DE3627307A1 - Verfahren zum einbringen eines gemisches aus festen brennstoffen und wasser in einen vergasungsreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Gemisches aus gemahlenen festen Brennstoffen und Wasser, ggf. in Mischung mit flüssigen Brenn­ stoffen, Gleitmitteln, oberflächenaktiven Substanzen, in einen der Herstellung von Synthesegasen durch autotherme Vergasung der festen Brennstoffe mit Wasser und Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 800 bis 1700°C und einem Druck von etwa 10 bis 150 bar dienenden Reaktor über einen Brenner mittels einer Fördereinrichtung.

Als feste Brennstoffe kommen insbesondere Steinkohle, Anthrazit, Koks, Petrolkoks, Braunkohle und ver­ festigter Hydrierrückstand in Betracht.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise bekannt aus DE-PS 27 21 047. Es umfaßt die Anmischung eines feinteiligen festen Brennstoffes in einer Doppel­ wellen-Schneckenmaschine (Extruder) vor der Ver­ dichtung mit 2 bis 30 Gew.-% Wasser, wobei der fein­ teilige feste Brennstoff und die Flüssigkeit getrennt in die Schneckenmaschine eingeführt werden und die Anmischung des festen Brennstoffes mit der Flüssig­ keit erst in der Schneckenmaschine erfolgt.

Der US-PS 36 07 157 ist ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus Petrolkoks zu entnehmen, bei welchem pumpbare wäßrige Schlämme auf Basis Petrol­ koks einer kontinuierlichen Partialoxidation unter­ worfen werden.

Im Falle des Einbringens des gemahlenen, trockenen Brennstoffes und der Flüssigkeit getrennt in die Schneckenmaschine muß eine nicht unbeträchtliche Sektion der Schneckenmaschine als Mischzone ausgelegt werden. Wenn es sich um schwer benetzbare Brennstoffe wie Petrolkoks handelt, kann überhaupt die Ausbildung eines homogenisierten Feststoff-Flüssigkeits-Ge­ misches erst in der Schneckenmaschine problematisch werden.

Aufgabe der Erfindung ist eine bessere Handhabbarkeit eines Gemisches aus gemahlenem festen Brennstoff mit Wasser bei trotzdem erhöhtem Feststoffgehalt für ein Verfahren der eingangs genannten Art.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch ge­ löst, daß die Merkmale a) bis c) des Kennzeichens von Patentanspruch 1 verwirklicht sind.

Durch Naßmahlung des festen Brennstoffes unter Zugabe der erforderlichen Flüssigkeitsmenge wird eine weitestgehende Homogenisierung des Brennstoff-Flüs­ sigkeits-Gemisches erzielt. Die erhaltene Suspension ist geeignet, der Dekantierzentrifuge mittels Pumpe durch hydraulischen Transport auch über längere Transportwege hinweg durch Rohrleitungen zugeführt zu werden.

In der Dekantierzentrifuge wird ein vorgegebener Feststoffgehalt eingestellt. Damit kann der Fest­ stoffgehalt entsprechend den Erfordernissen vorge­ geben werden, wobei die Grenze für noch pumpbare Mischungen bei Zugabe von oberflächenaktiven Stoffen bei etwa bis zu 80 oder 85 Gew.-% Feststoffgehalt bezogen auf die Mischung liegt.

Anschließend wird die pumpbare Mischung direkt mittels Kolben- oder Membranpumpe als Förderein­ richtung dem Vergasungsreaktor zugeführt.

Bei Einsatz einer Schneckenmaschine zum Einbringen in den Vergasungsreaktor kann mit dem Feststoffgehalt noch höher gegangen werden, wobei das Gemisch mittels Pumpe über eine Leitung oder mittels einer Band­ fördereinrichtung o. dgl. der Schneckenmaschine zuge­ führt werden kann, um von hier aus in den Vergasungs­ reaktor eingebracht zu werden.

Die der Dekantierzentrifuge als Fördereinrichtung nachgeschaltete Schneckenmaschine benötigt somit keine Mischzone mehr und dient nur noch zum Druckauf­ bau des Einsatzgemisches zur Überwindung des Druckes in dem Vergasungsreaktor.

Bei Einsatz einer Pumpe als Fördereinrichtung sind im Brenner des Vergasungsreaktors geringere Druckdif­ ferenzen zwischen dem Druck eines üblicherweise angewendeten Zerstäubungsmittels (Dampf) und dem Reaktionsdruck erforderlich, weil das dem Brenner zugeführte Gemisch weniger stark kompaktiert ist als beim Einsatz einer Schneckenmaschine. In diesem Fall entfällt die Notwendigkeit des Einsatzes von extrem hochgespanntem Dampf zur Dekompaktierung (Zer­ stäubung).

Die Erzeugung des homogenisierten Feststoff-Flüssig­ keits-Gemisches erfolgt zunächst in Anpassung an die Eigenschaften des eingesetzten Festbrennstoffes, u. a. Benetzbarkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Körnung, Vermahlungsgrad.

Gemäß Patentanspruch 3 kann das Filtrat aus der Dekantierzentrifuge erneut zur Suspensionsaufbe­ reitung zurückgeführt werden. Nach Patentanspruch 4 kann das Filtrat aus der Dekantierzentrifuge zur Quenchkühlung im Reaktor verwendet werden.

Es bietet sich auch eine günstige Lösung für eine Rückführung eines Teils des anfallenden Vergasungs­ rückstandes an. Dieser im allgemeinen in einer Wassertauchung anfallende Rückstand kann vorteilhaft nach teilweiser Abtrennung des Wassers in der Dekan­ tierzentrifuge erneut dem Vergasungsprozeß unter­ worfen werden. Dadurch wird der auf Kohlenstoff bezogene Umsatz erhöht.

Durch geeignete Mahlbedingungen bei der Naßmahlung und die Zugabe der erforderlichen Flüssigkeitsmengen sowie ggf. von oberflächenaktiven Stoffen werden stabile, hydraulisch transportierbare und pumpbare Suspensionen erhalten.

Geeignete oberflächenaktive Mittel als Zusätze zur Herstellung pumpbarer Kohle-Wasser-Gemische mit Fest­ stoffgehalten von etwa 30 bis 85 Gew.-% stehen dem Fachmann zur Verfügung. Derartige Zusätze unter­ stützen den Transport des in der Dekantierzentrifuge partiell entwässerten Gemisches zur Schneckenmaschine bzw. direkt in den Vergasungsreaktor. Auch wird durch die Zusätze die Leistung (Durchsatz) der Dekantier­ zentrifuge günstig beeinflußt.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführung des Ver­ fahrens wird der feste Brennstoff in einer Mahlvor­ richtung 1 auf Korngrößen von beispielsweise 100 bis 500 µ fein gemahlen und mit Flüssigkeit in einem Mischer 2 suspendiert, wobei auch Filtrat aus der Dekantierzentrifuge 5 über Leitung 13 zum Einsatz kommen kann. Die Suspension wird mittels Pumpe 11 über Rohrleitungen hydraulisch zu einem mit Rührein­ richtungen versehenen Vorratsbehälter 3 gefördert und über Pumpe 4 der Dekantierzentrifuge 5 zugeführt. Hier erfolgt beim Zentrifugieren eine Abtrennung des Filtrats, welches über Pumpe 6 und Leitung 13 als Rücklaufwasser in die Suspendiereinrichtung 2 bzw. über Pumpe 6 und Leitung 12 auch als Quenchwasser in den Vergasungsreaktor 10 zurückgeführt werden kann. Das Gemisch des Festbrennstoffes mit dem vorgesehenen Flüssigkeitsgehalt wird über eine Pumpe 14 sowie über Brenner 9 in den Vergasungsreaktor 10 eingebracht.

Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführung des Ver­ fahrens wird der Festbrennstoff mit dem vorgesehenen Flüssigkeitsgehalt der Schneckenmaschine 8 zugeführt, in welcher das Gemisch mittels zweier ineinander greifender und in einem Zylinder gleichsinnig rotierender Wellen auf einen Druck oberhalb des im Vergasungsreaktor 10 herrschenden Druckes zu einem gasdichten Pfropfen verdichtet, ggf. entlüftet, und unter Zugabe von Sauerstoff sowie ggf. von Dampf als Moderatorfluid bzw. als Zerstäubungsmittel über Brenner 9 in den Vergasungsreaktor 10 eingebracht wird. Der mit Wasser angemischte Brennstoff wird mittels eines Strahles von hochgespanntem Wasserdampf auf den verdichteten Brennstoff zerstäubt und mit dem Vergasungsmittel zur Reaktion gebracht.

Der Einsatz einer Dekantierzentrifuge bei dem be­ schriebenen Verfahren eröffnet einerseits eine günstige Transportmöglichkeit vom Ort der Naßmahlung aufgrund der Einstellung eines für hydraulischen Transport optimalen Flüssigkeitsgehaltes. Anderer­ seits wird eine technisch zufriedenstellende Lösung für die Einstellung eines für die Vergasung ge­ wünschten minimierten Flüssigkeits- bzw. insbesondere Wassergehaltes bei dem eingesetzten Gemisch aus festem Brennstoff und Wasser angegeben. Zusammen­ fassend gesagt ergibt sich eine wesentlich ver­ besserte Handhabung der Einsatzstoffe und eine bessere Anpassung bei der Auslegung der dem Ver­ gasungreaktor vorgeschalteten Verfahrensstufen an örtliche und räumliche Gegebenheiten und Begrenzungen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Einbringen eines Gemisches aus ge­ mahlenen festen Brennstoffen und Wasser, ggf. in Mischung mit flüssigen Brennstoffen, Gleitmitteln, oberflächenaktiven Substanzen, in einen der Her­ stellung von Synthesegasen durch autotherme Ver­ gasung der festen Brennstoffe mit Wasser und Sauer­ stoff oder sauerstoffhaltigen Gasen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 800 bis 1700°C und einem Druck von etwa 10 bis 150 bar dienenden Reaktor über einen Brenner mittels einer Förderein­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Brennstoff einer Naßmahlung mit Wasser unterzogen, ggf. unter Zugabe der erwähnten Zusatzmittel, intensiv angemischt und in eine für hydraulischen Transport geeignete Suspension gebracht,
• b) die Suspension einer Dekantierzentrifuge zur Einstellung des für die Vergasungsreaktion vorzugebenden Flüssigkeitsgehaltes zugeleitet und
• c) das eingedickte Gemisch der Fördereinrichtung zwecks Einbringung in den Reaktionsraum des Reaktors zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördereinrichtung ein Verdrängersystem wie Kolben- oder Membranpumpe oder Schneckenmaschine eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat aus der Dekantierzentrifuge zur Suspensionsbereitung zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat aus der Dekantierzentrifuge zur Quenchkühlung im Vergasungsreaktor eingesetzt wird.