbe Inertstoffwirbelschicht. In diesem Fall ist der Staubvergasungsreaktor vorzugsweise innerhalb des Wirbelschichtreaktors oberhalb der Inertstoffwirbelschicht angeordnet. Der Staubvergasungsbrenner mit allen Zuführungen für Brennstoff und Vergasungsmittel befindet sich dabei am oberen Ende des Wirbelschichtreaktors und ist von außen zugänglich. Die Staubvergasungskammer ragt nach unten, die Staubvergasungsprodukte werden nach unten in bzw. auf die Wirbelschicht geführt. Die Austrittsöffnung für das abgekühlte und entschwefelte Produktgas befindet sich am oberen Ende des Wirbelschichtreaktors.
  • Nach einer anderen Verfahrensvariante weist der Staubvergasungsreaktor getrennte Austrittsöffnungen für die Produktgase und für die flüssigen Vergasungsrückstände auf. In diesem Fall führt der Produktgasabzug seitlich in die Inertstoffwirbelschicht des Wirbelschichtreaktors.
  • Die Austrittsöffnung für die flüssigen Vergasungsrückstände befindet sich am unteren Ende des Staubvergasungsreaktors.
  • Daran schließt sich ein weiterer Inertstoffwirbelschichtreaktor mit in der Wirbelschicht angeordneter Kühleinrichtung, Zu- und Ableitungen für das Kühlmedium, einer Zuteilung und einem Austrag für den Feststoff und die feste Schlacke sowie einer Zuführung und einem Abzug für das Fluidisierungsmittel an.
  • Gemäß dieser Verfahrensvariante ist der Staubvergasungsreaktor neben dem Wirbelschichtreaktor für die Entschwefelung und Abkühlung des Produktgases angeordnet. Das Produktgas wird über eine seitliche Leitung in diesen Wirbelschichtreaktor zugeführt, wobei das Produktgas unterhalb der Wirbelschichtoberfläche in den Wirbelschichtreaktor eintritt.
  • Unterhalb des Staubvergasungsreaktors befindet sich dann ein weiterer , kleinerer Wirbelschichtreaktor, in den die flüssigen Vergasungsrückstände gelangen. Auch dieser Wirbelschichtreaktor weist eine Kühlvorrichtung auf, beispielsweise in Form von in die Wirbelschicht eingesetzten Kühlflächen. Weiterhin sind Zu- und Ableitungen für das Kühlmedium, eine Zuteilung für den inerten Feststoff, ein Austrag für den Feststoff bzw. die verfestigte Schlacke sowie Zu- und Ableitungen für das Fluidisierungsmittel vorhanden.
  • Vorzugsweise ist in dieser Variante die Ableitung für das Kühlmedium der Kühl einrichtung des Wirbelschichtreaktors für die flüssigen Vergasungsrückstände zugleich Zuleitung für die Kühleinrichtung des Wirbelschichtreaktors für die Produktgase. Dies bewirkt eine stärkere Aufheizung des Kühlmediums und eine effektivere Nutzung der den Staubvergasungsprodukten entzogenen Wärme in beispielsweise einer Dampferzeugung. Es ist aber auch möglich, beide Wirbelschichtreaktoren mit voneinander getrennten Kühleinrichtungen zu versehen.
  • Gemäß vorstehender Variante kann der Abzug für das Fluidisierungsmittel des Wirbelschichtreaktors für die flüssigen Vergasungsrückstände zugleich Vergasungsmittelzuleitung zum Vergasungsbrenner sein. Voraussetzung ist, daß als Fluidisierungsmittel Wasserdampf verwandt wird.
  • In diesem Fall kann ein Teil der den Vergasungsrückständen entzogenen Wärme dem Vergasungsprozeß selbst wieder zugeführt werden. Es besteht daneben aber die Möglichkeit, dem Brenner Vergasungsdampf aus anderen Quellen, beispielsweise über die Kühleinrichtungen der Wirbelschichtreaktoren, zuzuführen.
  • Ist der Staubvergasungsreaktor seitlich neben dem Wirbelschichtreaktor für die Produktgase angeordnet, so kann innerhalb dieses Wirbelschichtreaktors oberhalb der Wirbelschicht ein Zyklon angeordnet sein, der an seinem unteren Ende ein in die Wirbelschicht reichendes Rohr aufweist.
  • Durch diese Maßnahme kann das die Wirbelschicht verlassende Produktgas innerhalb des Reaktors zumindest teilweise entstaubt werden und der Staub über die Wirbelschicht ausgeschieden werden. Neben dem im Wirbelschichtreaktor befindlichen Zyklon können weitere Vorrichtungen zur Entstaubung des Produktgases außerhalb des Reaktors angeordnet sein.
  • In einer bevorzugten Ausbildung weist der Staubvergasungsreaktor an seinem unteren Ende eine Wanne für die flüssige Schlacke mit einem in die darunter angeordnete Inertstoffwirbelschicht weisenden Überlauf auf. In dieser Wanne kann sich die in der Staubvergasungskammer gebildete flüssige Schlacke ansammeln und in die Inertstoffwirbelschicht hinablaufen. Hierdurch wird erreicht, daß die flüssige Schlacke in Klumpen erstarrt und am Fuß des Wirbelschichtreaktors in Form von leicht zu handhabenden Knollen ausgetragen werden kann.
  • Bevorzugte Verfahrenswege und Reaktorenkombinationen werden in den nachstehend beschriebenen Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt schematisch in Form eines Fließbildes eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei separaten Wirbelschichtreaktoren und außerhalb angeordneter Staubvergasungsstufe, Fig. 2 eine weitere Variante des Verfahrens mit im Wirbelschichtreaktor integrierter Staubvergasung und Fig. 3 eine bevorzugte Ausbildung des Übergangs der Staubvergasungsstufe in die darunter befindliche Inertstoffwirbelschicht.
  • Gemäß Fig. 1 wird das Inertmaterial, beispielsweise Dolomit, in einer Aufbereitungsanlage 1 auf die für die Wirbelschicht vorgegebene Korngröße gebrochen und über eine Schleuse 2, die den Feststoff auf den Betriebsdruck bringt, einer Zuteil einrichtung 3 zugeführt; die den Feststoff in den Wirbelschichtreaktor 4 einführt. Gleichzeitig treten aus dem Staubvergasungsreaktor 5 die gasförmigen Staubvergasungsprodukte einschließlich mitgeführte feinem Restkohlenstoff und feinster flüssiger Schlackenteilchen über die Leitung 6 in die Wirbelschicht ein, wo sie auf die Wirbelschichttemperatur abgekühlt werden. Das Gas aus der Staubvergasungsstufe wird gleichzeitig als Fluidisierungsmittel benutzt. Zusätzlich kann noch Produktgas als Fluidisierungsmittel zugeführt werden.
  • Das abgekühlte Staubvergasungsgas einschließlich des gegebenenfalls zusätzlich zugegebenen Fluidisierungsgases mit den darin enthaltenen Feinteilen aus der Staubvergasungsstufe sowie aus der Wirbelschicht werder über einen im Wirbelschichtreaktor oberhalb der Wirbelschicht angeordneten Abscheider 7 geführt, wobei ein Teil der Feststoffe nach unten in die Wirbelschicht ausgeschieden wird, während das Gas nach oben austritt und zu einem Wärmetauscher 8 geführt wird, wo die Abkühlung des Produktgases bis auf die für den Entstauber 9 zulässige Eintrittstemperatur erfolgt.
  • Die im Wärmetauscher 8 aus dem Gas entzogene Wärme kann z.B. zur Dampferzeugung benutzt werden, sie kann aber auch zum Vorwärmen des gereinigten Produktgases herangezogen und dieses vorgewärmte Gas zur Verbrennungsstelle, beispielsweise einer Gasturbine, geführt werden.
  • Der im Entstauber 9 abgeschiedene Feinstaub kann in die Staubvergasungsstufe zurückgeführt werden, beispielsweise aber auch unmittelbar einer Deponie oder der Regenerationsanlage für den Dolomit zugeführt werden. Der Staub kann auch über mehrere Wege gleichzeitig weitergeführt werden.
  • Däs entstaubte Gas gelangt schließlich in die Gasreinigung 10 und danach zur Verwendungsstelle 11 s gegebenenfalls ganz oder teilweise auch über die Leitung 12 und den Wärmetauscher 8 zur Verwendungsstelle 11', oder gegebenenfalls auch teilweise über die Leitung 13, eine Druckerhöhungseinrichtung 14 und die Leitung 15 als Fluidisierungsmittel zurück in den Wirbelschichtreaktor 4.
  • Der aus dem Wirbelschichtreaktor 4 nach unten ausgetragene Feststoff gelangt über ein Verteilersystem 16 in eine der Regenerationseinrichtung 17, wo die Regenerierung des Schwefel-beladenen Feststoffes erfolgt. Der regenerierte Feststoff gelangt über die Sammel- und Transportstelle 18 schließlich wieder zurück zur Schleuse 2 vor dem Feststoffeintritt in den Wirbelschichtreaktor 4.
  • Wird ein Regenerationsverfahren gewählt, das bei niedrigeren Drücken als dem Betriebsdruck des Wirbelschichtreaktors 4 arbeitet, enthält das Verteiler- und Austragsystem 16 auch noch eine geeignete Schleusenvorrichtung.
  • Der zu vergasende feste Brennstoff , z.B. Kohlenstaub, wird in einer Aufbereitungsanlage 19 auf Feinheiten von beispielsweise kleiner 0. lamm bei Steinkohlen aufgemahlen,über ein Schleusensystem 20 auf Betriebsdruck gebracht und über die Zuteileinrichtung 21 über Staubvergasungsbrenner in die eigentliche Staubvergasungskammer 5 eingeführt. Gleichzeitig werden über die Leitungen 26 Sauerstoff und Dampf als Vergasungsmedi en herangeführt.
  • Anstelle von Sauerstoff können auch sauerstoffhaltige Gase verwandt werden, beispielsweise Luft, gegebenenfalls auch allein. Ebenso kann natürlich auch der gemahlene Kohlenstaub mit Wasser oder einer anderen, z.B. am Vergasungsprozeß beteiligten Flüssigkeit angemaischt und in den Staubvergasungsreaktor eingeführt werden.
  • Die Staubvergasungsprodukte werden am Austritt der Staubvergasungskaamer getrennt, und zwar derart, daß das Staubvergasungsgas mit den feinsten im Gas mitgetragenen Teilchen über die seitlich angeordnete Leitung 6 in den Wirbelschichtreaktor 4 gelangt, während die flüssigen Schlackenanteile nach unten in eine Inertstoffwirbelschicht 22 gelangen, in der die Abkühlung der flüssigen Schlacke und ihre Verfestigung erfolgt. Die feste Schlacke wird dann nach unten über ein Schleusensystem 23 ausgetragen.
  • Als Fluidisierungsmittel für die Inertstoffwirbelschicht 22 wird über die Leitung 24 Wasserdampf zugegeben, der danach über die Leitung 25 als Vergasungsmedium in die Staubvergasungsstufe geführt wird. Der aus der Inertstoffwirbelschicht 22 austretende Dampf kann aber auch anderweitig, beispielsweise in einer Dampfturbine angesetzt werden.
  • Der Wärmeentzug aus der Inertstoffwirbelschicht 22, die aus Asche oder Schlacke besteht, erfolgt auch durch Kühlflächen 31, die der Dampferzeugung dienen, wobei der Dampfweg von der Wirbelschicht 22 zur Wirbelschicht 4 führen kann, in der die Kühlflächen 32 eingesetzt sind.
  • Aus diesen Kühlflächen tritt dann beispielsweise überhitzter Dampf aus, der über die Leitung 35 beispielsweise einer Dampf turbine oder teilweise als Vergasungsmedium der Staubvergasung 5 zugeführt wird.
  • Fig. 2 zeigt einen weiteren Verfahrensweg mit nur einem Wirbelschichtreaktor 4. Darin wird der Inertstoff, beispielsweise Asche oder Schlacke in der Aufbereitungsanlage 1 auf den £ür die Wirbelschicht erforderlichen Durchmesser aufgebrochen , über die Schleuse 2 auf Betriebsdruck gebracht und über die Zuteilungseinrichtung 3 in den Reaktor 4 eingeführt. In diesem Reaktor ist die Staubvergasungsstufe 5 oberhalb der Inertstoffwirbelschicht angeordnet, so daß von dort aus die Staubvergasungsprodukte unmittelbar in die Inertstoffwirbelschicht eingeführt werden.
  • Das Staubvergasungsgas gelangt über einen Zyklon 7 zum Wärmetauscher 8, von da gegebenenfalls zum Entstauber 9; und schließlich zur Gasreinigung 10, aus der das Gas dann zur Verbraucherstelle 11 bzw. über die Leitung 12 und den Wärmetauscher 8 zur Verbraucherstelle 11' , beispielsweise einer Gasturbine, einem Dampferzeuger etc. geführt wird.
  • Der aus der Wirbelschicht 4 nach unten ausgetragene Feststoff gelangt über ein Austrags- und Schleusensystem 16, gegebenenfalls nach vorherigem Aufbrechen in einer Zerkleinerungsanlage 23 zu einer Anfeuchtvorrichtung 38, von wo aus dann der Feststoff zur Deponie transportiert wird oder einer weiteren Verwendung zugeführt wird.
  • Aus dem Entstauber 9 und dem Zyklon 7 wird der abgeschiedene Staub über die Leitung 27 in die Schleuse 20 des Kohlenstaubwegeseingebracht. Dieser Schleuse ist die Aufbereitungsanlage 19 für den Kohlenstaub vorgeschaltet, wo eine entsprechende Aufmahlung erfolgt. Der Schleuse 20 folgt die Zuteilungseinrichtung 21, von der aus der gemahlene Brennstoffstaub dann über den zugehörigen Staubvergasungsbrenner in die Staubvergasungskammer 5 eingebracht wird. Auch hier ist alternativ die Zugabe des Kohlenstaubs in Form einer Maische möglich.
  • In der Inertstoffwirbelschicht sind die Kühlflächen 32 eingesetzt, mit deren Hilfe die von den Staubvergasungsprodukten auf die Inertstoffwirbelschicht übertragene Wärme entzogen word. Diese Wärme wird z.B. zur Erzeugung von Dampf genutzt, wobei der Heißdampf über eine Leitung 35 einer Dampfturbine zugeführt wird, gegebenenfalls ein Teil davon über die Leitung 36 der Staubvergasungsstufe, gegebenenfalls kann auch der Wärmetauscher 8 zur Dampferzeugung mit herangezogen werden. Als Fluid für die Inertstoffwirbelschicht im Reaktor 4 dient beispielsweise Gas, das nach der Gasreinigung 10 abgezogen wird und über die Leitung 12 und einer Druckerhöhungseinrichtung 14 zum Wirbelschichtreaktor 4 gelangt.
  • Selbstverständlich kann anstelle von Asche und Schlacke als Inertstoff im Wirbelschichtreaktor 4 auch ein Material verwandt werden, das der Entscllwefelung dient, beispiels- weise Dolomit oder Kalkstein.
  • Fig. 3 zeigt eine spezielle Möglichkeit zur Abführung der Staubvergasungsgase aus dem Staubvergasungsreaktor 5 gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Verfahrensweg mit einer am Boden der Staubvergasungsgase angeordneten Wanne 28, in der sich die flüssige Schlacke sammelt und über einen Überlauf 39 in die Inertstoffwirbelschicht 22 gelangt, während das Gas über eine kurze Leitung 6 in den Wirbelschichtreaktor 4 geführt wird. Um eine bessere Abscheidung der im Gas mitgeführten feinsten Teilchen im Staubvergasungsreaktor zu erreicht, kann vor dem Austritt zur Leitung 6 beispielsweise noch eine Umlenkeinrichtung gesetzt sein, die zum Ausschleudern feiner flüssiger Schlackenteilchen dient.

Claims (19)

  1. Patentansprüche: 1.) Verfahren zur Erzeugung von schwefelarmem Gas aus feingemahlenen kohlenstoffhaltigen Feststoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas sowie Wasserdampf als Vergasungsmittekiin einer Staubvergasung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mittels Inertstoffwirbelschicht die Staubvergasungsprodukte weitgehend entschwefelt und abgekühlt werden, flüssige und teigige Anteile abgeschieden, abgekühlt und verfestigt werden und die den Vergasungsprodukten entzogene fühlbare Wärme und Schmelzwärme für das Gesamtverfahren und/oder andere Zwecke nutzbar gemacht wird.
  2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertstoff Schlacke, Asche, Sand oder ein anderes inertes Material oder Mischungen inerter Materialien eingesetzt werden.
  3. 3.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inertstoff schwefelbindend ist.
  4. 4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertstoff Dolomit oder Kalkstein verwandt wird.
  5. 5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirbelschichtfluid Produktgas oder ein daraus wieder abscheidbares Gas verwandt wird.
  6. 6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als aus dem Produktgas wieder abscheidbares Gas Wasserdampf verwandt wird.
  7. 7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Anteile der Staubvergasungsprodukte getrennt vom Produktgas in einer separaten Inertstoffwirbelschicht abgekühlt und verfestigt werden.
  8. 8.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid für die separate Inertstoffwirbelschicht Wasserdampf verwandt wird, welcher anschließend als Vergasungsdampf genutzt wird.
  9. 9.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck von bis zu 40 bar gearbeitet wird.
  10. 10.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Staubvergasungsprodukten mittels Inertstoffwirbelschicht entzogene Wärme auf am Vergasungsprozeß beteiligte und/oder anderweitig genutzte Medien übertragen wird.
  11. 11.) Generator zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem einen Staubvergasungsbrenner enthaltenden, Zuteileinrichtungen für den Brennstoff (21) und Zuführungen für die Vergasungsmittel (25,26) sowie wenigstens eine Austrittsöffnung für die Produktgase und die flüssigen Vergasungsrückstände aufweisenden S taubvergasungsreaktor (5) und Zuteileinrichtungen für den Feststoff (3), Zuleitungen für das Fluidisierungsmittel (15) und Abzüge für das Produktgas sowie den Feststoff und die Schlacke (16) aufweisenden Wirbelschichtreaktor (4) sowie peripheren Einrichtungen zur Aufbereitung der Brennstoffe, Feststoffe, Vergasungsmittel, Produktgase und Vergasungsrückstände, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wirbelschichtreaktor (4) ein Inertstoffwirbelschichtreaktor ist, im Wirbelschichtbereich des Wirbelschichtreaktors (4) eine Kühlvorrichtung (32) mit Zu- (34) und Ableitung (35) für das Kühlmedium vorhanden ist, und der Staubvergasungsreaktor (5) und der Wirbelschichtreaktor (4) so zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind, daß die Austrittsöffnung, durch die das Produktgas austritt, unter die Oberfläche der Inertstoffwirbelschicht reicht.
  12. 12.)Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubvergasungsreaktor eine nach unten weisende unter oder bis dicht an die Oberfläche der Inertstoffwirbelschicht reichende gemeinsame Austritts- öffnung für die Produktgase und die flüssigen Vergasungsrückstände aufweist.
  13. 13.) Generator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubvergasungsreaktor (5) innerhalb des Wirbelschichtreaktors (4) oberhalb der Inertstoffwirbelschicht angeordnet ist.
  14. 14.) Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubvergasungsreaktor (5) getrennte Austrittsöffnungen für die Produktgase (6) und für die flüssigen Vergasungsrückstände aufweist, wobei der Produktgasabzug (6) seitlich in die Inertstoffwirbelschicht des Wirbelschichtreaktors (4) führt.
  15. 15.) Generator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Austrittsöffnung für die flüssigen Vergasungsrückstände am unteren Ende des Staubvergasungsreaktors (5) ein weiterer Inertstoffwirbelschichtreaktor (22) mit in der Wirbelschicht angeordneter Kühleinrichtung (32), Zu-(33) und Ableitungen (34) für das Kühlmedium, einer Zuteilung (3) und einem Austrag (23) für den Feststoff und die feste Schlacke sowie Zuführungen (24) und Abzug (25) für das Fluidisierungsmittel ansc=hließt.
  16. 16.) Generator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (34) für das Kühlmedium der KLjhleinrichtung (31) des Wirbelschichtreaktors (22) für die Vergasungsrückstände zugleich Zuleitung (34) für die Kühleinrichtung (32) des Wirbelschichtreaktors (4) für die Produktgase ist.
  17. 17.) Generator nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug (25) für das Fluisisierungsmittel zugleich Vergasungsmittelzuleitung zum Vergasungsbrenner ist.
  18. 18.) Generator nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Wirbelschichtreaktors (4) oberhalb der Wirbelschicht ein Zyklon (7) angeordnet ist, der an seinem unteren Ende ein in die Wirbelschicht reichendes Rohr aufweist.
  19. 19.) Generator nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubvergasungsreaktor (5) an seinem unteren Ende eine Wanne (28) für die flüssige Schlacke mit einem in die Inertstoffwirbelschicht (22) weisenden Uberlauf aufweist.
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