EP0185649A2 - Verfahren zur Überhitzung des Vergasungsrohgases und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP0185649A2
EP0185649A2 EP85890308A EP85890308A EP0185649A2 EP 0185649 A2 EP0185649 A2 EP 0185649A2 EP 85890308 A EP85890308 A EP 85890308A EP 85890308 A EP85890308 A EP 85890308A EP 0185649 A2 EP0185649 A2 EP 0185649A2
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crude
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Bruno Dr. Dipl.-Ing. Hillinger
Burkhard Dr.-Ing. Möller
Bodo Dr.-Ing. Wolf
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Waagner Biro AG
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Waagner Biro AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
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    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal

Definitions

  • the invention relates to a method for overheating the raw gasification gas from bituminous fuels, such as e.g. Lignite, after the fixed bed gasification working in the countercurrent principle and a device for carrying out the process.
  • the invention can be used in the gasification of solid fuels in counter-current fixed bed gasification reactors. Reactors for the gasification of solid fuels, in which the solid to be gasified is conducted in counterflow to the gasification agent in a fixed bed, have been in industrial use for decades.
  • Clear gas drawn off from the gasification reactor has the temperature of the gasification zone, so it must be cooled down before it is passed on or transported in bricked-up pipelines. If the entire gasification gas from the gasification zone of a fixed bed reactor is driven through the bituminous fuel layer, the sensible heat of this gas is used for endothermic processes of smoldering and cracking the liquid hydrocarbons, which leads to high-boiling large-molecular hydrocarbons.
  • the aim of the invention is a method for the gentle smoldering of bituminous fuels with simultaneous use of the enthalpy difference of the gas that is released in this way from the gasification zone of fixed bed generators for overheating the gasification crude gas consisting of smoldering and gasification gas as well as the avoidance of the use of additional fuels or the combustion of a raw gas partial roe as well to create a facility for carrying out the process.
  • the invention has for its object hot gas from the gasification zone of fixed bed gasification processes without significant temperature reduction to overheat in the gas collecting space
  • Fixed bed gasification reactor to overheat the mixture of gasification and carbonization gas emerging from the solid bed there and to create a device for performing the method.
  • the invention is procedurally characterized in that a part, in particular 20 to 35%, of the carbonizing hot in the gasification zone at about 900 0 C generated gasification gas with slight heat losses by bypassing the emerging from the carbonization zone of the bed of solids, partially cooled and condensed Vergasungsrohgas , consisting of a mixture of gasification and carbonization gas, is admixed, whereby its temperature is increased by 50 to 150 ° C., and the device according to the invention for carrying out the method is characterized in that at least one bypass line to the carbonization zone is provided in a fuel gasifier, through which hot gasification gases from the high-temperature zone can be introduced directly into the gas collecting space or the gas collecting line.
  • Essential features of the invention are specified in the subclaims.
  • FIGS. 1 and 2 show in section a fuel gasifier in elevation and Fig. 2 shows a construction variant.
  • a fuel gasifier for bituminous fuels such as lignite is shown after the fixed bed gasification working in the countercurrent principle.
  • the fuel to be gasified is introduced into the gasifier via the filler opening 11 and the residue from the gasification is removed in the form of ash and slag particles via the outlet 12.
  • the fuel to be gasified stratifies in the fuel gasifier 1 Fuel from bottom to top, with an ash layer 13 being formed in the operating state below, followed by a high-temperature zone 4, from which the hot gasification gases escape upwards and cause the fuel to smolder in the smoldering zone 3 and warm up to smoldering temperature in the preheating zone 14 above .
  • the gasification gas from the high-temperature zone 4 is cooled from about 900 ° C. to about 300 ° C., in the smoldering zone 3 tar-rich smoldering gases are added, so that tar condensate formation already occurs in the preheating zone above.
  • These tar condensates are deposited on the coal and thus finally migrate back into the high-temperature zone, where they are split up by the reducing gas entering through the gas distributor 7.
  • the tar contained in the gas mixture is further undercooled by heat radiation, so that tar deposits on the walls can occur in this area, which can ultimately lead to difficulties in the generator or in the downstream lines.
  • a gas collector 8 is provided above or still in the high temperature zone, which collects the hot raw gasification gas from the high temperature zone 4 and leads via a bypass line 2 into the gas collection line 6, so that the raw gasification gas already partially cooled in the gas collection space heats, or seen on the tar content, is overheated and thus counteracts the formation of tar condensate.
  • the overheating temperature is now chosen so that with regard to the inevitable heat losses to the consumer the temperature of the raw gasification gas cannot drop below the value of the temperature in the gas collecting space 5.
  • FIG. 2 shows a construction variant of FIG. 1, in which instead of the bypass line 2 on the outside, a plurality of bypass lines 2 ′, which are arranged in parallel and are arranged in parallel, are provided, which may possibly be switched off individually in order to achieve the control purpose.
  • a constructional difference is that in FIG. 2 the fuel gasifier 1 has a lateral fill opening 11 so that the bypass lines 2 'are not disturbed by the central fill.
  • the essence of the invention is seen in the fact that a partial flow of the gasification gas from the gasification zone through the smoldering zone with the aid of pipes, channels or via a collection channel is passed directly into the gas collection space of the fixed bed gasification or into the gas outlet of the gasification reactor and there with the one emerging from the fuel bed Mixture of smoldering and gasification gas is mixed.
  • the higher pressure of the gas from the gasification zone can be used using the Venturi principle to ensure a largely homogeneous mixture of the gases and the regulation of the mixture.
  • a mixture of carbonization and gasification gas with a temperature between 200 ° C. to 300 ° C. is obtained at full load in the gas collecting space of the gasification reactor.
  • the gasification gas that is 750 ° to 900 ° C hot in the gasification zone via pipes through the smoldering zone or via a pipe or pipes connected to a horizontal collecting duct above the gasification zone and admixture with the escaping in the gas collecting space above the fuel fill
  • the gas mixture reaches a temperature increase of 50 ° to 150 ° C and thus the overheating necessary for the waste gas-free transport of the raw gasification gas.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von überhitztem Vergasungsrohgas. Durch den Stand der Technik ist bekannt, daß durch Überhitzung von durch Gegenstromvergasung in Festbettvergasungsreaktoren erzeugtem Vergasungsrohgas eine Kondensation im Gas enthaltener flüssiger Bestandteile, insbesondere Teer und andere flüssige Kohlenwasserstoffe, vermieden und damit ein abproduktfreier Transport oder eine trockene Entstaubung des Vergasungsrohgases gesichert werden kann, wobei zur Überhitzung des Rohgases ein Zusatzbrennstoff oder die Verbrennung eines Teilstromes des erzeugten Vergasungsrohgases verwendet wird. Erfindungsgemäß wird das verhindert, indem ein Teilstrom über eine Umgehungseitung (2) des in der Hochtemperaturzone (4) der Vergasungszone entstehenden Vergasungsgases nicht zur Schwelung des Brennstoffes in der Schwelzone (3) eingesetzt sondern ohne bedeutende Wärmeabgabe durch oder um die Schwelzone (3) des Vergasungsprozesses gefahren und dem aus der Brennstoffschüttung über der Schwel- und Trockenzone austretenden Gemisch aus Schwel- und Vergasungsgas zugemischt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überhitzung des Vergasungsrohgases aus bituminösen Brennstoffen, wie z.B. Braunkohle, nach der im Gegenstromprinzip arbeitenden Festbettvergasung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung kann angewendet werden bei der Vergasung fester Brennstoffe in im Gegenstrom arbeitenden Festbettvergasungsreaktoren. Reaktoren zur Vergasung von festen Brennstoffen, bei denen in einem Festbett der zu vergasende Feststoff im Gegenstrom zum Vergasungsmittel geführt wird, sind seit Jahrzehnten im industriellen Einsatz. Mit der AT-PS 71.275, DE-PS 358.237, GB-PS 247.571 und der DD-WP 212.087 wurden Möglichkeiten aufgezeigt, dabei entstehendes, aus Schwel- und Vergasungsprodukten zusammengesetztes, Rohgas so zu überhitzen, daß das Rohgas ohne Kondensationserscheinungen abproduktfrei zu seinen Verbrauchern, wie Dampferzeugern und anderen Industriefeuerungen in wärmeisolierten Rohrleitungen und/oder entsprechenden vorrichtungen bei Drücken bis 5 MPa transportiert bzw. entstaubt werden kann.
  • Das wird erreicht, indem ein durch Verbrennung eines fremden Brennstoffes oder durch Teilstromverbrennung des Rohgases erzeugtes Verbrennungsgas mit hoher Temperatur dem Rohgas zugemischt wird. Bekannt sind auch Festbettvergasungsverfahren für bituminöse Brennstoffe, bei denen nur ein Teil des aus dem nach der Schwelung vorliegenden Kokses erzeugten heißen Vergasungsrohgases durch den bituminösen Brennstoff zur Sicherung des Schwelprozesses geleitet wird, während der andere Teil des Vergasungsrohgases als Klargas aus dem Vergasunsreaktor abgezogen wird. Dieser Stand der Technik hat den Nachteil, daß ein fremder Brennstoff oder ein Teilstrom des Rohgases zur Gas- überhitzung in separaten Vorrichtungen verbrannt wird, bevor das dabei entstehende Verbrennungsgas mit dem Rohgas vermischt werden kann. Aus dem Vergasungsreaktor abgezogenes Klargas hat die Temperatur der Vergasungszone, es muß deshalb vor seiner Fortleitung abgekühlt werden oder in ausgemauerten Rohrleitungen transportiert werden. Wird das gesamte Vergasungsgas aus der Vergasungszone eines Festbettreaktors durch die bituminöse Brennstoffschicht gefahren, dann wird die fühlbare Wärme dieses Gases für endotherme Vorgänge der Schwelung und Crackung der flüssigen Kohlenwasserstoffe verbraucht, was zu hoch siedenden großmolekularen Kohlenwasserstoffen führt.
  • Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur schonenden Schwelung bituminöser Brennstoffe bei gleichzeitiger Nutzung der dadurch frei werdenden Enthalpiedifferenz des Gases aus der Vergasungszone von Festbettgeneratoren zur Überhitzung des aus Schwel- und Vergasungsgas bestehenden Vergasungsrohgases sowie die Vermeidung des Einsatzes von Zusatzbrennstoffen oder der Verbrennung eines Rohgasteilstrooes sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, heißes Gas aus der Vergasungszone von Festbettvergasungsverfahren ohne bedeutende Temperaturabsenkung zur Überhitzung des im Gassammelraum des Festbettvergasungsreaktors zur Überhitzung des dort aus der Feststoffschüttung austretenden Gemisches von Vergasungs- und Schwelgas einzusetzen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
  • Die Erfindung ist verfahrensmäßig dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil, insbesondere 20 bis 35 %, des heißen in der Vergasungszone bei ca. 900 0 C erzeugten Vergasungsgases mit geringen Wärmeverlusten durch Umgehung der Schwelzone dem aus der Schwelzone der Feststoffschüttung austretenden, teilweise abgekühlten und auskondensierten Vergasungsrohgas, bestehend aus einem Gemisch von Vergasungs- und Schwelgas, zugemischt wird, wodurch dessen Temperatur um 50 bis 150 0 C erhöht wird, und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Brennstoffvergaser mindestens eine Umgehungsleitung zur Schwelzone vorgesehen ist, durch welche heiße Vergasungsgase aus der Hochtemperaturzone direkt in den Gassammelraum oder die Gassammelleitung einleitbar sind. Wesentliche Erfindungsmerkmale sind in den Unteranspruchen angegeben.
  • Die Erfindung ist in den angeschlossenen Fig. 1 und 2 beispielsweise und schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Brennstoffvergaser im Aufriß und Fig. 2 hiezu eine Konstruktionsvariante.
  • In Fig. 1 ist ein Brennstoffvergaser für bituminöse Brennstoffe wie z.B. Braunkohle nach der im Gegenstromprinzip arbeitenden Festbettvergasung dargestellt. Bei dieser Einrichtung wird der zu vergasende Brennstoff über die Einfüllöffnung 11 in den Vergaser eingebracht und der Rückstand aus der Vergasung in Form von Asche und Schlackenteilchen über den Auslaß 12 abgeführt. Im Brennstoffvergaser 1 schichtet sich der zu vergasende Brennstoff von unten nach oben, wobei im Betriebszustand unten eine Ascheschicht 13 gebildet wird und sich daran eine Hochtemperaturzone 4 anschließt, aus welcher die heißen Vergasungsgase nach oben entweichen und den Brennstoff in der Schwelzone 3 zum Schwelen bringen und in der darüberliegenden Vorwärmzone 14 auf Schweltenperatur aufwärmen. Beim Durchgang durch diese Schichten wird das Vergasungsgas aus der Hochtemperaturzone 4 von etwa 900 ° C auf etwa 300 ° C abgekühlt, wobei in der Schwelzone 3 teerreiche Schwelgase hinzugemischt werden, so daß es bereits in der darüberliegenden Vorwärmzone zur Teerkondensatbildung kommt. Diese Teerkondensate schlagen sich an der Kohle nieder und wandern so schließlich wieder in die Hochtemperaturzone, wo sie durch das durch den Gasverteiler 7 eintretende Reduktionsgas aufgespalten werden. Im Raum oberhalb der Vorwärmezone wird das im Gasgemisch enthaltene Teer durch Wärmeabstrahlung noch weiter unterkühlt, so daß es in diesem Bereich zu Teerabscheidungen an den Wandungen kommen kann, die letzten Endes zu Schwierigkeiten im Generator bzw. in den nachgeschalteten Leitungen führen können. Um derartige Kondensatbildungen im Feststoffvergaser zu verhindern, werden die Wandungen isoliert und auch beheizt. Diese Maßnahmen sind aber in den nachgeschalteten Leitungen nur mehr schwer durchzuführen. Um diesen Nachteil zu beheben, ist oberhalb der Hochtemperaturzone oder noch in dieser ein Gassammler 8 vorgesehen, der das heiße Vergasungsrohgas aus der Hochtemperaturzone 4 sammelt und über eine Umgehungsleitung 2 in die Gassanmelleitung 6 führt, so daß das im Gassammelraum bereits teilweise abgekühlte Vergasungsrohgas erhitzt, bzw. auf den Teergehalt gesehen, überhitzt wird und damit der Teerkondensatbildung entgegengewirkt wird. Die Überhitzungstenperatur wird nun so gewählt, daß im Hinblick auf die unvermeidlichen Wärmeverluste bis zum Verbraucher die Temperatur des Vergasungsrohgases nicht unter den Wert der Temperatur im Gassammelraum 5 absinken kann. Zu diesem Zweck ist in der Umgehungsleitung 2 ein gesteuertes Drosselventil vorgesehen, von dem Steuerleitungen zu einem Temperaturfühler 15 im Gassammelraum 5 bzw. zur Temperaturmessung in der Umgehungsleitung 2 führen. Da das heiße Vergasungsgas in der Umgehungsleitung 2 einen höheren Druck als das Vergasungsrohgas im Gassammelraum 5 aufweist, läßt sich dieser Druckunterschied in einer Mischdüse zur besseren Durchmischung des Gasgemisches und zu einer Erhöhung des Durchflusses in der Gassammelleitung 6 verwenden. In Fig. 2 ist eine Konstruktionsvariante zur Fig. 1 dargestellt, bei der anstelle der außen liegenden Umgehungsleitung 2 mehrere parallel angeordnete innen liegende Umgehungsleitungen 2' vorgesehen sind, die zur Erreichung des Regelzwekkes eventuell einzeln abschaltbar sind. Ein weiterer Unterschied in der Konstruktion besteht ferner darin, daß in Fig.2 der Brennstoffvergaser 1 eine seitliche Einfüllöffnung 11 aufweist, so daß durch die zentrale Einfüllung die Umgehungsleitungen 2' nicht gestört werden.
  • Das Wesen der Erfindung wird darin gesehen, daß ein Teilstrom des Vergasungsgases aus der Vergasungszone durch die Schwelzone mit Hilfe von Rohren, Kanälen oder über einen Sammelkanal direkt in den Gassammelraum der Festbettvergasung oder in den Gasabgang des Vergasungsreaktors geleitet und dort mit dem aus der Brennstoffschüttung austretenden Gemisch aus Schwel- und Vergasungsgas vermischt wird. Der höhere Druck des Gases aus der Vergasungszone kann unter Nutzung des Venturiprinzipes dabei zur Sicherung einer weitgehend homogenen Mischung der Gase und der Regelung der Mischung verwendet werden.
    • Ausführungsbeispiel
  • Bei einem mit Braunkohlenbriketts arbeitenden Festbettschwachgasgenerator fällt bei Vollast im Gassammelraum des Vergasungsreaktors ein Gemisch aus Schwel- und Vergasurjgsgas mit einer Temperatur zwischen 200 ° C bis 300 ° C an. Durch Ableitung von 20 bis 35 % des in der Vergasungszone entstehenden 750 ° bis 900 ° C heißen Vergasungsgases über Rohre durch die Schwelzone oder über ein mit einem horizontalen Sammelkanal über der Vergasungszone verbundenes Rohr bzw. verbundene Rohre und Zumischung zum im Gassammelraum über der Brennstoffschüttung austretenden Gasgemisches wird eine Temperaturerhöhung um 50 ° bis 150 ° C erreicht und damit die zum abproduktfreien Transport des Vergasungsrohgases notwendige Überhitzung.

Claims (7)

1) Verfahren zur Überhitzung des Vergasungsrohgases aus bituminösen Brennstoffen, wie z.B. Braunkohle, nach der im Gegenstromprinzip arbeitenden Festbettvergasung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil, insbesondere 20 bis 35 %, des heißen in der Vergasungszone bei ca. 900 0 C erzeugten Vergasungsabgases mit geringen Wärmeverlusten durch Umgehung der Schwelzone dem aus der Schwelzone der Feststoffschüttung austretenden, teilweise abgekühlten und auskondensierten Vergasungsrohgas, bestehend aus einem Gemisch von Vergasungs- und Schwelgas, zugemischt wird, wodurch dessen Temperatur um 50 bis 150 0 C erhöht wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenüber dem aus der Feststoffschüttung austretenden Vergasungsrohgas höhere Druck des Vergasungsgases zur Durchmischung der beiden unterschiedlich temperierten Gase in einer Venturidüse genutzt wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugemischten heißen Vergasungsgases in Abhängigkeit von der Temperatur des aus der Feststoffschüttung austretenden Vergasungsrohgases geregelt wird.
4) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Brennstoffvergaser 1 mindestens eine Umgehungsleitung 2 zur Schwelzone 3 vorgesehen ist, durch welche heiße Vergasungsgase aus der Hochtemperaturzone 4 direkt in den Gassammelraum 5 oder die Gassammelleitung 6 einleitbar sind.
5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hochtemperaturzone 4, insbesondere oberhalb eines Gasverteilers 7, ein Gassamler 8 für einen Teil des Vergasungsgases vorgesehen ist, von welchem die Umgehungsleitung 2 zu einer venturirohrartigen Mischdüse 9 geführt ist.
6) Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgehungsleitung 2 ein gesteuertes Drosselventil 10 vorgesehen ist, welches von der Temperatur des im Gassammelraum 5 befindlichen Vergasungsrohgases steuerbar ist.
7) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umgehungsleitungen 2 vorgesehen sind, die einzeln absperrbar sind und als Treibdüsen für den engsten Querschnitt der Mischdüse 9 ausgebildet sind.
EP85890308A 1984-12-18 1985-12-13 Verfahren zur Überhitzung des Vergasungsrohgases und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Withdrawn EP0185649A3 (de)

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