EP0062363A1

EP0062363A1 - Process for the simultaneous production of fuel gas and thermal energy from carbonaceous materials

Info

Publication number: EP0062363A1
Application number: EP82200261A
Authority: EP
Inventors: Hans Beisswenger; Georg Dr. Daradimos; Martin Hirsch; Ludolf Dr. Plass; Harry Dr. Serbent
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1981-04-07
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1982-10-13
Also published as: DE3113993A1; EP0062363B1; FI821104L; MX159901A; DE3268909D1; CS250214B2; BR8201974A; ZA822345B; FI73724C; NO155545C; AR227714A1; GR75461B; CA1179846A; FI73724B; NO155545B; NZ199930A; FI821104A0; ES8306785A1; JPS57179290A; IE52546B1

Abstract

Bei einem Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von Brenngas und Prozesswärme aus kohlenstoffhaltigen Materialien durch Vergasung in einer ersten Wirbelschichtstufe (1, 2, 3) und anschliesende Verbrennung der bei der Vergasung verbliebenen brennbaren Bestandteile in einer zweiten Wirbelschichtstufe (21, 22, 23) wird zwecks Erhöhung der Durchsatzleistung und der Flexibilität die Vergasung bei einem Druck von maximal 5 bar und einer Temperatur von 800 bis 1100°C in einer zirkulierenden Wirbelschicht (1, 2, 3) durchgeführt und hierbei 40 bis 80 Gew.-% des im Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenstoffes umgesetzt das hierbei gebildete Gas im Wirbelzustand (9) von Schwefelverbindungen befreit, danach gekühlt und entstaubt, der Rückstand aus der Vergasung zusammen mit den bei der Gasreinigung anfallenden Nebenprodukten einer weiteren zirkulierenden Wirbelschicht (21, 22, 23) zur Verbrennung der brennbaren Bestandteile zugeführt.In the case of a process for the simultaneous generation of fuel gas and process heat from carbon-containing materials by gasification in a first fluidized bed stage (1, 2, 3) and subsequent combustion of the combustible constituents remaining in the gasification in a second fluidized bed stage (21, 22, 23), the purpose is to increase the throughput and flexibility, the gasification was carried out at a pressure of maximum 5 bar and a temperature of 800 to 1100 ° C in a circulating fluidized bed (1, 2, 3) and 40 to 80 wt .-% of the carbon contained in the starting material the resulting gas in the fluidized state (9) is freed from sulfur compounds, then cooled and dedusted, the residue from the gasification together with the by-products from gas cleaning are fed to a further circulating fluidized bed (21, 22, 23) for the combustion of the combustible components.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von Brenngas und Prozeßwärme aus kohlenstoffhaltigen Materialien durch Vergasung in einer ersten Wirbelschichtstufe und anschließende Verbrennung der bei der Vergasung verbliebenen brennbaren Bestandteile in einer zweiten Wirbelschichtstufe.The invention relates to a method for the simultaneous generation of fuel gas and process heat from carbon-containing materials by gasification in a first fluidized bed stage and subsequent combustion of the combustible constituents remaining in the gasification in a second fluidized bed stage.

Bei der Herstellung industrieller Produkte wird Energie in verschiedenen Formen benötigt. Zu deren Erzeugung dienen häufig hochwertige Primärenergieträger, wie Gas und Öl. Deren zunehmende Verknappung sowie die wachsende politische Unsicherheit bei der Versorgung zwingen in steigendem Maße zur Substitution dieser Energieträger durch feste-Brennstoffe. Diese Notwendigkeit erfordert die Entwicklung neuer Technologien, mit deren Hilfe die festen Brennstoffe so umgewandelt werden können, daß sie im Rahmen bestehender Verfahren die traditionellen Energieträger ablösen können. Dabei müssen die mit dem Einsatz fester Brennstoffe verbundenen Umweltbelastungen zuverlässig vermieden werden. Dies insbesondere deshalb, weil die Verknappung der Primärenergie in zunehmendem Maße auch zum Einsatz hochasche- und hochschwefelhaltiger Kohlen zwingt.Various forms of energy are required to manufacture industrial products. High-quality primary energy sources such as gas and oil are often used to generate them. Their increasing scarcity as well as the growing political uncertainty in the supply increasingly force the substitution of these energy sources with solid fuels. This need requires the development of new technologies that can convert solid fuels to replace traditional energy sources through existing processes. The environmental pollution associated with the use of solid fuels must be reliably avoided. This is particularly so because the shortage of primary energy is increasingly forcing the use of high-ash and high-sulfur coals.

Die Industrie benötigt je nach Art des jeweiligen Verfahrensschrittes bei der Erzeugung eines bestimmten Produktes die-Energie in unterschiedlicher Form, so z.B. als Dampf für Beheizungszwecke, in Form anderer Hochtemperaturwärme und in Form sauberer Brenngase, bei deren Verbrennung die Produktqualität nicht negativ beeinflußt wird.Depending on the type of process step involved, the industry requires energy in different forms when producing a specific product, e.g. as steam for heating purposes, in the form of other high-temperature heat and in the form of clean fuel gases, the combustion of which does not adversely affect product quality.

Es ist zwar grundsätzlich möglich, die verschiedenen Energieformen, wie z.B. Brenngas und Dampf, jeweils getrennt zu erzeugen, jedoch erfordert dies einen Investititions- und Betriebskostenaufwand, wie er im Rahmen üblicher industrieller Anlagegrößen nicht zu vertreten ist. Darüber hinaus ist der Betrieb von unabhängig voneinander arbeitenden Energieumwandlungsanlagen mit erhöhten Verlusten und verstärktem Aufwand für den Umweltschutz verbunden.In principle, it is possible to use different forms of energy, e.g. Fuel gas and steam, each to be generated separately, but this requires investment and operating costs that are not justifiable in the context of conventional industrial plant sizes. In addition, the operation of independently operating energy conversion plants is associated with increased losses and increased efforts for environmental protection.

Um die mit der separaten Herstellung unterschiedlicher Energieformen verbundenen Nachteile zu.vermeiden, ist bereits ein Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von Brenngas und Dampf vorgestellt worden, bei dem Kohle praktisch beliebiger Beschaffenheit in einem Wirbelbett vergast und der Vergasungsrückstand zur Erzeugung von Dampf verbrannt wird (Processing, November 1980, Seite 23).In order to avoid the disadvantages associated with the separate production of different forms of energy, a process for the simultaneous generation of fuel gas and steam has already been presented, in which coal of practically any nature is gasified in a fluidized bed and the gasification residue is burned to produce steam (processing, November 1980, page 23).

Obgleich mit diesem Verfahren ein Schritt in die erfolgversprechende Richtung getan ist, ist nachteilig, daß dessen Durchsatzleistung - bezogen auf vorgegebene Reaktorabmes-- sungen - gering ist und daß wegen der gewählten Verfahrensbedingungen, insbesondere für die Vergasungsstufe, die Flexibilität hinsichtlich der Produktion von Brenngas und Dampf gering ist. Auch löst dieses Verfahren nicht die mit der erforderlichen Brenngasreinigung auftretenden Probleme, insbesondere das Problem der Entschwefelung und der Beseitigung der bei der Brenngasreinigung entstehenden lästigen Nebenprodukte.Although a step in the promising direction has been made with this process, it is disadvantageous that its throughput - based on given reactor dimensions - is low and that because of the selected process conditions, in particular for the gasification stage, the flexibility with regard to the production of fuel gas and Steam is low. This method also does not solve the problems associated with the necessary fuel gas cleaning, in particular the problem of desulfurization and the elimination of the troublesome by-products that arise during fuel gas cleaning.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von Brenngas und Prozeßwärme aus kohlenstoffhaltigen Materialien bereitzustellen, das die bekannten,insbesondere vorgenannten Nachteile nicht aufweist, eine hohe Flexibilität bei der Umwandlung des Energieinhaltes des Ausgangsmaterials in Brenngas einerseits und Prozeßwärme andererseits besitzt und damit eine kurzfristige Anpassung an den jeweiligen Energieformbedarf ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for the simultaneous generation of fuel gas and process heat from carbon-containing materials, which does not have the known, in particular the aforementioned disadvantages, high flexibility in converting the energy content of the starting material into fuel gas on the one hand and process heat on the other hand and thus has enables short-term adaptation to the respective energy form requirement.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man

a) die Vergasung bei einem Druck von maximal 5 bar und einer Temperatur von 800 bis 1100 °C mittels sauerstoffhaltiger Gase in Gegenwart von Wasserdampf in einer zirkulierenden Wirbelschicht (1, 2, 3) durchführt und hierbei 40 bis 80 Gew.-% des im Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenstoffes umsetzt;
b) das hierbei gebildete Gas bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000 °C im Wirbelzustand (9) von Schwefelverbindungen befreit, danach kühlt und entstaubt;
c) den Rückstand aus der Vergasung zusammen mit den bei der Gasreinigung anfallenden Nebenprodukten, wie beladenes Entschwefelungsmittel, Staub und Gaswasser, einer weiteren zirkulierenden Wirbelschicht (21, 22, 23) zuführt und dort die verbliebenen brennbaren Bestandteile bei einer Luftverhältniszahl von Ä = 1,05 bis 1,40 verbrennt.

The object is achieved by designing the method of the type mentioned at the outset in accordance with the invention in such a way that

a) the gasification at a pressure of maximum 5 bar and a temperature of 800 to 1100 ° C by means of oxygen-containing gases in the presence of water vapor in a circulating fluidized bed (1, 2, 3) and thereby 40 to 80 wt .-% of the im Reacting raw material contained carbon;
b) the gas formed in this way is freed from sulfur compounds at a temperature in the range from 800 to 1000 ° C. in the fluidized state (9), then cooled and dedusted;
c) the residue from the gasification together with the by-products from the gas cleaning, such as loaded desulfurization agent, dust and gas water, is fed to a further circulating fluidized bed (21, 22, 23) and there the remaining combustible components at an air ratio of Ä = 1, 05 to 1.40 burns.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle kohlenstoffhaltigen Materialien, die selbstgängig vergast und verbrannt werden können, anwendbar. Es eignet sich für Kohlen aller Art, ist jedoch insbesondere für Kohlen minderer Qualität, wie Kohlewaschberge, Schlammkohle, Kohle mit hohem Salzgehalt, attrak-. tiv. Es sind jedoch auch Braunkohle und Ölschiefer einsetzbar. Das in der Vergasungs- und in der Verbrennungsstufe angewendete Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht zeichnet sich dadurch aus, daß - im Unterschied zur _"klassischen" Wirbelschicht, bei der eine dichte Phase durch einen deutlichen Dichtesprung von dem darüber befindlichen Gasraum getrennt ist - Verteilungs-zustände ohne definierte Grenzschicht vorliegen. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und darüber befindlichem Staubraum ist nicht existent; jedoch nimmt innerhalb des Reaktors die Feststoffkonzentration von unten nach oben ständig ab.The method according to the invention can be used for all carbon-containing materials which can be gasified and burned independently. It is suitable for all types of coal, but is particularly attractive for low-quality coal, such as coal washing mountains, mud coal, coal with a high salt content. tiv. However, lignite and oil shale can also be used. The principle of the circulating fluidized bed used in the gasification and combustion stage is characterized in that - in contrast to the _" classic" fluidized bed, in which a dense phase is separated from the gas space above by a clear density jump - distribution states without defined boundary layer. A leap in density between the dense phase and the dust space above it does not exist; however, the solids concentration within the reactor decreases continuously from bottom to top.

Bei Definition der Betriebsbedingungen über die Kennzahlen von Froude und Archimedes ergeben sich die Bereiche:

mit

bzw.

wobei

ist.When defining the operating conditions using the key figures from Froude and Archimedes, the following areas result:

With

respectively.

in which

is.

Es bedeuten:

u die relative Gasgeschwindigkeit in m/s
Ar die Archimedeszahl
Fr die Froudezahl
_g die Dichte des Gases in kg/m³
_k die Dichte des Feststoffteilchens in kg/m³
d_k den Durchmesser des kugelförmigen Teilchens in m
v die kinematische Zähigkeit in m²/s
g die Gravitationskonstante in m/s

It means:

u the relative gas velocity in m / s
Ar is the Archimedes number
For the joy number
_g the density of the gas in kg / m ³
_{k is} the density of the solid particle in kg / m ³
d _{k is} the diameter of the spherical particle in m
v the kinematic toughness in m ² / s
g is the gravitational constant in m / s

Demgegenüber kann die Entschwefelung des erzeugten Gases bei einem beliebigen Wirbelzustand, z.B. in einer Venturi-Wirbeischicht mit Feststoffaustrag in einen nachgeschalteten Abscheider, erfolgen. Mit Vorteil kann jedoch auch für die Entschwefelung eine zirkulierende Wirbelschicht eingesetzt werden.In contrast, the desulfurization of the gas produced can take place in any vortex state, e.g. in a Venturi fluidized bed with solid matter discharge into a downstream separator. However, a circulating fluidized bed can also advantageously be used for desulfurization.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, bei der Vergasung 40 bis 60 Gew.-% des im Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenstoffes umzusetzen. Hierdurch läßt sich ein Brenngas mit besonders hohem Heizwert erzeugen. Außerdem kann auf den Einsatz von sonst wesentlich höheren Wasserdampfmengen, die in hinteren Verfahrensschritten wieder als an sich unerwünschtes Gaswasser anfallen, verzichtet werden.A particularly advantageous embodiment of the invention consists in converting 40 to 60% by weight of the carbon contained in the starting material into the gasification. In this way, a fuel gas with a particularly high calorific value can be generated. In addition, it is possible to dispense with the use of otherwise significantly higher amounts of water vapor, which in the subsequent process steps are again produced as gas water which is undesirable per se.

Sofern. das kohlenstoffhaltige Material die für die Vergasung erforderliche Wasserdampfmenge nicht bereits selbst in Form von Feuchtigkeit aufweist, ist es erforderlich, für die Vergasungsreaktion Wasserdampf zuzusetzen. Dabei sollten Wasserdampf und das erforderliche sauerstoffhaltige Gas in unterschiedlicher Höhe eingetragen werden. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß man in der Vergasungsstufe Wasserdampf, überwiegend in Form von Fluidisierungsgas,und sauerstoffhaltiges Gas, überwiegend in Form von Sekundärgas,zuführt. Diese Arbeitsweise schließt nicht aus, daß der Eintrag untergeordneter Wasserdampfmengen auch zusammen mit dem sauerstoffhaltigen Sekundärgas und der Eintrag von untergeordneten Mengen sauerstoffhaltiger Gase zusammen mit Wasserdampf als Fluidisierungsgas erfolgen kann.Provided. the carbonaceous material does not already have the amount of water vapor required for gasification itself in the form of moisture, it is necessary to add water vapor for the gasification reaction. Water vapor and the required oxygen-containing gas should be entered at different levels. An expedient embodiment of the invention consists in that in the gasification stage water vapor, predominantly in the form of fluidizing gas, and oxygen-containing gas, predominantly in the form of secondary gas, are supplied. This method of operation does not rule out that the entry of subordinate amounts of water vapor can also take place together with the oxygen-containing secondary gas and the entry of subordinate amounts of oxygen-containing gases together with water vapor as the fluidizing gas.

Weiterhin ist es vorteilhaft, in der Vergasungsstufe die Verweilzeit der Gase - oberhalb der Eintrittsstelle des kohlenstoffhaltigen Materials gerechnet - auf 1 bis 5 Sekunden einzustellen. Diese Bedingung wird üblicherweise realisiert, indem man das kohlenstcEhaltige Material auf höherem Niveau in die Vergasungsstufe einträgt. Hierdurch entsteht einerseits ein an Schwelprodukten reicheres Gas mit entsprechend höherem Heizwert, andererseits ist gewährleistet, daß das Gas praktisch keine Kohlenwasserstoffe mit mehr als 6 C-Atomen aufweist.Furthermore, it is advantageous to set the residence time of the gases in the gasification stage - calculated above the entry point of the carbon-containing material - to 1 to 5 seconds. This condition is usually realized by entering the carbonaceous material at a higher level in the gasification stage. This results on the one hand in a gas richer in smoldering products with a correspondingly higher calorific value, and on the other hand it is ensured that the gas has practically no hydrocarbons with more than 6 carbon atoms.

Die Entschwefelung des Gases kann mit den üblichen Entschwefelüngsmitteln erfolgen. Eine bevorzugte Ausgestaltung be-steht darin, die aus der Vergasungsstufe austretenden Gase in einer zirkulierendenWirbelschicht mittels Kalk oder Dolomit bzw. den entsprechenden gebrannten Produkten einer Teilchengröße dp 50 von 30 bis 200 µm zu entschwefeln und hierzu im Wirbelschichtreaktor eine mittlere Suspensionsdichte von 0,1 bis 10 kg/m³, vorzugsweise 1 bis 5 kg/m³, und eine stündliche Feststoffumlaufrate, die mindestens das 5-fache des im Reaktorschacht befindlichen Feststoffgewichtes ausmacht, einzustellen. Diese Arbeitsweise zeichnet sich dadurch aus, daß die Entschwefelung bei hohen Gasdurchsätzen und bei sehr konstanter Temperatur durchgeführt werden kann. Die hohe Temperaturkonstanz wirkt sich für die Entschwefelung insofern positiv aus, als das Entschwefelungsmittel seine Aktivität und damit sein Aufnahmevermögen gegenüber Schwefel behält. Die hohe Feinkörnigkeit des Entschwefelungsmittels ergänzt diesen Vorteil, da das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen für die im wesentlichen durch die Diffusionsgeschwindigkeit bestimmte Bindungsgeschwindigkeit des Schwefels besonders günstig ist.The gas can be desulfurized using the usual desulfurizing agents. A preferred embodiment consists in desulfurizing the gases emerging from the gasification stage in a circulating fluidized bed by means of lime or dolomite or the corresponding fired products with a particle size dp 50 of 30 to 200 μm and for this purpose an average suspension density of 0.1 to in the fluidized bed reactor 10 kg / m ³ , preferably 1 to 5 kg / m ³ , and an hourly solids circulation rate which is at least 5 times the solids weight in the reactor shaft. This procedure is characterized in that the desulfurization can be carried out at high gas throughputs and at a very constant temperature. The high temperature stability has a positive effect on the desulfurization in that the desulfurizing agent retains its activity and thus its absorption capacity against sulfur. The high degree of granularity of the desulfurization agent complements this advantage, since the ratio of surface area to volume is particularly favorable for the binding rate of the sulfur, which is essentially determined by the rate of diffusion.

Die Dosierung des Entschwefelungsmittels sollte mindestens das 1,2- bis 2,0-fache des stöchiometrischen Bedarfs gemäß

betragen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei Verwendung von Dolomit oder gebranntem Dolomit praktisch nur die Kalziumkomponente mit den Schwefelverbindungen reagiert.The desulfurization agent dosage should be at least 1.2 to 2.0 times the stoichiometric requirement

be. It should be noted that when using dolomite or burnt dolomite, practically only the calcium component reacts with the sulfur compounds.

Der Eintrag von Entschwefelungsmittel in den Wirbelschichtreaktor erfolgt am zweckmäßigsten über eine oder mehrere Lanzen, z.B. durch pneumatisches Einblasen.The desulfurizing agent is most advantageously introduced into the fluidized bed reactor via one or more lances, e.g. by pneumatic blowing.

Besonders günstige Betriebsbedingungen werden erzielt, wennman die Gasgeschwindigkeit bei der Entschwefelung auf 4 bis 8 m/sec (gerechnet als Leerrohrgeschwindigkeit) einstellt.Particularly favorable operating conditions are achieved if the gas speed during desulfurization is set to 4 to 8 m / sec (calculated as empty pipe speed).

Insbesondere wenn die Abgase der Vergasungsstufe mit hohen Temperaturen austreten, .besteht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, das gesamte auch für die Verbrennungsstufe erforderliche Entschwefelungsmittel der Stufe der Gasentschwefelung zuzugeben. Auf diese Weise wird die zur Aufheizung und gegebenenfalls zur Entsäuerung erforderliche Wärmeenergie dem Gas entzogen und damit der Verbrennungsstufe erhalten.Particularly when the exhaust gases from the gasification stage exit at high temperatures, a preferred embodiment of the invention consists in adding all of the desulfurization agent also required for the combustion stage to the gas desulfurization stage. In this way, the thermal energy required for heating and possibly for deacidification is withdrawn from the gas and thus preserved in the combustion stage.

Die Verbrennung der in der Vergasungsstufe nicht umgesetzten brennbaren Bestandteile erfolgt in einer weiteren zirkulierenden Wirbelschicht, wobei gleichzeitig auch die bei der Gasreinigung angefallenen Nebenprodukte umweltfreundlich beseitigt werden. Die aus der Gasreinigungsstufe kommenden bela- - denen Entschwefelungsmittel, insbesondere soweit sie in sulfidischer Form vorliegen, wie Kalziumsulfid, werden sulfatisiert und dabei in deponiefähige Verbindungen, wie Kalziumsulfat, überführt. Außerdem wird die beim Sulfatisierungsprozeß freiwerdende Reaktionswärme mit als Prozeßwärme gewonnen. Auch die weiteren Nebenprodukte, wie Staub aus der Gasentstaubung und Gaswasser, werden beseitigt.The combustible constituents not converted in the gasification stage are burned in a further circulating fluidized bed, and at the same time the by-products obtained during gas cleaning are removed in an environmentally friendly manner. The loaded desulphurizing agents coming from the gas cleaning stage, in particular insofar as they are in sulfidic form, such as calcium sulfide, are sulfated and thereby converted into landfill-compatible compounds, such as calcium sulfate. In addition, the heat of reaction released in the sulfation process is also obtained as process heat. The other by-products, such as dust from gas dedusting and gas water, are also removed.

Unter dem Begriff Prozeßwärme ist ein Wärmeträgermedium verstanden, dessen Energieinhalt in unterschiedlichster Weise zur Durchführung von Prozessen ausgenutzt werden kann. Es kann sich dabei um Gas zur Beheizung oder - sofern es sich um sauerstoffhaltige Gase handelt - zum Betrieb von Verbrennungsvorrichtungen unterschiedlichster Bauart handeln. Besonders vorteilhaft ist die Erzeugung von Sattdampf oder überhitztem Dampf - ebenfalls zur Beheizung, beispielsweise von Reaktoren - oder zum Antrieb von elektrischen Generatoren bzw. die Aufheizung von Wärmeträgersalzen, beispielsweise zur Beheizung von Rohrreaktoren oder Autoklaven.The term process heat is understood to be a heat transfer medium, the energy content of which can be used in various ways for carrying out processes. It can be gas for heating or - if it is an oxygen-containing gas - for the operation of various types of combustion devices. The generation of saturated steam or superheated steam - likewise for heating, for example reactors - or for driving electrical generators or the heating of heat transfer salts, for example for heating tubular reactors or autoclaves, is particularly advantageous.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Verbrennung zweistufig mit in unterschiedlicher Höhe zugeführten sauerstoffhaltigen Gasen durchgeführt. Ihr Vorzug liegt in einer _"weichen" Verbrennung, bei der lokale Überhitzungserscheinungen vermieden werden und eine NO_X-Bildung weitgehendzurückgedrängt wird. Bei der zweistufigen Verbrennung sollte die obere Zufuhrstelle für sauerstoffhaltiges Gas so weit über der unteren liegen, daß der Sauerstoffgehalt des an der unteren Stelle zugeführten Gases bereits weitgehend verzehrt ist..In a preferred embodiment of the invention, the combustion is carried out in two stages with oxygen-containing gases supplied at different levels. Their advantage lies in _" soft" combustion, in which local overheating phenomena are avoided and NO _x formation is largely suppressed. In the case of two-stage combustion, the upper supply point for oxygen-containing gas should be so far above the lower one that the oxygen content of the gas supplied at the lower point has already been largely consumed.

Ist als Prozeßwärme Dampf erwünscht, besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, oberhalb der oberen Gaszuführung eine mittlere Suspensionsdichte von 15. bis 100 kg/m³ durch Einstellung der Fluidisierungs- und Sekundärgasmengen zu schaffen und mindestens einen wesentlichen Teil der Verbrennungswärme mittels oberhalb der oberen Gaszuführung innerhalb des freien Reaktorraumes befindlicher Kühlflächen abzuführen.If steam is desired as process heat, an advantageous embodiment of the invention consists in creating an average suspension density of 15 to 100 kg / m ³ above the upper gas supply by adjusting the amounts of fluidization and secondary gas and at least a substantial part of the heat of combustion by means of above the upper one Gas supply to remove cooling surfaces located within the free reactor space.

Eine derartige Arbeitsweise ist in der DE-AS 25 39 546 bzw. in der entsprechenden US-PS 4 165 717 näher beschrieben.Such a procedure is described in DE-AS 25 39 546 or in the corresponding US Pat. No. 4,165,717.

Die im Wirbelschichtreaktor oberhalb der Sekundärgaszuführung herrschenden Gasgeschwindigkeiten liegen bei Normaldruck im Regelfall über 5 m/s und können bis zu 15 m/s betragen und das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe des Wirbelschichtreaktors sollte derart'gewählt werden, daß Gasverweilzeiten von 0,5 bis 8,0 s, vorzugsweise 1 bis 4 s, erhalten werden.The gas velocities prevailing in the fluidized bed reactor above the secondary gas supply are generally above 5 m / s at normal pressure and can be up to 15 m / s and the ratio of the diameter to the height of the fluidized bed reactor should be chosen such that gas residence times of 0.5 to 8 , 0 s, preferably 1 to 4 s, are obtained.

Als Fluidisierungsgas kann praktisch jedes beliebige, die Beschaffenheit des Abgases nicht beeinträchtigende Gas eingesetzt werden. Es sind z.B. Inertgase, wie rückgeführtes Rauchgas (Abgas), Stickstoff und Wasserdampf, geeignet. Im Hinblick auf die Intensivierung des Verbrennungsprozesses ist es jedoch vorteilhaft, bereits als Fluidisierungsgas sauerstoffhaltiges Gas zu verwenden.Virtually any gas which does not impair the nature of the exhaust gas can be used as the fluidizing gas. For example Inert gases, such as recirculated flue gas (exhaust gas), nitrogen and water vapor, are suitable. With a view to intensifying the combustion process, however, it is advantageous to use oxygen-containing gas as the fluidizing gas.

Es ergeben sich mithin folgende Möglichkeiten:

1. Als Fluidisierungsgas Inertgas zu verwenden. Dann ist es unerläßlich, das sauerstoffhaltige Verbrennungsgas als Sekundärgas in mindestens zwei übereinanderliegenden Ebenen einzutragen.
2. Als Fluidisierungsgas bereits sauerstoffhaltiges Gas zu verwenden. Dann genügt der Eintrag von Sekundärgas in einer Ebene. Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausführungsform noch eine Aufteilung des Sekundärgaseintrags in mehrere Ebenen,erfolgen.

The following options are therefore available:

1. Use inert gas as the fluidizing gas. Then it is essential to enter the oxygen-containing combustion gas as a secondary gas in at least two superimposed levels.
2. To use oxygen-containing gas as the fluidizing gas. Then the entry of secondary gas in one level is sufficient. Of course, the secondary gas input can also be divided into several levels in this embodiment.

Innerhalb jeder Eintragsebene sind mehrere Zuführungsöffnungen für Sekundärgas vorteilhaft.A plurality of supply openings for secondary gas are advantageous within each entry level.

Der Vorteil dieser Arbeitsweise besteht insbesondere darin, daß in einfachster Weise eine Veränderung in der Gewinnung von Prozeßwärme durch Veränderung der Suspensionsdichte im oberhalb der Sekundärgaszuführung befindlichen Ofenraum des Wirbelschichtreaktors möglich ist.The advantage of this procedure is in particular that a change in the production of process heat is possible in the simplest way by changing the suspension density in the furnace space of the fluidized bed reactor located above the secondary gas supply.

Mit einem herrschenden Betriebszustand unter vorgegebenen Fluidisierungsgas- und Sekundärgasvolumina und daraus resultierender bestimmter, mittlerer Suspensionsdichte ist ein bestimmter Wärmeübergang verbunden. Der Wärmeübergang auf die Kühlflächen kann erhöht werden, indem durch Erhöhung der Fluidisierungsgasmenge und gegebenenfalls auch der Sekundärgasmenge die Suspensionsdichte erhöht wird. Mit dem erhöhten Wärmeübergang ist bei praktisch konstanter Verbrennungstemperatur die Möglichkeit zur Abfuhr der bei erhöhter Verbrennungsleistung entstehenden Wärmemengen gegeben. Der aufgrund der höheren Verbrennungsleistung erforderliche erhöhte Sauerstoffbedarf ist hierbei durch die zur Erhöhung der Suspensionsdichte verwendeten höheren Fluidisierungsgas- und gegebenenfalls Sekundärgasmengen quasi automatisch vorhanden. Analog läßt sich zur Anpassung an einen verringerten Prozeßwärmebedarf die Verbrennungsleistung durch Verringerung der Suspensionsdichte im oberhalb der Sekundärgasleitung befindlichen Ofenraum des Wirbelschichtreaktors regeln. Durch die Erniedrigung der Suspensionsdichte wird auch der Wärmeübergang verringert, so daß aus dem Wirbelschichtreaktor weniger Wärme abgeführt wird. Im wesentlichen ohne Temperaturänderung läßt sich dadurch die Verbrennungsleistung zurücknehmen.A certain heat transfer is associated with a prevailing operating state under predetermined fluidizing gas and secondary gas volumes and the resulting, certain, average suspension density. The heat transfer to the cooling surfaces can be increased by increasing the suspension density by increasing the amount of fluidizing gas and possibly also the amount of secondary gas. With the increased heat transfer at a practically constant combustion temperature, there is the possibility of dissipating the amounts of heat generated with increased combustion output. The increased oxygen requirement required due to the higher combustion capacity is here virtually automatically due to the higher fluidization gas and possibly secondary gas quantities used to increase the suspension density. Similarly, to adapt to a reduced process heat requirement, the combustion output can be regulated by reducing the suspension density in the furnace space of the fluidized bed reactor located above the secondary gas line. By lowering the suspension density, the heat transfer is also reduced, so that less heat is removed from the fluidized bed reactor. The combustion performance can be reduced essentially without a change in temperature.

Der Eintrag des kohlenstoffhaltigen Materials erfolgt auch hier am zweckmäßigsten-über eine oder mehrere Lanzen, z.B. durch pneumatisches Einblasen.The entry of the carbonaceous material is also most expedient here - via one or more lances, e.g. by pneumatic blowing.

Eine weitere zweckmäßige,universelleranwendbare Ausgestaltung des Verbrennungsprozesses besteht darin, oberhalb der oberen Gaszuführung eine mittlere Suspensionsdichte von 10 bis 40 kg/m3 durch Einstellung der FluidisierungsundSekundärgasmengen zu schaffen, heißen Feststoff der zirkulierenden Wirbelschicht zu entnehmen und im Wirbelzustand durch direkten und indirekten Wärmeaustausch zu kühlen und mindestens einen Teilstrom gekühlten Feststoffes in die zirkulierende Wirbelschicht zurückzuführen.Another expedient, universally applicable design of the combustion process consists in creating an average suspension density of 10 to 40 kg / m3 above the upper gas supply by adjusting the amounts of fluidization and secondary gas, removing hot solids from the circulating fluidized bed and cooling in the fluidized state by direct and indirect heat exchange and return at least a partial flow of cooled solid to the circulating fluidized bed.

'Diese Ausführungsform ist in der DE-OS 26 24 302 bzw. in der entsprechenden US-PS 4 111 158 näher erläutert.'This embodiment is explained in DE-OS 26 24 302 or in the corresponding US-PS 4 111 158.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung läßt sich die Temperaturkonstanz praktisch ohne Änderung der im Wirbelschichtreaktor herrschenden Betriebszustände, also etwa ohne Veränderung der Suspensionsdichte u.a., allein durch geregelte Rückführung des gekühlten Feststoffes erreichen. Je nach Verbrennungsleistung und eingestellter Verbrennungstemperatur ist die Rezirkulationsrate mehr oder minder hoch. Die Verbrennungstemperaturen lassen sich von sehr niedrigen.Temperaturen, die nahe oberhalb der Zündgrenze liegen, bis zu sehr hohen Temperaturen, die etwa durch Erweichung der Verbrennungsrückstände begrenzt sind, beliebig einstellen. Sie können etwa zwischen 450 °C und 950 °C liegen.In this embodiment of the invention, the temperature constancy can be achieved practically without changing the operating conditions prevailing in the fluidized bed reactor, that is to say, for example, without changing the suspension density, among other things, solely by controlled recycling of the cooled solid. Depending on the combustion performance and the set combustion temperature, the recirculation rate is more or less high. The combustion temperatures can range from very low temperatures, which are close above the ignition limit, to very high temperatures Set temperatures as required, which are limited by softening the combustion residues. They can be between 450 ° C and 950 ° C.

Da die Entnahme der bei der Verbrennung des brennbaren Bestandteiles gebildeten Wärme überwiegend im feststoffseitig nachgeschalteten Wirbelschichtkühler erfolgt und ein Wärmeübergang auf im Wirbelschichtreaktor befindliche Kühlregister, der eine hinreichend hohe Suspensionsdichte zur Voraussetzung hat, von untergeordneter Bedeutung ist, ergibt sich als weiterer Vorteil dieses Verfahrens, daß die Suspensionsdichte im Bereich des Wirbelschichtreaktors oberhalb der Sekundärgaszuführung niedrig gehalten werden kann und mithin-der Druckverlust im gesamten Wirbelschichtreaktor vergleichsweise gering ist. Statt dessen erfolgt der Wärmeentzug im Wirbelschichtkühler unter Bedingungen, die einen extrem hohen Wärmeübergang, etwa im Bereich von 400 bis 500 Watt/m² °C, bewirken.Since the removal of the heat generated during the combustion of the combustible constituent takes place predominantly in the fluidized bed cooler connected downstream on the solids side, and heat transfer to the cooling register located in the fluidized bed reactor, which requires a sufficiently high suspension density, is of secondary importance, there is another advantage of this process that the suspension density in the area of the fluidized bed reactor above the secondary gas supply can be kept low and the pressure loss in the entire fluidized bed reactor is therefore comparatively low. Instead, the heat is removed in the fluidized bed cooler under conditions which cause extremely high heat transfer, for example in the range from 400 to 500 watts / m ² ° C.

Die Verbrennungstemperatur im Wirbelschichtreaktor wird geregelt, indem mindestens ein Teilstrom gekühlten Feststoffes aus dem Wirbelschichtkühler zurückgeführt wird. Beispielsweise kann der erforderliche Teilstrom gekühlten Feststoffes direkt in den Wirbelschichtreaktor eingetragen werden. Es kann zusätzlich auch das Abgas durch Eintrag-gekühlten Feststoffes, der beispielsweise einer pneumatischen Förderstrecke oder einer Schwebeaustauscherstufe aufgegeben wird, gekühlt werden, wobei der vom Abgas später wieder abgetrennte Feststoff dann in den Wirbelschichtkühler zurückgeleitet wird. Dadurch gelangt auch die Abgaswärme letztlich in den Wirbelschichtkühler. Besonders vorteilhaft ist es, gekühlten Feststoff als einen Teilstrom direkt und als einen weiteren indirekt nach Kühlung der Abgase in den Wirbelschichtreaktor einzutragen.The combustion temperature in the fluidized bed reactor is regulated by recirculating at least a partial stream of cooled solid from the fluidized bed cooler. For example, the required partial flow of cooled solid can be fed directly into the fluidized bed reactor. In addition, the exhaust gas can also be cooled by entry-cooled solid which is, for example, given to a pneumatic conveyor line or a floating exchanger stage, the solid which is subsequently separated off from the exhaust gas then being returned to the fluidized bed cooler. As a result, the exhaust gas heat ultimately ends up in the fluidized bed cooler. It is particularly advantageous to enter cooled solid as a partial stream directly and as another indirectly after cooling the exhaust gases in the fluidized bed reactor.

Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die Gasverweilzeiten, Gasgeschwindigkeiten oberhalb der Sekundärgasleitung bei Normaldruck und Art der Fluidisierungs- bzw. Sekundärgaszuführung in Übereinstimmung mit den gleichen Parametern der zuvor behandelten Ausführungsform.In this embodiment of the invention, too, the gas residence times and gas velocities are above the secondary gas Line at normal pressure and type of fluidization or secondary gas supply in accordance with the same parameters of the previously discussed embodiment.

Die Rückkühlung des heißen Feststoffes des Wirbelschichtreaktors sollte in einem Wirbelschichtkühler mit mehreren nacheinander durchflossenen Kühlkammern, in die miteinander verbundene Kühlregister eintauchen, im Gegenstrom zum Kühlmittel erfolgen. Hierdurch gelingt es, die Verbrennungswärme an eine vergleichsweise kleine Kühlmittelmenge zu binden.The recooling of the hot solid of the fluidized bed reactor should take place in a fluidized bed cooler with several cooling chambers flowing through one after the other, into which interconnected cooling registers are immersed, in countercurrent to the coolant. This makes it possible to bind the heat of combustion to a comparatively small amount of coolant.

Die Universalität der zuletzt genannten Ausgestaltung ist sich insbesondere dadurch gegeben, daß sich Wirbelschichtkühler nahezu beliebige Wärmeträgermedien aufheizen lassen. Von besonderer Bedeutung aus technischer Sicht ist die Erzeugung von Dampf unterschiedlichster Form und die Aufheizung von Wärmeträgersalz.The universality of the last-mentioned embodiment is given in particular by the fact that fluidized bed coolers can heat up almost any heat transfer media. From a technical point of view, the production of steam of various forms and the heating of heat transfer salt are of particular importance.

Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weiterhin erhöht werden, wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Verbrennungsstufe zusätzlich kohlenstoffhaltige Materialien aufgegeben werden. Diese Ausführungsform hat den Vorzug, daß ohne Einflußnahme auf die Brenngaserzeugung in der Vergasungsstufe die Produktion von Prozeßwärme nach Belieben in der Verbrennungsstufe erhöht werden kann.The flexibility of the method according to the invention can be further increased if, in a further advantageous embodiment of the invention, the combustion stage is additionally fed with carbon-containing materials. This embodiment has the advantage that the production of process heat can be increased at will in the combustion stage without influencing the fuel gas generation in the gasification stage.

Innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens können als sauerstoffhaltige Gase Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technisch reiner Sauerstoff eingesetzt werden. Insbesondere in der Vergasungsstufe empfiehlt sich die Verwendung eines möglichst sauerstoffreichen Gases. Schließlich kann innerhalb der Verbrennungsstufe eine Leistungssteigerung erzielt werden, indem die Verbrennung unter Druck, etwa bis 20 bar, durchgeführt wird.Air or oxygen-enriched air or technically pure oxygen can be used as oxygen-containing gases in the process according to the invention. In the gasification stage in particular, the use of an oxygen-rich gas is recommended. Finally, an increase in performance can be achieved within the combustion stage by carrying out the combustion under pressure, for example up to 20 bar.

Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anwendung kommenden Wirbelschichtreaktoren können von rechteckigem, quadratischem oder kreisförmigem Querschnitt sein. Der untere Bereich des Wirbelschichtreaktors kann auch konisch ausgebildet sein, was insbesondere bei großen Reaktor-querschnitten und damit hohen Gasdurchsätzen vorteilhaft ist.The fluidized bed reactors used in carrying out the method according to the invention can be of rectangular, square or circular cross section. The lower region of the fluidized bed reactor can also be conical, which is particularly advantageous in the case of large reactor cross sections and thus high gas throughputs.

Die Erfindung wird anhand der Figur, die ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, und der Ausführungsbeispiele beispielsweise und näher erläutert.The invention is explained with reference to the figure, which shows a flow diagram of the method according to the invention, and the exemplary embodiments, for example and in more detail.

Kohlenstoffhaltiges Material wird der aus dem Wirbelschichtreaktor 1, dem Zyklonabscheider 2 sowie der Rückführleitung 3 gebildeten zirkulierenden Wirbelschicht über Leitung 4 aufgegeben und dort durch Zugabe von Sauerstoff über Sekundärgasleitung 5 und Wasserdampf über Fluidisierungsgasleitung 6 vergast. Das erzeugte Gas wird in einem zweiten Zyklonabscheider7 entstaubt und in einen Venturi-Reaktor 8 eingetragen, der über Leitung 9 mit Entschwefelungsmittel versorgt wird. Das Entschwefelungsmittel wird zusammen mit dem Gas in einen Abhitzekessel 10 eingetragen, dort abgeschieden und über Leitung 11 abgeführt. Das Gas gelangt in einen Wäscher 12, in dem es von restlichem Staub befreit wird. Die Waschflüssigkeit wird hierbei über die Leitung 13,eine Filtereinrichtung 14 und eine weitere Leitung 15 umgepumpt. Schließlich gelangt das Gas zwecks Wasserabscheidung in einen Kondensator 16 und wird dann nach Durchgang durch ein Naß-Elektrofilter 17 über Leitung 44 abgeführt.Carbon-containing material is fed to the circulating fluidized bed formed from the fluidized bed reactor 1, the cyclone separator 2 and the return line 3 via line 4 and gasified there by adding oxygen via secondary gas line 5 and water vapor via fluidizing gas line 6. The gas generated is dedusted in a second cyclone separator 7 and introduced into a Venturi reactor 8, which is supplied with desulfurizing agent via line 9. The desulfurization agent is introduced together with the gas into a waste heat boiler 10, separated there and discharged via line 11. The gas enters a scrubber 12, in which it is freed of residual dust. The washing liquid is pumped through line 13, a filter device 14 and another line 15. Finally, the gas arrives in a condenser 16 for water separation and is then discharged via line 44 after passing through a wet electrostatic precipitator 17.

Der Vergasungsrückstand wird der zirkulierenden Wirbelschicht 1, 2, 3 über Leitung 18 entnommen, über einen Kühler 19 sowie Leitung 20 der der Verbrennung dienenden und aus Wirbelschichtreaktor 21, Zyklonabscheider 22 und Rückführleitung 23 gebildeten zweiten zirkulierenden Wirbelschicht aufgegeben. Über die Leitungen 24 bzw. 25 wird sauerstoffhaltiges Gas als Fluidisierungsgas bzw. als Sekundärgas zugeführt. Über die Leitung 26 ist eine separate Zugabe von Brennstoff'und über Leitung 27 von Entschwefelungsmittel möglich. Zusammen mit dem Vergasungsrückstand über Leitung 20 erfolgt auch die Aufgabe von Entschwefelungsmittel, Schlamm und Gaswasser, die über Leitungen 11 bzw. 42 bzw. 43- herangeführt werden. Das aus dem Abscheider 22 des Wirbelschichtreaktors 21 austretende Gas wird in einem weiteren Zyklonabscheider 29 von Staub befreit und in einem Abhitzekessel 30 gekühlt. Weitere Asche wird im Abscheider 31 dem Abgas entzogen. Das Abgas wird schließlich über Leitung 32 abgeführt.The gasification residue is taken from the circulating fluidized bed 1, 2, 3 via line 18, via a cooler 19 and line 20 of the second circulating fluidized bed used for combustion and formed from a fluidized bed reactor 21, cyclone separator 22 and return line 23. Oxygen-containing gas is supplied via lines 24 and 25, respectively Fluidizing gas or supplied as a secondary gas. A separate addition of fuel and line 27 of desulfurizing agent is possible via line 26. Together with the gasification residue via line 20, desulphurization agents, sludge and gas water are also introduced, which are introduced via lines 11 or 42 or 43. The gas emerging from the separator 22 of the fluidized bed reactor 21 is freed of dust in a further cyclone separator 29 and cooled in a waste heat boiler 30. Further ash is extracted from the exhaust gas in the separator 31. The exhaust gas is finally discharged via line 32.

Aus der Rückführleitung 23 wird mittels Leitung. 33 ein Teilstrom von über Wirbelschichtreaktor 21, Abscheidezyklon 22 und Rückführleitung 23 zirkuliertem Feststoff entnommen undim Wirbelschichtkühler 34 gekühlt. Außerdem wird im Wirbelschichtkühler 34 auch der im Abscheidezyklon 29 und im Abhitzekessel 30 niedergeschlagene Staub über Leitungen 35, 36 bzw. 37 zugeführt. Als Kühlmittel dient ein Wärmeträgersalz, das im Gegenstrom durch den Wirbelschichtkühler 34 vermittels von Kühlregistern 38 hindurchgeführt wird. Das über Leitung 41 dem Wirbelschichtkühler 34 zugeführte und dort aufgeheizte sauerstofthaltige Fluidisierungsgas gelangt über Leitung 39 als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor 21. Rückgekühlter Feststoff wird zur Aufnahme der Verbrennungswärme dem Wirbelschichtreaktor 21 über Leitung 40 zugeführt.The return line 23 becomes by means of line. 33 a partial stream of solid circulated via fluidized bed reactor 21, separating cyclone 22 and return line 23 was removed and cooled in the fluidized bed cooler 34. In addition, in the fluidized bed cooler 34, the dust deposited in the separating cyclone 29 and in the waste heat boiler 30 is fed via lines 35, 36 and 37, respectively. A heat transfer salt is used as the coolant, which is passed in countercurrent through the fluidized bed cooler 34 by means of cooling registers 38. The oxygen-containing fluidizing gas fed via line 41 to the fluidized bed cooler 34 and heated there passes via line 39 as a secondary gas into the fluidized bed reactor 21. Recooled solid is fed to the fluidized bed reactor 21 via line 40 to absorb the heat of combustion.

example 1

Zum Einsatz gelangte eine Kohle mit

20 Gew.-% Ascheanteil und
8 Gew.-% Feuchte.

Ihr Heizwert betrug 25,1 MJ/kg (Mega-Joule).A coal came into use

20% by weight of ash and
8% by weight moisture.

Its calorific value was 25.1 MJ / kg (mega joules).

3300kg der vorstehend genannten Kohle wurde stündlich dem Wirbelschichtreaktor 1 über Leitung 4 aufgegeben. Gleichzeitig wurden 913 m³ _Nsauerstoffhaltiges Gas mit 95 Vol.-% O₂ über Leitung 5 und 280 kg Dampf von 400 °C über Leitung 6 eingetragen. Aufgrund der gewählten Betriebsbedingungen stellte sich im Wirbelschichtreaktor 1 eine Temperatur von 1020 °C und eine mittlere Suspensionsdichte (oberhalb der Leitung 5 gemessen) von 200 kg/m³ Reaktorvolumen ein. Das im Zyklonabscheider 2 vom Feststoff weitgehend befreite Gas von 1020 °C wurde im Zyklonabscheider 7 weiter entstaubt und in eine Venturi-Wirbelschicht 9 eingetragen, die außerdem einen Zusatz von 238 kg/h Kalk (CaCO₃-Gehalt 95 Gew.-%) erhielt. Das entschwefelte Gas trat zusammen mit dem beladenen Entschwefelungsmittel mit einer Temperatur von 920 ^oC aus und wurde in den Abhitzekessel 10 eingetragen. Im Abhitzekessel 10.wurden 155 kg/h beladenes Entschwefelungsmittel erhalten, außerdem Sattdampf von 45 bar in einer Menge von 1,75 t/h erzeugt. Das entstaubte und abgekühlte Gas gelangte dann in den Wäscher 12, in dem es mit über Leitung 13, Filtereinrichtung 14 und Leitung 15 umgepumpter Waschflüssigkeit gereinigt wurde. Es wurde dann in den Kondensator 16 überführt, indem es durch indirekte Kühlung auf 35 ^oC abgekühlt wurde. Nach Durchgang durch ein Naß-Elektrofilter 17 wurden über Leitung 44 3940 m³ _N/h Brenngas abgeführt. Der Heizwert des erzeugten Brenngases betrug 10,6 MJ/m³ _N.3300kg of the aforementioned coal was fed to the fluidized bed reactor 1 via line 4 every hour. At the same time, 913 m ³ _N oxygen-containing gas with 95% by volume O _{2 were introduced} via line 5 and 280 kg of steam at 400 ° C. via line 6. Due to the selected operating conditions, a temperature of 1020 ° C. and an average suspension density (measured above line 5) of 200 kg / m ³ reactor volume were established in the fluidized bed reactor 1. The gas of 1020 ° C., which was largely freed of solids in the cyclone separator 2, was further dedusted in the cyclone separator 7 and introduced into a Venturi fluidized bed 9, which also received an addition of 238 kg / h of lime (CaCO ₃ content 95% by weight) . The desulfurized gas, together with the loaded desulfurization agent, emerged at a temperature of 920 ^° C. and was introduced into the waste heat boiler 10. 155 kg / h of loaded desulfurizing agent were obtained in the waste heat boiler 10. In addition, saturated steam of 45 bar was produced in an amount of 1.75 t / h. The dedusted and cooled gas then reached the scrubber 12, in which it was cleaned with washing liquid pumped over line 13, filter device 14 and line 15. It was then transferred to the condenser 16 by being cooled to 35 ^° C. by indirect cooling. After passing through a wet electrostatic precipitator 17, 3940 m ³ _{N /} h of fuel gas were discharged via line 44. The calorific value of the fuel gas generated was 10.6 MJ / m ³ _N.

Über Leitung 18 wurde der der Vergasung dienenden zirkulierenden Wirbelschicht Vergasungsrückstand entnommen und zusammen mit dem über Leitung 11 abgeführten beladenen Entschwefelungsmittel sowie über Leitung 43 ausgetragenen Filterrückstand über Leitung 20 dem Wirbelschichtreaktor 21'aufgegeben. Die gesamte Aufgabemenge betrug 1869 kg/h. Dem Wirbelschichtreaktor 21 wurden weiterhin über die Fluidisierungsgasleitung 24 3400 m³ _N/h Luft und über Sekundärgasleitung 25 4900 m³ _N/h Luft zugeführt. Eine weitere Sekundärgaszuführung in Form von im Wirbelschichtkühler 34 aufgeheizter Luft erfolgte über Leitung 39 in einer Menge von 1900 m3N/h. Der letztgenannte Luftstrom besaß eine Temperatur von 500 °C. Im Wirbelschichtreaktor stellte sich eine Verbrennungstemperatur von 850 °C und oberhalb der obersten Sekundärgasleitung eine mittlere Suspensionsdichte von 30 kg/m³ ein. Das Abgas des Wirbelschichtreaktors wurde im nachgeschalteten Rückführzyklon 22 von den mit ausgetragenen Feststoffen befreit, im nachgeschalteten Zyklonabscheider 29 entstaubt und schließlich in den Abhitzekessel 30 eingetragen. Im Abhitzekessel 30 erfolgte eine Absenkung der Temperatur der Abgase von 850 °C auf 140 ^oC. Dabei wurden 3,6 t/h überhitzter Dampf von 45 bar und 480 ^oC erzeugt. Das Gas wurde anschließend in den Abscheider 31 eingeleitet und dort von weiterer Asche befreit. Schließlich wurde es mit einer Temperatur von 140 ^oC über Leitung 32 dem Kamin zugeführt. Im Abscheider 30 fielen 660 kg/h Asche und zusätzlich 247 kg/h sulfatisiertes Entschwefelungsmittel an. Die Aschemenge von 660 kg/h entspricht dabei der gesamten Ascheproduktion in der Verbrennungsstufe.The gasification circulating fluidized bed of gasification residues was removed via line 18 and together with the loaded desulphurized via line 11 and the filter residue discharged via line 43 are fed via line 20 to the fluidized bed reactor 21 '. The total feed rate was 1869 kg / h. The fluidized bed reactor 21 was further supplied with 34 3400 m ³ _N / h of air via the fluidizing gas line 24 and 4900 m ³ _N / h of air via the secondary gas line 25. Another secondary gas supply in the form of air heated in the fluidized bed cooler 34 was carried out via line 39 in an amount of 1900 m3N / h. The latter airflow was at a temperature of 500 ° C. The combustion temperature in the fluidized bed reactor was 850 ° C. and an average suspension density of 30 kg / m ³ above the uppermost secondary gas line. The exhaust gas from the fluidized bed reactor was freed from the solids discharged in the downstream recycle cyclone 22, dedusted in the downstream cyclone separator 29 and finally introduced into the waste heat boiler 30. In the waste heat boiler 30, a reduction was carried out the temperature of the exhaust gases of 850 ° C to 140 ^o C. In this case, 3.6 t / h of superheated steam of 45 bar was generated and 480 ^o C. The gas was then introduced into the separator 31 and freed from further ash there. Finally, it was fed to the chimney at a temperature of 140 ^° C. via line 32. In the separator 30, 660 kg / h of ash and an additional 247 kg / h of sulfated desulfurizing agent were obtained. The ash quantity of 660 kg / h corresponds to the total ash production in the combustion stage.

Von dem in der zirkulierenden Wirbelschicht 21, 22, 23 im Kreislauf gefahrenen Feststoff wurden über Leitung 33 45 t/h Feststoff in den Wirbelschichtkühler 34 eingetragen und dort im Gegenstrom zu einem Wärmeträgersalz, das mit 350 C in einer Menge von 185 t/h zugeführt wurde, gekühlt. Das Wärmeträgersalz heizte sich dabei auf 420 °C auf. Die im Kühler 34 auf 400 °C abgekühlte Asche wurde über Leitung 40 zur Aufnahme der Verbrennungswärme in den Wirbelschichtreaktor 21 zurückgeführt. Der Wirbelschichtkühler 34, der vier getrennte Kühlkammern aufweist, wurde seinerseits mit 1900 m³ _N/h Luft fluidisiert, die sich auf 500 °C Mischtemperatur aufheizte. Sie wurde - wie bereits oben erwähnt - über Leitung 39 dem Wirbelschichtreaktor 21 als Sekundärgas zugeführt.Of the solid circulated in the circulating fluidized bed 21, 22, 23, 45 t / h of solid were introduced into the fluidized bed cooler 34 via line 33 and there in countercurrent to a heat transfer salt which was fed at 350 ° C. in an amount of 185 t / h was cooled. The heat transfer salt heated up to 420 ° C. The ashes cooled in the cooler 34 to 400 ° C. were returned to the fluidized bed reactor 21 via line 40 to absorb the heat of combustion. The fluidized bed cooler 34, which has four separate cooling chambers, was in turn fluidized with 1900 m ³ _{N /} h of air, which heated up to a mixing temperature of 500 ° C. As already mentioned above, it was fed to the fluidized bed reactor 21 as a secondary gas via line 39.

Bei dem vorstehend genannten Beispiel teilte sich die nutzbar4emachte Energie wie folgt auf:

In the above example, the harnessed energy was divided as follows:

Example 2

Zum Einsatz gelangte wiederum eine Kohle mit

20 Gew.-% Ascheanteil .und
8 Gew.-% Feuchte,

deren Heizwert 25,1 MJ/kg betrug.A coal was used again

20% by weight of ash .and
8% by weight moisture,

whose calorific value was 25.1 MJ / kg.

3300 kg der vorstehend genannten Kohle wurde stündlich.dem Wirbelschichtreaktor 1 über Leitung 4 aufgegeben. Gleichzeitig wurden ₇₇₆ m³ _N sauerstoffhaltiges Gas mit 95 Vol.-% 0₂ über Leitung 5 und 132 kg Dampf von 400 °C über Leitung 6 eingetragen. Aufgrund der gewählten Betriebsbedingungen stellte sich im Wirbelschichtreaktor 1 eine Temperatur von 1000 ^oC und eine mittlere Suspensionsdichte (oberhalb der Leitung 5 gemessen) von 200 kg/m³ Reaktorvolumen ein. Das im Zyklonabscheider 2 vom Feststoff weitgehend befreite Gas von 1000 °C wurde im Zyklonabscheider 7 weiter entstaubt und in eine Venturi-Wirbelschicht 9 eingetragen, die außerdem einen Zusatz von 238 kg/h Kalk (CaCO₃-Gehalt 95 Gew.-%) erhielt. Das entschwefelte Gas trat zusammen mit dem beladenen Entschwefelungsmittel mit einer Temperatur von 900 ^oC aus und wurde in den Abhitzekessel 10 eingetragen. Im - Abhitzekessel 10 wurden 155 kg/h beladenes Entschwefelungsmittel erhalten, außerdem Sattdampf von 45 bar in einer- - Menge von 1,52 t/h erzeugt. Das entstaubte und abgekühlte Gas gelangte dann in den Wäscher 12, in dem es mit über Leitung 13, Filtereinrichtung 14 und Leitung 15 umgepumpter Waschflüssigkeit gereinigt wurde. Es wurde dann in den Kondensator 16 überführt, indem es durch indirekte Kühlung auf 35 ^oC abgekühlt wurde. Nach Durchgang durch ein Naß-Elektrofilter 17 wurden über Leitung 44 3400 m³ _N/h Brenngas abgeführt. Der Heizwert des erzeugten Brenngases betrug 10,6 MJ/m³ _N.3300 kg of the above-mentioned coal was fed hourly to the fluidized bed reactor 1 via line 4. At the same time, ₇₇₆ m ³ _N oxygen-containing gas with 95% by volume 0 _{2 were introduced} via line 5 and 132 kg of steam at 400 ° C. via line 6. Due to the selected operating conditions, a temperature of 1000 ^° C. and an average suspension density (measured above line 5) of 200 kg / m ³ reactor volume were established in the fluidized bed reactor 1. The gas at 1000 ° C. largely freed of solids in the cyclone separator 2 was further dedusted in the cyclone separator 7 and introduced into a Venturi fluidized bed 9, which also added 238 kg / h of lime (CaCO ₃ content 95% by weight) received. The desulfurized gas emerged together with the loaded desulfurization agent at a temperature of 900 ^° C. and was introduced into the waste heat boiler 10. 155 kg / h of loaded desulfurizing agent were obtained in the waste heat boiler 10, and saturated steam of 45 bar was also produced in a quantity of 1.52 t / h. The dedusted and cooled gas then reached the scrubber 12, in which it was cleaned with washing liquid pumped over line 13, filter device 14 and line 15. It was then transferred to the condenser 16 by being cooled to 35 ^° C. by indirect cooling. After passing through a wet electrostatic precipitator 17, 3400 m ³ _{N /} h of fuel gas were removed via line 44. The calorific value of the fuel gas generated was 10.6 MJ / m ³ _N.

Über Leitung 18 wurde der der Vergasung dienenden zirkulierenden Wirbelschicht Vergasungsrückstand entnommen und zusammen mit dem über Leitung 11 abgeführten beladenen Entschwefelungsmittel sowie über Leitung 43 ausgetragenen Filterrückstand über Leitung 20 dem Wirbelschichtreaktor 21 aufgegeben. Die gesamte Aufgabemenge betrug 2068 kg/h. Dem Wirbelschichtreaktor 21 wurden weiterhin über die Fluidisierungsgasleitung 24 3075 m³ _N/h Luft und über Sekundärgasleitung 25 7325 m³ _N/h Luft zugeführt. Eine weitere Sekundärgaszuführung in Form von im Wirbelschichtkühler 34 aufgeheizter Luft erfolgte über Leitung 39 in einer Menge von 1900 m³ _N/h. Der letztgenannte Luftstrom besaß eine Temperatur von 500 ^oC. Im Wirbelschichtreaktor stellte sich eine Verbrennungstemperatur von 850 °C und oberhalb der obersten Sekundärgasleitung eine mittlere Suspensionsdichte von 30 kg/m³ein. Das Abgas des Wirbelschichtreaktors wurde im nachgeschalteten Rückführzyklon 22 von den mit ausgetragenen Feststoffen befreit, im nachgeschalteten Zyklonabscheider 29 entstaubt und schließlich in den Abhitzekessel 30 eingetragen. Im Abhitzekessel 30 erfolgte eine Absenkung der Temperatur der Abgase von 850 ^oC auf 140 ^oC. Dabei wurden 4,4 t/h überhitzter Dampf von 45 bar und 480 °C erzeugt. Das Gas wurde anschließend in den Abscheider 31 eingeleitet und dort von weiterer Asche befreit. Schließlich wurde es mit einer Temperatur von 140 °C über Leitung 32 dem Kamin zugeführt. Im Abscheider 30 fielen 660 kg/h Asche und zusätzlich 247 kg/h sulfatisiertes Entschwefelungsmittel an. Die Aschemenge von 660 kg/h entspricht dabei der gesamten Ascheproduktion in der Verbrennungsstufe.The gasification circulating fluidized bed of gasification residue was removed via line 18 and, together with the loaded desulfurizing agent discharged via line 11 and filter residue discharged via line 43, was passed via line 20 to the fluidized bed reactor 21. The total feed rate was 2068 kg / h. The fluidized bed reactor 21 was further supplied with air via the fluidizing gas line 24 3075 m ³ _{N /} h and air via secondary gas line 25 7325 m ³ _{N /} h. Another secondary gas supply in the form of air heated in the fluidized bed cooler 34 was carried out via line 39 in an amount of 1900 m ³ _{N /} h. The last-mentioned air stream had a temperature of 500 ^o C. In the fluidized bed reactor, a combustion temperature of 850 ° C and introduced above the uppermost secondary gas line, a mean suspension density of 30 kg / m ³ a. The exhaust gas from the fluidized bed reactor was freed from the solids discharged in the downstream recycle cyclone 22, dedusted in the downstream cyclone separator 29 and finally introduced into the waste heat boiler 30. In the waste heat boiler 30, a reduction was carried out the temperature of the exhaust gases of 850 ^o C to 140 ^o C. In this case, 4.4 t / h of superheated steam at 45 bar and 480 ° C were produced. The gas was then introduced into the separator 31 and freed from further ash there. Finally, it was fed to the chimney at a temperature of 140 ° C. via line 32. In the separator 30, 660 kg / h of ash and an additional 247 kg / h of sulfated desulfurizing agent were obtained. The ash quantity of 660 kg / h corresponds to the total ash production in the combustion stage.

Von dem in der zirkulierenden Wirbelschicht 21, 22, 23 im Kreislauf gefahrenen Feststoff wurden über Leitung 33 54 t/h Feststoff in den Wirbelschichtkühler 34 eingetragen und dort im Gegenstrom zu einem Wärmeträgersalz, das mit 350 ^oC in einer Menge von 223 t/h zugeführt wurde, gekühlt. Das Wärmeträgersalz heizte sich dabei auf 420 °C auf. Die im Kühler 34 auf 400 ^oC abgekühlte Asche wurde über Leitung-40 zur Aufnahme der Verbrennungswärme in den Wirbelschichtreaktor 21 zurückgeführt.Of the solid circulated in the circulating fluidized bed 21, 22, 23, 54 t / h of solid were introduced into the fluidized bed cooler 34 via line 33 and there in countercurrent to a heat transfer salt which was at 350 ^° C. in an amount of 223 t / h was fed, cooled. The heat transfer salt heated up to 420 ° C. The ash cooled to 400 ^° C. in the cooler 34 was returned to the fluidized bed reactor 21 via line 40 to absorb the heat of combustion.

Der Wirbelschichtkühler 34, der vier getrennte Kühlkammern aufweist, wurde seinerseits mit 1900 m³ _N/h Luft fluidisiert, die sich auf 500 ^oC Mischtemperatur aufheizte. Sie wurde - wie bereits oben erwähnt - über Leitung 39 dem Wirbelschichtreaktor 21 als Sekundärgas zugeführt.The fluidized bed cooler 34, which has four separate cooling chambers, was in turn fluidized with 1900 m ³ _{N /} h of air, which heated up to a mixing temperature of 500 ^° C. As already mentioned above, it was fed to the fluidized bed reactor 21 as a secondary gas via line 39.

Die nach diesem Beispiel nutzbar gemachte Enengie teilte sich wie folgt auf:

The energy used according to this example was divided as follows:

Example 3

Das Beispiel 2 wurde insofern variiert, als ohne Veränderung innerhalb der Vergasungsstufe die Energiegewinnung in der Verbrennungsstufe durch zusätzliche Kohleverbrennung erhöht wurde.Example 2 was varied in that the energy generation in the combustion stage was increased by additional coal combustion without any change within the gasification stage.

Hierzu wurden im Wirbelschichtreaktor 21 über Leitung 26 zusätzlich 500 kg/h Kohle (der eingangs genannten. Beschaffenheit) sowie über Leitung 27 35 kg/h Kalkstein (95 Gew.-% CaCO₃) zugegeben. Die durch die Leitung 24 zuzuführende Fluidisierungsluftmenge war auf 4100 m³ _N/h und die durchLeitung 25 zuzuführende Sekundärluftmenge auf 10 300 m3N/h erhöht worden.For this purpose, 500 kg / h of coal (of the type mentioned at the outset) and 35 kg / h of limestone (95% by weight of CaCO ₃ ) were additionally added via line 26 in the fluidized bed reactor 21. The amount of fluidizing air to be supplied through line 24 had been increased to 4100 m ³ _{N /} h and the amount of secondary air to be supplied through line 25 had been increased to 10 300 m3N / h.

Durch die gegenüber Beispiel 2 veränderte Arbeitsweise wurden im Abhitzekessel 30 5,7 t/h Dampf von 45 bar und 480 ^oC erzeugt und im Kühler 34 302 t/h Wärmeträgersalz von 350 auf 420 °C aufgeheizt. Hierzu war die über den Wirbelschichtkühler 34 geführte Feststoffmenge auf 73 t/h'zu erhöhen. Es fielen 760 kg/h Asche und 284 kg/h sulfätisiertes Entschwefelungsmittel an.By comparing Example 2 changing operation were t / h steam at 45 bar and 480 ^o C and produced in the radiator 34 302 t / h heat transfer salt of 350 to 420 ° C heated in the waste heat boiler 30 5.7. For this purpose, the amount of solids passed through the fluidized bed cooler 34 had to be increased to 73 t / h '. 760 kg / h of ash and 284 kg / h of sulfated desulfurization agent were obtained.

Bezogen auf die gesamte zugegebene Kohlemenge teilte sich die nutzbar gemachte Energie wie folgt auf:

Based on the total amount of coal added, the harnessed energy was divided as follows:

Claims

1. A process for the simultaneous generation of fuel gas and process heat from carbonaceous materials by gasification in a first fluidized bed stage and subsequent combustion of the combustible constituents remaining in the gasification in a second fluidized bed stage, characterized in that a) the gasification at a pressure of maximum 5 bar and a temperature of 800 to 1100 ° C by means of oxygen-containing gases in the presence of steam in a circulating fluidized bed (1, 2. 3) and thereby 40 to 80 wt .-% of converts carbon contained in the starting material;

b) the gas formed in this way is freed from sulfur compounds at a temperature in the range from 800 to 1000 ° C. in the fluidized state (9), then cooled and dedusted;

c) the residue from the gasification together with the by-products resulting from gas cleaning, such as loaded desulfurizing agent, dust and gas water, is fed to a further circulating fluidized bed (21, 22, 23) and there the remaining combustible components at an air ratio of 1.05 to 1.40 burns.

2. The method according to claim 1, characterized in that 40 to 60 wt .-% of the carbon contained in the starting material is reacted in the gasification.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that in the gasification stage (1, 2, 3) water vapor, mainly in the form of fluidization gas (6), and oxygen-containing gas, deliberately in the form of secondary gas (5).

4. The method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that in the gasification stage (1, 2, 3) the residence time of the gases - calculated above the entry point (4) of the carbonaceous material - to 1 to 5 seconds.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the gases emerging from the gasification stage (1, 2, 3) in a circulating fluidized bed by means of lime or dolomite or the corresponding fired products with a particle size d _p 50 desulphurized from 30 to 200 microns and for this purpose in the fluidized bed reactor an average suspension density of 0.1 to 10 kg / m ³ , preferably 1 to 5 kg / m ³ , and an hourly solids circulation rate which is at least 5 times the solids weight in the reactor shaft matters, hires.

6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the gas velocity during the desulfurization is set to 4 to 8 m / sec (calculated as empty tube speed).

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the entire desulphurization agent, also required for the combustion stage, is added to the gas desulfurization stage.

8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the combustion is carried out in two stages with oxygen-containing gases (24, 25) supplied at different levels.

9. The method according to claim 8, characterized in that above the upper gas supply (25) creates an average suspension density of 15 to 100 kg / m ³ by adjusting the fluidization and secondary gas quantities and at least a substantial part of the heat of combustion by means of the upper Gas supply dissipates cooling surfaces located within the free reactor space.

10. The method according to claim 8, characterized in that above the upper gas supply (25) creates an average suspension density of 10 to 40 kg / m ³ by adjusting the fluidization (24) and secondary gas quantities (25), hot solid of the circulating fluidized bed (21, 22, 23) and in the fluidized state (34) cools by direct and indirect heat exchange and returns at least a partial flow of cooled solid to the circulating fluidized bed (21, 22, 23). (40).

11. The method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the combustion stage additionally gives up carbon-containing materials.