DE950317C

DE950317C - Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Starkgas und Schwachgas aus festen Brennstoffen

Info

Publication number: DE950317C
Application number: DEU2161A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Rudolf Huettner; Dipl-Ing Roman Rummel
Original assignee: Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
Current assignee: Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
Priority date: 1953-04-26
Filing date: 1953-04-26
Publication date: 1956-10-04

Description

Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Starkgas und Schwachgas aus festen Brennstoffen Es ist bekannt, aus festen Brennstoffen heizstarke Gase dadurch herzustellen, daß man sie mit Hilfe von im Kreislauf geführten festen Wärmeträgern schwelt bzw. entgast. Hierbei fällt als Nebenprodukt ein feinkörniger Koks an, der als Brennmaterial für Feuerungen aller Art, insbesondere zur Beheizung von Dampfkesseln verwendet, aber auch nach irgendeinem für feinkörnige Brennstoffe geeigneten Verfahren zu Schwachgas vergast werden kann. Es wurde nun gefunden, daß man Schwachgas neben Starkgas besonders vorteilhaft und wirtschaftlich erzeugen kann, wenn man beide Prozesse derart vereint, daß der durch die Schwelung bzw. Entgasung entstandene Koks mit Luft bei Temperaturen zu Schwachgas vergast wird, die über der für den umlaufenden Wärmeträger zur Durchführung der Entgasung benötigten Temperatur liegt und mit den heißen Gasen die festen umlaufenden Wärmeträger gegebenenfalls unter gleichzeitiger pneumatischer Förderung oder Aufwirbelung auf -die notwendige Temperatur von z. B. 8oo bis iioo° aufgeheizt werden. Im Gegensatz zur getrennten Durchführung der beiden Prozesse wird nach dieser Arbeitsweise der gesamte mit dem Brennstoff eingeführte Kohlenstoff und Wasserstoff in Form hochwertiger chemischer Energie als Starkgas und Schwachgas erhalten, da leinerlei Rauchgas gebildet wird. Außerdem ist die Apparatur wesentlich einfacher und billiger als bei der getrennten Durchführung der Prozesse. Die Vergasung kann bei so hohen Temperaturen durchgeführt werden, daß die fühlbare Wärme des erzeugten Schwachgases zur Deckung des Wärmebedarfs der Entgasung ausreicht, z. B. nach dem Verfahren zur Umsetzung von Brennstoffen mit einem Vergasungsmittel in einem in wirbelnder Bewegung gehaltenen flüssigen Schlackenbad (im sogenannten Schlackenbadgenerator) oder in einem Zyklonvergaser. Besondere Vorteile bietet das neue Verfahren auch für den Fall, _daß als fester Wärmeträger der eigene Koks selbst benutzt werden soll. Die Verwendung des eigenen Kokses als Wärmeträger sowie eine Apparatur hierfür wurde im Prinzip vor längerer Zeit von Bube angegeben (Thau, Kohlenschwelung, 1938, S. r31). Von verschiedenen Seiten wurde es in neuerer Zeit wieder aufgegriffen und durch Anwendung von inzwischen für ähnliche Probleme entwickelte Apparaturen, wie Wirbelbett, pneumatische Förderung, Zyklone, Mischdüsen usw., dem jetzigen Stand der Verfahrenstechnik ängepaßt. Alle diese Vorschläge laufen insbesondere darauf hinaus, daß der aus dem Entgaser kommende Koks mit Luft hochgefördert und dabei zugleich durch partielle Verbrennung wieder auf die nötige Temperatur gebracht wird. Sowohl in der älteren wie in den neueren Ausführungsformen zeigt das Verfuhren jedoch eine Reihe Nachteile. Die mit der Frischkohle eingebrachte Asche reichert sich im Kreislaufkoks immer mehr an. Es muß daher laufend ein Teil des Kokses aus dem Kreislauf entfernt werden. Je nach dem Aschegehalt des zu verarbeitenden Brennstoffes und der Aschekonzentration, die man im Kreislaufkoks hält, geht dabei stets ein nicht unerheblicher Teil der eingesetzten Kohle dem Prozeß verloren und fällt als ziemlich minderwertiges, schlecht zu verwertendes Abfallprodukt n.n. Man kann eine Entaschung des Kreislaufes zwar dadurch erzielen, daß man eine entsprechende Menge Flugkoks im Schwachgas beläßt und dieses in bekannter Weise direkt heiß und staubhaltig als Heizgas verwendet. Abgesehen davon, daß die Verwendung eines heißen staubhaltigen Gases in vielen Fällen, z. B. für die-Unterfeuerung von Koksöfen, den Betrieb von Gasturbinen usw., nicht möglich ist, wird -auf diese Weise das Entaschungsproblem nur scheinbar gelöst und in Wirklichkeit lediglich dem nachgeschalteten Verbraucherbetrieb zugeschoben. Darüber hinaus führt diese Lösung zu einer unangenehmen starren Koppelung zwischen Gaserzeugungs- und Schwachgasverbrauehsbetrieb. Beidemüssen räumlich unmittelbar nebeneinanderliegen, und bei Störungen an einem Gaserzeuger fällt zugleich stets auch das zugehörige Verbrauchsaggregat (z. B. Dampfkessel) aus. Die Anzahl der Reserveaggregate muß daher höher gewählt werden, und die Anlagekosten steigen entsprechend.
Neben den Entaschungsschwierigkeiten besteht ein weiterer Nachteil darin, daß die zum pneumatischen Hochfördern und Aufheizen des Kreislaufkokses benutzte Luft nicht sehr hoch vorgewärmt werden kann, da andernfalls an der Eintrittsstelle sofort Verschlackungen auftreten, die zu untragbaren Betriebsstörungen führen. Der größte Teil der Reaktionswärme kann daher dem Prozeß nicht wieder.mittels der Luft zugeführt, sondern lediglich in Form von Abhitzedampf gewonnen werden. Hierdurch wird der Heizwert des hergestellten Schwachgases herabgesetzt. Die Beschränkung auf 'eine relativ niedrige Luftvorwärmung erlaubt es außerdem nicht, durch Mitvergasen von Frischkohle den Kreislaufkoks zu ergänzen, zu vermehren oder zu erneuern sowie Menge und Heizwert des Schwachgases in gewissen Grenzen zu variieren.
Die geschilderten Nachteile werden' durch die eingangs beschriebene erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens beseitigt. Hierbei wird ein Teil des Kreislaufkokses, der etwa der Menge des bei der Schwelung (Entgasung) neu gebildeten Kokses entspricht, bei hoher Temperatur zu Schwachgas vergast, beispielsweise bei so hoher Temperatur, daß die Asche als flüssige Schlacke abläuft und damit ohne Brennstoffverlust aus dem Kreislauf entfernt wird. Vorzugsweise wird man zur Vergasung den aus dem heißen Schwachgas abgeschiedenen feinen Anteil des Kreislaufkokses verwenden, der aus dem Hauptabscheider für Heißkoks mitgerissen und nachträglich, z. B. bei tieferen Temperaturen, mechanisch oder elektrisch abgeschieden wird. Hierdurch wird erzielt, daß immer die feinsten Teilchen aus dem Kreislaufkoks entfernt werden und dieser eine erwünschte gewisse Körnigkeit behält. Zur Erzielung einer hohen Vergasungstemperatur wird die Vergasungsluft hoch vorerwärmt, z. B. durch das heiße Schwachgas hinter der Aufheizung des Kreislaufkokses. Durch Mitvergasen von Frischkohle oder auch anderer fester oder flüssiger Brennstoffe kann der zu vergasende Kreislaufkoksanteil vorübergehend vermindert und damit die Menge des Kreislaufkokses ergänzt oder vermehrt werden. Ebenso kann hierdurch die Menge und der Heizwert des Schwachgases reguliert werden, wodurch die bei den bisherigen Ausführungsformen vorhandene starre Abhängigkeit zwischen Starkgas- und Schwachgaserzeugung gelockert ist. Die Möglichkeit des Mitvergasens anderer Brennstoffe wird man den jeweiligen Umständen entsprechend bei der Bemessung der Vergasungsapparatur berücksichtigen. Ist der Anteil an mitzuvergasendem Brennstoff aus irgendwelchen Gründen relativ hoch, so braucht eventuell nur ein Teil des erzeugten Schwachgases zur Aufheizung des umlaufenden festen Wärmeträgers genommen zu werden, während der Rest direkt der Abhitzeverwertung, insbesondere der Luftvorwärmung, zugeführt werden kann.
Einige Möglichkeiten der Durchführung des Verfahrens sind in den Fig.1 und :2 wiedergegeben. Fig. 1. Durch Leitung 1 wird die zu entgasende Frischkohle (Körnung unter 2 mm) mit Hilfe eines Trägergases, z. B. eines Teilstromes des gewonnenen Starkgases, in den Entgaser 2 geblasen, in dem sich eine Schüttung äus einem aufgeheizten grobkörnigen festen Wärmeträger langsam von oben nach unten bewegt. Die eingeblasene Kohle geht durch die Zwischenräume der Schüttung nach oben und wird dabei entgast. Das Gemisch von entstandenem Starkgas und Koks geht durch Leitung 3 zum Zyklon q., in dem der gewonnene Koks vom Starkgas abgetrennt wird. Dieses wird durch Leitung 5 zu beliebiger weiterer Verwendung abgezogen. Der Koks fließt durch Leitung 6 und wird mittels etwas kalter Luft aus Leitung 15 in den Vergaser 8 geblasen. Die Hauptmenge der Vergasungsluft wird in hoch vorgewärmtem Zustand durch Leitung 7 in den Vergaser 8 gegeben. Dieser ist als Schlackenbadgenerator ausgebildet, in welchem die Umsetzung des Brennstoffes mit dem Vergasungsmittel in einem in wirbelnder Bewegung gehaltenen flüssigen Schlackenbad erfolgt. Durch Leitung 9 fließt die Asche als flüssige Schlacke ab, während das heiße Schwachgas durch Leitung i o - zum Erhitzer i i geht, indem es einen Teil seiner Wärme an den festen Wärmeträger abgibt. Von dort fließt es durch Leitung i2 zum Luftvorwärmer 13 und durch Leitung 14 zur weiteren Verwendung. Die vorgewärmte Luft wird, wie oben beschrieben, durch Leitung 7 zum Vergaser 8 gegeben. Der im Erhitzer i i aufgeheizte Wärmeträger fließt zum Entgaser 2, gibt dort einen Teil seiner Wärme an die zu entgasende Kohle ab und wird darin durch das Becherwerk 16 wieder zum Erhitzer i i befördert Fig. 2. Aus einem Vorratsbehälter wird Braunkohle, die bis auf einen Wassergehalt von 2% Vorgetrocknet ist, durch Leitung i zum Entgaser 2 gegeben, wobei sie sich am Eingang im Verhältnis 1:4,5 mit iooo° heißem Kreislaufkoks aus Behälter 21 mischt. Durch den glühenden Koks wird die Kohle entgast. Das Sturkgas geht durch Leitung 3 ab. Das Gemisch von Kreislaufkoks und neugebildetem Koks verläßt den Entgaser am unteren Ende mit einer Temperatur von etwa 8oo°. Ungefähr 95 °/0 der Menge läuft durch Leitung 4 zum Förder- und Aufheizrohr i i, der Rest durch Leitung 5 zur Leitung 6, in der er mit Hilfe von etwas kalter Luft zum Vergaser 8 geblasen wird. Über Leitung :2o kann noch zusätzlich Frischkohle mit :2 % Wasser mitvergast werden. Aus Leitung 9 fließt die flüssige Schlacke ab, während das etwa 165o° heiße Schwachgas durch Leitung io zum. Aufheizrohr i i geht. In diesem wird der Kreislaufkoks pneumatisch zum Zyklon 21 gefördert und gleichzeitig auf die nötige Anfangstemperatur von iooo° gebracht. Mit dieser Temperatur kehrt der im Zyklon abgeschiedene Kreislaufkoks zum Entgaser 2 zurück. Das Schwachgas geht durch Leitung 12 zum Luftvorwärmer 13, gibt dort seine fühlbare Wärme bis auf etwa 3oo° herunter ab und gelangt durch Leitung 14 zum Nachabsc4eider 15. Der in diesem noch abgeschiedene ziemlich feine Anteil des Kreislaufkokses wird über die Leitungen i9 und 17 mit etwas kalter Luft ebenfalls in den Vergaser 8 geblasen. Das Schwachgas geht durch Leitung 18 zur üblichen Schlußkühlung und dann zum Sammelbehälter. Die im Luftvorwärmer 13 auf etwa 700° vorgewärmteVergasungsluft wird durch Leitung 7 in den Vergaser gegeben. Die insgesamt zum Vergaser gegebenen Mengen an Kreislaufkoks und Frischkohle werden normalerweise so abgestimmt, daß die zur Entgasung notwendige Wärme aufgebracht wird und die unvermeidlichen Verluste an Kreislaudkoks ausgeglichen werden. Soll aus ' irgendeinem Grunde mehr Frischkohle zusätzlich vergast werden, so kann ein entsprechender Teil des heißen Schwachgases auch durch den Umgang 22 direkt zum Luftvorwärmer 13 gegeben werden. .
Aus i t Braunkohle mit 2% Wasser werden etwa 3o5 Nms Starkgas' erhalten, die nach Auswaschung der Kohlensäure bis auf 2% 223 Nm3 eines Gases mit dem dberen Heizwert von etwa 518o kcal/Nm3 ergeben. Daneben fallen. -etwa 2500 Nm3 Schwachgas mit einem oberen Heizwert von etwa i225 kcal/Nm3 an.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Starkgas und Schwachgas aus festen Brennstoffen durch Entgasen mittels eines im Kreislauf geführten festen Wärmeträgers und Vergasen des gebildeten Kokses zu Schwachgas, dadurch gekennzeichnet, da.ß man das Schwachgas bei einer Temperatur erzeugt, die über der für den umlaufenden Wärmeträger zur Durchführung der Entgasung (Schwelung) benötigten Temperatur liegt und anschließend zur Erhitzung des umlaufenden Wärmeträgers benutzt, gegebenenfalls unter gleichzeitiger pneumatischer Förderung oder Aufwirbelung desselben.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwachgas bei so hohen Temperaturen erzeugt wird, daß seine fühlbare Wärme zur Deckung des Wärmebedarfs der Entgasung ausreicht. -
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gemeinsam mit dem im Prozeß gebildeten Koks Frischkohle oder andere feste oder flüssige Brennstoffe zusätzlich vergast werden.
4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des heißen Schwachgases zur Aufheizung des umlaufenden festen Wärmeträgers genommen wird, während der Rest direkt zur Abhitzeverwertüng, insbesondere zur Luftvorwärmung, geht.
5. Verfahren nach Anspruch r bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungstemperatuf so hoch gewählt ist, daß die im Brennstoff enthaltene Asche als flüssige Schlacke abgezogen werden kann.
6. Verfahren nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung in einem Schlackenbadgenerator erfolgt, in welchem die Umsetzung von Brennstoffen mit einem Vergasungsmittel in einem in wirbelnder Bewegung gehaltenen flüssigen Schlackenbad vor sich geht. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 62o o29; Gas u.. Wasserfach, 1952, S. 544.