DE3715156C2

DE3715156C2 - Verfahren zur Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung aus kohlehaltigen Festbrennstoffen mit einer erwünschten Feststoffkonzentration zur Einleitung in einen Partialoxidations-Gaserzeuger

Info

Publication number: DE3715156C2
Application number: DE3715156A
Authority: DE
Inventors: Michael Chesley Martin
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1987-05-07
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2007-05-08
Also published as: DE3715156A1; SE8701503D0; CN1010320B; SE8701503L; CN87103885A; JPH0776347B2; SE464133B; US4666462A; IN166843B; JPS62285989A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung aus kohlehaltigen Festbrennstoffen und kohlenstoffhaltigen Recycle-Feststoffteilchen, mit einer erwünschten Feststoffkonzentration zur Einleitung in einen Partialoxidations-Gaseerzeuger bei einem Partialoxidationsprozeß zur Umsetzung einer wäßrigen Aufschlämmung eines Asche enthaltenden, kohlehaltigen Festbrennstoff-Einsatzstroms und eines freien Sauerstoff enthaltenden Gas-Einsatzstroms im Reaktionsraum eines feuerfest ausgekleideten nichtkatalytischen Freistrom- Gaserzeugers, bei einer Temperatur von ca. 926-1648°C und einem Druck von ca. 0,98-294 bar unter Erzeugung eines austretenden Gasstroms,der H₂, CO, CO₂, wenigstens einen der Stoffe H₂O, H₂S, COS, N₂ und Ar sowie Kohlenstoff enthaltende mitgerissene Teilchen aufweist, und Waschen und Abkühlen des austretenden Gasstroms mit Wasser in einer Gasabschreck- und waschzone unter Abtrennung von im wesentlichen sämtlichen mitgeführten Teilchen als wäßrige Dispersion von Recycle-Feststoffteilchen, und Erzeugen eines abgekühlten und gewaschenen Abgasstroms.

Die Partialoxidation wäßriger Aufschlämmungen kohle haltiger Festbrennstoffe zur Erzeugung von Synthesegas, reduzierendem Gas und Heizgas ist ein allgemein be kanntes Verfahren, wie es z. B. in den US-PS 3 607 157, 3 764 547 und 3 847 564 beschrieben ist. Ein Steuersystem mit Absperrorganen in den Speiseleitungen zur Steuerung des Einsatzes zu einem Gaserzeuger ist in der US-PS 4 479 810 beschrieben. Der heiße Rohprozeßgasstrom aus dem Ver gaser wird abgeschreckt und mit Wasser gewaschen unter Abtrennung von kohlestoffhaltigen Teilchen, die in dem Rohgasstrom mitgeführt werden. Wäßrige Aufschlämmungen der Teilchen, die mit frischem kohlehaltigem Rohfest brennstoff vermahlen und im Kreislauf zum Gaserzeuger rückgeführt werden, sind in der US-PS 3 607 157 ange geben.

Bei dem Texaco-Kohlevergasungsprozeß werden drei fest stoffhaltige Ströme erzeugt, und zwar: ein Grobschlacke-, ein Feinschlacke- und ein Schwereabscheider-Strom. Bei Pilotanlagen-Testläufen gesammelte umfangreiche Informationen zeigen, daß der Feinschlacke- und der Schwereabscheider-Strom höhere Kohlenstoffanteile als der Grobschlackestrom enthalten. Daher kann der Brennstoff wert dieser Ströme bedeutend sein, und zwar insbesondere bei der Petrolkoksvergasung, bei der die Kohlenstoff umsetzung gering ist. Außerdem ist der Schwereabscheider- Strom mit Prozeßwasser verunreinigt. Dieses Prozeßwasser enthält Formiate, Cyanate, gelöste Schwermetalle und andere Verunreinigungen, die hinsichtlich der Beseitigung des Schwereabscheider-Stroms zu Problemen führen können. Es ist daher sowohl hinsichtlich des Wirkungsgrads als auch unter Umweltaspekten erwünscht, den Feinschlacke- und den Schwereabscheider-Strom im Kreislauf rückzuführen. Bisher wurde bei Verfahren für die Kreis laufrückführung von Feststoffen die Durchflußmenge der Recycle-Feststoffströme durch ein Regelventil geregelt. Die in Kohlevergasungsanlagen gesammelten Erfahrungen zeigen jedoch, daß der Schwereabscheider-Strom hohen Abrieb verursacht und Regelventile nach kurzer Betriebs zeit zerstört. Ein weiteres Problem bei bisherigen Ver fahren zur Kreislaufrückführung von Feststoffen besteht darin, daß die Steuerung des Systems von On-line-Dichte messungen mittels Dichtemessern abhängt. Die gesammelten Erfahrungen zeigen, daß Dichtemesser zwar für die Trend bestimmung geeignet sind, jedoch für Steuerzwecke nicht ausreichend genau arbeiten.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren bereitzu stellen, worin keine Regelventile zur Regelung des Recycle-Feststoffstroms benötigt werden, und es sollen auch keine Dichtemesser zur Steuerung des Verfahrens verwendet werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch:

(1) direktes Einhalten des kohlenhaltigen Feststoffein satzes in eine Zerkleinerungszone, in der eine Wiege band-Dosiervorrichtung die Einsatzrate des kohle haltigen Festbrennstoffeinsatzes bestimmt und im Strömungsweg zwischen der Wiegeband-Dosiervorrichtung und der Zerkleinerungszone keine Absperrorgane vor gesehen sind;
(2) Pumpen einer wäßrigen Aufschlämmung von im Kreislauf rückgeführten kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen direkt in die Zerkleinerungszone ohne Absperrorgane in der Leitung;
(3) Bereitstellen von Zusatzwasser, das in die Zer kleinerungszone einzuleiten ist in einer Rate, um eine Aufschlämmung mit Soll-Feststoffkonzentration zu erhalten, wobei die Größe für die Soll-Durchflußmenge des Zusatzwassers durch Auswerten von Signalen be stimmt wird, die erhalten wurden aus
- (a) der Zufuhr des festen kohlehaltigen Festbrenn stoffs in Schritt (1) auf Gewichtsbasis
- (b) des Feuchte-Gewichtsanteils des kohlehaltigen Festbrennstoffs aus Schritt (1)
- (c) der volumetrischen Zufuhr besagter Aufschlämmung
- (d) dem Gewichtsanteil von Recycle-Feststoffteilchen in der Aufschlämmung von Schritt (2)
- (e) der Dichte des Wassers bei der Temperatur der Aufschlämmung von Schritt (2) und
- (f) der Dichte der Feststoffteilchen,
wobei die Signale mit an sich bekannten Methoden aufgenommen worden sind, und aufgrund dieser Größe Liefern eines dementsprechenden Signals an eine Durchflußmengen-Steuereinheit, die einem Absperrorgan in der Zusatzwasserleitung ein Stellsignal zuführt, so daß Zusatzwasser mit der Soll-Durchflußmenge zuführbar ist, und
(4) gemeinsames Vermahlen des kohlehaltigen Festbrenn stoffeinsatzes aus Schritt (1), der Aufschlämmung aus Recycle-Feststoffteilchen aus Schritt (2) und des Zu satzwassers aus Schritt (3) in der Zerkleinerungszone unter Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung mit der Soll-Feststoffkonzentration; wobei die Gesamtwasser menge in dem kohlehaltigen Festbrennstoff in Schritt (1) und in der wäßrigen Aufschlämmung von kohle haltigem Festbrennstoff in Schritt (2) geringer als die Wassermenge in der in Schritt (4) gebildeten wäßrigen Aufschlämmung ist.

Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm des Steuerver fahrens gemäß der Erfindung für die Vergasung von kohlehaltigem Festbrennstoff; und

Fig. 2 ein detailliertes Blockschaltbild der Anlagen steuereinheit von Fig. 1.

Bei dem Partialoxidations-Kohlevergasungsprozeß von Texaco, wie er in der US-PS 3 607 157 beschrieben ist, wird vermahlener kohlenstoffhaltiger Festbrennstoff in den Gas erzeuger entweder für sich oder in Anwesenheit eines im wesentlichen thermisch verdampfbaren Kohlenwasserstoffs und/oder von Wasser eingeleitet oder wird in einem Tempe raturmoderator wie Dampf, CO₂, N₂ und Recycle-Synthesegas mitgeführt. Die folgenden kostengünstigen und leicht ver fügbaren, Asche enthaltenden kohlehaltigen Festbrennstoffe sind Beispiele für geeignete Einsatzrohstoffe und umfassen definitionsgemäß: Kohle, d. h. Anthrazit, Fettkohle, Glanz kohle oder Braunkohle; Kohlenstoff in Teilchenform; Stein kohlenkoks; Petrolkoks; Ölschiefer; Teersande; Asphalt; Pech; und Gemische derselben. Der Ausdruck "freien Sauer stoff enthaltendes Gas" umfaßt hier Luft, sauerstoffange reicherte Luft, d. h. mit mehr als 21 Mol-% Sauerstoff, und im wesentlichen reinen Sauerstoff, d. h. mit mehr als 95 Mol-% Sauerstoff (Rest N₂ und Edelgase).

Die Partialoxidation findet in der Reaktionszone eines feuerfest ausgekleideten Freistrom-Gaserzeugers bei einer Temperatur von ca. 926-1648°C und einem Druck von ca. 0.98-294 bar, z. B. von ca. 4,93-197,3 bar, statt. Das Atomverhältnis Sauer stoff/Kohlenstoff (O/C) liegt im Bereich von ca. 0,5-1,7, z. B. von ca. 0,7-1,2. Das Gewichtsverhältnis H₂O/Brenn stoff liegt im Bereich von ca. 0,1-5,0, z. B. von ca. 0,3-3,0. Der aus dem Gaserzeuger austretende Gasstrom ent hält H₂, CO, CO₂ und wenigstens einen Stoff aus der H₂O, H₂, COS, N₂ und Ar umfassenden Gruppe. Mitgerissene teil chenförmige Stoffe und Schlacke können in dem rohen Abgas strom ebenfalls mitgeführt werden.

Gemäß Fig. 1 wird ein Strom einer wäßrigen Suspension oder Aufschlämmung von kohlehaltiger Feinschlacke in Leitung 1, dessen Teilchengröße derart ist, daß 100% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,17 mm passieren, in einem Recycle-Feststofftank 2 mit einem Schwereabschei der Strom aus Leitung 3, der kohlenstoffhaltige Teilchen einer solchen Größe umfaßt, daß 100% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,17 mm passieren, vermischt. Die Ströme 1 und 2 können jeweils (gemäß der Zeichnung der US-PS 3 607 157) durch die wäßrige Suspension oder Aufschlämmung aus Leitung 60 am Boden des Abschreckbehälters 20 des Partialoxidations-Synthesegaser zeugers 12 und die wäßrige Suspension oder Aufschlämmung in Leitung 36 am Boden des Schwereabscheiderbehälters 35 ge bildet sein. Gemäß der vorliegenden Fig. 1 ist die Menge Waschwasser in der Aufschlämmung in Leitung 7 derart, daß für die Einleitung in die Zerkleinerungszone 10 eine Min destmenge Zusatzwasser aus Leitung 11 benötigt wird. D. h., es befindet sich weniger Wasser in der Aufschlämmung in Leitung 7 plus der Feuchtigkeit im kohlehaltigen Festbrenn stoff in Leitung 23, als für die dem Gaserzeuger aus Lei tung 41 zugeführte Aufschlämmung benötigt wird. Der Fest stoffgehalt der Aufschlämmung in Leitungen 6 und 7 liegt bei ca. 50-70 Gew.-%, z. B. bei ca. 55-65 Gew.-%. Die Größe der Feststoffteilchen in der Suspension in Leitung 6 ist derart, daß 100% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,17 mm passieren.

Die wäßrige Suspension oder Aufschlämmung der kohlehaltigen Feststoffteilchen in Leitung 4 wird von einer Verdränger- Pumpe 5 durch Leitungen 6 und 7, die keine Absperrorgane enthalten, in die Zerkleinerungszone 10 gefördert. Der Pegel im Recycle-Feststofftank 2 wird durch eine Pegel standsanzeige- und Steuereinheit 12 bestimmt und kann manu ell durch Einstellen einem Pumpendrehzahl-Regeleinheit ein gestellt werden. Eine Gleichspannung V₁ entsprechend der Soll-Pumpendrehzahl wird der Pumpendrehzahlregel- und -gebereinheit 13 auf Leitung 14 zugeführt. Die Soll-Pumpen drehzahl kann manuell oder von einem Computer berechnet werden. Ein Signal E₁ entsprechend der Drehzahl der Pumpe 5 wird der Anlagensteuereinheit 50 durch die Pumpendrehzahl regel- und -gebereinheit 13 zugeführt. Die Durchflußmenge des Recycle-Aufschlämmungsstroms in Leitung 7, z. B. V₇ ist gleich der Konstante k₁, multipliziert mit der Drehzahl der Pumpe 5. Bevorzugt sind die Einheiten für die Durch flußmenge m³/min. Der Wert von k₁ ist durch die Pumpenkonstruktion bestimmt und kann im Bereich von ca. 0,0014-0,042 m³/U, z. B. von ca. 0,01 m³/U liegen. V₈ ist eine k₁ entspre chende Gleichspannung und kann in die Anlagensteuereinheit 50 manuell eingegeben werden. Die Temperatur der wäßrigen Suspension in Leitung 6 wird durch einen Temperaturfühler 15 bestimmt, der einer Temperaturanzeige- und -gebereinheit 16 ein elektrisches Signal zuführt. Die Dichte des Wassers in der Aufschlämmung ist eine Funktion der Temperatur der wäßrigen Suspension. Bevorzugt wird die Dichte in g/cm³ angegeben. Die Dichte ist entweder manuell oder elektro nisch aus ohne weiteres verfügbaren Daten leicht aus der Temperatur zu bestimmen (vgl. Chemical Engineers′ Handbook, Perry and Chilton). Das der Dichte des Wassers in Leitung 6 bei dieser Temperatur entsprechende Signal E₂ wird der An lagensteuereinheit 60 von der Temperaturanzeige- und -gebereinheit 16 zugeführt.

Der Gewichtsprozentanteil der Feststoffe in der wäßrigen Suspension zerkleinerter Feststoffe in Leitung 7 wird wenigstens einmal pro Tag bestimmt. Die dem Gewichtspro zentsatz zerkleinerter Feststoffe in Leitung 7 entsprechen de Gleichspannung V₂ wird entweder manuell oder elektro nisch in die Anlagensteuereinheit 50 eingeführt.

Frischer kohlehaltiger Festbrennstoff in Leitung 20 mit einer solchen Teilchengröße, daß 100% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 19,05 mm passieren, wird in den Einsatztank 21 geleitet. Der kohlehaltige Festbrenn stoff wird dann durch Schwerkraft in eine konventionelle Wiegeband-Dosiervorrichtung 22 geleitet, in der er automa tisch und kontinuierlich gewogen wird. Eine geeignete kon tinuierliche Schüttgut-Wiegevorrichtung, die sowohl auf die Gesamtmenge des fließenden Gutes als auch auf Flußänderun gen anspricht, ist in Fig. 7-36 des Chemical Engineers′ Handbook, Perry and Chilton, Fifth Edition McGraw-Hill Book Co., gezeigt.

Der kohlehaltige Festbrennstoff wird kontinuierlich über die Gewichtsfühler der kontinuierlichen Wiegeskala gelei tet, die den Strom und seine Änderungen verfolgen können und schließlich bei der Bildung der Gesamtmenge Rechen schaft darüber ablegen. Der Fühler 17 erfaßt das Gewicht des das Band passierenden kohlehaltigen Festbrennstoffs und erzeugt ein Signal zur Mengenanzeige- und -gebereinheit 18, das dem Gewicht des zugeführten kohlehaltigen Festbrenn stoffs entspricht. Eine Gleichspannung V₃, die der manuell oder vom Computer berechneten Soll-Bandgeschwindigkeit ent spricht, wird auf Leitung 19 der Mengenregelanzeige- und -gebereinheit 18 zugeführt. Die der Zerkleinerungszone 10 auf der Bahn bzw. Leitung 23, die keine Absperrorgane ent hält, zugeführte Menge des kohlehaltigen Festbrennstoffs wird durch die Mengenanzeige- und -gebereinheit 18 bestimmt, und zwar bevorzugt in kg/min. Ein entsprechendes Signal E₃ wird der Anlagensteuereinheit 50 zugeführt. Die kontinuier liche Wiegevorrichtung dient dazu, der Zerkleinerungszone 10 den kohlehaltigen Festbrennstoff in gleichmäßiger dosierter Menge zuzuführen. Der kohlehaltige Festbrennstoff fällt vom Förderband und durch die Schwerkraft auf der Bahn 23 in die Zerkleinerungszone 10.

Der Gewichtsprozentsatz der Feuchte in dem kohlehaltigen Festbrennstoff auf der Wiegeband-Dosiervorrichtung 22 wird periodisch, z. B. einmal täglich, bestimmt. Eine Gleich spannung V₅ entsprechend dem Gewichtsprozentsatz der Feuch te in dem kohlehaltigen Festbrennstoff wird manuell oder elektronisch in die Anlagensteuereinheit 50 eingeführt.

Die Durchflußmenge des Zusatzwassers in Leitung 11 wird von einem Durchflußmengenmesser 30 bestimmt, und ein Signal m entsprechend der momentanen Durchflußmenge in Leitung 11 wird erzeugt. Die Durchflußmengenregel- und -gebereinheit 31 empfängt das Signal m und vergleicht es mit dem Signal E₄, das die Soll-Durchflußmenge bezeichnet, die erforder lich ist, um das durch die Anlagensteuereinheit 50 bestimm te zusätzliche Zusatzwassergewicht zu erhalten, so daß die wäßrige Aufschlämmung in Leitung 41 mit dem erwünschten Feststoffanteil gebildet wird. Die Durchflußmengenregel- und -gebereinheit 31 liefert dann ein entsprechenden Regel signal n an ein Absperrorgan 32, so daß das zusätzliche Zusatzwasser, das zum Erhalt der Einsatzaufschlämmung mit der Soll-Feststoffkonzentration in Leitung 41 benötigt wird, durch Leitung 33 in die Zerkleinerungszone 10 ge schickt werden kann. Bevorzugt sind die Einheiten in kg/min angegeben. Bevorzugt ist das Absperrorgan 32 normalerweise geschlossen, wenn kein Stellsignal angelegt ist.

Die Zerkleinerungszone 10 enthält irgendeine geeignete Art von Zerkleinerungsvorrichtungen, z. B. Kugelmühlen. Kon ventionelle Brecher und Mühlen für kohlehaltige Festbrenn stoffe sind in Chemical Engineers′ Handbook (beginnend auf S. 8-16), Perry and Chilton, Fifth Edition, McGraw-Hill Book Co., angegeben.

Die wäßrige Suspension von zerkleinertem kohlehaltigem Festbrennstoff wird durch ein Sieb 35 geleitet. Feststoff teilchen, die größer als ein Sieb mit einer lichten Ma schenweite von 4,76 mm sind, werden durch Leitung 36 abgeführt und in Leitung 20 im Kreislauf zur Zerklei nerungszone 10 rückgeführt. Die übrige Suspension mit dem gewünschten Gewichtsprozentsatz an zerkleinerten Feststof fen solcher Teilchengröße, daß 100% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 4,76 mm passieren, wird dann in einen Haltetank 45 ausgetragen. Der Pegel der wäß rigen Suspension im Haltetank 45, der durch einen Pegelan zeiger 37 angezeigt wird, wird von einer Pumpendrehzahl regelung 38 geregelt, die die Drehzahl einer Pumpe 39 be stimmt. Die wäßrige Suspension wird durch Leitung 40 am Boden des Haltetanks 45 und durch Leitung 41 als Brennstoff in den Partialoxidations-Gaserzeuger (nicht gezeigt) geför dert.

Eine Gleichspannung V₆, die dem Soll-Gewichtsprozentsatz zerkleinerter Feststoffe in der Suspension in Leitung 41 entspricht, wird der Anlagensteuereinheit 50 als Sollwert zugeführt. Dieser Wert kann manuell oder vom Computer be rechnet und dann zugeführt werden.

Das durch Leitung 11 zugeführte Zusatzwasser wird von der Anlagensteuereinheit 50 aus den vorher unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Eingangssignalen und den folgenden Gleichungen berechnet:

Recycle-Aufschlämmungsstrom - Leitung 7

Wasser und Feststoffe im Recycle-Aufschlämmungsstrom in Leitung 7 können gemäß den Gleichungen I bzw. II bestimmt werden:

wobei
R = Gew.-% Feststoffe in der Aufschlämmungsstrom leitung 7 = Signal. V₂
p₇ = Dichte der Aufschlämmung in Leitung 7 (siehe Gleichung III)
v₇ = volumetrische Durchflußmenge = k₁ × Dreh zahl der Pumpe 5 = Signale E₁ × V₈

wobei
p_w = Dichte des Wassers = Funktion der Temperatur aus Signal E₂
p_Festst. = Dichte des Festbrennstoffs = Signal V₄

Kohlehaltiger Festbrennstoff - Leitung 23

Wasser und Feststoffe im kohlehaltigen Festbrennstoff in Leitung 23 können gemäß den Gleichungen IV bzw. V bestimmt werden:

wobei:
F = Kohleeinsatzrate = Signal E₃
M = Gew.-% Feuchte in Kohle = Signal V₅

Aufschlämmungsprodukt - Leitung 41

Wasser und Feststoffe im Aufschlämmungsprodukt in Leitung 41 können durch die Gleichungen VI bzw. VII bestimmt wer den:

wobei
C = Soll-Gew.-% Feststoffe in der Aufschlämmung in Leitung 41 = Signal V₆

Zusatzwasser - Leitung 33

Das Zusatzwasser in Leitung 33 kann durch die folgende Gleichung VIII bestimmt werden:

H₂O_{Ltg. 33} = H₂O_{Ltg. 41} - H₂O_{Ltd. 23} - H₂O_{Ltg. 7} VIII

Wenn man in Gleichung VIII die Gleichungen VI, IV bzw. I einsetzt, wird die folgende Gleichung IX abgeleitet.

Durch Substitution von Gleichung VII für Feststoffe₄₁ in Gleichung IX erhält man die folgende Gleichung X:

Die Anlagensteuereinheit 50 für die elektronische Berech nung des Zusatzwassers in Leitung 33 ist in Fig. 2 gezeigt und in Gleichung X angegeben. Die Operation der Anlagen steuereinheit 50 ist wie folgt:
Das Signal E₃, das der kohlehaltigen Festbrennstoff-Ein satzrate F entspricht, und das Signal E₁₀₀, das der Kombi nation

gemäß der Gleichung V entspricht, werden in einem Multi plizierer 200 multipliziert unter Bildung eines Signals E₁₀₁. Das Signal E₁₀₁ entspricht der Größe Feststoffe₂₃ in der Gleichung V. Das Signal E₁₀₀ wird gebildet durch Divi sion des Signals V₅, das der kohlehaltigen Festbrennstoff- Einsatzrate entspricht, durch die Gleichspannung V₁₅, die der ganzen Zahl 100 entspricht, in einem Dividierglied 195 unter Bildung des Signals V₁₀₆. In einem Subtrahierglied 196 wird das Signal E₁₁₅ von dem Gleichspannungssignal V₂₀, das der ganzen Zahl 1 entspricht, subtrahiert unter Bildung des Signals E₁₀₀.

Das der Größe Feststoffe₇ in Gleichung 11 entsprechende Signal E₁₀₂ wird abgeleitet, indem folgende Signale im Mul tiplizierer 201 multipliziert werden: (1) Signal E₁₀₃, das erhalten wird durch Multiplikation des Signals E₁ entspre chend der Drehzahl der Recycle-Feststoffaufschlämmungs- Pumpe 14 mit der der Pumpenkonstanten k₁ entsprechenden Gleichspannung V₈ im Multiplizierer 202; (2) Signal E₁₀₄ entsprechend p₇, dem Rechenwert für die Dichte der Auf schlämmung in Leitung 7 aus der Gleichung III; (3) Signal V₂ entsprechend den Gew.-% der Recycle-Feststoffe; und (4) Gleichspannung V₉ entsprechend dem Wert 0,01.

p₇ entsprechend der Gleichung III wird in einem Signal geber A wie folgt gebildet: Das Gleichspannungssignal V₂, das dem Gewichtsprozentsatz der Recycle-Feststoffe ent spricht, wird im Subtrahierglied 203 von dem Gleichspan nungssignal V₁₂, das der ganzen Zahl 100 entspricht, sub trahiert unter Bildung des Signals E₁₀₅. Im Dividierglied 204 wird das Signal E₁₀₅ durch das Signal E₁₀₆, das der Dichte des Wassers in der Aufschlämmung von Leitung 7 ent spricht, dividiert unter Bildung des Signals E₁₀₇.

Das Signal E₁₀₆ wird gebildet durch Eingabe des Signals E₂, das der Aufschlämmungstemperatur entspricht, in den Dich tefunktionsgeber 205. Das Signal E₁₀₇ wird dem Signal E₁₀₈ im Addierglied 206 hinzuaddiert unter Bildung des Signals E₁₀₉. Das Signal E₁₀₈ wird erhalten durch Division des Si gnals V₂ durch das Gleichspannungssignal V₄, das der ge messenen Dichte der Feststoffe in der Aufschlämmung von Leitung 7 entspricht, im Dividierglied 207. Im Dividier glied 208 wird das der ganzen Zahl 100 entsprechende Gleichspannungssignal V₁₃ durch das Signal E₁₀₉ dividiert unter Bildung des Signals E₁₀₄, das der Dichte der Auf schlämmung in Leitung 7 entspricht.

Das Signal E₁₀₁, das die Kombination

in den Gleichungen X und V bezeichnet, und das Signal E₁₀₂, das die Kombination

in den Gleichungen X und II bezeichnet, werden im Addier glied 215 addiert unter Bildung des Signals E₁₁₆ Das Si gnal E₁₁₆ wird im Multiplizierer 216 mit dem Signal E₁₁₇, das der Kombination

in den Gleichungen X und VI entspricht, multipliziert unter Bildung des Signals E₁₁₈. Das Signal E₁₁₇ wird erhalten durch Division des Gleichspannungssignals V₁₆, das der gan zen Zahl 100 entspricht, durch das Signal V₆, das der Soll- Aufschlämmungskonzentration in Leitung 41 entspricht, im Dividierglied 217 unter Bildung des Signals E₁₁₉; und durch Subtraktion des Gleichspannungssignals V₁₇, das der ganzen Zahl 1 entspricht, vom Signal E₁₁₈ im Subtrahierglied 218.

Das Signal E₁₂₁, das der Kombination

aus den Gleichungen X und IV entspricht, wird erhalten durch Multiplikation des Signals E₃, des Signals V₅ und einer Gleichspannung V₂₁, die den Wert 0,01 bezeichnet, im Multiplizierer 219. Das Signal E₁ 21 wird im Subtrahierglied 220 vom Signal E₁₁₈ subtrahiert unter Bildung des Signals E₁₂₀.

Die Signale E₁₀₃ und E₁₀₄ werden im Multiplizierer 225 mul tipliziert unter Bildung des Signals E₁₂₅ entsprechend der Kombination p₇, V₇. Das Signal V₂ wird im Dividierglied 230 durch das Gleichspannungssignal V₁₈, das den Wert 100 be zeichnet, dividiert unter Bildung des Signals E₁₂₆, das der Kombination

entspricht. Das Signal E₁₂₆ wird im Subtrahierglied 231 von dem Gleichspannungssignal V₁₉, das dem Wert 1 entspricht, subtrahiert unter Bildung des Signals E₁₂₇ entsprechend der Kombination

Die Signale E₁₂₅ und E₁₂₇ werden im Multiplizierer 232 multipliziert unter Bildung des Signals E₁₂₈, das die Kombination

bezeichnet. Das Signal E₁₂₈ wird im Subtrahierglied 233 von dem Signal E₁₂₀ subtrahiert unter Bildung des Signals E₄, das dem benötigten Gewicht des Zusatzwassers in Leitung 33 und der Gleichung X entspricht. Das Signal E₄ von der An lagensteuereinheit 50 wird der Durchflußmengenregelung 31 in der Zusatzwasserleitung 11 zugeführt. Das Signal E₄ ent spricht dem zusätzlich in die Zerkleinerungszone 10 in Lei tung 33 zu liefernden Zusatzwasser, so daß die wäßrige Auf schlämmung in Leitung 41 den Soll-Feststoffgehalt hat. Wenn die H₂O-Leitung 33 in der Gleichung 0 oder kleiner ist, dann ist das Signal E₄=0; es wird kein Zusatzwasser benö tigt, und das Absperrorgan 32 ist geschlossen. Bei einer Ausführungsform wird ein Warnsignal entsprechend dem Wert von E₄ erzeugt.

Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

Eine wäßrige Kohleaufschlämmung wird in einem Freistrom- Partialoxidations-Gaserzeuger umgesetzt. Der heiße Produkt gasstrom aus dem Reaktionsraum des Gaserzeugers wird in der Abschreckkammer sofort mit Wasser abgekühlt. Im wesentli chen die gesamte nichtumgesetzte Kohle und kohlenstoffhal tige Asche wird vom Produktgasstrom getrennt, und eine wäß rige Suspension aus kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen, z. B. Asche und Feinschlacke, die 362,9 kg Wasser/min und ca. 90,7 kg kohlenstoffhaltige Feststoff teilchen/min enthält, wird für die Kreislauf rückführung abgetrennt. Die Teilchengröße der Feststoffe ist derart, daß 100 Gew.-% ein Sieb mit einer lichten Ma schenweite von 1,17 mm passieren. Der Feststoff gehalt liegt bei ca. 20 Gew.-%.

In einem Recycle-Feststofftank wird diese Suspension mit 262,17 kg/min einer Suspension aus Schwereabscheider-Strom von der Gaswaschzone, entsprechend der US-PS 3 607 157, kombiniert. Die Suspension aus Schwereabschei der-Strom hat einen Feststoffanteil von 20 Gew.-%. Die Teilchengröße ist derart, daß 100 Gew.-% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,17 mm passieren.

Eine wäßrige Aufschlämmung von Feststoffen aus dem Recycle- Feststofftank wird in eine Kugelmühle gepumpt. In der Lei tung sind keine Absperrorgane vorgesehen. Eine Triplex- Hubkolbenpumpe, deren Kolben einen Durchmesser von 15,24 cm und einen Hub von 20,32 cm hat und die mit einer Drehzahl von 65,9 U/min arbeitet, wird einge setzt. Die Drehzahl wird erfaßt, und ein der Drehzahl ent sprechendes Signal wird in die Anlagensteuereinheit zusam men mit der Pumpenkonstanten von 0,012 m³/U eingegeben. Ein der Pumpenkonstanten ent sprechendes Gleichspannungssignal wird in die Anlagensteu ereinheit eingegeben. Die Temperatur der wäßrigen Suspen sion beträgt 29,44°C. Die entsprechende Wasser dichte bei dieser Temperatur ist 0,99 g/cm³. Ein der Dichte der Feststoffe in der Aufschlämmung entsprechendes Gleich spannungssignal wird in die Anlagensteuereinheit einge führt, und ein der Dichte der Aufschlämmung in Leitung 7 entsprechendes Signal wird automatisch entsprechend der Gleichung III erzeugt.

Gleichzeitig werden mittels eines Wiegebandes 1587,57 kg Fettkohle/min, die einen Feuchtegehalt von 10,0 Gew.-% hat, in die Kugelmühle eingeleitet. In der Kohleleitung befinden sich keine Absperrorgane. Die Ge schwindigkeit des Wiegebandes beträgt 17,68 in/min. Ein Signal, das dem Gewicht der der Kugelmühle zugeführten Kohle pro Minute, bezogen auf den Bandvorschub, entspricht, wird in die Anlagensteuereinheit zusammen mit Gleichspannungssignalen eingeführt, die dem Gewichtspro zentsatz der Feuchte in der Kohle und der Kohledichte ent sprechen.

Ein Gleichspannungssignal, das dem Soll-Gewichtsprozentsatz der Feststoffe in der Aufschlämmung aus der Kugelmühle, z. B. 65 Gew.-%, entspricht, wird in die Anlagensteuerein heit zusammen mit verschiedenen weiteren Gleichspannungen entsprechend den Konstanten 1, 100 und 0,01 eingeführt.

Aus den vorgenannten Eingangssignalen und der vorher er läuterten Gleichung X bildet die Anlagensteuereinheit ein Ausgangssignal, z. B. E₄, das der Sollmenge von Zusatz wasser, z. B. 115,07 kg/min, entspricht, die in die Kugelmühle einzuleiten ist, damit die aus der Kugel mühle austretende Aufschlämmung eine Feststoffkonzentration von 65,0 Gew.-% hat.

Das Signal E₄ wird einem Durchflußmengenregler zugeführt, der einem Regelventil in der Zusatzwasserleitung ein darauf bezogenes Signal zuführt. Die wäßrige Aufschlämmung aus frischer Kohle und Recycle-Feststoffteilchen wird in den Partialoxidations-Gaserzeuger als Einsatz für die Erzeugung von Synthesegas gepumpt.

Bezugszeichenliste

Fig. 1: Blockdiagramm des Steuerverfahrens
1 Leitung
2 Recycle-Feststofftank
3 Leitung
4 Leitung
5 Pumpe
6 Leitung
7 Leitung
10 Zerkleinerungszone
11 Leitung (für Zusatzwasser)
12 Partialoxidations-Synthesegas-Erzeuger
13 Pumpendrehzahlregel- und -gebereinheit
14 Leitung
15 Temperaturfühler
16 Temperaturanzeige- und gebereinheit
17 Fühler zur Gewichtserfassung
18 Mengenanzeige- und gebereinheit
19 Leitung
20 Leitung
21 Einsatztank
22 Wiegeband-Dosiervorrichtung
23 Leitung (ohne Absperrorgane)
30 Durchflußmengenmesser
31 Durchflußmengenregel- und gebereinheit
32 Absperrorgan
33 Leitung
35 Sieb
36 Leitung
37 Pegelanzeiger
38 Pumpendrehzahlregelung
39 Pumpe
40 Leitung
41 Leitung
45 Haltetank
50 Anlagensteuereinheit

Fig. 2: Blockschaltbild der Anlagensteuereinheit von Fig. 1
195 Dividierglied
196 Subtrahierglied
200 Multiplizierer
201 Multiplizierer
202 Multiplizierer
203 Subtrahierglied
204 Dividierglied
205 Dichtefunktionsgeber
206 Addierglied
207 Dividierglied
208 Dividierglied
215 Addierglied
216 Multiplizierer
217 Dividierglied
218 Subtrahierglied
219 Multiplizierer
220 Subtrahierglied
225 Multiplizierer
230 Dividierglied
231 Subtrahierglied
232 Multiplizierer
233 Subtrahierglied
A Signalgeber
Gleichspannungen:
V1 Soll-Pumpendrehzahl
V2 R = Gew.% Recycle-Feststoff
V3 Sollbandgeschwindigkeit
V4 p_Festst. = Dichte der Feststoffe in Ltg. 7,
V5 M = Gew.% Feuchte in der Kohle
V6 C = Soll-Gew.% Feststoff in Ltg. 41
V8 Pumpenkonstante k1
V9 0,01
V12 100
V13 100
V15 100
V16 100
V17 1
V18 100
V19 1
V20 1
V21 0,01

Signale:
E1 Drehzahl der Pumpe 5
E2 p_w = Dichte des Wassers 1(T)
E3 Kohleeinsatzrate F
E4 E120-E128 Gew. des Zusatzwassers
E100 (1-M/100) = V20-(V5/V15)
E101 F(1-M/100) = E3 × E100
E102 E103 × E1 × V8 = p₇v₇(R/100)=Feststoffe₇
E103 E1 × V8
E104 V13/E109 Dichte der Aufschlemmung p₇
E105 V12-V2
E106 Dichte des Wassers
E107 E105/E106
E108 V2N4
E109 E107+E108
E115 M/100=V5/V15
E116 E101+E102
E117 100/C-1 = E119-V17
E118 E116 × E117
E119 V16/V6
E120 E118-E121
E121 F(MI100) = E3 × V5 × V21
E125 E103 × E104=p₇v₇
E126 V2N18 R/100
E127 V19 E126 1 R/100
E128 E125 × E127 p₇v₇(1-R/100)

Claims

1. Verfahren zur Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung aus kohlehaltigen Festbrenn stoffen und kohlenstoffhaltigen Recycle-Feststoffteilchen. mit einer erwünschten Feststoff konzentration zur Einleitung in einen Partialoxidations-Gaseerzeuger bei einem Partialoxi dationsprozeß zur Umsetzung einer wäßrigen Aufschlämmung eines Asche enthaltenden, kohlehaltigen Festbrennstoff-Einsatzstroms und eines freien Sauerstoff enthaltenden Gas- Einsatzstroms im Reaktionsraum eines feuerfest ausgekleideten nichtkatalytischen Freistrom-Gasererzeugers, bei einer Temperatur von ca. 926-1648°C und einem Druck von ca. 0,98-294 bar unter Erzeugung eines austretenden Gasstroms, der H₂, CO, CO₂, wenigstens einen der Stoffe H₂0, H₂S, COS, N₂ und Ar sowie Kohlenstoff enthaltende mitgerissene Teilchen aufweist, und Waschen und Abkühlen des austretenden Gasstroms mit Wasser in einer Gasabschreck- und waschzone unter Abtrennung von im wesentlichen sämtlichen mitgeführten Teilchen als wäßrige Dispersionen von Recycle-Feststoffteilchen, und Erzeugen eines abgekühlten und gewaschenen Abgasstroms, gekennzeichnet durch

(1) direktes Einhalten des kohlenhaltigen Feststoffeinsatzes in eine Zerkleiner ungszone, in der eine Wiegeband-Dosiervorrichtung die Einsatzrate des kohle haltigen Festbrennstoffeinsatzes bestimmt und im Strömungsweg zwischen der Wiegeband-Dosiervorrichtung und der Zerkleinerungszone keine Absperr organe vorgesehen sind;
(2) Pumpen einer wäßrigen Aufschlämmung von im Kreislauf rückgeführten kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen direkt in die Zerkleinerungszone ohne Absperrorgane in der Leitung;
(3) Bereitstellen von Zusatzwasser, das in die Zerkleinkleinerungszone einzuleiten ist in einer Rate, um eine Aufschlämmung mit Soll-Feststoffkonzentration zu erhalten, wobei die Größe für die Soll-Durchflußmenge des Zusatzwassers durch Auswerten von Signalen bestimmt wird, die erhalten wurden aus
- (a) der Zufuhr des festen kohlehaltigen Festbrennstoffs in Schritt (I) auf Gewichtsbasis
- (b) des Feuchte-Gewichtsanteils des kohlehaltigen Festbrennstoffs aus Schritt (1)
- (c) der volumetrischen Zufuhr besagter Aufschlämmung
- (d) dem Gewichtsanteil von Recycle-Feststoffteilchen in der Aufschlämmung von Schritt (2)
- (e) der Dichte des Wassers bei der Temperatur der Aufschlämmung von Schritt (2) und
- (f) der Dichte der Feststoffteilchen,
wobei die Signale mit an sich bekannten Methoden aufgenommen worden sind, und aufgrund dieser Größe Liefern eines dementsprechenden Signals an eine Durchflußmengen-Steuereinheit, die einem Absperrorgan in der Zusatzwasserleitung ein Stellsignal zuführt, so daß Zusatzwasser mit der Solldurchflußmenge zuführbar ist, und
(4) gemeinsames Vermahlen des kohlehaltigen Festbrennstoffeinsatzes aus Schritt (1), der Aufschlämmung aus Recycle-Feststoffteilchen aus Schritt (2) und des Zusatzwassers aus Schritt (3) in der Zerkleinerungszone unter Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung mit der Soll-Feststoffkonzentration; wobei die Gesamtwassermenge in dem kohlehaltigen Festbrennstoff in Schritt (1) und in der wäßrigen Aufschlämmung von kohlehaltigem Festbrennstoff in Schritt (2) geringer als die Wassermenge in der in Schritt (4) gebildeten wäßrigen Aufschlämmung ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (3) die Soll-Durchflußmenge des Zusatzwassers entsprechend der nachstehenden Gleichung X bestimmt wird: wobei:
F = Einsatzrate des kohlehaltigen Festbrennstoffs auf Gewichtsbasis in Schritt (1),
M = Gew.%-Feuchte des kohlehaltigen Festbrennstoffs in Schritt (1),
p₇ = Dichte der wäßrigen Aufschlämmung in Schritt (2),
v₇ = volumetrische Beschickungsrate der wäßrigen Aufschlämmung in Schritt (2),
R = Gew.% der Recycle-Feststoffe in der wäßrigen Aufschlämmung von Schritt (2),
C = Soll-Feststoffkonzentration der Aufschlämmung in Schritt (4).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Asche enthaltende kohlehaltige Festbrennstoff Kohle, d. h. Anthrazit, Fettkohle, Glanzkohle oder Braunkohle; teilchenförmiger Kohlenstoff; Steinkohlenkoks; Petrolkoks; Ölschiefer; Teersande; Asphalt; Pech; oder Gemische davon ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freien Sauerstoff enthaltende Gas Luft, sauerstoffangereicherte Luft, d. h. mehr als 21 Mol-% Sauerstoff, oder im wesentlichen reiner Sauerstoff, d. h. mehr als 95 Mol-% Sauerstoff (Rest N₂ und Edelgase) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß H₂O_Zusatz in der Gleichung X 0 oder kleiner ist und das Absperrorgan in der Zusatzwasserleitung in Schritt (3) geschlossen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Maßgabe der Größe der Soll-Durchflußmenge des Zusatzwassers in Schritt (3) ein Warnsignal erzeugt wird.