DE4340459C1

DE4340459C1 - Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen

Info

Publication number: DE4340459C1
Application number: DE19934340459
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Ing Meyer; Ingo Dipl Ing Schumacher; Hermann-Josef Ing G Schumacher
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1993-11-27
Filing date: 1993-11-27
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2013-11-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschicht reaktors zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen. Die Verga sung erfolgt bei erhöhten Temperaturen im Bereich zwischen 700 und 1 200 C° und wird mit Hilfe von exotherm und endotherm reagierenden gas förmigen Vergasungsmitteln vorgenommen. Bei den gasförmigen Vergasungs mitteln handelt es sich um sauerstoffhaltige Gase, wie z. B. Luft, Dampf oder CO₂. Während Luft oder Sauerstoff exotherm reagieren, ist demgegen über die Reaktion mit Dampf und CO₂ endotherm getönt. Die Vergasungs mittel werden in den Reaktionsraum des Wirbelschichtreaktors eingeblasen. Der Reaktionsraum wird in eine Wirbelschicht und in eine oberhalb der Wirbelschicht befindliche Nachvergasungszone unterteilt. Beim Vergasungs betrieb wird der Wirbelschicht laufend eine Menge an frischem Einsatz stoff zugeführt. Bei dem Einsatzstoff handelt es sich vorzugsweise um Stein- oder Braunkohle; aber auch andere kohlenstoffhaltige Einsatz stoffe, wie z. B. Kunststoffe oder Klärschlämme können, ggf. mit einem weiteren Kohlenstoffträger vermischt, als Einsatzstoffe in die Wirbel schichtvergasung eingebracht werden. Eingetragen wird jeweils ein Massen strom des kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes, d. h. eine Menge, die über einen vorbestimmten Zeitraum nahezu konstant ist und in der Dimen sion kg/min gemessen wird.

Der Nachvergasungszone ist ein Zyklon nachgeschaltet. Dort wird das im Vergaser durch die Reaktion zwischen dem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff und dem gasförmigen Vergasungsmittel erzeugte Rohgas von den bei der Vergasung entstehenden Feststoffen, die überwiegend staubförmig anfallen, getrennt. Bei den Feststoffen handelt es sich um aschehaltige teilweise vergaste kohlenstoffhaltige Partikel. Der Zyklon allein reicht zur Ent staubung des Rohgases nicht aus. Die vollständige Reinigung des Rohgases erfolgt in nachgeschalteten Einrichtungen, die aber bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung außer Betracht bleiben können.

Der im Zyklon abgeschiedene Feststoff sammelt sich in der Rückführleitung und wird über die Rückführleitung in die Wirbelschicht des Reaktions raumes zurückgeführt. Je nach Ausgestaltung des Reaktors kann die Rück führleitung Längen von mehreren Metern erreichen. Üblicherweise wird die Rückführleitung beim Vergasungsbetrieb vom abgeschiedenen Feststoff durchströmt; bei der Gesamtbetrachtung des Wirbelschichtvergasers spricht man von einer umlaufenden Feststoffmenge. Deren zeitlicher Massestrom ist an der Rückführleitung meßbar. Hierbei wird zugleich auch unterstellt, daß einzelne Feststoffteilchen beim Umlauf durch den Reaktionsraum, den Zyklon und die Rückführleitung ausgeschieden und durch neue Feststoff teilchen ersetzt werden.

Am unteren, insbesondere konisch zulaufenden Ende des Wirbelschichtver gasers befindet sich eine Einrichtung zum Abziehen des Bodenprodukts. Auch mit Hilfe dieser Einrichtung wird laufend ein Massestrom von Boden produkt aus dem Vergasungsbetrieb abgezogen. Ähnlich wie bei dem im Zyklon abgeschiedenen Feststoff handelt es sich beim Bodenprodukt um einen aschehaltigen Restkoks.

Zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors ist die EP 0 030 323 B1 der Anmelderin bekannt geworden. Das bekannte Verfahren sieht vor, gasförmige Vergasungsmittel sowohl in das Wirbelbett als auch über mindestens drei entlang der Reaktorlängsachse angeordnete Einblasebereiche in die Nach vergasungszone einzublasen, damit oberhalb des Wirbelbettes eine mög lichst gleichbleibend hohe Temperatur entlang der Reaktorlängsachse ein gehalten wird (vgl. a.a.O. Ansprüche 1 und 2). Im Zusammenhang damit ist es auch bekannt, daß die Summe der in der Nachvergasungszone in jedem Einblaseabschnitt zugegebenen Vergasungsmittel von unten nach oben ab nimmt (vgl. a.a.O. Anspruch 4). Auch ist bekannt, daß die Menge des exo therme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmittels in jedem Einblaseab schnitt von unten nach oben abnimmt (vgl. a.a.O. Anspruch 7). Schließlich lehrt die bekannte Schrift noch, daß die Zugabe des eine exotherme Umset zung bewirkenden Vergasungsmittels in den einzelnen Einblasebereichen in Abhängigkeit von der dort jeweils festgestellten Temperatur und/oder dem Feststoffgehalt gesteuert wird (vgl. a.a.O. Anspruch 16). Weiterhin ist der bekannten Schrift zu entnehmen, das Produktgas unmittelbar vor dem Austritt aus dem Wirbelbettreaktor durch Einblasen von Wasser oder Dampf abzukühlen; dieser Vorgang wird als Quenchen bezeichnet (vgl. a.a.O. Sp. 3, Z. 19-22).

Aus der DE 35 31 292 C2 der gleichen Anmelderin ist ein "Verfahren zur Herstellung von Syntheseyas aus festen Brennstoffen" bekannt, welches die Regelung des Bodenabzugs zum Gegenstand hat. Danach kann die Abzugsge schwindigkeit, mit der die festen Vergasungsrückstände aus dem Reaktions raum abgezogen werden, in Abhängigkeit von der Höhe des Festbettes ge regelt werden. Als Stellgröße der bekannten Regelung werden Temperatur und/oder Druck verwendet. Bei dieser zweiten bekannten Schrift geht man davon aus, daß sich unterhalb der Wirbelschicht eine Art "Festbett" aus bildet, d. h. eine Ansammlung von Feststoffteilchen, die innerhalb des Wirbelbetts nach unten absinken und an der Verwirbelung selbst nicht mehr teilnehmen. Zwischen der Wirbelschicht und diesem "Festbett" bildet sich eine mehr oder minder stabile Grenzschicht aus, wo unterschiedliche Druck- oder Temperaturverhältnisse vorliegen. Die jeweiligen Unterschiede werden als Stellgröße für die bekannte Regelung verwendet (vgl. a.a.O. Anspruch 1).

Die bekannten Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen haben aber bisher nicht vollständig befriedigt und zwar im Hinblick auf die Erzeugung von Brenn gas unter höheren Vergaserdrücken im Bereich bis zu 30 bar. Ein derarti ges Brenngas ist beispielsweise für das Betreiben eines Kombinations kraftwerks vorgesehen, wo das im Wirbelschichtreaktor erzeugte Brenngas anschließend in einer Gasturbine verbrannt wird und wobei im Rahmen des Kombinationsverfahrens gleichzeitig auch noch Dampf an unterschiedlichen Stellen des Kraftwerksprozesses erzeugt wird. Besonders im Falle von stark schwankenden Eigenschaften der kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe im Hinblick auf deren Art und Qualität, d. h. Heizwert, ist es außerordent lich schwierig, gleichbleibend hohe C-Umsätze unter bestimmten vorgege benen Werten für die Temperatur in der Nachvergasungszone und den CH₄-Ge halt des Rohgases einzustellen. Wenn der Anteil des in die Nachver gasungszone eingeblasenen Vergasungsmittels, insbesondere beim Betrieb des Wirbelschichtreaktors mit O₂/Dampf als Vergasungsmittel, zu groß wird, kann es zu schnellen Temperaturanstiegen und erhöhten thermischen Belastungen im oberen Bereich der Nachvergasungszone und im nachgeschal teten Zyklon kommen.

Die Verteilung des Vergasungsmittel s auf die Wirbelschicht und die Nach vergasungszone erfolgt nach dem sogenannten "O₂-Verhältnis" d. h. dem Verhältnis der in die beiden Zonen jeweils pro Zeiteinheit als Massen ströme eingebrachten Sauerstoffmengen; also O₂-NV/O₂-WS, wobei die Abkür zung "NV" für die Nachvergasungszone und die Abkürzung "WS" für die Wir belschicht stehen. Dieses O₂-Verhältnis gilt sowohl für O₂/Dampf als auch für Luft als Vergasungsmittel.

Der bekannte Prozeß zum Betreiben des Wirbelschichtreaktors für die Ver gasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen unter erhöhten Temperatu ren, kurz auch als "HTW-Prozeß" bekannt, erwies sich insbesondere für die Erzeugung von Brenngas bei Vergasungsdrücken bis 30 bar und höheren spezifischen Durchsätzen von aschereichen Kohlen, insbesondere Kessel kohle, mit stark schwankenden Eigenschaften als noch nicht optimal.

Aus diesen Nachteilen ergibt sich die Aufgabe für die vorliegende Erfin dung, die Prozeßführung der HTW-Vergasung im Hinblick auf die Erzeugung von Brenngas aus Kesselkohlen in der Weise weiterzubilden, daß gleich mäßig hohe C-Umsätze und hohe Kaltgaswirkungsgrade bei hohen und konstan ten Vergaserleistungen unabhängig von Qualitätsschwankungen eines be stimmten Einsatzstoffes oder unabhängig von der Art des Einsatzstoffes, wie Braun- oder Steinkohle, im störungsfreien Dauerbetrieb des Wirbel schichtvergasers möglich werden. Der Quencheinsatz soll verringert bzw. vollständig vermieden werden und die Anzahl der Vergasungsmitteldüsen bzw. Düsenebenen soweit wie möglich reduziert werden. Darüber hinaus besteht die Aufgabe des weiterzubildenden HTW-Prozesses darin, die Gefahr von Anbackungen in der Nachvergasungszone und in den nachgeschalteten Anlagenteilen unter allen Betriebsbedingungen sicher zu vermeiden. Letzt endlich soll ein ruhiger und wirtschaftlicher Vergasungsbetrieb erzielt werden.

Unter dem Begriff "HTW-Vergasung" versteht man die in der Fachwelt an sich bekannte "Hoch-Temperatur-Winkler-Vergasung"; unter dem Begriff "C-Umsatz" versteht der Fachmann, das Verhältnis der pro Zeiteinheit "zu Gas umgesetzten Menge Kohlenstoff" zu der "mit dem Einsatzstoff einge brachten Menge Kohlenstoff"; unter dem Begriff "Kaltgaswirkungsgrad" versteht der Fachmann das Verhältnis von "Heizwertstrom des erzeugten Gases" zu "Heizwertstrom des Einsatzstoffes" und unter dem Begriff "Ver gaserleistung" versteht der Fachmann die thermische Leistung bzw. den Heizwertstrom eines Vergasers, z. B. in der Dimension MW.

Die an sich komplexe Aufgabenstellung kann auf verblüffend einfache Weise durch die nachfolgenden drei Merkmale gelöst werden:

- der Massenstrom des exotherm reagierenden Vergasungsmittels wird ent sprechend der Menge des rückgeführten Feststoffs eingeblasen und dabei zugleich
- das O₂-Verhältnis auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 1,5 ist und
- der Abzug des Bodenprodukts wird entsprechend der Höhe der Wirbel schicht geregelt.

Das O₂-Verhältnis wird vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,3 bis 0,6 eingestellt, im weitesten Sinne kann sich dieser Bereich aber auch zwi schen den Werten 0,0 bis 1,5 erstrecken, wobei unterstellt wird, daß unter Umständen in die Nachvergasungszone überhaupt kein Vergasungsmittel mehr eingeblasen wird. In jedem Fall wird das O₂-Verhältnis nach unten dadurch begrenzt, daß sich die maximale Temperatur in der Wirbelschicht nicht höher einstellt als der zulässige Grenzwert für die maximale Tempe ratur in der Nachvergasungszone. Insbesondere für die Vergasung von rheinischer Braunkohle hat sich ein Einstellungsbereich zwischen 0,3 bis 0,6 als sehr günstig erwiesen; bei grobkörnigen und weniger reaktiven Steinkohlen ist es dagegen möglich, das gesamte Vergasungsmittel allein in die Wirbelschicht einzubringen. Feinkörnige und höher reaktive Brenn stoffe erfordern zur Aufrechterhaltung des Wirbelbetts ein größeres O₂-Verhältnis, welches demgemäß bis zu 1,5 betragen kann.

Als besonderer Vorteil hat sich herausgestellt, daß das Vergasungsmittel in die Nachvergasungszone über nur noch eine einzige Düsenebene einge speist werden kann.

Durch eine ausreichend starke Verlagerung des Vergasungsmittel s in die Wirbelschicht werden, unabhängig von den Rohstoffeigenschaften des zu vergasenden Einsatzstoffes, selbst bei hohem Aschegehalt der Kohle und starker Mineralstoffanreicherung, in der Wirbelschicht gute Fluidi sationsbedingungen erzielt.

Bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Vergasungsbetriebs wurde gefunden, daß die endothermen Vergasungsreaktionen der Wirbelschicht durch einen höheren Anteil an direkter Wärmeübertragung infolge Teilver brennung schneller als in der Nachvergasungszone ablaufen. Wird der über wiegende Teil des Vergasungsmittel s in die Wirbelschicht eingespeist, vergleichmäßigt sich das Temperaturprofil über die Vergaserhöhe und ver schiebt sich zu niedrigeren Werten. Ebenso werden die Temperaturspitzen in der Nachvergasungszone abgebaut. Die Quenchwassermenge kann stark verringert werden, ggf. kann auf den Quench sogar ganz verzichtet werden. In jedem Falle steigen der C-Umsatz und der Kaltgaswirkungsgrad an.

Der erfindungsgemäße Betrieb führt dazu, daß sich das radiale Temperatur profil in der Nachvergasungszone vergleichmäßigt. Mit Hilfe der entlang der Rückführleitung gemessenen Temperaturen können die maximalen Tempe raturen der Nachvergasungszone erfaßt werden und über diese Meßwerte kann in den Vergasungsbetrieb regelungstechnisch eingegriffen werden. Der zulässige Grenzwert für die maximale Temperatur in der Nachvergasungszone kann auf diese Weise mit Hilfe der Temperaturmessung eingehalten werden.

Die Staubfracht außerhalb des Vergasers, also der Massenstrom an rückge führtem Feststoff kann vorteilhaft als Funktion der Abkühlung des Staubes über die Höhe der Rückführleitung, die infolge Wandabkühlung auftritt, ermittelt werden. Es besteht beispielsweise ein direkter Zusammenhang zwischen der Temperaturdifferenz der Meßstellen oben und unten in der Rückführleitung und dem umlaufenden Massenstrom an Feststoff. Nachdem der Abscheidungsgrad des Zyklons als konstruktionsbedingt vorgegebene Kon stante bekannt ist, kann also mit Hilfe der Temperaturmessung die Staub fracht außerhalb des Vergasers errechnet werden. Der Durchsatz des Ein satzstoffes ist näherungsweise aus der Rohgasmenge ableitbar.

Es wurde nun gefunden, daß sich die Staubaustragsrate unmittelbar anhand der Temperaturdifferenz über die Rückführleitung mit Hilfe der zugeführ ten Vergasungsmittelmenge in engen Grenzen einstellen und einhalten läßt.

Die Höhe der Wirbelschicht wird durch Anpassung des Massenstroms des abgezogenene Bodenprodukts innerhalb eines zulässigen Bereiches auf einen konstanten vorgegebenen Wert eingestellt. Aufgrund von Betriebserfahrun gen ist im konkreten Fall die optimale Wirbelschichthöhe für einen be stimmten Einsatzstoff mit durchschnittlichen Qualitätseigenschaften be kannt. Solange die Qualitäten des Einsatzstoffes nicht übermäßig schwan ken, kann die Höhe der Wirbelschicht mit Hilfe des Abzugs des Bodenpro dukts auf einem bestimmten Wert gehalten werden. Dadurch werden möglichst gleiche Bedingungen für den Staubaustrag, die Fluidisation und den Re aktionsumsatz in der Wirbelschicht gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Prozeßführung macht es möglich, den Vergasungsprozeß in Form von voneinander "unabhängig" und "eindeutig" wirkenden Regelfunk tionen zu erfassen, die zudem unabhängig von schwankenden Eigenschaften des Einsatzstoffes gelten. Mit Hilfe der Erfindung wird der Vergasungs prozeß den jeweiligen Eigenschaften der Kohle und deren Schwankungen ständig nachgeführt und optimal angepaßt. Weitere Vorteile der Verfah rensführung ergeben sich aus den einzelnen Unteransprüchen. Mit den Unteransprüchen 12 bis 14 wird ein Vergaser charakterisiert, wie er zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignet ist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Figur zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung einen HTW-Ver gaser, der für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignet ist.

Der HTW-Vergaser 1 hat einen Reaktionsraum 2, der sich in die Wirbel schicht 3 und die Nachvergasungszone 4 unterteilt. Über einen Eintrags stutzen 5 wird dem Vergaser 1 ständig ein Massenstrom an frischen, koh lenstoffhaltigen Einsatzstoffen 6 zugeführt. Bei den kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen handelt es sich beispielsweise um Stein-, Braunkohle, Kunststoffe oder Klärschlämme oder Mischungen aus diesen Stoffen. Der Eintrag der Einsatzstoffe 6 erfolgt in die Wirbelschicht 3.

Über einen Anschluß 7 wird dem Vergaser 1 zugleich ein Massenstrom an gasförmigem, endotherm und exotherm mit dem Einsatzstoff 6 reagierenden Vergasungsmitteln zugeführt. Die Zufuhr erfolgt durch Einblasen über die Einblasdüsen 8, 9, 10 und 11. Während das Einblasen der Vergasungsmit tels 7 über die Einblasdüsen 8, 9 und 10 ständig erfolgt, wird die Ein blasdüse 11 nur bedarfsweise zugeschaltet, deshalb ist der zugehörige Abzweig in der Figur auch als Strich-Doppelpunktlinie angedeutet. Tat sächlich deuten die Ziffern 8 bis 10 die sogenannten "Einblasebenen" an, d. h. Querschnittsebenen in gegenseitigen axialen Abständen entlang der Längsachse, des beispielsweise zylinderförmig runden Vergasers 1, auf denen jeweils eine Mehrzahl von Einblasdüsen 8 bis 11 in gegenseitigem seitlichen Abstand voneinander angeordnet ist.

Jeder Einblasdüse 8 bis 11 ist ein Transmitter 12, 13, 14 und 15 zugeord net, mit dessen Hilfe der über die jeweilige Einblasdüse 8, 9, 10 und 11 einzublasende Massenstrom an gasförmigen Vergasungsmitteln eingestellt wird. Die Einstellung erfolgt über einen zentralen Regler 16, der über eine Leitung 17 und entsprechende Abzweigungen mit jedem der Transmit ter 12 bis 15 in Verbindung steht.

Der Nachvergasungszone 4 ist ein Zyklon 18 nachgeschaltet, der einen Ausgang 19 für das teilentstaubte Rohgas 20 aufweist und an dessen unte rem Ende sich die Rückführleitung 21 anschließt. Der im Zyklon 18 abge schiedene Feststoff 22 wird über die Rückführleitung 21 in die Wirbel schicht 3 wieder eingespeist.

Am oberen Ende der Rückführleitung 21 ist ein erster Temperaturfühler 23 vorgesehen und am unteren Ende der Rückführleitung 21 ein zweiter Tempe raturfühler 24. Mit Hilfe der Temperaturfühler 23 und 24 wird die jewei lige Temperatur des Feststoffs 22 ermittelt und über die Steuerleitun gen 25 bzw. 26 dem zentralen Regler 16 übermittelt. Der durch die Rück führleitung 21 umlaufende Feststoff 22 kühlt sich auf der Länge der Rückführleitung 21 ab, so daß die Differenz der mit den Temperaturfühlern 23 und 24 gemessenen Temperaturen im Regler 16 ermittelt werden kann. In Ab hängigkeit von der dort ermittelten Temperaturdifferenz werden über die Leitung 17 Signale an die Transmitter 12, 13, 14 und 15 gegeben und dem entsprechend die jeweiligen Massenströme der gasförmigen Vergasungs mittel 7 über die jeweiligen Einblasdüsen 8, 9, 10 und 11 geregelt.

Am unteren Ende des nach unten hin konisch zulaufenden Reaktionsraumes 2 ist beispielsweise eine Förderschnecke 27 vorgesehen. Die Förder schnecke 27 wird von einem Motor 28 angetrieben, der seine Befehle aus einem Regler 29 erhält, welcher seinerseits über die Leitung 30 mit einem Druckmeßgerät 31 verbunden ist. Das Druckmeßgerät 31 steht ständig mit den beiden Druckaufnehmern 32 und 33 in Verbindung, die durch unter brochene Linien angedeutet sind. Wie in der Figur erkennbar, sind die beiden Druckaufnehmer 32 und 33 in einem axialen Abstand 34 voneinander angeordnet, der sich über die obere Grenze 35 der Wirbelschicht 3 er streckt. In der Nachvergasungszone 4 und der Wirbelschicht 3 herrschen unterschiedliche Drücke, die von den Druckaufnehmern 32 und 33 gemessen und von dem Druckmeßgerät 31 als Druckdifferenz erfaßt werden. Ein dem entsprechendes Signal wird über die Steuerleitung 30 dem Regler 29 zuge führt, der seinerseits den Motor 28 ansteuert. Der Motor 28 bewegt die Austragsschnecke 27, die ihrerseits einen Massenstrom an Bodenprodukt 36 unterhalb des Reaktionsraumes 2 abzieht. Es wird also in Abhängigkeit von der Druckdifferenz das Abziehen des Bodenprodukts 36 geregelt.

Im Rahmen einer umfassenden und ineinander greifenden Regelung kann der Regler 29 auch in den Regler 16 integriert sein, so daß sowohl die Motor funktion 28 als auch die Zufuhr der Vergasungsmittel 7 über einen Gesamt regelkreis gesteuert werden können. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, die Druckaufnehmer 32 und 33 durch entsprechende Temperatur fühler zu ersetzen oder zu ergänzen.

Nachfolgend wird die Wirkung des erfindungsgemäßen Betriebs eines HTW- Vergasers anhand von zwei Zahlenbeispielen dargestellt:

Rheinische Braunkohle mit einem Aschegehalt von 15 bis 20% wurde bei einem Druck von 20 bar mit Luft als Vergasungsmittel in einer Pilotanlage vergast. Das O₂-Verhältnis wurde bei sonst etwa gleichen Bedingungen von 1,04 (Einstellung 1) auf 0,42 (Einstellung 2) gesenkt, gleichzeitig wurde der Quench 37 außer Betrieb genommen. Es wurden folgende Ergebnisse er zielt:

Der C-Umsatz erhöhte sich relativ um 3,6%, die Heizwertausbeute wegen der geringeren Verluste in fühlbarer Wärme sogar um 9,4%.

Im zweiten Beispiel wird die Bedeutung der Staubumlaufrate für die Pro zeßführung anhand ausgewählter Betriebseinstellungen der vorgenannten Pilotanlage dargestellt. Es wurde Rheinische Braunkohle bei 25 bar mit Luft vergast:

Die Staubumlaufrate wurde aus einer für diese Anlage ermittelten Kenn linie aus der Temperaturdifferenz über die Rückführleitung bestimmt. Durch Staubmessungen wurde gefunden, daß bei normalen Betriebsbedingungen die Staubumlaufmenge mit ausreichender Genauigkeit aus der Temperaturdif ferenz über die gesamte Höhe der Rückführleitung bis zum Austritt des Zyklons ermittelt und für die Betriebsführung genutzt werden kann.

Für die Vergasung von Rheinischer Braunkohle wurde gefunden, daß optimale Betriebsbedingungen bei einer Staubumlaufrate von etwa 0,4 erreicht wer den. Bei Einstellung 3 ist die Staubumlaufrate zu hoch. Der C-Umsatz nimmt ab, da die hohe Staubfracht des Rohgases zu erhöhten Zyklonstaub verlusten führt. Einstellung 5 ist durch eine zu geringe Staubumlaufrate charakterisiert. Der C-Umsatz ist zwar unwesentlich höher als bei Ein stellung 4, aber es besteht die Gefahr der Ansatzbildung im Bereich der Nachvergasungszone. Der Grenzwert der Nachvergasungstemperatur wird hier bereits erreicht. Ein störungsfreier Dauerbetrieb ist bei dieser Einstel lung nicht möglich.

Bezugszeichenliste

1 HTW-Vergaser
2 Reaktionsraum
3 Wirbelschicht
4 Nachvergasungszone
5 Eintragsstutzen
6 Einsatzstoff
7 Vergasungsmittel
8 Einblasdüse
9 Einblasdüse
10 Einblasdüse
11 Einblasdüse
12 Transmitter
13 Transmitter
14 Transmitter
15 Transmitter
16 zentraler Regler
17 Steuerleitung
18 Zyklon
19 Ausgang
20 teilentstaubtes Rohgas
21 Rückführleitung
22 abgeschiedener Feststoff
23 1. Temperaturfühler
24 2. Temperaturfühler
25 Steuerleitung
26 Steuerleitung
27 Förderschnecke
28 Motor
29 Regler
30 Steuerleitung
31 Druckmeßgerät
32 Druckaufnehmer
33 Druckaufnehmer
34 Abstand
35 obere Grenze der Wirbelschicht
36 Bodenprodukt
37 Quench

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors zum Vergasen von koh lenstoffhaltigen Einsatzstoffen durch Einblasen von mit dem Kohlenstoff bei erhöhten Temperaturen exotherm und endotherm reagierenden gasförmigen Ver gasungsmitteln in den Reaktionsraum des Reaktors, der in eine Wirbel schicht, welcher laufend eine über einen vorgegebenen Zeitabschnitt zumin dest annähernd konstante Menge an frischem Einsatzstoff zugeführt wird, und in eine oberhalb der Wirbelschicht befindliche Nachvergasungszone unter teilt ist, welcher ein Zyklon nachgeschaltet ist, wo zumindest eine Teil menge des zusammen mit dem Rohgas aus der Nachvergasungszone ausgetragenen Feststoffs vom Rohgas abgetrennt und über eine Rückführleitung in die Wir belschicht zurückgeführt wird, unterhalb welcher ein Bodenprodukt aus dem Reaktionsraum abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man innerhalb des vorgegebenen Zeitabschnitts

- die Menge des exotherm reagierenden Vergasungsmittels entsprechend der Menge des rückgeführten Feststoffs einbläst, wobei man zugleich
- das O₂-Verhältnis auf einen Wert einstellt, der kleiner als 1,5 ist und
- das Bodenprodukt entsprechend der Höhe der Wirbelschicht abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die einzu blasende Menge des exotherm reagierenden Vergasungsmittels beim Ansteigen der Menge des rückgeführten Feststoffs vergrößert und umgekehrt ver kleinert, wenn sich die Menge des rückgeführten Feststoffs verringert.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die einzublasende Menge des exotherm reagierenden Vergasungsmittels durch die Differenz der jeweiligen Temperaturen des rückgeführten Fest stoffs regelt, die sich an wenigstens zwei über einen wesentlichen Län genabschnitt voneinander getrennten Meßstellen der Rückführleitung ein stellen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Menge des in die Nachvergasungszone einzublasenden Vergasungsmit tels entsprechend der an der Rückführleitung festgestellten Temperatur differenz regelt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Menge des in die Nachvergasungszone einzublasenden Vergasungsmittels verringert, wenn die Temperaturdifferenz einen vorgegebenen Höchstwert übersteigt und umgekehrt vergrößert, wenn die Temperaturdifferenz einen vorgegebenen Mindestwert unterschreitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abziehen des Bodenprodukts durch die Differenz der jeweiligen Drücke regelt, die sich an über einen wesentlichen Längenabschnitt von einander entfernten Meßstellen des Reaktionsraumes einstellen, wobei sich mindestens eine dieser Meßstellen in einem Bereich des Reaktionsraumes befindet, wo sich auch die Wirbelschicht ständig befindet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abziehen des Bodenprodukts durch die Differenz der jeweiligen Temperaturen regelt, die sich an über einen wesentlichen Längenabschnitt voneinander entfernten Meßstellen des Reaktionsraumes einstellen, wobei sich mindestens eine dieser Meßstellen in einem Bereich des Reaktions raumes befindet, wo sich auch die Wirbelschicht ständig befindet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Meßstellen für Druck oder Temperatur in jenem Bereich des Reak tionsraumes vorsieht, wo sich die obere Grenze der Wirbelschicht üb licherweise befindet.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß man die Menge des rückgeführten Feststoffs konstant hält.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß man die Höhe der Wirbelschicht konstant hält.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zeitab schnitt zwischen einer Minute und mehreren Stunden vorgibt.

12. Wirbelschichtvergaser zur Durchführung des Verfahrens nach den vorher gehenden Ansprüchen 1 bis 11 mit einem Reaktionsraum und einem damit verbundenen Zyklon mit einer Rückführleitung, die im unteren Bereich des Reaktionsraums mündet sowie einer Einrichtung zur Zufuhr eines kohlen stoffhaltigen Einsatzstoffes in den unteren Bereich des Reaktionsraumes, einer Einrichtung zum Abziehen des Bodenprodukts sowie einer Mehrzahl von Düsen zum Einblasen von endotherm und exotherm reagierenden Vergasungs mitteln in mehreren Einblasebenen, die in gegenseitigem Abstand vonein ander entlang des Reaktionsraumes vorgesehen sind, gekennzeichnet durch

- wenigstens zwei Temperaturfühler, von denen jeweils einer am oberen und am unteren Ende der Rückführleitung vorgesehen und mit dem Eingang eines Reglers verbunden ist,
- wenigstens zwei Druckaufnehmer, die in jenem Bereich des Reaktionsrau mes vorgesehen sind, wo die Wirbelschicht in die Nachvergasungszone übergeht und mit einem Regler verbunden sind, der auf die Einrichtung zum Abziehen des Bodenprodukts einwirkt.

13. Wirbelschichtvergaser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Regler miteinander vernetzt sind.

14. Wirbelschichtvergaser nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch ge kennzeichnet, daß anstelle der Druckaufnehmer wenigstens zwei Temperatur fühler vorgesehen sind.

15. Wirbelschichtvergaser nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Nachvergasungszone (4) Einblasdüsen (10) nur in einer einzigen Querschnittsebene des HTW-Vergasers (1) vorgesehen sind.