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Verfahren zur Erzeugung von Brenngas durch Vergasen entgaster Brennstoffe
unter erhöhtem Druck Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung
eines Brenngases durch Vergasen entgaster Brennstoffe (Koks) mit Luft und gegebenenfalls
Wasserdampf unter erhöhtem Druck, bei dem das erzeugte heiße Nutzgas von erhöhtem
Druck und mit einer Temperatur über 6oo' in einer Turbine zum Antrieb eines die
Vergasungsluft auf den Arbeitsdruck des Gaserzeugers verdichtenden Kompressors verwendet
wird.
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Derartige Verfahren sind für die Vergasung von mittel- bzw. grobstöckigem
Koks verwendet worden. Auch bei bituminösen grobstöckigen Brennstoffen, wie Steinkohle,
hat man die durch Druck und Temperatur gegebene Energie des unter erhöhtem Druck
erzeugten Nutzgases zur Krafterzeugung herangezogen. Schwierigkeiten machte aber
immer noch die Verwertung von Koksgrus mit einer Körnung von o bis io mm, insbesondere
dessen Vergasung. Es ist zwar in vielen Gaserzeugungsbetrieben üblich, in Gaserzeugern,
die mit stückigem Steinkohlenkoks unter im wesentlichen normalem Druck betrieben
werden, eine gewisse Menge Koksgrus mit zu verarbeiten. Die nähere Untersuchung
dieser Art Gaserzeugung zeigt jedoch, daß hierbei nur eine sehr geringe Menge Koksgrus
vergast wird, Der größte Teil des Koksgruses wird vielmehr von dem erzeugten Gas
mitgerissen und unverändert aus dem Generatorgas
abgeschieden. Dies
hängt damit zusammen, daß die Gasgeschwindigkeit in den unter normalem Druck arbeitenden
Gaserzeugern zu hoch ist. Um in üblichen Gaserzeugern den im Koksgrus enthaltenen
Kohlenstoff in demselben Ausmaß zu vergasen, wie den Kohlenstoff des Stückkokses
von beispielsweise ao bis 40 mm Korngröße, muß man die Gasgeschwindigkeit im Brennstoffbett
beträchtlich vermindern. Diese Verminderung geht so weit, daß ein Gaserzeuger mit
einem Schachtdurchmesser von 3 m, der pro Tag 50 t eines Stückkokses der
Korngröße 2o bis 40 mm durchsetzt, nur noch 5 t pro Tag eines feinkörnigen Kokses
(Koksgrus) von i bis io mm vergast.
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Führt man die Vergasung von Koksgrus unter erhöhtem Druck aus, so
kann man zwar die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich steigern. Immerhin
bleiben aber die in dein erheblichen Feinanteil des Koksgruses begründeten Schwierigkeiten
bestehen. Das aus dem Gaserzeuger austretende Nutzgas enthält viel sehr feinen Koksstaub,
der sich der Vergasung entzogen hat. Eine vorherige Entfernung der Feinstanteile
aus dem Koksgrus, z. B. durch Absieben, ist kostspielig, zumal zu diesem Zweck der
Koksgrus vorher mehr oder weniger stark getrocknet werden müßte.
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Die Erfindung besteht nun darin, die an sich noch nicht bekannte Vergasung
unter Druck von Koksgrus mit einer Heranziehung des bereits teilweise in einer Turbine
entspannten Nutzgases zur Vorbereitung des Koksgruses auf die Vergasung in der Weise
zu kombinieren, daß der Brennstoff (Koksgrus) vor Einführung in den Gaserzeuger
durch eine Behandlung mit einem Strom des in der Turbine teilweise entspannten und
noch warmen Nutzgases sowohl getrocknet als auch von den Staubanteilen unter etwa
3 mm befreit wird, wobei bemerkt sei, daß man bei mit grobstöckigem bituminösem
Brennstoff arbeitenden Druckgaserzeugern schon Methoden benutzt hat, um den Brennstoff
vor Einführung in den Gaserzeuger zu trocknen.
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Es hängt im wesentlichen von den Eigenschaften der benutzten Gasturbine
ab, wie sich die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Vergasungsverfahren gestaltet.
Arbeitet die Gasturbine mit ausreichend hohem Wirkungsgrad, so kann man bei einem
Arbeitsdruck im Gaserzeuger von etwa 15 atü mit der Gasturbine aus dem Nutzgas so
viel mechanische Energie gewinnen, daß dadurch nicht nur der Kraftbedarf gedeckt
wird, der für die Verdichtung der Vergasungsluft auf 15 atü aufzuwenden ist, sondern
daß darüber hinaus noch eine nicht unbeträchtliche Energiemenge verfügbar bleibt,
z. B. für die Erzeugung von elektrischem Strom.
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Man kann damit rechnen, daß unter günstigen Bedingungen die Kosten
für die Erzeugung von Brenngas bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
aus Steinkohlenkoksgrus etwa 25% niedriger sind als bei der Verarbeitung von grobstöckigem
Koks in üblichen Gaserzeugern, die unter normalem Druck betrieben werden.
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Hierbei ist übrigens noch angenommen worden, daß der Heizwert des
Nutzgases, welches bei der Vergasung von Koksgrus unter erhöhtem Druck erzeugt wird,
gleich dem Heizwert von üblichem, unter normalem Druck aus Koksgrus erzeugtem Generatorgas
ist, während tatsächlich in vielen Fällen das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
entstehende Nutzgas infolge seines größeren Methangehaltes einen bedeutend höhereren
Heizwert besitzt.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kommt also in den unter erhöhtem
Druck arbeitenden Gaserzeuger ein Koksgrus zum Einsatz, der im wesentlichen die
Korngröße 3 bis io mm hat und frei von Staub ist und aus dem die Feuchtigkeit im
wesentlichen ausgetrieben ist.
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Es hat sich gezeigt, daß das Nutzgas bei der Vergasung eines derartigen
Koksgruses unter einem Druck von beispielsweise 15 atü praktisch keine festen Bestandteile
enthält, die nicht in einem normalen Zyklon-Staubabscheider abgeschieden werden
können, so daß das in die Turbine gelangende heiße, unter erhöhtem Druck stehende
Nutzgas praktisch staubfrei ist.
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Aus dem zum Trocknen und Vorentstauben des Koksgruses verwendeten
entspannten Nutzgas ist der mitgerissene Staub, beispielsweise durch eine Wäsche
mit Wasser oder mittels einer elektrischen Entstaubungsanlage, abzuscheiden, bevor
das Nutzgas weiterverwendet wird. Die auf diese Weise aus dem Nutzgas abgeschiedenen
feinen Anteile des Koksgruses können gegebenenfalls der zu verkokenden Kohle vor
Einfüllen in den Verkokungsofen wieder zugemischt werden, falls es die Backfähigkeit
der Kohle gestattet.
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In der Zeichnung ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Anlage
teils im Schnitt und teils in Ansicht dargestellt.
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Der zu verarbeitende feinkörnige entgaste Brennstoff, vorzugsweise
Steinkohlengrus, gelangt aus dem Vorratsbehälter i zunächst in eine geschlossene
Kammer 2, die am Boden mit gelochten Zwischenwänden 3 versehen ist. In den Raum
unter diesen Zwischenwänden 3 wird aus der Rohrleitung 4 ein heißes, vorzugsweise
etwa 3oo° heißes Wasser geleitet, welches mit solcher Geschwindigkeit durch den
Behälter :2 strömt, daß aus dem darin befindlichen Brennstoff die feinen Anteile
unter etwa 3 mm von dein Gasstrom mitgerissen werden. Das Gemisch von Gas und Staub
verlädt die Kammer 2 durch die Rohrleitung 5. Der von dem Staub befreite Brennstoff
wird dann durch den Verschluß 6 in einen Zwischenbehälter 7 abgezogen, der unter
Vermittlung eines druckfesten-Absperrorgans 8 mit dem Schacht 9 eines Gaserzeugers
in Verbindung steht. In dem Gaserzeuger 9 wird ein erhöhter Druck, vorzugsweise
von 15 atü, aufrechterhalten. Um den Brennstoff aus dem Behälter 7 in den Gaserzeuger
9 einzufüllen, wird zunächst das Absperrorgan 6 geschlossen und danach das Absperrorgan
8 geöffnet. Es sind Mittel vorgesehen, um einen Druckausgleich zwischen dem Behälter
7 und dem Gaserzeuger 9 zu bewirken, so daß der Brennstoff nach Öffnen des Absperrorgans
8 in den Gaserzeuger 9 rutschen kann, Der Gaserzeuger 9 ist mit
einem
druckfesten Mantel io versehen. Er kann im übrigen in beliebiger Art ausgestattet
sein. Vorzugsweise wird, wie in der Zeichnung dargestellt, ein feststehender Rost
i i verwendet, über dem sich ein Rührarm 12 bewegt, der ein Zusammenbacken der Schlacke
verhindert und die Körnung der Schlacke bzw. Asche so fein hält, daß dieselbe durch
den Rost fallen kann.
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Die entstandene Asche sammelt sich in dem Bodenraum 13 des Gaserzeugers
an und kann dann über das drucksichere Zwischengefäß 14, welches ähnlich wie der
Zwischenbehälter 7 arbeitet, abgezogen werden.
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Das in dem Gaserzeuger 9 entstehende Gas zieht mit einer Temperatur
von etwa 700° C durch die Rohrleitung 15 ab und gelangt zuerst in einen üblichen
Zyklon-Staubabscheider 16, in welchem sich die von dem Nutzgas etwa mitgerissenen
Grusteilchen absetzen können. Das praktisch staubfreie Gas geht dann durch die Rohrleitung
17 zu der Turbine 18, welche von beliebiger Art sein kann, und wird dort unter Abkühlung
entspannt.
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Die Turbine 18 wird mit einem Gegendruck betrieben, der ausreicht,
um das aus ihr entweichende, etwa 3oo° heiße Nutzgas durch die Rohrleitung .I dem
Behälter 2 zuzuleiten und durch den zu vergasenden Brennstoff zwecks Trocknung desselben
und Aussichtung der Staubanteile unter etwa 3 mm durchzuleiten.
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Das bei 5 aus dem Behälter 2 entweichende Gas kommt zunächst in den
Staubabscheider i9 und danach in einen Wascher 2o, in dem es mit kaltem Wasser in
Berührung gebracht wird, wodurch es gekühlt und von dem in ihm enthaltenen Staub
befreit wird. Das gereinigte und gekühlte Gas kann schließlich durch die Rohrleitung
21 abgezogen werden.
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Mit dem Rotor der Abgasturbine 18 ist der Rotor 22 des rotierenden
Luftverdichters 22 direkt gekuppelt, der Frischluft durch die Rohrleitung 23 ansaugt.
Der Luftverdichter 22 verdichtet die Luft entsprechend dem Arbeitsdruck im Gaserzeuger
9. Die verdichtete Luft gelangt durch die Rohrleitung 24 in den Raum unterhalb des
Gaserzeugerrostes i i, geht durch die Rostspalten und bewirkt dann die Vergasung
im Brennstoffbett des Gaserzeugers 9.
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Wasserdampf kann in bekannter Weise der Vergasungsluft im Raum 13
aus der Rohrleitung 25 zugesetzt werden.
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In den Fällen, in denen die Leistung der Turbine 18 größer ist als
der Kraftbedarf des Luftverdichters 22, wird vorteilhaft mit der Rotorwelle der
Abgasturbine noch ein Stromerzeuger 26 gekuppelt.
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Ferner wird mit der Rotorwelle der Turbine noch ein Anlaßmotor 27
verbunden.