DE3718942A1 - Verfahren und einrichtung zur erzeugung veredelten synthetischen brennstoffgases aus kohle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Veredelung, Anreicherung und Entschwefelung eines Synthese-Heizgases, das durch die Vergasung von Kohle erzeugt wird. Viele Verfahren zur Umwandlung fossiler Brennstoffe, wie z. B. von Kohle in ein Synthese-Heizgas sind bekannt. Für viele Anwendungsfälle ist es wünschenswert, diese Gase weiter zu behandeln und das Gas zu veredeln, zu entstauben und zu entschwefeln, um ein nützlicheres und wertvolleres Endprodukt zu erhalten. Bei der Ausführung dieser weiteren Behandlungsvorgänge ist es wünschenswert, daß die Energieverluste minimal gehalten und das Heizgas während seiner Weiterbehandlung auf möglichst hoher Temperatur gehalten wird.

Im Rahmen dieser Patentanmeldung bedeuten die Begriffe
Veredeln:
Das Erhöhen des Heizwertes des Heizgases durch Erhöhen der Qualität des Gases,
Qualität:
Die Qualität ist als Verhältnis der Summe der Reduktionsmittel zur Summe der Oxydationsmittel definiert, d. h. durch das Verhältnis:

Anreicherung:
Bedeutet hier die Erhöhung des Heizwertes des Gases durch die Zugabe von Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Methan.

Die Austrittstemperatur des Synthesegases von einem typischen Kohlevergaser, der nach dem Staubversorgungs-Verfahren arbeitet, beträgt im allgemeinen zumindest ungefähr 1260°C (2300°F). Diese Temperatur ist jedoch etwas zu hoch, wenn es gewünscht wird, das Heizgas mit Kalkstein oder Dolomit zu entschwefeln, wobei Temperaturen im Bereich von ungefähr 980°C (1800°F) geeigneter sind. In der Vergangenheit ist eine Verminderung der Temperatur durch Vermischung des heißen Synthese-Heizgases mit kühlerem Temperiergas erfolgt. Obwohl diese Technik recht wirksam ist, ist hiermit für das resultierende Gemisch ein Heizwertverlust verbunden, ebenso wie die ursprünglich höhere Gastemperatur partiell verloren geht und zu einem insgesamt beträchtlichen Energieverlust durch einen hohen Verlustwärmeanteil führt. Zum Beispiel wird in jedem Fall der Heizwert reduziert, wenn der Heizwert des kalten Gases niedrig ist. Eine Technik, bei der ein Temperiergas verwendet wird, ist in der US-PS 42 34 169 gezeigt, in der das Gichtgas eines Direktreduktions-Schachtofens zur Erzeugung von metallischem Eisen mit dem heißen Synthese-Heizgas gemischt wird.

Es ist auch bekannt, daß heißes Synthese-Heizgas mit einer Beschickung die Kohlenstoff enthält in einem Gegenstrom- Schachtofen reagiert werden kann, um die Temperatur des Synthese-Heizgases zu reduzieren und seinen Schwefelanteil zu verringern. Ein derartiger Prozeß ist ebenfalls in der US-PS 42 34 169 beschrieben. Eine Veredelung wird durch Reaktion des Heizgases mit einer Kohlenstoff enthaltenden Beschickung in einem Schachtofen erreicht, wobei hierdurch die Oxidationsmittel wie z. B. CO₂ und H₂O aus dem Brennstoff entfernt werden.

Ein grundsätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Heizgases aus einem gasförmigen oder nicht-gasförmigen Brennstoff anzugeben.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung eines sauberen, weitgehend entschwefelten Heizgases aus einem gasförmigen oder nicht-gasförmigen Brennstoff anzugeben.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung eines sauberen, weitgehend entschwefelten Heizgases aus einem kohlestoffhaltigen Feststoffmaterial, wie z. B. aus Kohle oder Torf, anzugeben.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Veredelung der Qualität des Heizgases (Brennstoffgas) zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird ein neues, verbessertes Verfahren und eine neue, verbesserte Einrichtung zur Erzeugung eines sauberen, veredelten Synthese-Heizgases aus Kohle angegeben. Die Kohle wird zuerst unter Verwendung einer geeigneten Einrichtung, z. B. eines Aufströmbett-Vergasers, vergast, um ein heißes Synthese-Heizgas zu erzeugen. Diesem Vergasungsprozeß folgt ein Veredelungs- und Anreicherungsprozeß, in dem eine endotherme chemische Reaktion zwischen dem Synthese- Heizgas und einem zweiten Brennstoff ein angereichertes und veredeltes Synthese-Heizgas erzeugt. In vorteilhafter Weise können heiße Zyklonabscheider verwendet werden, um die größeren Partikel aus dem Synthese-Heizgasstrom abzuscheiden. Falls eine Entschwefelung gewünscht wird, wird das Synthese- Heizgas im Gegenstorm mit gebranntem Kalkstein in einem Schachtofen reagiert, um seinen Schwefelanteil zu verringern. Festkörper, die im wesentlichen aus CaS und CaO bestehen, und die durch die Reaktionen zwischen dem Heizgas und dem gebrannten Kalkstein erzeugt werden, werden aus dem Schachtofen abgeführt und als Feststoffabfall abgelagert.

Im einzelnen wird zur Ausführung der vorliegenden Erfindung Kohle vergast, um ein synthetisches Heizgas mit einer Temperatur im Bereich von ungefähr 1150°C bis 1540°C (2100°F bis 2800°F) zu erzeugen. Das Synthese-Heizgas wird anschließend mit einem zweiten Brennstoff vermischt und reagiert mit diesem, um ein veredeltes und angereichertes Heizgas mit niedriger Temperatur zu erzeugen. Regelmäßig enthält das veredelte und angereicherte Synthese-Heizgas Staub und Feststoffpartikel. Ein Zyklonabscheider entfernt den größten Teil der Staubpartikel, Kohleteilchen und andere Feststoffe aus dem abgekühlten, veredelten und angereicherten Synthese-Heizgas. Diese Feststoffe werden als Brennstoff für die Vergasungseinrichtung wiedergewonnen und dieser wieder zugeführt. Das veredelte, angereicherte und gereinigte Synthese-Heizgas wird von dem Zyklon aus in einen Schachtofen eingeführt und strömt im Gegenstromprinzip durch die Beschickung des Schachtofens. Kalkstein, der sich in der Beschickung befindet, wird bei einer Temperatur von ca. 900°C bis 925°C (1650°F bis 1700°C) durch den heißen Gasstrom gebrannt. Der gebrannte Kalkstein reagiert mit den Schwefelbestandteilen in dem veredelten Synthese-Heizgas zu CaS und vermindert hierdurch den Schwefelanteil des veredelten und angereicherten Synthese-Heizgases. Staubpartikel und andere Feststoffe, die nicht durch den ersten Zyklon abgeschieden und entfernt wurden, neigen ebenfalls dazu, an den Oberflächen des gebrannten Kalkes anzuhaften und mit entfernt zu werden, wenn die Beschickung ersetzt wird. Außerdem können Staubteilchen, wenn dies gewünscht wird, auch durch Einführen des veredelten und angereicherten Synthese-Heizgases in eine zweite Zyklon-Reinigungsstufe entfernt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine Einrichtung, die erforderlich ist, um ein Heizgas nach der vorliegenden Erfindung anzureichern und zu veredeln.

Bezugnehmend auf die Zeichnung zeigt diese eine Einrichtung zur Erzeugung eines angereicherten und veredelten Synthese- Heizgases nach der vorliegenden Erfindung, die eine Einrichtung zur Erzeugung eines Synthese-Heizgases unter Verwendung eines nicht-gasförmigen Primärbrennstoffes (z. B. Kohle) erzeugt, eine Einrichtung zur Anreicherung und Veredelung des Synthese-Heizgases unter Anwendung einer endothermen chemischen Reaktion, um ein veredeltes Synthese- Heizgas zu erzeugen, eine Einrichtung zum wesentlichen Entstauben und Entfernen von Feststoffen aus dem veredelten Synthese-Heizgas unter Verwendung von Zyklonreinigern als primäre Staubentfernungseinrichtung und eine Einrichtung zur Entschwefelung des angereicherten und veredelten Synthese- Heizgases durch Reaktion des synthetisierten veredelten Heizgases mit einem Entschwefelungsmittel, wie z. B. gebrannten Kalkstein, z. B. auf der Grundlage der folgenden Gleichung:

CaO + H_sS → CaS + H₂O

Bei der Ausführung der Erfindung wird ein geeigneter Brennstoff wie z. B. Kohle in eine Vergasungseinrichtung 10 durch ein Rohr 12 eingeführt. Die Vergasungseinrichtung 10, die von herkömmlicher Art sein kann, erzeugt ein Synthese-Heizgas, dessen Temperatur bei ungefähr 1095°C (oberhalb 2000°F) liegt. Unter der Annahme, daß die Kohle vergast wird, ist davon auszugehen, daß das Synthese-Heizgas beträchtliche Staub- und Schwefelanteile aufweisen wird und von verhältnismäßig niedriger Qualität sein wird. Synthetisiertes Gas mit dieser verhältnismäßig niedrigen Qualität, d. h. "schmutziges" Synthese-Heizgas strömt von der Vergasungseinrichtung 10 durch ein geeignetes Rohr 14 zum ersten Eingang eines Injektors 16. In dem Injektor 16 wird das heiße Synthese- Heizgas aus der Vergasungseinrichtung 10 mit einem zweiten Brennstoff vermischt und mit diesem zweiten Brennstoff reagiert, der dem Injektor 16 durch ein zweites Rohr 18 zugeführt wird.

In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zweite Brennstoff gebrochene, zerkleinerte Kohle, von der die sehr feinen, staubförmigen Partikel entfernt wurden. Die zerkleinerte Kohle wird durch ein Rohr 18 im Gasstrom eines geeigneten Trägergases zugeführt. In dem Injektor 16 reagieren die Kohlestoffkomponenten der Kohle mit dem Kohlendioxid und den Wasserteilen des Synthese-Heizgases aus der Vergasungseinrichtung 10, wobei Kohlenmonoxid und Wasserstoff entsteht, die die Qualität des Synthese-Heizgases veredeln und verbessern und dieses anreichen. Falls erforderlich werden kleine Anteile von Wasser (Dampf) dem Heizgas zugesetzt. Diese, die Temperatur verringernden und die Gasqualität verbessernden und das Gas veredelnden Reaktionen, die in dem Injektor 16 stattfinden, sind:

C + H₂O → CO + H₂
C + CO₂ → 2 CO

Diese endothermen Reaktionen reichern das synthetische Heizgas an und veredeln dieses, während sie dazu führen, daß sich die Temperatur des Gases am Ausgang des Injektors 16 auf ungefähr 980°C (ungefähr 1800°F) verringert. Die Wärme, die erforderlich ist, um diese endothermen Reaktionen auszuführen, wird von der inneren thermischen Energie des heißen Synthese-Heizgases geliefert, das durch das Rohr 14 eintritt. Im Ergebnis dieser endothermen Reaktionen ist die Qualität des Synthese-Heizgases verbessert und dieses veredelt. Diese Rekationen erhöhen den Heizwert des Synthese- Heizgases und verwandeln die sonst üblicherweise verlorengehende thermische Energie des Gases direkt in chemische Energie.

Ein Rohr 20 bringt das veredelte Synthese-Heizgas aus dem Injektor 16 zum Eingang einer ersten Zyklone (Glasreiniger) 30. Die Hauptmenge der Kohleteilchen und anderer Feststoffe aus der Vergasungseinrichtung 10 und dem Injektor 16 werden dann aus dem Gasstrom durch den Zyklon-Glasreiniger 30 entfernt und zu der Vergasungseinrichtung 10 durch ein geeignetes Rohr 31 zurückgeführt, um wieder einen Teil des Basisbrennstoffes zu bilden. Nach dem Durchgang durch den Zyklon 30 ist das veredelte, angereicherte und abgekühlte Synthese- Heizgas verhältnismäßig frei von Feststoffen.

Das veredelte, angereicherte Synthese-Heizgas wird in einen ersten und in einen zweiten, unter Druck stehenden Gegenstrom- Schachtofen 34 und 36 über ein erstes und ein zweites Ventil 38 und 40 eingeführt, wie dies nachfolgend erläutert ist.

Ein Zuführungsrohr 50, das am oberen Ende des ersten Schachtofens 34 angeordnet ist, trägt eine Dichtungseinrichtung 52 und einen Beschickungstrichter 54. In vergleichbarer Weise ist eine zweite Dichtungseinrichtung 56 dem Abgaberohr 60 zugeordnet und bildet eine Dichtung für das untere Ende des ersten Schachtofens 34. Ein zweiter Ofen 36 ist im wesentlichen in gleicher Weise wie der Ofen 34 aufgebaut. Ein Zuführungsrohr 70 ist mit einer Druckdichtungseinrichtung 72 und einem Beschickungstrichter 74 am oberen Ende des zweiten Schachtofens 36 versehen. Eine untere Dichtungseinrichtung 81 ist über ein Abgaberohr 76 am unteren Ende des zweiten Schachtofens 36 vorgesehen.

Vor Beginn des Arbeitsprozesses zum Veredeln, Reinigen und Anreichern des Synthese-Heizgases werden geeignete Beschickungen 55 und 79 im ersten und zweiten Schachtofen 55 und 79 vorgesehen. Wie bereits oben erläutert, enthalten diese Beschickungen eine geeignete Menge eines Entschwefelungsmittels, wie z. B. gebrannten Kalkstein oder Dolomit. Zur Bereitstellung geeigneter Beschickungen können die Schachtöfen mit Rohkalkstein oder Dolomit und zumindest teilweise gebranntem Kalkstein beschickt sein, wobei irgendeine geeignete und übliche Technik zur Erhitzung der Beschickungen verwendet wird.

Nachdem die Beschickung zumindest teilweise gebrannt ist, wird heißes angereichertes und veredeltes Synthese-Heizgas aus dem Zyklon 30 zugeführt und strömt durch das Rohr 32, das Ventil 38, und das Heißblassystem 82 des Schachtofens34 aufwärts durch die Beschickung 55. Wenn das veredelte Synthese- Heizgas durch die Beschickung 55 nach oben strömt, reagieren Schwefelbestandteile des angereicherten und veredelten Synthese-Heizgases mit dem Kalk, so daß der Schwefelanteil des veredelten und angereicherten Synthese-Heizgases verringert wird. Die Wärme des heißen Synthese-Heizgases heizt dabei die Beschickung weiter auf und brennt dabei weitere Teile der Beschickung, wobei teilweise Kalk aus der Beschickung entfernt wird, wenn der Schwefel des Gases mit dem Kalk reagiert. Staubteilchen und Feststoffe, die im Gasstrom enthalten sind, haften an den Beschickungsmaterialien, mit der Folge einer zusätzlichen Entstaubung. Das entstaubte, entschwefelte und veredelte sowie angereicherte Synthese-Heizgas verläßt den Schachtofen 34 und strömt durch ein Ventil 78 und ein Rohr 86 in einen Heißzyklon 88.

Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die Schwefelkonzentration oder die Strömungsmenge bzw. -geschwindigkeit des veredelten und angereicherten Synthese-Heizgases, das den Schachtofen 34 verläßt, anzeigt, daß die Wirksamkeit der Entschwefelung infolge der Verunreinigung der Beschickung 55 durch den Schwefel und Feststoffe auf einen Wert unterhalb eines bestimmten, gestatteten Wertes abgenommen hat, wobei zu diesem Zeitpunkt die Strömungsrichtung des veredelten und angereicherten Synthese-Heizgases geändert und dieses durch einen zweiten Schachtofen 36 durch Öffnung der Ventile 40 und 80 hindurchgeführt wird. Der erste Schachtofen 34 wird zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet durch Schließen der Ventile 38 und 78. Ein ausgewählter Teil der Beschickung 55 wird durch das Rohr 61 zur Abführung durch eine Fördereinrichtung 62 aus dem Schachtofen ausgetragen. Ein Ersatz der Beschickung 55 wird durch Öffnen der oberen Dichtungseinrichtung 52 und Beschickung von frischem Kalkstein in den Schachtofen 34 über den Beschickungstrichter 54 erreicht. Nach dem Abführen eines Teiles der Beschickung 55 und dem Ersatz dieses Anteiles durch neues Beschickungsmaterial, werden die obere und untere Dichtungseinrichtung 52 und 56 wieder geschlossen, so daß der Schachtofen 34 ebenfalls abgedichtet ist. Die heißen Gase erhitzen und brennen den frischen Kalkstein im Schachtofen um Kalk zu erzeugen. Der Ersatz der Beschickung 55 bringt den ersten Schachtofen 34 wieder in die Lage, ihn zur Entschwefelung des Heizgases bzw. des vergasten Brennstoffes zu verwenden, wenn die Schwefelkonzentration des Heizgases, das den zweiten Schachtofen 36 verläßt, anzeigt, daß die Wirksamkeit der Entschwefelung unterhalb eines akzeptablen Wertes abgesunken ist.

Es wird in bezug auf den Schachtofen 34 darauf hingewiesen, daß die Beschickung 79 im zweiten Schachtofen 36 ebenfalls während des Entstaubungs- und Entschwefelungszyklus stationär ist. Wenn das veredeltet Synthesegas (Synthese-Heizgas) durch die Beschickung 79 nach oben strömt, laufen die gleichen Entstaubungs- und Entschwefelungsvorgänge ab, wie sie bereits oben in bezug auf den Schachtofen 34 beschrieben wurden und führen zu einer fortschreitenden Verunreinigung der Beschickung 79, mit der Folge einer Verminderung der Wirksamkeit der Beschickung, wie dies bereits oben in bezug auf den Schachtofen 34 erläutert wurde. Wenn die Schwefelkonzentration des Heizgases, das den zweiten Schachtofen 34 verläßt, anzeigt, daß die Wirksamkeit der Entschwefelung unterhalb eines noch tolerierbaren Wertes abgesunken ist oder die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit des Heizgases, das den zweiten Schachtofen 36 am Auslaß 93 verläßt, anzeigt, daß die Gasströmungsdurchlässigkeit infolge übermäßig feiner Teilchen in der Beschickung auf einen Wert unterhalb eines zulässigen Wertes abgesunken ist, werden die Ventile 38 und 78 geöffnet, die Ventile 40 und 80 geschlossen und wird das veredelete und angereicherte Synthese-Heizgas wieder in seiner Strömungsrichtung geändert und durch den ersten Schachtofen 34 und die, wie oben erläutert, erneuerte Beschickung geführt. Ein Teil der Beschickung 79, die Kalk, Kalziumsulfid, Staub oder ungebrannten Kalkstein sowie irgendwelche Kombinationen dieser Bestandteile enthält, wird aus dem zweiten Schachtofen 36 durch Öffnung der unteren Dichtungseinrichtung 81 entfernt, so daß ein Teil des Beschickungsmaterials durch das Abgaberohr 77 aus dem Schachtofen 36 ausgetragen und durch die Fördereinrichtung 82 abgeführt werden kann. Nachdem ein bestimmter Teil der Beschickung 79 ausgesondert wurde, wird die untere Dichtungseinrichtung 81 geschlossen und die Beschickung 79 durch Öffnen der oberen Dichtungseinrichtung 72 und Beschicken mit Kalkstein über den Beschickungstrichter 74 ersetzt. Nachdem die Beschickung 79 ersetzt wurde, wird die obere Dichtungseinrichtung 72 geschlossen und der Schachtofen 36 ist wieder bereit zur Entschwefelung des veredelten Synthesegases.

Nach einem angemessenen Zeitintervall, werden die Ventile 40 und 80 geöffnet und die Ventile 38 und 78 geschlossen um das veredelte Synthese-Heizgas wieder umzudirigieren und zum zweiten Schachtofen 36 zur Entstaubung und Entschwefelung zu führen, wie dies voranstehend erläutert ist. Somit wird ein alternierender Zyklus ständig wiederholt, wobei ein Schachtofen zur Entstaubung und Entschwefelung verwendet wird, während der andere Schachtofen gerade gereinigt wird und seine Beschickung wieder erneuert wird. Die Schachtöfen 34 und 36 arbeiten alternierend in diesem Zyklus, um eine kontinuierliche Bereitstellung von heißem, behandeltem Heizgas (Gas des vergasten Brennstoffes) zu gewährleisten. In diesem Ausführungsbeispiel ist das behandelte Heizgas ein gesäubertes, entschwefeltes, angereichertes und veredeltes Synthese-Heizgas.

In dem vorerwähnten Ausführungsbeispiel wird Kohle als zweiter Brennstoff verwendet. In gleicher Weise sind andere Brennstoffe wie Erdgas oder Methan verwendbar. Wenn Methan als zweiter Brennstoff verwendet wird, reagiert der Wasserdampf, der in dem Synthese-Heizgas enthalten ist, mit dem Methan zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff. In ähnlicher Weise reagieren die Kohlendioxide mit dem Methan um Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu bilden, wobei angereichertes Synthese- Brennstoffgas (Heizgas) erzeugt wird. Falls erforderlich, kann Dampf oder CO₂ zu dem Synthese-Heizgas zugesetzt werden, um einen Mangel in bezug auf die notwendigen Reaktionsmittel im Synthese-Heizgas zu korrigieren und dessen Qualität zu regeln. Diese nachfolgend dargestellten chemischen Reaktionen führen ebenfalls zu einer Abnahme der Temperatur des Synthese-Heizgases, ähnlich der Kühlreaktionen, die oben in bezug auf die Verwendung von Kohle erläutert wurden. Die Gleichungen sind:

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂
CH₄ + CO₂ → 2 CO + H₂

Eine Untersuchung des vorbeschriebenen Arbeitszyklus, zeigt ohne weiteres, daß auch andere Systemkonfigurationen und Prozeßparameter zur Durchführung der Erfindung verwendet werden können. Zum Beispiel können drei Schachtöfen verwendet werden, von denen zwei in Betrieb sind, während der Dritte gerade gereinigt und neu beschickt wird. In solch einem System besteht lediglich das Grunderfordernis, daß die Arbeitszyklen der Öfen so miteinander abwechseln, daß jederzeit ein geeignet arbeitsbereiter Ofen verfügbar ist, wenn es erforderlich ist, daß ein anderer Ofen abgeschaltet werden muß. Es ist auch möglich, mit einem Ofen kontinuierlich zu arbeiten, wenn dieser während seines Betriebes zugleich neu beschickt wird. Eine solche Betriebsweise sollte allerdings in bezug auf die Entstaubung weniger günstig sein als die oben erläuterten alternierenden Arbeitszyklen, da, wenn sich die Beschickung durch den Schachtofen abwärts bewegt, Staubteilchen, die an den Kalkteilchen oder dem Kalkstein oder anderem Beschickungsmaterial anhaften, wieder freigesetzt werden, mit der Folge, daß eine starke Staubkonzentration im oberen Bereich des Ofens auftritt. Es kann auch dadurch Staub erzeugt werden, daß die Teilchen aneinander reiben, wenn die Beschickung sich durch den Schachtofen nach unten bewegt, mit der Folge einer verstärkten Staubübertragung vom Schachtofen zum zweiten Zyklon 88. Es ist auch möglich, den Entstaubungs- und Entschwefelungszyklus zu beginnen, bevor der zweite Schachtofen mit Kalkstein beschickt ist, vorausgesetzt daß der erste Schachtofen so gestaltet und angeschlossen ist, daß der zweite Schachtofen vollständig beschickt und zum Betrieb vorbereitet werden kann und in der Lage ist, die weitere Prozeßführung zu übernehmen, wenn es erforderlich ist, die Beschickung im ersten Ofen zu ersetzen. Dolomit kann gänzlich oder teilweise durch Kalkstein in der Beschichtung ersetzt werden.

Bei der Realisierung der Erfindung kann der Injektor 16 jedwede Einrichtung sein, die das Synthese-Heizgas sorgfältig mit dem zweiten Brennstoff mischt. Die anderen Teile der Einrichtung können unter Verwendung herkömmlich verfügbarer Bauteile und bekannter Konstruktionsprinzipien zusammengefügt werden. Daher ist keine detaillierte Beschreibung der baulichen Einzelheiten dieser Mischeinrichtung erforderlich.

Die vorerläuterte Entstaubungs- und Entschwefelungseinrichtung und das zugehörige Verfahren sind besonders nützlich und einsetzbar in einem sogannten kombinierten Zyklus der elektrischen Energieerzeugung. In solch einem Prozeß wird das heiße, veredelte und angereicherte Synthese- Heizgas, das über das Rohr 92 abgegeben wird, als Brennstoff für eine Verbrennungsturbine verwendet. Die Abgase von der Verbrennungsturbine werden durch einen Wärmeaustauscher (Wärmewiedergewinnungskessel) geführt, um die Temperatur der Abgase zu verringern und den Gesamtwirkungsgrad des Prozesses zu erhöhen.

Aus der obigen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung wird deutlich, daß die Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Einrichtung zur Erzeugung eines sauberen, entschwefelten, veredelten und angereicherten Synthese-Brennstoffgases aus einem fossilen Brennstoff, wie z. B. aus Kohle, schafft. Zusätzlich wird deutlich, daß durch diese Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zum gleichzeitigen und wirksamen Veredeln, Anreichern und Abkühlen des bei der Vergasung von Kohle entstehenden Synthese-Brennstoffgases angegeben wird, wobei Zyklonabscheider verwendet werden können, um Staub und Feststoffteile aus dem Gas abzuscheiden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Veredeln, Anreichern und Entschwefeln eines Synthese-Heizgases, das durch die Vergasung von Kohle erzeugt wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Kohle vergast, um Syntheseheiz- bzw. Brennstoffgas zu erzeugen. Das Synthese-Brennstoffgas wird in ener endothermen chemischen Reaktion mit einem zweiten Brennstoff kombiniert, um das Synthese-Heizgas zu veredeln, anzureichern und abzukühlen. Nachdem das Synthese-Heizgas angereichert, veredelt und abgekühlt ist, wird es durch einen heißen Zyklonabscheider geführt, der Kohleteilchen und andere Feststoffe aus dem Gasstrom entfernt. Diese Feststoffe werden zu der Vergasungseinrichtung als Brennstoff zurückgeführt. Der Gasstrom wird aus dem Zyklon in einen Schachtofen im Gegenstromprinzip durch eine sich nach unten bewegende Beschickung geführt, die Materialien enthält, die mit den Bestandteilen des Gasstromes, einschließlich dessen Schwefelanteil, reagieren und Feststoffe erzeugen. Durch Erneuern der Beschickung werden diese Feststoffe entfernt und wird die Wirksamkeit der Beschickung zur Entschwefelung wieder hergestellt, um einen sauberen Brenngasstrom zu erzeugen. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Claims (14)

1. Verfahren zur Erzeugung eines veredelten und entschwefelten synthetischen Brennstoffgases, gekennzeichnet durch die Schritte der Vergasung eines ersten Brennstoffes zur Erzeugung eines synthetischen Brennstoffgases, Reagieren des synthetischen Brennstoffgases mit einem zweiten Brennstoff zur Erzeugung eines veredelten, angereicherten synthetischen Brennstoffgases, Hindurchführen des veredelten, angereicherten synthetischen Brennstoffgases durch einen Schachtofen (34, 36) im Gegenstromprinzip zu einer schwefelentfernenden Beschickung (55, 79) wodurch das veredelte, angereicherte synthetische Brennstoffgas mit der Beschickung (55, 79) reagiert und hierdurch Schwefel von dem veredelten, angereicherten synthetischen Brennstoffgas entfernt wird.

2. Verfahren zur Erzeugung eines veredelten, angereicherten und entschwefelten Brennstoffgases nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reagieren des synthetischen Brennstoffgases mit dem zweiten Brennstoff endotherm verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung (55, 79) aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Kalk, Kalkstein, Dolomit, kalziniertes Dolomit oder Mischungen dieser Materialien enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das veredelte Brennstoffgas in einen Zyklon (88) geführt ist, um zusätzliche Feststoffe aus dem veredelten und entschwefelten Brennstoffgas zu entfernen.

5. Verfahren zur Erzeugung eines veredelten und entschwefelten synthetischen Brennstoffgases nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff ein festes, kohlestoffhaltiges Material ist und der erste und zweite Brennstoff in einen Zyklon (30) geführt werden, um Feststoffe aus dem Gas des ersten Brennstoffes zu entfernen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff Kohle ist.

7. Verfahren zur Erzeugung eines veredelten und entschwefelten synthetischen Brennstoffgases nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff Methan ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Brennstoffgases vor der Einführung des Brennstoffgases in den Schachtofen (34, 36) auf einen Bereich von ca. 815°C bis 1040°C (1500°F bis 1900°F) eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Brennstoffgases vor der Einführung des Brennstoffgases in den Schachtofen (34, 36) auf einen Bereich von ca. 870°C bis 985°C (ca. 1600°F bis 1800°F) eingestellt wird.

10. Verfahren zur Erzeugung eines veredelten, entschwefelten synthetischen Brennstoffgases aus Kohle, gekennzeichnet durch die Schritte:

• a) Vergasen von Kohle zur Erzeugung des synthetischen Brennstoffgases mit einer ersten Temperatur
• b) Zerkleinern und Sieben von Kohle, um einen zweiten Brennstoff vorzubereiten, der aus Kohlepartikeln von ausgewählter Größe besteht,
• c) Einströmen des zweiten Brennstoffes in das synthetische Brennstoffgas derart, daß das synthetische Brennstoffgas mit dem eingespitzten zweiten Brennstoff zur Erzeugung eines veredelten, angereicherten synthetischen Brennstoffgases mit einer zweiten Temperatur reagiert,
• d) Einführen des veredelten synthetischen Brennstoffgases mit dieser zweiten Temperatur in einen Zyklon (30), um die Hauptmenge von Kohleteilchen und Staubteilchen aus dem veredelten synthetischen Brennstoffgas zu entfernen,
• e) Durchführen des veredelten synthetischen Brennstoffgases durch einen Schachtofen (34, 36), der mit einer Beschickung beladen ist, die kalzinierten bzw. gebrannten Kalkstein enthält, wodurch Schwefel enthaltende Bestandteile des veredelten synthetischen Brennstoffgases mit dem gebrannten Kalkstein reagieren, um Schwefel aus dem veredelten synthetischen Brennstoffgas zu entfernen, und
• f) Einführen des veredelten synthetischen Brennstoffgases in einen zweiten Zyklon (88), um zusätzliche Feststoffe aus dem veredelten synthetischen Brennstoffgas zu entfernen.

11. Verfahren zur Erzeugung eines veredelten und entschwefelten synthetischen Brennstoffgases nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt der Beibehaltung der Beschickung (55, 79) in statischem Zustand während das synthetische Brennstoffgas durch die Beschickung (55, 79) hindurchströmt.

12. Einrichtung zur Erzeugung eines veredelten und entschwefelten Brennstoffgases aus einem festen, fossilen Brennstoff gekennzeichnet durch:

• a) eine Einrichtung (10) zur Vergasung des festen fossilen Brennstoffes, zur Erzeugung eines synthetischen Brennstoffgases,
• b) eine Einrichtung (16) zur Zusammenführung des synthetischen Brennstoffgases mit einem zweiten Brennstoff, um ein veredeltes synthetisches Brennstoffgas mit niedrigerer Temperatur zu erzeugen,
• c) eine Einrichtung (30) zur Entfernung von Feststoffen aus dem veredelten synthetischen Brennstoffgas,
• d) eine Einrichtung (34, 36) zur Reaktion des veredelten synthetischen Brennstoffgases mit einem Schwefelreduktionsmittel - um den Schwefelanteil des veredelten synthetischen Brennstoffgases zu verringern.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung des synthetischen Brennstoffgases mit dem zweiten Brennstoff ein Mischungsinjektor (16) ist, der mit Mitteln zur Einführung des synthetischen Brennstoffgases und zur Einführung von Kohle versehen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung des synthetischen Brennstoffgases mit dem zweiten Brennstoff ein Mischungsinjektor (16) zur Vermischung von synthetischem Brennstoffgas und Methan ist.