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Verfahren zur Erzeugung von schwefelarmem Gas aus fein-
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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.
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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.
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Nach einem bekannten Staubvergasungsverfahren arbeiten Staubvergasungskammern
paarweise gegeneinander, d. h.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten
Nachteile zu vermeiden und außerdem noch eine weitgehende Entschwefelung des erzeugten
Gases zu erreichen.
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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.
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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.
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Als Vergasungsmittel werden Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Vergasungsmedien
sowie Wasserdampf eingesetzt.
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Bevorzugt werden Sauerstoff oder Luft sowie Dampf verwandt.
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Erfindungsgemäß werden die Staubvergasungsprodukte, d. h.
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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.
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Die genannten schwefelbindenden Feststoffe können selbstverständlich
auch mit anderen Feststoffen zusammen in der Inertstoffwirbelschicht eingesetzt
werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß werden die Staubvergasungsprodukte, d. h.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die entzogene Wärme kann zur Dampferzeugung genutzt werden, wobei
ein Teil des Dampfes als Vergasungsdampf in die Staubvergasung zurückgeführt wird.
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Die Entschwefelung des Produktgases in der Inertstoffwirbelschicht
ermöglicht die unmittelbare Verwendung des erzeugten Produktgases in nachgeschalteten
Einrichtungen, beispielsweise in Dampferzeugern oder in Gasturbinenbrennkammern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Austrittsöffnung für die flüssigen Vergasungsrückstände befindet
sich am unteren Ende des Staubvergasungsreaktors.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugte Verfahrenswege und Reaktorenkombinationen werden in den
nachstehend beschriebenen Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.