DE3709225C1 - Method for starting the gasification of solid fuels in a fixed bed - Google Patents

Method for starting the gasification of solid fuels in a fixed bed

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Abstract

For starting, superheated steam at elevated pressure is first passed into the fixed bed of the gasification reactor. When the fuel has then been heated to temperatures from about 200 to 260@C, oxygen-containing gas is fed in, the partial oxidation of the fuel and its further heating taking place under the gasification pressure. The oxygen-containing gas used is preferably a gas mixture containing O2 and CO2, with a CO2 proportion of 20 to 95% by volume. Subsequently, the gasifying agent mixture containing oxygen and steam is passed into the fixed bed of the reactor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Drehrostreaktors zur Vergasung fester, körniger Brennstoffe, wobei die Brennstoffe über eine Schleusenkammer in den Reaktor gegeben werden, in welchem die Vergasung im Festbett, das sich über dem Drehrost befindet, mit Sauerstoff sowie Wasserdampf und/oder Kohlendioxid bei einem Druck von mindestens 10 bar erfolgt.The invention relates to a method for starting a Rotary grate reactor for gasification of solid, granular Fuels, where the fuels have a Lock chamber to be placed in the reactor in which the gasification in the fixed bed, which is above the rotating grate with oxygen and water vapor and / or Carbon dioxide takes place at a pressure of at least 10 bar.

Die Vergasung fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, im Festbett ist bekannt und z. B. in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 14, Seiten 383 bis 386, dargestellt. Einzelheiten dieser bekannten Vergasungsmethode finden sich auch in der deutschen Offenlegungsschrift 33 10 220 und im dazu korrespondierenden US-Patent 45 56 402. Das Anfahren der Vergasung im Drehrostreaktor geschah bisher so, daß man die Brennstoffe bei geringem Überdruck zündete und dann den Druck allmählich auf den Vergasungsdruck steigerte. Das dabei entstehende Produktgas wurde abgefackelt, insbesondere deshalb, weil es drucklos anfiel und wegen seines Sauerstoff- und Stickstoffgehaltes. Die Reinigung und Verwertung dieses in der Anfahrphase entstehenden Produktgases war deshalb nicht zweckmäßig.The gasification of solid fuels, especially coal, in Fixed bed is known and z. B. in Ullmann's Encyclopedia of technical chemistry, 4th edition (1977), volume 14, pages 383 to 386. Details of this known Gasification method can also be found in the German Laid-open specification 33 10 220 and in addition corresponding US patent 45 56 402. Starting up the Gasification in the rotating grate reactor has so far happened that the fuels ignited at low overpressure and then the pressure gradually increased to the gasification pressure. The resulting product gas was flared, especially because it was depressurized and because its oxygen and nitrogen content. The cleaning and recovery of this arising in the start-up phase Product gas was therefore not practical.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anfahrzeit zu verkürzen und auf das Abfackeln verzichten zu können. Auch soll es möglich sein, die beim Anfahren gebildeten Produktgase ohne Schwierigkeiten verwenden zu können. Erfindungsgemäß geschieht dies beim eingangs genannten Verfahren dadurch, daß man zunächst in den festen Brennstoff überhitzten Wasserdampf bei erhöhtem Druck einleitet, dabei den Brennstoff auf Temperaturen von etwa 200 bis 260°C erhitzt und anfallendes Kondensat abführt, und anschließend mit sauerstoffhaltigem Gas beim Vergasungsdruck die partielle Oxidation des Brennstoffs und seine weitere Erhitzung bis auf die Vergasungstemperatur einleitet.The invention has for its object the start-up time to shorten and to avoid flaring. It should also be possible for those formed when starting off To be able to use product gases without difficulty. According to the invention, this is done in the case of the aforementioned Procedure by first in the solid Fuel overheats water vapor at elevated pressure  introduces the fuel to temperatures of about Heated to 200 to 260 ° C and discharged condensate, and then with oxygen-containing gas at Gasification pressure is the partial oxidation of the fuel and its further heating up to that Gasification temperature initiates.

Wegen der größeren Mengen an überhitztem Wasserdampf, die bei höherem Druck in den Vergasungsreaktor geleitet werden können, wird der Brennstoff sehr rasch erhitzt. Wenn die Zündtemperatur der Kohle erreicht ist, die bei 200°C oder wenig darüber liegt, kann die Zufuhr von überhitztem Wasserdampf abgeschaltet und mit der partiellen Verbrennung durch Einleiten von sauerstoffhaltigem Gas begonnen werden.Because of the larger amounts of superheated steam that be passed into the gasification reactor at higher pressure the fuel is heated very quickly. If the Ignition temperature of the coal is reached at 200 ° C or little more than that, the intake of superheated Steam switched off and with the partial Combustion by introducing oxygen-containing gas be started.

Vorteilhafterweise wird der Reaktor mit dem überhitzten Wasserdampf etwa auf den Vergasungsdruck bespannt. Dadurch hat das durch die nachfolgende partielle Oxidation erzeugte Produktgas bereits den richtigen Druck für die Behandlung in der nachfolgenden Gasreinigung. Insbesondere für die Feinreinigung in einer Naßwäsche ist dies zweckmäßig, da die Wirksamkeit der Naßwäsche vom Druck des zu behandelnden Gases abhängt.The reactor is advantageously overheated Water vapor strung to the gasification pressure. Thereby does this through the subsequent partial oxidation generated product gas already the right pressure for the Treatment in the subsequent gas cleaning. In particular for fine cleaning in a wet wash, this is expedient because the effectiveness of wet washing from the pressure of depends on the gas to be treated.

Zweckmäßigerweise enthält das sauerstoffhaltige Gas einen Anteil von 20 bis 95 Vol.-% Kohlendioxid. Dadurch wird die Explosionsgefahr, die beim fehlerhaften Anfahren mit einem Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisch beim Abkühlen des erzeugten Gases gegeben wäre, wirksam verhindert. Nach einer bevorzugten Verfahrensweise beginnt man das Anfahren mit überhitztem Wasserdampf, leitet dann ein Sauerstoff und Kohlendioxid enthaltendes Gasgemisch mit 20 bis 95 Vol.-% CO₂ in das Festbett, welches dadurch weiter erhitzt wird, und schaltet dann auf die Zufuhr des eigentlichen Vergasungsmittelgemisches, das Wasserdampf und Sauerstoff enthält, um.The oxygen-containing gas expediently contains one Share of 20 to 95 vol .-% carbon dioxide. This will make the Danger of explosion, when starting incorrectly with a Water vapor-oxygen mixture when cooling the generated Gases would be effectively prevented. After a preferred procedure you start with superheated steam, then conducts oxygen and Gas mixture containing carbon dioxide with 20 to 95 vol .-% CO₂ in the fixed bed, which thereby continues to heat  is, and then switches to the supply of the actual Gasification mixture, the water vapor and oxygen contains to.

Einzelheiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Sie zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den Vergasungsreaktor.Details of the procedure are shown in the drawing explained. It shows a schematic representation Longitudinal section through the gasification reactor.

Körnige Kohle mit einem Kornspektrum etwa von 3 bis 80 mm wird durch das geöffnete Ventil (1) zunächst in die Schleusenkammer (2) geleitet und gelangt von dort durch das periodisch geöffnete Ventil (3) in den Vergasungsreaktor (4). Im Reaktor (4) bildet die Kohle ein Festbett (5) über dem Drehrost (7).Granular coal with a grain spectrum of approximately 3 to 80 mm is first passed through the open valve ( 1 ) into the lock chamber ( 2 ) and from there through the periodically opened valve ( 3 ) into the gasification reactor ( 4 ). In the reactor ( 4 ), the coal forms a fixed bed ( 5 ) over the rotating grate ( 7 ).

Zum Anfahren der Vergasung leitet man zunächst durch die Leitung (6) überhitzten Wasserdampf über den Drehrost (7) in das Bett (5), wobei der Wasserdampf vorzugsweise Temperaturen von 300 bis 450°C aufweist. Der Wasserdampf wird unter Überdruck zugeführt; man stellt zweckmäßigerweise den Druck so ein, daß im Reaktor (4) bereits der Vergasungsdruck herrscht. Das beim Aufheizen mit Wasserdampf gebildete Kondensat fließt nach unten in die Aschenschleuse (8) ab.To start the gasification, firstly, superheated steam is passed through line ( 6 ) over the rotating grate ( 7 ) into bed ( 5 ), the steam preferably having temperatures of 300 to 450 ° C. The water vapor is supplied under excess pressure; the pressure is expediently set so that the gasification pressure already prevails in the reactor ( 4 ). The condensate formed when heating up with steam flows down into the ash lock ( 8 ).

Wenn die Kohle im Festbett (5) durch den Wasserdampf die Zündtemperatur von etwa 200 bis 260°C erreicht hat, schaltet man die Wasserdampfzufuhr ganz oder weitgehend ab und leitet nunmehr durch die Leitung (10) ein O₂-CO₂-Gasgemisch ein. Dieses Gasgemisch enthält einen Anteil von 20 bis 95 Vol.-% an CO₂. Die partielle Verbrennung, die durch das O₂-haltige Gas hervorgerufen wird, erhöht die Temperatur im Festbett (5) weiter bis in den Bereich von 1000 bis 1500°C. Das dabei entstehende Produktgas zieht durch den Auslaß (12) ab und wird in an sich bekannter Weise mehrstufig gereinigt; in der Zeichnung ist die Reinigung (13) nur schematisch angedeutet. Vorsorglich kann man durch die Leitung (17) gleichzeitig weiteres CO₂ in den Bereich oberhalb des Festbettes (5) einleiten, um sicherzugehen, daß auch bei Fehlbedienung durch fehlerhafte Messungen der Sauerstoffgehalt im Produktgas der Leitung (12) unter der Explosionsgrenze liegt. Wenn das Festbett heiß genug ist, so daß der gesamte Sauerstoff im Bett umgesetzt wird und das Produktgas frei von Sauerstoff ist, schaltet man auf den normalen Vergasungsbetrieb mit Wasserdampf und Sauerstoff um und leitet dieses Vergasungsmittelgemisch durch den Drehrost in das Festbett.When the coal in the fixed bed ( 5 ) has reached the ignition temperature of about 200 to 260 ° C by the water vapor, the water vapor supply is switched off completely or largely and now leads through line ( 10 ) an O₂-CO₂ gas mixture. This gas mixture contains 20 to 95 vol .-% of CO₂. The partial combustion, which is caused by the O₂-containing gas, increases the temperature in the fixed bed ( 5 ) further up to the range of 1000 to 1500 ° C. The resulting product gas is drawn off through the outlet ( 12 ) and is cleaned in several stages in a manner known per se; the cleaning ( 13 ) is only indicated schematically in the drawing. As a precaution, you can simultaneously introduce further CO₂ into the area above the fixed bed ( 5 ) through line ( 17 ) to ensure that the oxygen content in the product gas of line ( 12 ) is below the explosion limit even when operated incorrectly due to incorrect measurements. If the fixed bed is hot enough so that all the oxygen in the bed is converted and the product gas is free of oxygen, switch over to the normal gasification operation with steam and oxygen and pass this gasification agent mixture through the rotating grate into the fixed bed.

Bereits in der Anfahrphase hat das in der Leitung (12) abziehende Produktgas den gewünschten hohen Druck und kann deshalb ohne weiteres aufgearbeitet und verwendet werden. Das Abfackeln eines in der Anfahrphase drucklos anfallenden Produktgases entfällt.Already in the start-up phase, the product gas drawn off in line ( 12 ) has the desired high pressure and can therefore be worked up and used without further notice. The flaring of a product gas that is produced without pressure in the start-up phase is not necessary.

Beispielexample

Ein Drehrostreaktor wird zunächst teilweise mit etwa 20 t körniger Kohle und mit Inertgas (CO₂) gefüllt und dann mit Wasserdampf von 400°C auf einen Druck von 30 bar bespannt. Man führt etwa 4,5 t Wasserdampf zu und erhöht die Temperatur der Kohle innerhalb von etwa 15 Minuten annähernd auf die Sattdampftemperatur. Wenn im Produktgas-Auslaß (12) eine Temperatur von etwa 220°C erreicht ist, wird die Wasserdampfzufuhr allmählich abgestellt und statt dessen ein Gemisch aus 2000 Nm³ Sauerstoff und 20 000 Nm³ CO₂ pro Stunde in das Festbett des Reaktors geleitet. Dabei wird durch partielle Verbrennung eine weitere Temperaturerhöhung erreicht. Wenn im Auslaß (12) die Temperatur ansteigt und der Sauerstoffgehalt im Produktgas verschwunden ist, füllt man den Reaktor mit körniger Kohle bis zum maximalen Fassungsvermögen von etwa 50 t und leitet über den Drehrost das Vergasungsmittelgemisch ein. Dieses Gemisch enthält 5 kg Wasserdampf pro Nm³ Sauerstoff.A rotating grate reactor is first partially filled with about 20 t of granular coal and with inert gas (CO₂) and then strained with water vapor at 400 ° C to a pressure of 30 bar. About 4.5 t of steam are added and the temperature of the coal is raised to the saturated steam temperature in about 15 minutes. When a temperature of about 220 ° C is reached in the product gas outlet ( 12 ), the water vapor supply is gradually cut off and instead a mixture of 2000 Nm³ oxygen and 20 000 Nm³ CO₂ per hour is passed into the fixed bed of the reactor. A further increase in temperature is achieved by partial combustion. When the temperature in the outlet ( 12 ) rises and the oxygen content in the product gas has disappeared, the reactor is filled with granular coal to the maximum capacity of about 50 t and the gasification mixture is introduced via the rotating grate. This mixture contains 5 kg water vapor per Nm³ oxygen.

Das mit dem Vergasungsmittelgemisch erzeugte Produktgas hat folgende Zusammensetzung:The product gas generated with the gasifying agent mixture has the following composition:

CO₂16,2 Vol.-% H₂S 0,2 Vol.-% CO13,0 Vol.-% H₂24,0 Vol.-% CH₄ 6,0 Vol.-% C n H m  0,3 Vol.-% N₂ 0,3 Vol.-% H₂O40,0 Vol.-%CO₂16.2 vol.% H₂S 0.2 vol.% CO13.0 vol.% H₂24.0 vol.% CH₄ 6.0 vol.% C n H m 0.3 vol.% N₂ 0 , 3 vol.% H₂O40.0 vol.%

Claims (4)

1. Verfahren zum Anfahren eines Drehrostreaktors zur Vergasung fester, körniger Brennstoffe, wobei die Brennstoffe über eine Schleusenkammer in den Reaktor gegeben werden, in welchem die Vergasung im Festbett, das sich über dem Drehrost befindet, mit Sauerstoff sowie Wasserdampf und/oder Kohlendioxid bei einem Druck von mindestens 10 bar erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst in den festen Brennstoff überhitzten Wasserdampf bei erhöhtem Druck einleitet, dabei den Brennstoff auf Temperaturen von etwa 200 bis 260°C erhitzt und anfallendes Kondensat unter dem Festbett abführt und anschließend mit sauerstoffhaltigem Gas beim Vergasungsdruck die partielle Oxidation des Brennstoffs und seine weitere Erhitzung bis auf die Vergasungstemperatur einleitet.1. A method for starting up a rotary grate reactor for the gasification of solid, granular fuels, the fuels being introduced via a lock chamber into the reactor, in which the gasification in the fixed bed, which is located above the rotary grate, with oxygen and water vapor and / or carbon dioxide Pressure of at least 10 bar is carried out, characterized in that superheated steam is first introduced into the solid fuel at elevated pressure, the fuel is heated to temperatures of about 200 to 260 ° C and condensate is removed under the fixed bed and then with oxygen-containing gas at Gasification pressure initiates the partial oxidation of the fuel and its further heating up to the gasification temperature. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor mit dem überhitzten Wasserdampf etwa auf den Vergasungsdruck bespannt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the reactor with the superheated steam about the gasification pressure is covered. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als sauerstoffhaltiges Gas ein Sauerstoff und Kohlendioxid enthaltendes Gasgemisch mit einem Anteil von 20 bis 95 Vol.-% CO₂ eingeleitet und das Festbett weiter erhitzt wird, und daß anschließend ein Sauerstoff und Wasserdampf enthaltendes Vergasungsmittelgemisch in das Festbett geleitet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that as an oxygen-containing gas Gas mixture containing oxygen and carbon dioxide initiated a share of 20 to 95 vol .-% CO₂ and the fixed bed is heated further, and that subsequently an oxygen and water vapor containing Gasifying agent mixture is passed into the fixed bed. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Einleitens des Sauerstoff und Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisches zusätzliches Kohlendioxid in den Bereich oberhalb des Festbettes leitet.4. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that during initiation containing oxygen and carbon dioxide Gas mixture additional carbon dioxide in the area leads above the fixed bed.
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