DE974634C

DE974634C - Verfahren zur Brennglaserzeugung durch Vergasen eines feinkoernigen Brennstoffes

Info

Publication number: DE974634C
Application number: DER5484A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr-Ing Nistler
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EON Ruhrgas AG
Priority date: 1951-03-03
Filing date: 1951-03-03
Publication date: 1961-03-09

Description

Verfahren zur Brennglaserzeugung durch Vergasen eines feinkörnigen Brennstoffes Es ist bekannt, feinkörnige ßrennstoiffe dadurch zu vergasen, daß man das Vergasungsmittel durch eine in einem Gaserzeuger befindliche Schüttung so kräftig von unten nach oben hindurchbläst, daß die Schüttung ähnlich wie eine Flüssigkeit in eine wirbelnde und wallende Bewegung gerät. Ein Nachteil dieses sogenannten M'inklerverfahrens ist es, daß ein großer Teil des Brennstoffes in Form feinen Staubes aus dem Wirbelschichtvergaser ausgetragen und nicht vergast wird, sondern dem Gas zu anderweitiger Verwendung, z. B. in Staubfeuerungen, entzogen werden muß. Es ist auch bekannt, den Staub aus dem im Wirbelschichtvergaser erzeugten Gas abzuscheiden und in das wallende Brennstoffbett zurückzuführen. Da der teilweise vergaste, einen höheren Aschegehalt besitzende Staub reaktionsträge ist und ferner von dem durch das wallende Brennstoffbett strömenden Gasstrom mitgerissen wird, so daß er auch infolge seiner kleinen Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Gasstrom sich nur schwer vergasen läßt, ist mit dieser Maßnahme die Gefahr einer Anreicherung von im Kreislauf geführtem feinem, unvollständig vergastem Staub verbunden. Die Anwendung einer höheren Betriebstemperatur, beispielsweise durch Verwendung eines sauerstoffreicheren Vergasungsmittels, mit dem Ziel einer vollständigen Vergasung des Brennstoffes hat aber die Bildung von nichtbrennbaren Gasbestandteilen und daher die Erzeugung eines heizwertärmeren Gases zur Folge. Auch die bekannte Maßnahme, den abgeschiedenen Staub in einen Raum des Wirbelschichtvergasers oberhalb des wallenden Brennstoffbettes zurückzuführen und mittels eines in diesen Raum zusätzlich eingeführten Vergasungsmittels nachzuvergasen, ist mit den gleichen Nachteilen verbunden. Ein weiterer Nachteil des sogenannten Winklerverfahrens besteht darin, daß backende Kohlen ohne eine die Backfähigkeit vermindernde Vorbehandlung nicht in das wallende Brennstoffbett eingespeist werden dürfen.
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung in erster Linie durch ein Verfahren zur Brenngaserzeugung durch Vergasen eines feinkörnigen Brennstoffes in einem Wirbelschichtvergaser und Nachvergasen des aus dem im Wirbelschichtv ergaser erzeugten Gas abgeschiedenen Staubes in einem von dem im Wirbelschichtvergaser erzeugten Gas nicht durchströmten Staubvergaser, wobei dem Wirbelschichtvergaser der feinkörnige Brennstoff unter Verwendung des aus dem Staubvergaser, z. B. einer Wirbelkammer, austretenden heißen Gases als Traggas zugeführt wird und/oder die aus dem Wirbelschichtvergaser in festem Zustand ausgetragene Schlacke zerkleinert, in den Staubvergaser eingeblasen und dort erschmolzen wird.
Es wird also das Winklerverfahren des Wirbelschichtvergasers mit einem Verfahren zur Vergasung staubförmiger Brennstoffe in einem Staubvergaser vereinigt, bei dem man in an sich bekannter Weise in geeigneten Reaktionsräumen, z. B. Wirbelkammern, Staubflammen mit starkem Brennstoffüberschuß brennen läßt. Mit einem solchen Verfahren kann man in dem Staubvergaser bei Anwendung besonderer Maßnahmen, z. B. bei hoher Vorwärmung des Vergasungsmittels, Verwendung von heißem Brennstoffstaub, Anwendung von Schwingungen im Reaktionsraum u. dgl., auch gasarme und vollkommen entgaste Brennstoffstäube vergasen, wie sie in dem im Wirbelschichtvergaser erzeugten Gas vorhanden sind. Wird der Wirbelschichtvergaser mit einer niedrigeren Temperatur betrieben, bei der die Schlacke in festem Zustand anfällt, indem das Vergasungsmittel nicht oder nur schwach vorgewärmt wird und/oder der Sauerstoffgehalt des Vergasungsmittels verhältnismäßig niedrig gehalten, d. h. ein höherer Brennstoffüberschuß angewendet wird. so wird in dem Wirbelschichtvergaser ein sehr wertvolles, heizkräftiges Gas erzeugt. Die Vergasung des aus dem Wirbelschichtvergaser ausgetragenen, teilweise vergasten Staubes in dem Staubvergaser kann hingegen bei höherer Temperatur durch starke Vorwärmung des Vergasungsmittels und/oder höhere Sauerstoffkonzentration im Vergasungsmittel erfolgen, so daß die Schlacke erschmolzen wird und eine restlose Ausnutzung des Brennstoffes erreicht wird. Das hierbei erzeugte heizwertärinere Gas wird in den Wirbelschichtvergaser geleitet und das im Gas enthaltene C 0z daher dort wieder zu C O reduziert. Erfindungsgemäß kann die im Wirbelschichtvergaser anfallende feste Asche dem Staubvergaser zugeführt und dort erschmolzen werden, so daß in ihr enthaltener unvergaster Kohlenstoff noch nutzbar gemacht wird. Auf diese Weise wird als ein äußerst wertvolles, heizkräftiges Gas bei völliger Ausnutzung des Brennstoffs erzeugt. Erfindungsgemäß wird dem Wirbelschichtv ergaser mit wallendem Brennstoffbett der feinkörnige Brennstoff unter Verwendung des aus dem Staubvergaser austretenden heißen Gases als Traggas zugeführt. Dies kann z. B. in der Weise geschehen, daß der feinkörnige Brennstoff in das aus dem Staubvergaser austretende Gas eingespeist und dieses Gas dem als Staubabscheider, z. B. als Zyklon, ausgebildeten oberen Teil des Wirbelschichtvergasers mit wallendem Brennstoffbett zugeführt wird. Es wird daher die Abwärme des Staubvergasungsverfahrens zur Vorschwelung des Brennstoffes ausgenutzt und dadurch die Backfähigkeit des Ausgangsbrennstoffes aufgehoben. Für das Verfahren nach der Erfindung ist sonach die Backfähigkeit des Brennstoffes unschädlich. Aber auch an die Mahlfeinheit des Brennstoffes werden keine großen Anforderungen gestellt; es ist sogar ein großer Anteil an gröberen Bestandteilen in dem gemahlenen Brennstoff erwünscht. Man braucht deshalb die Stein- oder Braunkohle nur auf eine Korngröße von 5 bis io mm vorzubrechen, erspart also einen teuren Mahlprozeß.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes eine Vergasungsanlage schematisch dargestellt.
Mit i ist die Reaktionskammer (z. B. eine Wirbelkammer) eines Staubvergasers und mit a ein Gaserzeuger mit wallendem Brennstoffbett (Winklergenerator) bezeichnet. Aus dem Staubvergaser i entweichen die Gase durch einen Kanal 3, der in den oberen Teil des Winklervergasers 2 mündet. Der Brennstoff, z. B. backende Steinkohle, die auf eine Korngröße von etwa 5 mm vorgebrochen ist, wird aus einem Bunker 4. in den Kanal 3 eingespeist. Dort wird er von den heißen Gasen erfaßt und dabei erhitzt und geschwelt.
Die erforderliche Schweldauer kann man dadurch wesentlich verkürzen, daß man den Brennstoff vor dem Einspeisen bis auf etwa doo° C vorwärmt, also bis knapp unterhalb der Temperatur, bei der backfähige Kohlen plastisch werden. Diese Vorwärmung kann z. B. durch Beheizen der Einspeiseschnecke geschehen.
Der heiße Gasstrom in dein Kanal 3 befördert den Brennstoff in den Gaserzeuger 2, dessen oberer Teil als Zyklon ausgebildet ist, indem der Kanal 3 tangential in den Gaserzeuger 2 mündet und der Austritt des Gases durch einen axial angeordneten, von oben her in den Gaserzeuger hineinragenden Kanal 5 erfolgt. Man kann aber auch irgendwelche anderen Staubabscheider, z. B. Prallplattenabscheider, Multiklone u. dgl., verwenden. Die grobkörnigen Bestandteile des in dem Gas mitgeführten Schwelkoksstaubes werden daher ausgeschieden und im unteren Teil des Gaserzeugers 2 in dem wallenden Brennstoffbett vergast. Das hierbei entstehende Gas entweicht zusammen mit dem im Staubvergaser i erzeugten Gas und mit dem im Kanal 3 entstandenen Schwelgas durch den Kanal 5. Der hierbei mitgeführte entgaste Feinstaub wird durch geeignete Vorrichtungen, z. B. einen Multiklon 6, ausgeschieden. Von dort gelangt dieser Staub in die Düsen 7 des Staubvergasers i. Es wird also einerseits der Staubvergaser mit dem Feinstaub betrieben, der in dem aus dem Winklergenerator austretenden Gas anfällt, und andererseits wird der Winklergenerator mit dem Brennstoff betrieben, der durch das aus dem Staubvergaser austretende Gas geschwelt ist.
Die beiden miteinander gekoppelten @`ergasungsprozesse arbeiten mit verschiedenen Temperaturniveaus. Das Vergasungsmittel für den Staubvergaser i wird nämlich stark vorgewärmt, während das Vergasungsmittel für den Winklergenerator 2 überhaupt nicht oder nur schwach vorgewärmt wird. Bei dein dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Vergasungsmittel für beide Gaserzeuger von einem Lüfter 8 angesaugt und dem Bodenstück des Winklergenerators 2 unmittelbar durch eine Leitung 9 zugeführt. Das für den Staubvergaser i bestimmte Vergasungsmittel strömt hingegen durch einen Wärmeaustauscher io, der von dem erzeugten Gas beheizt wird, und gelangt von da zu den Düsen 7. Infolgedessen fällt die Schlacke aus dem Winklergenerator 2 in festem Zustand an, während die Schlacke im Reaktionsraum des Staubvergasers schmilzt und in flüssigem Zustand abgeführt wird.
Zweckmäßig wird die im Winklergenerator 2 anfallende Schlacke, nachdem sie mittels eines Rührarmes i i od. dgl. ausgetragen worden ist, mittels einer Mühle 12 zerkleinert und zusammen mit dem Feinstaub dem Staubvergaser i zugeführt. Dort wird diese Schlacke erschmolzen, so daß der in ihr enthaltene unvergaste Kohlenstoff noch nutzbar gemacht wird. Außerdem erreicht man hierdurch, daß die Schlacke des gesamten Prozesses in einheitlicher Form anfällt, z. B. als Schlackensand, der durch Granulierung der flüssigen Schlacke in einem Wasserbad 13 gewonnen ist.
Die verschiedenen Temperaturniveaus der beiden Vergasungsprozesse kann man auch dadurch herbeiführen, daß man die Sauerstoffkonzentration im Vergasungsmittel für den Staubvergaser höher wählt als die Sauerstoffkonzentration im Vergasungsmittel für das wallende Brennstoffbett. :Ulan kann diese Maßnahme auch in Verbindung mit der verschieden hohen Vorwärrnung des Vergasungsmittels anwenden.
Die Vergasungsluft kann auch mit Wasserdampf gemischt werden, wobei man die Zusatzdampfmengen für die beiden Gaserzeuger auch verschieden einstellen kann.
Man kann den Prozeß auch so leiten, daß die gesamte Brennstoffmenge durch den Staubvergaser geleitet wird, da man derartige Staubvergaser mit sehr hohem Brennstoffüberschuß betreiben kann. Ferner ist es möglich, den Ausgangsbrennstoff zu sichten und den Feinkornanteil durch die Düsen in den Staubvergaser einzublasen, während der abgetrennte Grobkornanteil in den Verbindungskanal 3 zwischen dem Staubvergaser und dein Winklergenerator eingespeist wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Brenngaserzeugung durch Vergasen eines feinkörnigen Brennstoffes in einem Wirbelschichtvergaser und Nachvergasen des aus dem im Wirbelschichtvergaser erzeugten Gas abgeschiedenen Staubes in einem von dem im `,#rirbelschichtvergaser erzeugten Gas nicht durchströmten Staubvergaser, dadurch gekennzeichnet, daß dein Wirbelschichtvergaser (2) der feinkörnige Brennstoff unter Verwendung des aus dem Staubvergaser (i), z. B. einer Wirbelkammer, austretenden heißen Gases als Traggas zugeführt wird und/oder die aus dem Wirbelschichtvergaser (2) in festem Zustand ausgetragene Schlacke zerkleinert, in den Staubvergaser (i) eingeblasen und dort erschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Staubvergaser (i) austretende Gas einem Stauabscheider am oberen Ende des Wirbelschichtvergasers'(2) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, dafi der feinkörnige Brennstoff durch den Staubvergaser (i) hindurchgeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feinkörnige Brennstoff gesichtet und die staubförmigen Bestandteile in den Staubvergaser (i) eingeblasen werden, während die gröberen Bestandteile in den aus dem Staubvergaser (i) austretenden Gasstrom eingespeist werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergasungsmittel für den Staubvergaser (i), zweckmäßig durch Wärmetausch mit dem erzeugten Gas, vorgewärmt wird, während das Vergasungsmittel für den Wirbelschichtvergaser (2) schwächer oder überhaupt nicht vorgewärmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergasungsmittel für den Staubvergaser (i) einen höheren Sauerstoffgehalt hat als das Vergasungsmittel für den Wirbelschichtvergaser (2). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 496 343, 497 89-+, 541 686, 647 142; französische Patentschrift Nr. 970 040; britische Patentschriften Nr. 309 253, 321 422, 394 747, 586 391 »Industrial and Engineering Cheinistry«, Bd. 40, 1948, S. 562 bis 567, 568 und 570; »Gas- und Wasserfach«, 9o. Jahrgang, 1949, S. 58i ; Bureau of Mines, Report of Investigations, Nr. 4733, November 1950, S. 12, 28 und 35 und Fig. 16, 25 und 52; Nr. 4770, Februar 1951, S. 16, 17, 19, 48, 49, 51 und 56 und Fig. 46; H. R. T r e n k 1 e r, »Die Gaserzeuger«, Berlin, 1923, S. 68 bis 72; deutsche Alt-Patentanmeldungen K 162,405 V/24e und K i62477 V/24e (vgl. »Auszüge deutscher Patentanmeldungen«, Bd. 9, S. 3o1).