DE3439600C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Gas durch Vergasung von gemahlenen, kohlenstoffhaltigen Feststoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas sowie Wasserdampf, mit anschließendem Entschwefeln des erhaltenen Gases durch Kontakt mit einem schwefelbindenden Material in einer Wirbelschicht, die durch Gas des Vergasers erzeugt wird. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Generator zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Staubvergasung von Kohle hat den Vorteil, daß prak­ tisch jede Art von Kohle, backende wie nicht-backende, eingesetzt werden kann. In der Regel erfolgt dabei die Vergasung bei Temperaturen oberhalb des Ascheschmelz­ punktes, da erst bei solchen Temperaturen die Vergasungs­ geschwindigkeit hinreichend groß wird. Schwierigkeiten treten aber dann auf, wenn der Schmelzpunkt der Kohlen­ asche sehr hoch liegt, da dann wegen der hohen Austritts­ temperatur 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 Dampf­ erzeugung, setzt aber, wenn nur wenig Dampf für den Eigen­ verbrauch benötigt wird, die Kopplung mit anderen An­ lagen 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 zweck­ mäßig ist. Die flüssig 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 Staub­ vergasungskammer. Trotzdem kann nicht verhindert werden, daß durch die verwirbelte Strömung flüssige Schlacken­ teilchen 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 Strahlungs­ wärme 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 nach­ folgenden Strahlungskammer an den Begrenzungswänden ab­ setzen können.

In der DE 29 47 222 A1 wird die Vergasung von staubförmigem kohlenstoff­ haltigem Material beschrieben, die in einer Wirbelschicht erfolgt, in die Staub-Flugstrom-Brenner hineinragen. Der Vergasungsvorgang findet überwiegend in der Wirbelschicht statt. In H.D. Schiling et al., Rohstoffwirtschaft Inter­ national, Band 4, Kohlenvergasung; Verlag Glückauf GmbH, Essen 1976, S. 206 bis 210, wird ein mehrstufiges Wirbel­ schichtvergasungsverfahren beschrieben, bei dem zwei Wirbelschicht­ reaktoren hintereinandergeschaltet sind. In der ersten Wirbelschicht­ stufe wird gemahlene Kohle durch heißes Gas getrocknet; in der zweiten Wirbelschichtstufe wird die getrocknete Kohle durch heißes Generatorgas in Gegenwart von Dolomit entgast, entschwefelt und teilvergast. Die eigentliche Vergasung findet dann in einer dritten Wirbelschichtstufe statt. Ein ähnliches Verfahren (DE 31 13 993 A1) arbeitet mit einer zirkulierenden Wirbelschicht; das in der zirkulierenden Wirbelschicht gebildete Gas wird in einem Venturi-Reaktor entschwefelt und anschließend an die Entschwefelung in einem Abhitzekessel gekühlt. Asche- und Kohlen­ stoffanteile werden in aufwendiger Weise aus der zirkulierenden Wirbel­ schicht in einen Wirbelschichtreaktor eingebracht und dort einer Ver­ brennung unterworfen. Aus der US 44 64 183 ist eine Wirbelschicht­ vergasung bekannt. Es wird auch ein Wirbelbettkühler mit Heizschlangen zur Dampferzeugung verwendet. Nach der DE 22 27 004 B2 erfolgt eine Trennung von Gas und Schlacke aus dem Abgas eines Flugstrom-Vergasers. Der Vergaser weist getrennte Austrittsöffnungen für Produktgas und flüssige Vergasungsrückstände auf. Die DE 29 26 034 A1 beschreibt einen Staubvergaser mit einer an seinem unteren Ende angeordneten Schlacken­ rinne. Die Herstellung von schwefelfreiem Gas wird nicht angesprochen.

Ein Nachteil aller bekannten Verfahren besteht darin, daß der Staubvergasungskammer sehr große Strahlungskammern folgen müssen, wobei eine Verschmutzung der Begrenzungs­ wände dieser Kammern durch sich verfestigende Schlacke nicht verhindert werden kann. Entsprechende Abreinigungs­ einrichtungen sind daher notwendig. Außerdem kann bei wechselndem Kohleeinsatz mit unterschiedlichem Aschever­ halten die auf eine Kohle bezogene Auslegung der Strahlungs­ kammern 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.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfach durchzuführen­ den Verfahrens zur Erzeugung von Gas durch Vergasung von gemahlenen, kohlenstoffhaltigen Feststoffen, das bei hohen Verfahrenstemperaturen durchgeführt werden kann und bei dem der gesamte zu vergasende Kohlen­ stoff zu Schlacke, also nicht zu kohlenstoffhaltigen Aschematerialien umgewandelt wird, und das darüber hinaus einen verringerten apparativen Aufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem eingangs geschilderten Verfahren die Vergasung als Flugstrom-Staubvergasung mit feingemahlenen Feststoffen durchgeführt wird und alle Vergasungsprodukte anschließend in die schwefelbindende Wirbelschicht eingeführt und darin abgekühlt werden, indem ihre Wärme auf ein gesondert durchlaufendes Kühlmedium übertragen und verfestigte Schlacke daraus ausgetragen wird.

Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß bei dem eingangs geschilderten Verfahren die Verglasung als Flugstrom-Staubvergasung mit feingemahlenen Feststoffen durchgeführt wird, wobei die Produktgase in die schwefelbin­ dende Wirbelschicht eingeführt und darin abgekühlt werden, indem ihre Wärme auf ein gesondert durchlaufendes Kühlmedium übertragen wird, während die flüssigen Anteile der Flugstrom-Staubvergasungsprodukte getrennt vom Produktgas in einer weiteren separaten Wirbelschicht abgekühlt und ver­ festigt werden, indem ihre Wärme auf ein Kühlmedium übertragen wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können feingemahlene 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, aufgemahlen sind, eingesetzt.

Als Vergasungsmittel werden Sauerstoff oder sauerstoff­ haltige Vergasungsmedien sowie Wasserdampf eingesetzt. Bevorzugt werden Sauerstoff oder Luft sowie Dampf ver­ wandt.

Erfindungsgemäß werden die Staubvergasungsprodukte, d. h. das Produktgas und die Vergasungsrückstände, in eine Wirbelschicht eingeführt, die ein Feststoffmaterial enthält, das am Vergasungsvorgang selbst nicht teilnimmt, also gegenüber dem Verga­ sungsvorgang selbst inert ist, mit dem aber das erzeugte Gas mindestens so weit entschwefelt werden kann, daß es unter Ein­ haltung der Vorschriften zur Reinhaltung der Luft an­ schließend in einer Feuerung, beispielsweise in Gastur­ binen und Dampferzeugern, eingesetzt werden kann. Solche schwefelbindenden Feststoffe sind beispielsweise Kalk­ stein oder Dolomit, die nach entsprechender Schwefel­ aufnahme 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 Wirbel­ schicht 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 beson­ deren 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 durchge­ führt werden, es kann jedoch auch unter erhöhtem Druck von bis zu beispielsweise 40 bar gearbeitet werden. Vorzugs­ weise wird unter einem Druck gearbeitet, der es ermöglicht, das erzeugte Gas ohne weitere Druckerhöhung in einer nach­ geschalteten Anlage, beispielsweise einer Gasturbine oder einem Dampferzeuger, einzusetzen.

Als Fluidisierungsmittel (Wirbelschichtfluid) für die Inertstoffwirbelschicht zur Abkühlung und Entschwefelung des Produktgases dient in der Anlage produziertes Gas.

Erfindungsgemäß werden die Staubvergasungsprodukte, d. h. das Produktgas und die Vergasungsrückstände, mittels Wirbelschicht abgekühlt. Dazu sind in die Wirbelschicht von einem geeigneten Kühlmedium durch­ flossene Kühlflächen eingesetzt.

Bevorzugt wird die den Staubvergasungsprodukten in der Wirbelschicht entzogene Wärme auf am Vergasungs­ prozeß beteiligte und/oder anderweitig genutzte Medien übertragen. Die entzogene Wärme kann beispielsweise zur Dampferzeugung oder auch zur Vorwärmung von in der Ver­ gasung eingesetzten Medien genutzt werden. Der erzeugte Dampf kann beispielsweise als Vergasungdampf 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 einge­ stellte 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 Schmelz­ wärme genutzt. Mit Hilfe der Kühlflächen wird eine Wirbel­ schichttemperatur eingestellt, die einerseits unterhalb des Sinterpunktes der Kohlenasche bzw. Schlacke liegt, andererseits aber für die Erzeugung der gewünschten Temperaturen, beispielsweise in der Dampferzeugung, aus­ reicht. Dabei kann die Temperaturregelung über eine Er­ höhung oder Verminderung der Wirbelschichthöhe erfolgen, so daß die Kühlflächen mehr oder weniger tief in die Wirbelschicht eintauchen.

Die Staubvergasungsstufe kann direkt über der Wirbelschicht 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 vor­ zugsweise getrennt vom Produktgas in einer separaten, kleineren Inertstoffwirbelschicht abgekühlt und ver­ festigt.

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 mit einem inerten Feststoff betrieben, vorzugsweise Asche, Schlacke oder Sand; es können aber auch andere inerte Materialien verwandt wer­ den. Als Wirbelfluid wird bevorzugt Wasserdamplf ver­ wandt, der zumindest teilweise als Vergasungsdampf in die Staubvergasung zurückgeführt wird. Es können aber auch andere Gase als Fluidisierungsmittel eingesetzt wer­ den.

In dieser bevorzugten Verfahrensvariante wird das Produkt­ gas bereits am unteren Austritt des Staubvergasungs­ reaktors von der flüssigen Schlacke getrennt und für sich zur Entschwefelung und Abkühlung in die große Inertstoff­ wirbelschicht geführt.

Bei der Anordnung von Wirbelschicht- und Staubvergasungs­ reaktor nebeneinander kann nach der Abkühlung des Produkt­ gases in der großen Wirbelschicht der mit dem Fluid aus dieser Wirbelschicht ausgetragene Staubanteil, Inertmaterial und Restkohlenstoff, in einem im Wirbel­ schichtreaktor 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 außerhalb 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 Staubvergasungs­ produkte werden mittels Inertstoffwirbelschicht sehr schnell so weit abgekühlt, daß sie nicht mehr anbacken können, so daß eine Verschmutzung nachgeschalteter Ein­ richtungen durch anbackende Schlackenteilchen wirksam verhindert wird. Aufwendige Strahlungsräume und Ab­ reinigungseinrichtungen, 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 liegen sowohl Gasaustritts- als auch Schlacken­ austrittstemperatur 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 Wirbelschicht ermöglicht die unmittelbare Verwendung des erzeugten Produktgases in nachgeschalteten Einrichtungen, beispielsweise in Dampferzeugern oder in Gasturbinenbrenn­ kammern.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem Generator durchgeführt, mit einem Flugstrom-Staubvergasungsbrenner enthaltenden, Zuteileinrichtungen für den Brennstoff und Zuführungen für die Vergasungsmittel sowie wenigstens eine Austrittsöffnung für die Produktgase und die flüssigen Vergasungsrückstände aufweisenden Flugstrom-Vergasungsreaktor und einem Zuteileinrichtungen für den Feststoff, Zuleitungen für das Fluidisierungs­ mittel und Abzüge für das Produktgas sowie für den Feststoff und die Schlacke aufweisenden Wirbelschichtreaktor, der zu dem Flugstrom-Staub­ vergasungsreaktor so angeordnet und mit ihm verbunden ist, daß die Aus­ trittsöffnung für die Vergasungsprodukte des Staubvergasers unter oder bis dicht an die Oberfläche der Wirbelschicht reicht.

Bei diesem Generator enthält der Wirbelschichtreaktor ein schwefelbinden­ des Material und in seinem Wirbelschichtbereich ist eine Kühlvorrichtung mit Kühlmittelzu- und -ableitung vorhanden.

Zur Durchführung der vorstehend beschriebenen weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält bei diesem Generator der Wirbel­ schichtreaktor ein schwefelbindendes Material und in seinem Wirbelschicht­ bereich ist eine Kühlvorrichtung mit Kühlmittelzu- und -ableitung vor­ handen, wobei der Staubvergasungsreaktor jedoch getrennte Austrittsöff­ nungen für die Produktgase und die flüssigen Vergasungsrückstände auf­ weist; der Produktgasabzug seitlich in die Wirbelschicht des Wirbel­ schichtreaktors führt, während die Austrittsöffnung für die flüssigen Vergasungsrückstände am unteren Ende des Staubvergasungsreaktors in einen weiteren separaten Wirbelschichtreaktor führt, der mit der in der Wirbelschicht angeordneten Kühleinrichtung mit Kühlmittelzu- und -ablei­ tungen mit einer Zuteilung und einem Austrag für den Feststoff und die feste Schlacke sowie Zuführungen und Abzug für das Fluidisierungsmittel versehen ist.

Der Staubvergasungsreaktor besteht aus einer Staubver­ gasungskammer mit oben aufgesetztem Staubvergasungsbrenner, mit dessen Hilfe die Vergasungsmedien und der zu vergasende Brennstoffstaub eingeführt, gemischt und gleichzeitig ge­ zündet werden. Es können aus anderen Staubvergasungsver­ fahren bekannte Brennertypen verwandt werden.

Der Staubvergasungsreaktor ist vorzugsweise auf einen Arbeitsdruck von bis zu 40 bar ausgelegt, d. h. die Zuteil­ einrichtungen für den Brennstoff und Zuführungen für die Vergasungsmittel weisen entsprechende Druckerhöhungsvor­ richtungen 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 Schwefel­ verbindungen 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 Wirbelschichtbe­ reich eine Kühlvorrichtung mit Zu- und Ableitung für ein Kühlmedium vorhanden, über das die den Staubvergasungs­ produkten entzogene Wärme abgeführt wird. Damit die Staub­ vergasungsprodukte aus dem Staubvergasungsreaktor in die Wirbelschicht gelangen, reicht die Austrittsöffnung des Vergasungsreaktors unter die Oberfläche der Wirbelschicht. Auf diese Weise kann das in die Wirbelschicht abgegebene Produktgas gleichzeitig als Wirbelfluid dienen.

Gemäß einer Variante der Erfindung weist der Staubver­ gasungsreaktor eine nach unten weisende unter die Ober­ fläche der Wirbelschicht reichende gemeinsame Austrittsöffnung für die Produktgase und die flüssigen Vergasungsrückstände auf. Auf diese Weise gelangen alle Staubvergasungsprodukte in ein und dieselbe Wirbelschicht. In diesem Fall ist der Staubvergasungs­ reaktor vorzugsweise innerhalb des Wirbelschichtreaktors oberhalb der Wirbelschicht angeordnet. Der Staubvergasungsbrenner mit allen Zuführungen für Brenn­ stoff und Vergasungsmittel befindet sich dabei am oberen Ende des Wirbelschichtreaktors und ist von außen zugäng­ lich. Die Staubvergasungskammer ragt nach unten, die Staubvergasungsprodukte werden nach unten in bzw. auf die Wirbelschicht geführt. Die Austrittsöffnung für das abge­ kühlte und entschwefelte Produktgas befindet sich am oberen Ende des Wirbelschichtreaktors.

Nach einer anderen Verfahrensvariante weist der Staub­ vergasungsreaktor getrennte Austrittsöffnungen für die Produktgase und für die flüssigen Vergasungsrückstände auf. In diesem Fall führt der Produktgasabzug seitlich in die Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors.

Die Austrittsöffnung für die flüssigen Vergasungsrückstände befindet sich am unteren Ende des Staubvergasungsreaktors. Daran schließt sich ein weiterer Inertstoffwirbelschicht­ reaktor mit in der Wirbelschicht angeordneter Kühlein­ richtung, 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 Variante ist der Staubvergasungs­ reaktor neben dem Wirbelschichtreaktor für die Entschwefelung und Abkühlung des Produktgases angeordnet. Das Produkt­ gas wird über eine seitliche Leitung in diesen Wirbelschicht­ reaktor geführt, wobei das Produktgas unterhalb der Wirbel­ schichtoberfläche in den Wirbelschichtreaktor eintritt.

Unterhalb des Staubvergasungsreaktors befindet sich dann ein weiterer, kleinerer Wirbelschichtreaktor, in den die flüssigen Vergasungsrückstände gelangen. Auch dieser Wir­ belschichtreaktor weist eine Kühlvorrichtung auf, bei­ spielsweise 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 Kühleinrichtung 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 Staub­ vergasungsprodukten entzogenen Wärme in beispielsweise einer Dampferzeugung. Es ist aber auch möglich, beide Wirbelschichtreaktoren mit voneinander getrennten Kühl­ einrichtungen zu versehen.

Gemäß vorstehender Variante kann der Abzug für das Fluidisierungsmittel des Wirbelschichtreaktors für die flüssigen Vergasungsrückstände zugleich Vergasungsmittel­ zuleitung zum Vergasungsbrenner sein. Voraussetzung ist, daß als Fluidisierungsmittel Wasserdampf verwandt wird. In diesem Fall kann ein Teil der den Vergasungsrück­ ständen 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 Wirbel­ schichtreaktor für die Produktgase angeordnet, so kann innerhalb dieses Wirbelschichtreaktors oberhalb der Wirbel­ schicht ein Zyklon angeordnet sein, der an seinem unteren Ende ein in die Wirbelschicht reichendes Rohr aufweist. Durch diese Maßnahme kann das die Wirbelschicht verlassen­ de 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 Ent­ staubung des Produktgases außerhalb des Reaktors ange­ ordnet sein.

In einer bevorzugten Ausbildung weist der Staubvergasungs­ reaktor an seinem unteren Ende eine Wanne für die flüssige Schlacke mit einem in die darunter angeordnete Wirbelschicht weisenden Überlauf auf. In dieser Wanne kann sich die in der Staubvergasungskammer gebildete flüssige Schlacke ansammeln und in die Wirbelschicht hinablaufen. Hierdurch wird erreicht, daß die flüssige Schlacke in Klumpen erstarrt und am Fuß des Wirbelschicht­ reaktors in Form von leicht zu handhabenden Knollen aus­ getragen werden kann.

Bevorzugte Verfahrenswege und Reaktorenkombinationen werden in den nachstehend beschriebenen Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch in Form eines Fließbildes eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei separaten Wirbelschichtreaktoren und außer­ halb angeordneter Staubvergasungsstufe,

Fig. 2 eine weitere Variante des Verfahrens mit im Wirbel­ schichtreaktor integrierter Staubvergasung und

Fig. 3 eine bevorzugte Ausbildung des Übergangs der Staub­ vergasungsstufe in die darunter befindliche Inert­ stoffwirbelschicht.

Gemäß Fig. 1 wird das schwefelbindende 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 Zuteileinrichtung 3 zugeführt, die den Feststoff in den Wirbelschichtreaktor 4 einführt. Gleich­ zeitig treten aus dem Staubvergasungsreaktor 5 die gas­ förmigen Staubvergasungsprodukte einschließlich mitge­ führtem 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 gleich­ zeitig als Fluidisierungsmittel benutzt. Zusätzlich kann noch Produktgas als Fluidisierungsmittel zugeführt werden.

Das abgekühlte Staubvergasungsgas einschließlich des ge­ gebenenfalls zusätzlich zugegebenen Fluidisierungsgases mit den darin enthaltenen Feinteilen aus der Staubver­ gasungsstufe sowie aus der Wirbelschicht werden über einen im Wirbelschichtreaktor oberhalb der Wirbelschicht ange­ ordneten Abscheider 7 geführt, wobei ein Teil der Fest­ stoffe nach unten in die Wirbelschicht ausgeschieden wird, während das Gas nach oben austritt und zu einem Wärmetauscher 8 geführt wird, wo die Abkühlung des Pro­ duktgases 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 herange­ zogen 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 Regenerations­ anlage für den Dolomit zugeführt werden. Der Staub kann auch über mehrere Wege gleichzeitig weitergeführt werden.

Das entstaubte Gas gelangt schließlich in die Gasreinigung 10 und danach zur Verwendungsstelle 11, gegebenenfalls ganz oder teilweise auch über die Leitung 12 und den Wärme­ tauscher 8 zur Verwendungsstelle 11′, oder gegebenenfalls auch teilweise über die Leitung 13, eine Druckerhöhungs­ einrichtung 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 regene­ rierte Feststoff gelangt über die Sammel- und Transport­ stelle 18 schließlich wieder zurück zur Schleuse 2 vor dem Feststoffeintritt in den Wirbelschichtreaktor 4. Wird ein Regenerationsverfahren gewählt, das bei niedrige­ ren 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 0.1 mm bei Steinkohlen aufgemahlen, über ein Schleusensystem 20 auf Betriebsdruck gebracht und über die Zuteileinrichtung 21 über Staubvergasungsbrenner in die eigentliche Staubvergasungskammer 5 eingeführt. Gleich­ zeitig werden über die Leitungen 26 Sauerstoff und Dampf als Vergasungsmedien herangeführt.

Anstelle von Sauerstoff können auch sauerstoffhaltige Gase verwendet werden, beispielsweise Luft, gegebenenfalls auch allein. Ebenso kann natürlich auch der gemahlene Kohlenstaub mit Wasser oder einer anderen, z. B. am Ver­ gasungsprozeß beteiligten Flüssigkeit angemaischt und in den Staubvergasungsreaktor eingeführt werden.

Die Staubvergasungsprodukte werden am Austritt der Staub­ vergasungskammer 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 Inertstoffwirbel­ schicht 22 gelangen, in der die Abkühlung der flüssigen Schlacke und ihre Verfestigung erfolgt. Die feste Schlacke wird dann nach unten über ein Schleusensystem 23 ausge­ tragen.

Als Fluidisierungsmittel für die Inertstoffwirbelschicht 22 wird über die Leitung 24 Wasserdampf zugegeben, der danach über die Leitung 25 als Vergasungsmedium in die Staubvergasungs­ stufe geführt wird. Der aus der Inertstoffwirbelschicht 22 austretende Dampf kann aber auch anderweitig, beispiels­ weise in einer Dampfturbine eingesetzt 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 über­ hitzter Dampf aus, der über die Leitung 35 beispielsweise einer Dampfturbine oder teilweise als Vergasungsmedium der Staubvergasung 5 zugeführt wird.

Fig. 2 zeigt einen weiteren Verfahrensweg mit nur einem Wirbelschichtreaktor 4. Darin wird der schwefelbindende Inert­ stoff, beispielsweise Dolomit oder Kalkstein, in der Aufbereitungsan­ lage 1 auf den für die Wirbelschicht erforderlichen Durch­ messer aufgebrochen, über die Schleuse 2 auf Betriebs­ druck gebracht und über die Zuleitungseinrichtung 3 in den Reaktor 4 eingeführt. In diesem Reaktor ist die Staubver­ gasungsstufe 5 oberhalb der Inertstoffwirbelschicht ange­ ordnet, so daß von dort aus die Staubvergasungsprodukte un­ mittelbar in die Inertstoffwirbelschicht eingeführt wer­ den.

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 Fest­ stoff gelangt über ein Austrags- und Schleusensystem 16, gegebenenfalls nach vorherigem Aufbrechen in einer Zer­ kleinerungsanlage 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 abge­ schiedene Staub über die Leitung 27 in die Schleuse 20 des Kohlenstaubweges eingebracht. 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 Staub­ vergasungsbrenner in die Staubvergasungskammer 5 einge­ bracht 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 Staubvergasungs­ produkten auf die Inertstoffwirbelschicht übertragene Wärme entzogen wird. 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 Dampf­ erzeugung 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.

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 Wirbel­ schichtreaktor 4 geführt wird. Um eine bessere Abscheidung der im Gas mitgeführten feinsten Teilchen im Staubver­ gasungsreaktor zu erreichen, kann vor dem Austritt zur Lei­ tung 6 beispielsweise noch eine Umlenkeinrichtung gesetzt sein, die zum Ausschleudern feiner flüssiger Schlacken­ teilchen dient.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung von Gas durch Vergasung von gemahlenen, kohlen­ stoffhaltigen Feststoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas sowie Wasserdampf, mit anschließendem Entschwefeln des erhaltenen Gases durch Kontakt mit einem schwefelbindenden Material in einer Wirbelschicht, die durch Gas des Vergasers erzeugt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vergasung als Flugstrom-Staubvergasung mit feingemahlenen Feststoffen durchgeführt wird und alle Vergasungsprodukte anschließend in die schwefelbindende Wirbelschicht eingeführt, und darin abgekühlt werden, indem ihre Wärme auf ein gesondert durchlaufendes Kühlmedium übertragen und ver­ festigte Schlacke daraus ausgetragen wird.

2. Verfahren zur Erzeugung von Gas durch Vergasung von feingemahlenen, kohlen­ stoffhaltigen Feststoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas sowie Wasserdampf mit anschließendem Entschwefeln des erhaltenen Gases durch Kontakt mit einem schwefelbindenden Material in einer Wirbelschicht, die durch Gas des Vergasers erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ gasung als Flugstrom-Staubvergasung mit feingemahlenen Feststoffen durchge­ führt wird, wobei die Produktgase in die schwefelbindende Wirbelschicht eingeführt und darin abgekühlt werden, indem ihre Wärme auf ein gesondert durchlaufendes Kühlmedium übertragen wird, während die flüssigen Anteile der Flugstrom-Staubvergasungsprodukte getrennt vom Produktgas in einer weiteren, separaten Wirbelschicht abgekühlt und verfestigt werden, indem ihre Wärme auf ein Kühlmedium übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirbel-Fluid für die weitere, separate Wirbelschicht Wasserdampf verwandt wird, welcher an­ schließend als Vergasungsdampf genutzt wird.

4. Generator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem, einen Flugstrom-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 Flugstrom-Vergasungsreaktor (5) und einem Zuteileinrichtungen für den Feststoff (3), Zuleitungen für das Fluidisierungsmittel (15) und Abzüge für das Produktgas sowie den Fest­ stoff und die Schlacke (16) aufweisenden Wirbelschichtreaktor (4), der zu dem Flugstrom-Staubvergasungsreaktor (5) so angeordnet und mit ihm verbunden ist, daß die Austrittsöffnung für die Vergasungsprodukte des Staubvergasers unter oder bis dicht an die Oberfläche der Wirbelschicht reicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (4) ein schwefelbindendes Material enthält und in seinem Wirbelschichtbereich eine Kühlvorrichtung (32) mit Kühlmittelzu- (34) und -ableitung (35) vorhanden ist.

5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstrom-Staub­ vergasungsreaktor (5) in an sich bekannter Weise innerhalb des Wirbelschicht­ reaktors (4) oberhalb der Wirbelschicht angeordnet ist.

6. Generator zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 oder 3 mit einem, einen Flugstrom-Staubvergasungsbrenner enthaltenden, Zuteil­ einrichtungen für den Brennstoff (21) und Zuführungen für die Vergasungs­ mittel (25, 26) sowie wenigstens eine Austrittsöffnung für die Produkt­ gase und die flüssigen Vergasungsrückstände aufweisenden Vergasungsreaktor (5) und einem Zuteileinrichtungen für den Feststoff (3), Zuleitungen für das Fluidisierungsmittel (15) und Abzüge für das Produktgas sowie den Fest­ stoff und die Schlacke (16) aufweisenden Wirbelschichtreaktor (4), der zu dem Flugstrom-Staubvergasungsreaktor (5) so angeordnet und mit ihm ver­ bunden ist, daß die Produktgas-Austrittsöffnung des Staubvergasers unter oder bis dicht an die Oberfläche der Wirbelschicht reicht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (4) ein schwefelbindendes Material enthält und in seinem Wirbelschichtbereich eine Kühlvorrichtung (32) mit Kühlmittelzu- (34) und -ableitung (35) vorhanden ist, wobei der Staubver­ gasungsreaktor (5) getrennte Austrittsöffnungen für die Produktgase (6) und die flüssigen Vergasungsrückstände aufweist; der Produktgasabzug (6) seitlich in die Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors (4) führt, während die Austrittsöffnung für die flüssigen Vergasungsrückstände am unteren Ende des Staubvergasungsreaktors (5) in einen weiteren separaten Wirbelschicht­ reaktor (22) führt, der mit der in der Wirbelschicht angeordneten Kühlein­ richtung (32) mit Kühlmittelzu- (33) und -ableitungen (34) mit einer Zutei­ lung (3) und einem Austrag (23) für den Feststoff und die feste Schlacke sowie Zuführungen (24) und Abzug (25) für das Fluidisierungsmittel versehen ist.

7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel­ ableitung (34) der Wirbelschicht-Kühleinrichtung (31) für die Vergasungs­ rückstände an die Kühlmittelzuleitung (34) für die Kühleinrichtung (32) des Produktgas-Wirbelschichtreaktors (4) angeschlossen ist.

8. Generator nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug (25) für das Fluidisierungsmittel aus dem Rückstand-Wirbelschicht­ reaktor (22) an den Flugstrom-Vergasungsbrenner angeschlossen ist.

9. Generator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des entschwefelnden Wirbelschichtreaktors (4) oberhalb der Wir­ belschicht ein Zyklon mit einem bis in die Wirbelschicht reichendem Rohr (7) angeordnet ist.

10. Generator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubvergasungsreaktor (5) an seinem unteren Ende eine Wanne (28) für die flüssige Schlacke mit einem in die weitere, separate Wirbelschicht (22) weisenden Überlauf aufweist.