DE4413923A1 - Verfahren zum Erzeugen von Synthesegas in der Wirbelschicht - Google Patents
Verfahren zum Erzeugen von Synthesegas in der WirbelschichtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Synthesegas durch Um
setzen von festen, kohlenstoffhaltigen Vergasungsstoffen mit wenigstens
einem gasförmigen, sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in der Wirbelschicht
eines Hochtemperatur-Winkler-Vergasers (HTW-Vergaser), wobei ein mit Fein
staub beladenes Rohgas anfällt, aus dem der Feinstaub bei Temperaturen
zwischen 150 und 500°C trocken abgeschieden wird.
Als feste Vergasungsrückstände fallen bei der HTW-Vergasung Staub und Boden
produkt an. Während das Bodenprodukt unterhalb des Vergasers abgezogen wird,
wird der überwiegende Anteil des Staubes aus dem Rohgas über einen Zyklon
abgeschieden und in den HTW-Vergaser zurückgeführt. Das aus dem Zyklon aus
tretende Rohgas enthält aber noch einen Anteil von Feinstaub. Es wird zu
nächst durch einen Abhitzekessel geführt, in dem seine Temperatur auf einen
Bereich zwischen 150 und 500°C abgesenkt wird. Anschließend gelangt das mit
dem Feinstaub beladene Rohgas in eine Feinstaubabscheidung, meistens einen
Kerzenfilter, wo der Feinstaub aus dem Rohgas trocken abgeschieden wird. Aus
dem Feinstaubabscheider, auch Absolut-Staubabscheider genannt, tritt ein
staubfrei es Rohgas aus, das einer weiteren Behandlung bzw. Verwendung
zugeführt wird.
Die festen Vergasungsrückstände, nämlich das Bodenprodukt und der Feinstaub,
sind aber noch kohlenstoffhaltig und müssen beispielsweise in einem Kraft
werk nachverbrannt werden, damit eine Asche anfällt, die deponierbar ist.
Daneben kann der Feinstaub auch in einer Wasserwäsche aus dem Rohgas abge
schieden werden und zusammen mit dem Abwasser in einer Abwasseraufberei
tungsanlage nachbehandelt und entsorgt werden.
Die Abkühlung des staubbeladenen heißen Rohgases, das aus dem Zyklon hinter
dem HTW-Vergaser austritt, erfolgt üblicherweise in einem Abhitzekessel.
Hierbei scheiden sich bestimmte anorganische und organische Spurstoffe auf
den Körnern des Feinstaubs ab und gelangen auf diese Weise in die nachge
schalteten Behandlungseinrichtungen für das Rohgas. Im Abhitzekessel wird
Dampf erzeugt.
Der Aufwand für die Nachbehandlung bzw. Beseitigung der festen Vergasungs
rückstände ist beträchtlich. Er erhöht sich noch, wenn im HTW-Vergaser neben
Kohle auch noch sogenannte Reststoffe als Vergasungsstoff umgesetzt werden,
worunter beispielsweise zerkleinerte Kunststoffe, getrockneter Klärschlamm
und Kokse aus der Abluftreinigung fallen. Bei der Vergasung von derartigen
Reststoffen werden zusätzliche emissionsmindernde Verfahrensschritte für die
Nachbehandlung des Feinstaubes erforderlich. Daneben enthält vor allem der
Feinstaub noch erhebliche Anteile von nicht umgesetztem Kohlenstoff, die
beispielsweise bis zu 60 Gew.-% ausmachen können. Beim bisher üblichen Ent
fernen des Feinstaubs aus dem Vergasungsprozeß wird dieser Kohlenstoff na
türlich dem Vergasungsprozeß entzogen, und damit einhergehend sinkt der Um
setzungsgrad des Kohlenstoffs im HTW-Verfahren. Bei der Verwendung von HTW-
Gas in einem kombinierten Gas- und Dampfturbinenkraftwerk ist die Verringe
rung des C-Vergasungsgrades mit einer Verringerung des Stromerzeugungswir
kungsgrades verbunden.
Aus dieser Betrachtung des HTW-Vergasungsverfahrens ergibt sich die Aufgabe
für die vorliegende Erfindung, nämlich
- - den Aufwand für die Nachbehandlung des Feinstaubes zu verringern,
- - den spezifischen Einsatz des Vergasungsstoffs, bezogen auf den erzeugten Heizwertstrom des Rohgases, zu verringern,
- - gasförmige Emissionen im HTW-Rohgas zu vermindern und
- - Schwermetalle und andere Spurstoffelemente in einen umweltneutralen Zu stand zu überführen.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgesehen, daß man wenigstens eine Teilmenge
des abgeschiedenen Feinstaubs in den HTW-Vergaser wieder einträgt und dabei
mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in Berührung bringt, das einen
Anteil von mehr als 20 Vol.-% Sauerstoff enthält.
Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gilt, wenn der Feinstaub mit der Flamme von mindestens einer mit einem
sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel betriebenen Vergasungsmitteldüse in Kon
takt gebracht wird. Dabei wird der Feinstaub vorzugsweise in Richtung der
Flamme einer mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel betriebenen Ver
gasungsmitteldüse eingetragen oder unmittelbar mit einer Vergasungsmittel
düse eingeblasen. Wenigstens eine Teilmenge oder die gesamte Menge des im
Staubabscheider abgeschiedenen Feinstaubes wird in die Wirbelschicht oder
bis 3 m oberhalb der Wirbelschicht in den HTW-Vergaser zurückgeführt und mit
Vergasungsmittel umgesetzt. Der Eintrag des Feinstaubes in den HTW-Vergaser
erfolgt entweder über separate Eintragsvorrichtungen oder gemeinsam mit dem
übrigen Vergasungsstoff.
Hierdurch ist eine Reihe von Vorteilen erzielbar, wozu zählt, daß durch die
Rückführung des Feinstaubes in den HTW-Vergaser dessen Verweilzeit im Re
aktionsraum des Vergasers erhöht wird. Sowohl der Anteil des Kohlenstoffs,
der wie erwähnt, bis zu 60 Gew.-% des im Staubabscheider abgeschiedenen
Feinstaubes betragen kann, verringert sich wie auch die für eine mögliche
Nachbehandlung anfallende Teilmenge an Feinstaub. Die mit dem Feinstaub in
den HTW-Vergaser zurückgeführten organischen Spurstoffe werden überwiegend
thermisch zersetzt und zu chemischen Grundmolekülen umgewandelt. Anorga
nische Spurstoffe, wie z. B. Schwermetalle und Halogene, werden vor allem in
die mineralische Matrix der Asche eingebunden und gelangen zusammen mit
dieser in das Bodenprodukt.
Besonders vorteilhaft ist der Eintrag des Feinstaubes im Gemisch mit dem
Vergasungsstoff in die Wirbelschicht. Die Verweilzeit des Feinstaubes im
HTW-Vergaser wird dadurch erhöht. Gleichzeitig katalysiert der Feinstaub die
Zersetzung und Umwandlung flüchtiger Pyrolyseprodukte, wie Ammoniak, Zyan
wasserstoff, Benzol und Naphthalin. Beim Umsetzen von Vergasungsstoffen mit
Ca-haltiger Asche führt der hohe Ca-Gehalt des Feinstaubes zu einer zusätz
lichen Einbindung von Schwefel. Auf diese Weise können die Hauptspurstoffe
im HTW-Rohgas vermindert werden.
Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung, wenn im Falle eines sauer
stoffgeblasenen HTW-Vergasers die Aschebestandteile des Feinstaubes in der
Sauerstoff-Flamme bis über den Erweichungspunkt und den Schmelzpunkt aufge
heizt werden.
Dabei agglomeriert die staubförmige Asche zu gröberen Partikeln, die in der
Wirbelschicht abkühlen, nach unten sinken und als Bodenprodukt abgezogen
werden können. Je mehr Asche des Feinstaubs agglomeriert, um so geringer ist
der Anfall an Feinstaub im Staubabscheider. Bei günstigen Verfahrensbedin
gungen kann der gesamte im Staubabscheider anfallende Feinstaub in den HTW-
Vergaser zurückgeführt und umgesetzt werden. Beim Agglomerieren der Asche
teilchen werden u. a. auch Schwermetalle eingeschmolzen und auf diese Weise
in einen umweltneutralen Zustand überführt.
Im Falle eines luftgeblasenen HTW-Vergasers sind die Temperaturen in der
Luftflamme normalerweise zu gering, um eine Agglomeration von Ascheteilchen
zu bewirken. Aus diesem Grunde wird beim luftgeblasenen HTW-Vergaser beson
ders vorteilhaft wenigstens eine Vergasungsmitteldüse mit Sauerstoff bzw.
mit einem mit Sauerstoff angereicherten Vergasungsmittel betrieben. Die
Sauerstoffreinheit beträgt dabei vorzugsweise mehr als 30 Vol.-%. In der
Sauerstoff-Flamme findet ideal die Ascheagglomeration statt. Diese Agglome
ration kann noch dadurch verbessert werden, wenn der Feinstaub seitlich in
die Sauerstoff-Flamme eingeblasen oder direkt einem sauerstoffgeblasenen
Staubbrenner zugeführt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher be
schrieben. Die Figur zeigt in vereinfachter Darstellung ein Schema für einen
erfindungsgemäßen Betrieb eines HTW-Vergasers.
In einem HTW-Vergaser 1 wird durch die Zufuhr des sauerstoffhaltigen gas
förmigen Vergasungsmittels 2 über mehrere Düsen 3, 4 und 5 eine Wirbel
schicht 6 erzeugt, die durch Zufuhr eines kohlenstoffhaltigen Vergasungs
stoffes 28, wie beispielsweise Kohle ggfs. im Gemisch mit Reststoffen, ge
bildet wird. An den Düsen 3, 4 und 5 bilden sich Sauerstoffflammen 25 aus.
Bei der Umsetzung des Vergasungsstoffs 28 in der Wirbelschicht 6 entsteht
ein staubbeladenes Rohgas 7. Dieses wird durch einen Zyklon 8 geführt, in
welchem der mitgeführte Staub 29 vom Rohgas 7 abgeschieden wird. Das ent
staubte Rohgas 9 enthält noch einen Anteil an Feinstaub 30; der abge
schiedene Staub 29 selbst wird über eine Rückführleitung 10 in den HTW-Ver
gaser 1 seitlich zurückgeführt. Das feinstaubbeladene Rohgas 9, das den
Zyklon 8 bei einer Temperatur von etwa 850°C verläßt, wird zunächst durch
einen Abhitzekessel 11 geführt, wo die Temperatur der Rohgases 9 auf Werte
zwischen 150 und 500°C abgesenkt wird. Mit der dem Rohgas 9 im Abhitze
kessel 11 entzogenen fühlbaren Wärme wird Dampf erzeugt.
Nach dem Durchgang durch den Abhitzekessel 11 gelangt das mit Feinstaub
beladene Rohgas 9 in einen Absolut-Staubabscheider 12, beispielsweise ein
Kerzenfilter. Aus dem Absolut-Staubabscheider 12 tritt ein staubfreies Roh
gas 13 aus, das einer weiteren Verwendung bzw. Aufbereitung (nicht gezeigt)
zugeführt wird. Der im Absolut-Staubabscheider 12 abgeschiedene Feinstaub 30
wird einer weiteren Kühlung 14 zugeführt, wo dessen Temperatur beispiels
weise auf Werte zwischen 60 und 80°C abgesenkt wird. Auch die dabei dem
Feinstaub 30 entzogene Wärme wird prozeßtechnisch genutzt. Über ein Absperr
organ 15 gelangt der Feinstaub 30 in einen Zwischenbehälter 16 der als Sen
degefäß für eine Dichtstromförderung ausgebildet ist. Für die Dichtstrom
förderung wird entstaubtes Rohgas 17 eingesetzt, daß vom staubfreien Roh
gas 13 abgezweigt wird.
Der Feinstaub 30 wird über die Dichtstromförderleitung 18 und die Eintrags
vorrichtung 19, die als Düse ausgebildet ist, in die Wirbelschicht 6 einge
tragen. Die Eintragsvorrichtung 19 ist unterhalb der Düse 5 angeordnet; die
Düsenmündung der Eintragsvorrichtung 19 zeigt in Richtung der Sauerstoff
Flamme 25. Darunter kann noch eine weitere Düse 20 vorgesehen sein.
Durch die aufwärtsgerichtete Strömung in der Wirbelschicht 6 gelangt der
Feinstaub 30 auf direktem Wege in die Sauerstoff-Flamme 25. Der C-Anteil
vergast, die Asche agglomeriert und sinkt nach unten. Der gesamte, mit dem
Rohgas 9 aus dem Vergaser 1 ausgetragene Feinstaub 30 kann auf diese Weise
zurückgeführt und im HTW Prozeß genutzt werden. Ist bei besonderen Betriebs
bedingungen eine vollständige Rückführung des Feinstaubes 30 nicht möglich,
dann wird eine Teilmenge des Feinstaubes 30 über das Zellenrad 24 aus dem
Zwischenbehälter 16 abgezogen und der üblichen Verwertung zugeführt.
Der Vorlagebehälter 21 enthält den Vergasungsstoff 28 und/oder Reststoffe,
die zur Vergasung vorgesehen sind. Unter die Reststoffe fallen beispiels
weise zerkleinerte Kunststoffe, getrockneter Klärschlamm und C-haltige Rück
stände aus der Abluftreinigung. Der Vergasungsstoff 28 wird in bekannter
Weise aus dem Vorlagebehälter 21 über ein Dosierzellenrad 22 und eine Ein
tragsschnecke 23 in die Wirbelschicht 6 eingetragen.
Unterhalb des HTW-Vergasers befindet sich eine Vorrichtung, beispielsweise
Förderschnecke 26 zum Abziehen des Bodenprodukts 27.
Bezugszeichenliste
1 HTW-Vergaser
2 gasförmiges Vergasungsmittel
3 Düse
4 Düse
5 Düse
6 Wirbelschicht
7 staubbeladenes Rohgas
8 Zyklon
9 mit Feinstaub beladenes Rohgas
10 Rückführleitung
11 Abhitzekessel
12 Absolut-Staubabscheider
13 staubfrei es Rohgas
14 Staubkühler
15 Absperrschieber
16 Zwischenbehälter
17 entstaubtes Rohgas
18 Dichtstromförderleitung
19 Eintragsvorrichtung
20 weitere Düse
21 Vorlagebehälter
22 Dosierzellenrad
23 Eintragsschnecke
24 Zellenrad
25 Sauerstoff-Flamme
26 Förderschnecke
27 Bodenprodukt
28 Vergasungsstoff
29 mitgeführter Staub
30 Feinstaub
2 gasförmiges Vergasungsmittel
3 Düse
4 Düse
5 Düse
6 Wirbelschicht
7 staubbeladenes Rohgas
8 Zyklon
9 mit Feinstaub beladenes Rohgas
10 Rückführleitung
11 Abhitzekessel
12 Absolut-Staubabscheider
13 staubfrei es Rohgas
14 Staubkühler
15 Absperrschieber
16 Zwischenbehälter
17 entstaubtes Rohgas
18 Dichtstromförderleitung
19 Eintragsvorrichtung
20 weitere Düse
21 Vorlagebehälter
22 Dosierzellenrad
23 Eintragsschnecke
24 Zellenrad
25 Sauerstoff-Flamme
26 Förderschnecke
27 Bodenprodukt
28 Vergasungsstoff
29 mitgeführter Staub
30 Feinstaub
Claims (12)
1. Verfahren zum Erzeugen von Synthesegas durch Umsetzen von festen koh
lenstoffhaltigen Vergasungsstoffen mit wenigstens einem gasförmigen
sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in der Wirbelschicht eines HTW-Ver
gasers, wobei ein mit Feinstaub beladenes Rohgas anfallt, aus dem der
Feinstaub bei Temperaturen zwischen 150 und 500°C trocken abgeschieden
wird, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens eine Teilmenge des
abgeschiedenen Feinstaubs in den HTW-Vergaser einträgt und dabei mit
einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in Berührung bringt, das
einen Anteil von mehr als 20 Vol.-% Sauerstoff aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fein
staub beim Eintrag in den HTW-Vergaser mit der Flamme von wenigstens
einer mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel betriebenen Verga
sungsmitteldüse in Berührung bringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fein
staub in Richtung der Flamme einer mit einem sauerstoffhaltigen Verga
sungsmittel betriebenen Vergasungsmitteldüse in den HTW-Vergaser ein
trägt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fein
staub über eine mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel betrie
bene und zugleich als Staubbrenner ausgebildete Vergasungsmitteldüse in
den HTW-Vergaser einbläst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Feinstaub in die Wirbelschicht des HTW-Vergasers einträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Feinstaub in einer Höhe bis zu 3 m oberhalb der Wirbelschicht
in den HTW-Vergaser einträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Feinstaub zusammen mit wenigstens einer Teilmenge des kohlen
stoffhaltigen Vergasungsstoffs in den HTW-Vergaser einträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Feinstaub zusammen mit kohlenstoffhaltigen festen Reststoffen
in den HTW-Vergaser einträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Rest
stoffe zerkleinerte Kunststoffe, Klärschlamm, C-haltige Reststoffe aus
der Abluftreinigung oder Mischungen dieser Reststoffe verwendet.
10. HTW-Vergaser zum Erzeugen von Synthesegas durch Umsetzen von festen,
kohlenstoffhaltigen Vergasungsstoffen mit wenigstens einem gasförmigen,
sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in der Wirbelschicht mit einem Ab
scheider für das trockene Abscheiden von Feinstaub aus dem Rohgas bei
Temperaturen zwischen 150 und 500°C, gekennzeichnet durch eine Ein
tragsvorrichtung (19) für abgeschiedenen Feinstaub (30), die im Bereich
der Flamme (25) einer mit einem O₂-haltigen Vergasungsmittel (2) be
triebenen Düse (5, 20) im HTW-Vergaser (1) mündet.
11. HTW-Vergaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein
tragsvorrichtung (19) für den Feinstaub (30) eine Düse ist, die als
Staubbrenner ausgebildet und mit O₂-haltigem Vergasungsmittel (2) be
treibbar ist.
12. HTW-Vergaser nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem Abscheider (12) und der Eintragsvorrich
tung (19) für den Feinstaub (30) eine Abkühlung (14) und/oder ein Ab
sperrorgan (15) und/oder ein Zwischenbehälter (16) und/oder ein Dosier
organ (24) vorgesehen sind bzw. ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944413923 DE4413923C2 (de) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | Verfahren zum Erzeugen von Synthese- und/oder Brenngas in einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944413923 DE4413923C2 (de) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | Verfahren zum Erzeugen von Synthese- und/oder Brenngas in einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4413923A1 true DE4413923A1 (de) | 1995-10-26 |
DE4413923C2 DE4413923C2 (de) | 2001-11-29 |
Family
ID=6516078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944413923 Expired - Fee Related DE4413923C2 (de) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | Verfahren zum Erzeugen von Synthese- und/oder Brenngas in einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser |
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Country | Link |
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