DE4028155C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung des Anhaftens von Asche an der Wand einer Vergasungsapparatur in dem Fall, in dem ein Gemisch aus Petrolkoks und Kohle vergast wird.

Nach dem bekannten Texaco-Verfahren wurde ein Festkörper-Brennstoff, wie Kohle und Petrolkoks, bisher in einem Naß-Prozeß zu einem Schlamm pulverisiert, indem Wasser hinzugefügt wurde, und der gewonnene Schlamm wurde durch die teilweise Oxidation-Reaktion mit Sauerstoff vergast. Es ist bekannt, daß, da der flüchtige Anteil von Kohle 45 bis 55% beträgt und der flüchtige Anteil von Petrolkoks in einem so niedrigen Bereich, wie 8 bis 14% liegt, die Brennbarkeit von Petrolkoks wesentlich geringer ist als diejenige von Kohle. Es wurde in Erwägung gezogen, daß, falls eine Mixtur von Kohle und Petrolkoks vergast wird, die Kohle, die eine hohe Brennbarkeit aufweist, die Verbrennung von Petrolkoks behindert und dadurch noch weiter die Brennbarkeit von Petrolkoks herabsetzt.

Aus diesem Grund ist es nicht nach dem Stand der Technik bekannt, Petrolkoks mit anderen Festkörper-Brennstoffen in einer angemes­ senen oder geeigneten Menge zu vermischen und diese Mixtur zu vergasen. Aus diesem Grund wird nur Petrolkoks vergast. Ein solches Verfahren ist allerdings nachteilig unter dem Aspekt, daß, da der Schmelzpunkt der Asche von Petrolkoks üblicherweise nicht geringer als 1600°C ist, die Asche an den inneren Wänden der Vergasungsapparatur anklebt und sich niederschlägt, wodurch ein Langzeitbetrieb unmöglich wird. Zusätzlich ist die Brennbar­ keit von Petrolkoks nicht gut und, falls die Vergasungstemperatur angehoben wird, um die Brennbarkeit zu verbessern, steigt der an der Wand festklebende Anteil an Asche weiter an.

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Probleme des entsprechenden Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren zur Verhinderung des Anhaftens von Asche an der Wand einer Vergasungsapparatur anzu­ geben, die es ermöglicht, den Anteil an unverbranntem Kohlenstoff zu vermindern und einen guten Langzeitbetrieb zu ermöglichen.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung 10 bis 30 Gewichts-% Kohle mit Petrolkoks vermischt derart, daß die Asche des Petrolkokses nach unten zusammen mit der Asche der Kohle fließt, wenn die letztere schmilzt und nach unten in die Vergasungsapparatur fließt, wodurch das Ankleben der Asche des Petrolkokses an der Wand der Vergasungsapparatur verhindert wird.

In dem entsprechenden Verfahren zum Verhindern des Anhaftens der Asche an der Wand einer Vergasungsapparatur gemäß der vorliegen­ den Erfindung wird 10 bis 30 Gewichts-% Kohle mit Petrolkoks gemischt, wenn der Petrolkoks in einer Vergasungsapparatur durch teilweise Oxidation vergast wird, und die Vergasungstemperatur wird auf eine Temperatur angehoben höher als der Schmelzpunkt der Asche der Kohle. Der vorstehende Bereich von 10 bis 30 Gewichts-% ist derjenige der Kohle in Bezug auf die Gesamtmenge der Kohle und des Petrolkokses.

Durch die Vergasung eines Gemisches von Petrolkoks und Kohle in einer Vergasungsapparatur bei einer Temperatur von 1400 bis 1450°C, die höher ist als der Schmelzpunkt der Asche der Kohle, der nämlich bei 1300 bis 1350°C liegt, schmilzt die Asche der Kohle und fließt an der Wandoberfläche der Vergasungsapparatur nach unten. Die Asche des Petrolkokses wird durch die schmelzende Asche der Kohle aufgefangen und fließt zusammen mit ihr nach unten. Diese Asche wird gekühlt und in einer Löschkammer verfes­ tigt und in Form von Schlacke von dem Boden der Verbrennungsap­ paratur ausgetragen.

Da die Vergasungstemperatur auf 1400 bis 1450°C angehoben wird, wird die Brennbarkeit des Petrolkokses verbessert. Es ist daher möglich, den Anteil des unverbrannten Kohlenstoffes auf Basis des Petroleums (der Anteil des Kohlenstoffes, der durch Abzug des Anteiles des Kohlenstoffes, der in ein Gas verwandelt wird von dem Anteil des Kohlenstoffes, der in die Vergasungsapparatur eingefüllt wird) auf 4 bis 9 Gewichts-% des Anteiles an Kohlen­ stoff, der in die Vergasungsapparatur eingeführt wird, zu redu­ zieren.

Die vorstehende Aufgabe sowie weitere Aufgabenpunkte, Aus­ führungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles, das anhand der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 und Fig. 2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, wobei

Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens darstellt und

Fig. 2 das Verhältnis zwischen dem Anteil des unver­ brannten Kohlenstoffes und des Anteiles der Anhaftung von Asche im Verhältnis zu dem Mischverhältnis von Petrolkoks und Kohle.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1 ein Flußdiagramm zeigt, das geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, nämlich ein Verfahren, das als Texaco-Verfahren bekannt ist zur Pulverisier­ ung eines Feststoff-Brennstoffes in einen Schlamm (Aufschlämmung) unter Verwendung eines Naß-Prozesses und die Vergasung oder Verbrennung durch teilweise Oxidation durch Sauerstoff. Fig. 2 zeigt das Verhältnis zwischen dem Anteil des unverbrannten Kohlenstoffes und dem Anteil des Anhaftens der Asche zu dem Mischungsverhältnis von Petrolkoks und Kohle.

Gemäß Fig. 1 wird Petrolkoks 20 (der Schmelzpunkt der Asche von Petrolkoks liegt bei etwa 1800°C) in eine Feinmahlanlage 1 zusammen mit einem geeigneten Anteil an Wasser gegeben, um es in einem Naß-(oder Schlämm-) Verfahren zu pulverisieren, das an­ schließend an einen Schlammtank durch eine Leitung 22 in Form von Petroleum-Wasser-Schlamm überführt wird.

Kohle 21 (der Schmelzpunkt der Asche von Kohle liegt bei ungefähr 1350°C) wird in eine Feinmahlanlage 2 zusammen mit einem geeig­ neten Anteil an Wasser eingefüllt, um sie so in einem Naß-Prozeß in der gleichen Weise, wie in Bezug auf den Petrolkoks 20, zu pulverisieren, das anschließend in einen Schlammtank über eine Rohrleitung 23 in Form von Kohle-Wasser-Schlamm eingefüllt wird.

Der Schlammtank 3 ist mit einem Rührer 3a ausgestattet und der Petroleum-Wasser-Schlamm und der Kohle-Wasser-Schlamm, der von den Feinmahlanlagen 1 und 2 jeweils zugeführt wird, werden mit­ einander in dem Schlammtank 3 vermischt, um einen Petrol­ koks-Kohle-Wasser-Schlamm zu bilden. Es ist natürlich möglich, Kohle und Petrolkoks in einer vorbestimmten Menge vorab zu mischen und dieses Gemisch zu einem Schlamm mittels einer Fein­ mahlanlage zu pulverisieren.

Der Petrolkoks-Kohle-Wasser-Schlamm wird dann über die Leitung 12 zu einem Brenner 5 geführt und von dort in eine Vergasungsappara­ tur 6 zusammen mit 40 bis 60% Sauerstoff, basierend auf der theoretischen Menge von Sauerstoff, der zum Verbrennen von Petrolkoks und Kohle erforderlich ist, zugeführt, wo es bei einer Temperatur von ungefähr 1200 bis 1500°C vergast (teilweise oxidiert) wird. Der Druck in der Vergasungsapparatur liegt vor­ zugsweise bei ungefähr 20 bis 80 atm (2,0×10⁶ bis 8,1×10⁶ Pa).

Der obere Bereich der Vergasungsapparatur 6 ist mit einer feuer­ festen Auskleidung 7a ausgestattet, um so eine Reaktionskammer 7 zu bilden. In dem unteren Bereich der Vergasungsapparatur 6 befindet sich eine Löschkammer 8. Die Reaktionskammer 7 und die Löschkammer 8 sind über einen Trichter 9 (enge Öffnung, Ver­ engung) miteinander verbunden. In die Löschkammer 8 wird Wasser zum Löschen über eine Zuleitung 13 zugeführt, um das Wasserniveau auf einer geeigneten Höhe in der Löschkammer 8 zu halten bzw. einzustellen. In der Löschkammer 8 sind ein zylindrisches Tauch­ rohr 10 und ein zylindrisches Steigrohr 11, die koaxial zuein­ ander verlaufen, angeordnet derart, daß die unteren Enden in das Wasser eintauchen.

Das in der Reaktionskammer 7 erzeugte Gas tritt durch den Trich­ ter 9 und das Tauchrohr 10 hindurch und wird in das Wasser der Löschkammer 8 hineingeblasen. Danach wird das Gas zu der nächsten (nicht dargestellten) Vorrichtung durch den Gasauslaß 14a, der oberhalb des Wasserniveaus und einer Leitung 14 angeordnet ist, gehärtet. Wenn das Gas in das Wasser in der Löschkammer 8 eingeblasen wird, wird die Asche, die durch die Vergasung (Verbrennung) des ver­ mischten Schlammes aus dem Petrolkoks 20 und der Kohle 21 und dem unverbrannten Kohlenstoff durch das Wasser gelöscht, wodurch es zu einer feinen Schlacke wird und durch das Wasser aufgenommen wird. Der auf diese Weise erzeugte Schlamm wird durch eine Lei­ tung 15 ausgetragen, die mit der Seitenwand der Löschkammer 8 verbunden ist. Über eine Leitung 16 am Boden der Löschkammer 8 wird ein Schlamm, der vergleichsweise grobe Teilchen enthält, der als Grob-Schlamm bezeichnet wird, ausgetragen.

Die Verhinderung des Anhaftens der Asche an der Wand der Ver­ gasungsapparatur während der Vergasung eines aus Petrolkoks und Kohle vermischten Schlammes in der Vergasungsapparatur, die den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, wird nachfolgend näher erläutert.

Zunächst wird der Fall erläutert, in dem nur Petrolkoks vergast wird. Petrolkoks enthält 0,3 bis 1 Gewichts-% Asche und die Asche enthält dreiwertiges Vanadium.

Der Schmelzpunkt von Vanadium in einer Reduktionsatmosphäre liegt bei 1800°C, die grundsätzlich höher als die Vergasungstemperatur von Petrolkoks, nämlich 1200 bis 1500°C, ist. Falls der Petrol­ koks vergast wird, schmilzt folglich die Asche nicht und haftet an der Oberfläche der feuerfesten Auskleidung 7a der Reaktions­ kammer 7 an, wodurch die Asche abgelagert wird. Die Ascheklumpen, die abgelagert werden und anwachsen, verschließen die Öffnung oder Düse 9 der Vergasungsapparatur 6.

Als eine Gegenmaßnahme kann ein Verfahren angewendet werden, um das Anhaften der Asche an der Wand der Vergasungsapparatur durch Verringerung der Vergasungstemperatur auf ungefähr 1350°C und dem Vergasungsdruck auf etwa 38 kg/cm² verhindert werden, um so die Reaktionsrate des Kohlenstoffes, der in dem Petrolkoks enthalten ist und einen großen Anteil an unverbranntem Kohlen­ stoff erzeugt, zu reduzieren, wodurch bewirkt wird, daß die Asche an dem unverbrannten Kohlenstoff anhaftet.

Gerade dieses Verfahren war jedoch nicht dazu geeignet, voll­ ständig zu verhindern, daß die Asche an der Wand der Vergasungs­ apparatur anhaftet, obwohl der Anteil des Anhaftens der Asche auf ein gewisses Ausmaß reduziert wurde. Auf der anderen Seite wächst der Anteil des unverbrannten Kohlenstoffes auf 15 bis 19 Ge­ wichts-% an.

Im Gegensatz hierzu wurde bestätigt, daß, falls die Vergasungs- Temperatur 1420°C betrug und der Vergasungsdruck 38 kg/cm² (etwa 3,8×10⁶ Pa) betrug, falls das Mischungsverhältnis von Kohle zu Petrolkoks vergrößert wurde, der Anteil des Anhaftens der Asche an der Wand der Vergasungsapparatur ungeachtet des Anwachsens des Anteiles des unverbrannten Kohlenstoffes reduziert wird. Es wurde weiterhin bestätigt, daß, falls das Mischungsverhältnis von Kohle reduziert wurde, der Anteil des Anhaftens des Aschenanteiles an der Wand der Vergasungsapparatur dazu tendierte, anzuwachsen, und zwar ungeachtet der Verringerung des Anteiles des unverbrannten Kohlenstoffes.

Aus diesem Grund wird gemäß der vorliegenden Erfindung Kohle mit Petrolkoks in dem Verhältnis von 10 bis 30 Gewichts-% der Kohle zu der Summe von Kohle und Petrolkoks auf der Basis der Daten, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, gemischt, um so sowohl das Anhaften der Asche an der Wand der Vergasungsapparatur zu ver­ hindern, als auch den Anteil des unverbrannten Kohlenstoffes zu verringern, wenn der Petrolkoks vergast.

Falls das Mischungsverhältnis von Kohle und Petrolkoks nicht geringer als 30% ist, haftet keine Asche an der Wand der Ver­ gasungsapparatur, aber der Anteil des erzeugten unverbrannten Kohlenstoffes steigt deutlich an.

Der Grund hierfür wird sein, daß, da der flüchtige Anteil von Kohle 45 bis 55% und der flüchtige Anteil von Petrolkoks ge­ ringer als 8 bis 14% ist, die Brennbarkeit von Petrolkoks ge­ ringer ist als diejenige von Kohle, daß wenn ein Gemisch von Kohle und Petrolkoks vergast wird, Kohle, die eine höhere Brenn­ barkeit aufweist, die Verbrennung des Petrolkoks, der eine ge­ ringere Brennbarkeit aufweist, behindert, und daß der Anteil von unverbrannter Kohle, die entsteht, mit dem Anwachsen des Mischungsanteiles von Kohle sich vergrößert.

Falls das Mischungsverhältnis von Kohle zu Petrolkoks nicht mehr als 10% beträgt, da der Mischungsanteil von Kohle gering ist, verringert sich der Anteil von unverbranntem Kohlenstoff, der gebildet wird, ohne durch die Unterschiede in der Brennbarkeit beeinflußt zu werden. Dennoch ist es, da der Anteil von Asche der Kohle gering ist, unmöglich, in ausreichendem Maße die Asche des Petrolkokses aufzufangen, wodurch der Anteil der Asche, die an der Wand der Vergasungsapparatur anhaftet, ansteigt.

In dem vorstehend beschriebenen Mischungsverhältnis zwischen Kohle zu Petrolkoks wird angenommen, daß der Schmelzpunkt der Asche der Kohle bei 1350°C liegt. Es ist ebenso möglich, Kohle zu verwenden, die einen Schmelzpunkt höher als 1350°C besitzt. In diesem Fall ist es erforderlich, die Temperatur der Verbren­ nungskammer 7 auf eine Temperatur ansteigen zu lassen, die höher als die vorstehend angegebene Vergasungstemperatur liegt.

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel eine Mi­ schung aus Petrolkoks und Kohle in der Vergasungsapparatur 6 vergast wird, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt und es können die gleichen Ergebnisse mit einer Mischung von Petroleum-Pech und Kohle erhalten werden.

Die Temperatur der Teil-Oxidation in der Reaktionskammer gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise 30 bis 100°C höher als der Schmelzpunkt (T) der Asche der Kohle. Das bedeutet, daß die Temperatur in der Reaktionskammer vorzugsweise nicht niedriger als (T + 30°C) und nicht höher als (T + 100°C) ist.

Während vorstehend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den allgemeinen Erfindungsge­ danken zu verlassen, wobei bevorzugte Ausführungsformen durch die Unteransprüche gegeben sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verhinderung des Anhaftens von Asche an der Wand einer Vergasungsapparatur in einem Verfahren zur Ver­ gasung von Petrolkoks in der Vergasungsapparatur durch eine teilweise Oxidations-Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß der Petrolkoks mit 10 bis 30 Gewichts-% Kohle gemischt wird bezogen auf den Petrolkoks, und daß die so erhaltene Mischung bei einer Vergasungstemperatur vergast wird, die höher ist als der Schmelzpunkt der Asche der Kohle.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsapparatur eine Reaktionskammer aufweist, in der Petrolkoks und/oder die Kohle und Sauerstoff, die eingeführt werden, teilweise oxidiert werden, und eine Löschkammer, die mit Wasser gefüllt und mit dem oberen Bereich der Reaktions­ kammer durch eine Öffnung der Verbrennungsappartur verbunden ist, daß Gas in der Reaktionskammer in das Wasser über die Öffnung durch ein Tauchrohr eingeblasen wird, um so gelöscht zu werden und die Asche, unverbrannter Kohlenstoff und Schlacke durch das Wasser aufgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Petrolkoks und Kohle in einem Naß-Prozeß zu einem Schlamm verpulvert werden und daß der Schlamm in die Ver­ gasungsapparatur eingefüllt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Reaktionskammer in der Vergasungsap­ paratur 30 bis 100°C höher ist als der Schmelzpunkt der Asche der Kohle.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an zugeführtem Sauerstoff 40 bis 60% des theoretischen Wertes des Sauerstoffes ist, der zur Verbrennung des Petrolkokses und der Kohle erforderlich ist.