EP0333991B1 - Verfahren zum Fördern eines feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor - Google Patents

Verfahren zum Fördern eines feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor Download PDF

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EP0333991B1
EP0333991B1 EP89101157A EP89101157A EP0333991B1 EP 0333991 B1 EP0333991 B1 EP 0333991B1 EP 89101157 A EP89101157 A EP 89101157A EP 89101157 A EP89101157 A EP 89101157A EP 0333991 B1 EP0333991 B1 EP 0333991B1
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EP
European Patent Office
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gas
fuel
vessel
gasification reactor
container
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP89101157A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0333991A1 (de
Inventor
Hans-Richard Baumann
Michael Dr. Ing. Kühn
Ulrich Dr. Ing. Meisl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krupp Koppers GmbH
Original Assignee
Krupp Koppers GmbH
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/156—Sluices, e.g. mechanical sluices for preventing escape of gas through the feed inlet
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1223—Heating the gasifier by burners

Definitions

  • the invention relates to a method for conveying a fine-grained to dusty fuel in a gasification reactor under increased pressure, in which the fuel to be gasified is conveyed pneumatically from the processing system into a storage container provided with a filter and from there into the gravity flow into a lock container from which the combustion of the gasification reactor is fed via an allotment container, the lock container being alternately pressurized and relaxed again and a combustible gas being used both for pressurizing the lock container and the allotment container and for supplying the fuel to the burners of the gasification reactor .
  • DE-A-2831208 relates to another variant of this method, in which both the pressurization of the lock container and the distribution container as well as a combustible gas is used for supplying the fuel to the burners of the gasification reactor. In this case too, the fuel is transferred to a fluidized bed in the supply container and is fed to the burners of the gasification reactor in the fluidized state.
  • the invention is therefore based on the object of further developing the method of the type mentioned in such a way that the disadvantages described above are avoided and at the same time a complete return of all the gases displaced from the containers during the filling process is made possible.
  • the method used to achieve this object is characterized in that the volumetric flow of combustible gas supplied to the lock container and distribution container is adapted exclusively to the need for pressure build-up, pressure maintenance and supply of the fuel to the gasification reactor and a fluidized bed-like loosening of the fuel bed in the lock container and distribution container is omitted.
  • the partial oxidation raw gas generated in the gasification reactor is further processed into synthesis gas by the subsequent gas treatment.
  • dust-free and dry carbon dioxide is used as the inert conveying gas, which can possibly also originate from the CO2 scrubbing of the partial oxidation raw gas required for the synthesis gas production.
  • the carbon dioxide used is discharged into the atmosphere after it has left the cyclone filter after appropriate cleaning.
  • the gases displaced from the lock tank and the feed tank during the filling process are returned to the process and added to the partial oxidation raw gas generated before the gas treatment thereof.
  • a partial flow of the already dried and dust-free synthesis gas can preferably be used.
  • a residual gas such as from ammonia synthesis, can also be used for this purpose. If this is a residual gas containing SO2, such as the residual gas containing SO2 and COS from gas treatment, the gas must be kept at a temperature which is significantly above the dew point in order to avoid corrosion. In deviation from the procedure described above, it may be appropriate in this case to add the gas returned to the process directly at the burner in order to safely and completely reduce the SO2 content with the fuel in the reaction zone of the gasification reactor.
  • the partial oxidation gas generated in the gasification reactor is used as fuel gas for the gas turbine of a downstream gas-steam turbine power plant.
  • nitrogen is therefore used as the inert conveying gas.
  • This can preferably be a relatively impure nitrogen with an oxygen content of 3-5% by volume, which is obtained as a by-product in the air separation plant, which supplies the oxygen required for the gasification.
  • the nitrogen used as the inert conveying gas is after the delivery and separation of the fuel in the cyclone filter together with the expansion gas from the lock tank and the feed tank of the gas turbine of the downstream Teten gas-steam turbine power plant supplied.
  • a partial stream of the cleaned partial oxidation gas and / or a residual gas can be used as the combustible gas for the loading of the lock container and the supply container and the supply of the fuel to the burners.
  • the fine-cored to dust-like fuel from the storage bunker 1 of the processing plant is conveyed pneumatically into the cyclone filter 3 at a low pressure of 2-4 bar by means of carbon dioxide as an inert conveying gas.
  • the cyclone filter 3 has an expanded separation space 4.
  • the carbon dioxide required for the production is introduced into the system via line 5 and leaves the almost pressure-free cyclone filter 3 via line 6. After passing through a filter 7 or a molecular seal, it can enter the system Atmosphere.
  • the fuel which is collected in the separating chamber 4 almost without pressure and supplemented by constant subsequent delivery, reaches the almost pressure-less lock container 9 by gravity flow via the line 8.
  • the fuel supply is interrupted by closing the valve 14 in the line 8 and at the same time the valve 15 in the line 11 is also closed.
  • the lock container 9 is now brought to the same pressure as the supply container 16. This is done by supplying a combustible gas via lines 17 and 18.
  • the combustible gas which has been involved has already been explained above. As can be seen from the illustration, this gas is simultaneously into the lock tank from above and below 9 blown in.
  • the line 17 has a plurality of outlet openings which, in the region of the funnel-shaped taper, open into the lock container 9 and are distributed uniformly over the circumference.
  • the gas supply via lines 17 and 18 can be regulated by valves 19 and 20.
  • the gas mixture present in the lock container 9 after the end of the unpressurized filling process which can still contain a maximum of 25 vol.% CO2, is diluted so much by the combustible gas supplied that the inert gas portion (CO2 portion) finally at the for Process usual operating pressures is not more than 1 vol .-%.
  • the valve 19 in the line 17 is closed and the fine adjustment of the pressure control takes place via the valve 20 in the line 18 for the gas supply and the valve 21 in the line 22 for the Gas removal.
  • the valve 23 in the line 24 is opened.
  • valve 25 in the pressure compensation line 26 is opened, so that gas can flow into the lock container 9 in accordance with the fuel outlet.
  • the valve 64 in the line 63 is also opened, so that additional flammable gas can flow through this line to avoid bridging when the fuel flows out of the lock container 9.
  • This gas reduces the bulk density of the fuel-gas mixture by 10-20%. Basically, the gas supply is limited so that a fluidized bed-like loosening of the fuel is avoided.
  • the fuel flowing under the influence of gravity into the distribution container 16 displaces the combustible gas located there above the fuel residue, which can escape from the distribution container 16 via the line 27.
  • the majority of the displaced gas is introduced into the lock container 9 via the pressure compensation line 26, while a small part can get into the line 22 with the valve 28 open and from there into the buffer container 29.
  • the proportion of inert gas (CO2 content) in the combustible gas located above the fuel bed in the distribution container 16 decreases after the filling process of the distribution container so far that it only is still about 0.5% by volume.
  • the valves 20, 23, 25 and 64 are closed, while at the same time the valve 21 is opened in the buffer container 29 to relieve the lock container 9.
  • a pressure prevails in the buffer container 29 which corresponds to approximately 15% of the pressure in the lock container 9.
  • the pressure in the lock container 9 is reduced by approximately 66% to, for example, 9 bar.
  • the majority of the combustible gas from the lock container 9 is therefore recovered at a high pressure level and can be withdrawn from the buffer container 29 via the line 30.
  • the gas is added via line 32 to the partial oxidation raw gas generated before the gas treatment 33.
  • the valve 15 in the line 11 is opened and the remaining gas with predominantly combustible constituents via the filter 65 and the line 12 passed into the gasometer 13.
  • the fuel dust separated in the filter 65 is returned to the lock container 9 by a partial flow of the carbon dioxide from the line 5, which is supplied via the line 34.
  • the valve 37 in the line 36 is temporarily opened when the lock container 9 is just depressurized before filling.
  • the gas collected in the gasometer 13 can be drawn off via the line 38 and fed to the compressor 39, which runs on the same shaft as the compressor 31. This gas is then added via line 40 to the gas stream in line 30. If necessary, all or part of the gas drawn off via line 38 can also be fed via line 66 to another use, for example as fuel gas.
  • the fuel in the supply container 16 is metered via line 41 to the burners of the gasification reactor 42.
  • This metering does not take place under the influence of gravity, but rather through the pressure difference between the feed tank 16 and the gasification reactor 42 which determines the mass flow.
  • This pressure difference is generated by supplying combustible gas to the feed tank 16 via the lines 43, 44 and 45, the valves 46, 47 and 48 are opened accordingly.
  • the gas flow that is supplied via line 44 covers approximately two thirds of the requirement.
  • the introduction into the allotment container 16 takes place via a plurality of outlet openings which, in the region of the funnel-shaped taper, open out into the allotment container 16 evenly distributed over the circumference.
  • the gas flow in line 45 is used primarily to avoid bridging when the fuel flows out of the supply container 16 this gas flow also achieves a reduction in the bulk density, but a fluidized bed-like loosening of the fuel is to be avoided.
  • the amount of gas supplied through line 43 primarily serves to compensate for the volume when fuel is removed from the supply container 16, unless a corresponding amount of fuel flows in from the lock container 9 at the same time. However, if this is the case, then valve 46 in line 43 generally remains closed.
  • the valve 49 in the connector 50 which connects the supply container 16 to the line 41, is of course open during the removal of fuel from the supply container 16.
  • the partial oxidation crude gas generated in the gasification reactor 42 is cooled in the waste heat boiler 51, which forms a structural unit with the gasification reactor 42, and then passes via line 52 into the individual stages of the gas treatment 33, in which the partial oxidation gas is converted into synthesis gas. Since these are process steps which are known per se and are generally customary in technology and which are not the subject of the present invention, there is no need to go into them in greater detail.
  • the synthesis gas generated is withdrawn via line 53 and used for further use. A partial stream of this gas can be branched off via line 54. This partial flow is brought to the required pressure by gradual compression in the compressors 55 and 56 and then passes via line 57 to line 58, from which lines 17, 18, 63, 43, 44 and 45 depart.
  • the SO2- and COS-containing residual gas from the gas treatment 33 can be fed via line 59 to the compressors 55 and 56 and then returned to the process in the manner described above.
  • the heat exchanger 60 is used to set the temperature of the recirculated gas flow.
  • the oxygen or an oxygen-water vapor mixture required for the gasification is introduced into the gasification reactor 42 through the line 61.
  • the burners of the gasification reactor 42 are designed so that they do not allow the oxygen or the oxygen-water vapor mixture to flow back into the line 41. There is no need to go into details of the gasification reactor 42 here, since this can also be a known construction. It is preferable to choose a reactor type in which the gasification takes place in a cloud of airborne dust.
  • the flow diagram in FIG. 1 does not show that a filter can be arranged in the gas path between the lock container 9 and the buffer container 29, through which the expansion gases are freed of entrained fuel particles.
  • the filter is then flushed again at the next pressure build-up by the combustible gas flowing into the lock container 9.
  • two or more lock tanks 9 can optionally be provided, which are filled and emptied at different times. As a result, the fuel supply is evened out to the supply container 16, which in this case, like the gasometer 13 and the buffer container 29, is only provided once.
  • FIG. 2 shows the flow diagram for the process variant in which the partial oxidation raw gas generated is to be used as fuel gas for the gas turbine of a gas-steam turbine power station connected downstream.
  • This flowchart is essentially the same as the flowchart in FIG. 1, and the same reference numbers naturally have the same meaning in both flowcharts. Therefore, a detailed explanation of this flow diagram with reference to the above explanations can be dispensed with. In this case, since the focus is not on relieving the gasification process of inert fiber, but rather on reducing the compressor output, nitrogen is fed into the system as an inert conveying gas via line 5.
  • the fuel is pneumatically transported from the storage bunker 1 via the line 2 to the cyclone filter 3, in which the fuel is separated from the nitrogen.
  • the nitrogen withdrawn via line 6 is in this The trap is not discharged into the atmosphere, but goes into the gasometer 13.
  • the combustible gas which is displaced via line 11 when filling the lock container 9 reaches the cyclone filter 3 and is introduced together with the nitrogen via line 6 into the gasometer 13 . From this, the gas mixture is withdrawn via line 38.
  • the compressors 31 and 39 After appropriate compression in the compressors 31 and 39, it is fed together with the gas withdrawn from the buffer tank 29 via line 32 to the combustion chamber of the gas turbine of the gas-steam turbine power station connected downstream.
  • the partial oxidation gas generated also gets there, which is drawn off via line 53 following gas treatment 33.
  • the steam generated in the waste heat boiler 51 can be used in the steam turbine of the gas-steam turbine power plant, if appropriate after corresponding overheating.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Förden eines feinkönigen bis staubförmigen Brennstoffes in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor, bei dem der zu vergasende Brennstoff von der Aufbereitungsanlage pneumatisch in einen mit einem Filter versehenen Vorratsbehälter gefördert wird und von dort im Schwerkraftfluß in einen Schleusbehälter gelangt, von dem aus er über einen Zuteilbehälter den Brennen des Vergasungsreaktor zugeführt wird, wobei der Schleusbehälter wechselweise unter Druck gesetzt und wieder entspannt und sowohl für die Druckbeaufschlagung des Schleusbehälters sowie des Zuteilbehälters als auch für die Zuführung des Brennstoffes zu den Brennern des Vergasungsreaktors ein brennbares Gas verwendet wird.
  • Für das Förden von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor ist bereits seit längerer Zeit eine Arbeitsweise bekannt, bei der der zu vergasende Brennstoff in einem Schleusbehälter durch Beaufschlagung mit einem Gas auf Vergasungsdruck gebracht und von dort über einen Zuteilbehälter mit Hilfe eines Trägergasstromes den Brennern des Vergasungsreaktors zugeführt wird, wobei der Schleusbehälter wechselweise unter Druck gesetzt und wieder entspannt wird. In der EP-B1-0101098 wird hierbei eine Variante dieses Verfahrens beschrieben, wobei die Bespannung des Schleusbehälters mit Stickstoff oder technischem Kohlendioxid erfolgt, während als Fördergas für den Transport des Brennstoffes vom Zuteilbehälter zu den Brennern des Vergasungsreaktors ein brennbares Gas verwendet wird, bei dem es sich auch um ein Gas aus eigener Erzeugung handeln kann. Hierbei ist vorgesehen, daß der Brennstoff im Zuteilsystem im fluidisierten Zustand gehalten wird. Die DE-A-2831208 betrifft eine andere Variante dieses Verfahrens, bei der sowohl die Druckbeaufschlagung des Schleusbehälters und des Zuteilbehälters als auch für die Zuführung des Brennstoffes zu den Brennern des Vergasungsreaktors ein brennbares Gas verwendet wird. Auch in diesem Falle wird der Brennstoff im Zuteilbehälter in eine Wirbelschicht überführt und im fluidisierten Zustand den Brennern des Vergasungsreaktors zugeführt.
  • Die Tatsache, daß in diesem Falle der Schleusbehälter mit inertem Gas und der Zuteilbehälter mit brennbarem Gas beaufschlagt wird, führt dazu, daß während des Füllvorganges aus diesen Behältern ein Mischgas verdrängt wird, welches neben inerten Gasbestandteilen auch brennbare Gasbestandteile enthält. Die weitere Nutzung dieses Gases, z.B. in der Kohleaufbereitungsanlage, wird deshalb durch die in diesem Falle erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen erschwert. Ebenso ist es aus Sicherheitsgründen nicht ohne weiteres möglich, dieses Gas in die Atmosphäre abzuleiten. Der hohe Gehalt an inerten Gasbestandteilen macht es aber auch praktisch unmöglich, dieses Gas ohne den Einsatz von Zusatzbrennstoffen durch Verbrennung zu vernichten oder zu verwerten.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden und gleichzeitig eine vollständige Rückführung aller während des Füllvorganges aus den Behältern verdrängten Gase ermöglicht wird.
  • Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der dem Schleusbehälter und Zuteilbehälter zugeführte Volumenstrom an brennbarem Gas ausschließlich dem Bedarf für den Druckaufbau, die Druckhaltung und Zuführung des Brennstoffes zum Vergasungsreaktor angepaßt ist und eine wirbelbettähnliche Auflockerung der Brennstoffschüttung im Schleusbehälter und Zuteilbehälter unterbleibt.
  • Durch die Anwendung dieser Arbeitsweise gelingt es nicht nur, die vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden. Gleichzeitig wird im Gegensatz zu der Brennstoffentnahme aus einem Wirbelbett auch sichergestellt, daß der Stand des Schüttgutes im Zuteilbehälter keinen unmittelbaren Einfluß auf die verfahrenstechnischen Bedingungen des Austrages hat. Im Interesse eines wirtschaftlichen Betriebes muß hier lediglich darauf geachtet werden, daß der in dem Zuteilbehälter eintretende Massenstrom in etwa gleich dem austretenden Massenstrom ist, um das Fördergas aus der Nachförderung für die Druckhaltung im und die pneumatische Dosierung aus dem Zuteilbehälter zum Vergasungsreaktor möglichst verlustfrei ausnutzen zu können.
  • Grundsätzlich sind für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Varianten möglich:
  • Bei der ersten Variante wird das im Vergasungsreaktor erzeugte Partialoxidationsrohgas durch die nachfolgende Gasbehandlung zu Synthesegas weiterverarbeitet. In diesem Falle verwendet man als inertes Fördergas staubfreies und trockenes Kohlendioxid, das gegebenenfalls auch aus der für die Synthesegaserzeugung erforderlichen CO₂-Wäsche des Partialoxidationsrohgases stammen kann. Das verwendete Kohlendioxid wird dabei nach dem Austritt aus dem Zyklonfilter nach entsprechender Reinigung in die Atmosphäre abgestoßen. Die während des Füllvorganges aus dem Schleusbehälter und dem Zuteilbehälter verdrängten Gase werden dagegen in den Prozeß zurückgeführt und dem erzeugten Partialoxidationsrohgas vor dessen Gasbehandlung zugesetzt. Als brennbares Gas für die Beaufschlagung des Schleusbehälters und des Zuteilbehälters sowie für die Zuführung des Brennstoffes zu den Brennern kann hierbei vorzugsweise ein Teilstrom des erzeugten, bereits getrockneten und staubfreien Synthesegases verwendet werden. Es kann für diesen Zweck aber auch ein Restgas, wie z.B. aus der Ammoniaksynthese, zum Einsatz gelangen. Sofern es sich hierbei um ein SO₂-haltiges Restgas handelt, wie z.B. das SO₂- und COS-haltige Restgas aus der Gasbehandlung, muß das Gas zwecks Vermeidung von Korrosion auf einer Temperatur gehalten werden, die deutlich über dem Taupunkt liegt. In Abweichung von der weiter oben beschriebenen Arbeitsweise kann es in diesem Falle zweckmäßig sein, das in den Prozeß zurückgeführte Gas direkt am Brenner zuzusetzen, um den SO₂-Anteil mit dem Brennstoff in der Reaktionszone des Vergasungsreaktors sicher und vollständig zu reduzieren.
  • Bei der zweiten Variante wird das im Vergasungsreaktor erzeugte Partialoxidationsgas als Brenngas für die Gasturbine eines nachgeschalteten Gas-Dampfturbinenkraftwerkes benutzt. Bei dieser Arbeitsweise steht nicht die Entlastung des Vergasungsprozesses von inertem Ballastgas im Vordergrund, sondern die Verringerung der Verdichterleistung für die im System benötigten Gase. Deshalb wird in diesem Falle Stickstoff als inertes Fördergas verwendet. Hierbei kann es sich vorzugsweise um relativ unreinen Stickstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 3-5 Vol.-% handeln, der als Nebenprodukt in der Luftzerlegungsanlage anfällt, die den für die Vergasung benötigten Sauerstoff liefert. Der als inertes Fördergas verwendete Stickstoff wird nach der Förderung und Abscheidung des Brennstoffes im Zyklonfilter gemeinsam mit dem Entspannungsgas aus dem Schleusbehälter und dem Zuteilbehälter der Gasturbine des nachgeschal teten Gas-Dampfturbinenkraftwerkes zugeführt. Als brennbares Gas für die Beaufschlagung des Schleusbehälters und des Zuteilbehälters sowie die Zuführung des Brennstoffes zu den Brennern kann in diesem Falle ein Teilstrom des gereinigten Partialoxidationsgases und/oder ein Restgas verwendet werden.
  • Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand der in den Abbildungen dargestellten Fließschemata erläutert werden. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    ein Fließschema für die Verfahrensvariante, bei der das erzeugte Partialoxidationsrohgas zu Synthesegas weiterverarbeitet werden soll und
    Fig. 2
    ein Fließschema für die Verfahrensvariante, bei der das erzeugte Partialoxidationsrohgas als Brenngas für die Gasturbine eines nachgeschalteten Gas-Dampfturbinenkraftwerkes verwendet werden soll.

  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema wird der feinkrönige bis staubförmige Brennstoff aus dem Vorratsbunker 1 der Aufbereitungsanlage über die Leitung 2 mittels Kohlendioxid als inertem Fördergas pneumatisch bei einem niedrigen Druck von 2-4 bar in den Zyklonfilter 3 gefördert. Der Zyklonfilter 3 weist dabei einen erweiterten Abscheideraum 4 auf. Das für die Förderung benötigte Kohlendioxid wird über die Leitung 5 in das System eingeführt und verläßt den nahezu drucklos arbeitenden Zykonfilter 3 über die Leitung 6. Nach Passieren eines Filters 7 oder eines Molekularseals kann es in die Atmosphäre abgelassen werden. Der im Abscheideraum 4 nahezu drucklos gesammelte und durch ständige Nachförderung ergänzte Brennstoff gelangt mittels Schwerkraftfluß über die Leitung 8 in den nahezu drucklosen Schleusbehälter 9. Zur Vermeidung von Brückenbildung am Auslauf des Abscheideraumes 4 wird über die Leitung 10 zusätzliches Kohlendioxid in den Bereich des Auslaufes eingeblasen. Während des Füllvorganges herrscht im Schleusbehälter 9 praktisch kein Überdruck. Der Behälter ist jedoch mit brennbarem Gas gefüllt, das durch den einfallenden Brennstoff verdrängt wird und über die Leitung 11 abfließt. Dieses verdrängte Gas gelangt nach Abreinigung im Filter 65 über die Leitung 12 in den Gasometer 13, der bei leichtem Überdruck arbeitet. Dieser Überdruck muß allerdings immer etwas niedriger sein als der Betriebsdruck im Zyklonfilter 3, damit niemals brennbares Gas im Gegenstrom zum Brennstoff aus dem Schleusbehälter 9 in den Abscheideraum 4 und den damit verbundenen Zyklonfilter 3 gelangt. Es wird jedoch eine systembedingte Verunreinigung des über die Leitung 11 abgezogenen brennbaren Gases mit bis zu 25 Vol.-% Kohlendioxid zugelassen.
  • Nachdem der Schleusbehälter 9 im erforderlichen Maße mit Brennstoff gefüllt worden ist, wird die Brennstoffzufuhr durch Schließen des Ventils 14 in der Leitung 8 unterbrochen und gleichzeitig auch das Ventil 15 in der Leitung 11 geschlossen. Der Schleusbehälter 9 wird nun auf Druckgleichheit mit dem Zuteilbehälter 16 gebracht. Dies erfolgt durch Zufuhr eines brennbaren Gases über die Leitungen 17 und 18. Um was für ein brennbares Gas es sich hierbei handeln kann, ist bereits weiter oben erläutert worden. Wie aus der Abbildung zu ersehen ist, wird dieses Gas gleichzeitig von oben und unten in den Schleusbehälter 9 eingeblasen. Die Leitung 17 weist dabei mehrere Austrittsöffnungen auf, die im Bereich der trichterförmigen Verjüngung gleichmäßig über den Umfang verteilt in den Schleusbehälter 9 münden. Die Gaszufuhr über die Leitungen 17 und 18 kann durch die Ventile 19 und 20 geregelt werden. Durch diese Gaszufuhr wird das im Schleusbehälter 9 nach Beendigung des drucklosen Füllvorganges vorhandene Gasgemisch, das noch maximal 25 Vol.-% CO₂ enthalten kann, durch das zugeführte brennbare Gas so stark verdünnt, daß der Inertgasanteil (CO₂-Anteil) schließlich bei den für das Verfahren üblichen Betriebsdrücken nicht mehr als 1 Vol.-% beträgt. Sobald der Druck im Schleusbehälter 9 nahezu dem Druck im Zuteilbehälter 16 entspricht, wird das Ventil 19 in der Leitung 17 geschlossen und der Feinausgleich der Druckregelung erfolgt über das Ventil 20 in der Leitung 18 für die Gaszufuhr und das Ventil 21 in der Leitung 22 für die Gasabfuhr. Für die Entleerung des Schleusbehälters 9 wird das Ventil 23 in der Leitung 24 geöffnet. Ebenso wird das Ventil 25 in der Druckausgleichsleitung 26 geöffnet, so daß entsprechend dem Brennstoffauslauf Gas in den Schleusbehälter 9 nachströmen kann. Sobald die Ventile 23 und 25 geöffnet sind und Brennstoff aus dem Schleusbehälter 9 fließt, wird auch das Ventil 64 in der Leitung 63 geöffnet, so daß durch diese Leitung zusätzlich brennbares Gas zur Vermeidung einer Brückenbildung beim Auslauf des Brennstoffes aus dem Schleusbehälter 9 strömen kann. Dieses Gas bewirkt dabei eine Verringerung der Schüttdichte des Brennstoff-Gasgemisches um 10-20%. Grundsätzlich wird die Gaszufuhr jedoch so begrenzt, daß eine wirbelbettähnliche Auflockerung des Brennstoffes vermieden wird.
  • Der unter dem Einfluß der Schwerkraft in den Zuteilbehälter 16 fließende Brennstoff verdrängt das dort über der Brennstoffrestschüttung befindliche brennbare Gas, das über die Leitung 27 aus dem Zuteilbehalter 16 entweichen kann. Die Hauptmenge des verdrängten Gases wird über die Druckausgleichsleitung 26 in den Schleusbehälter 9 eingeleitet, während ein kleiner Teil bei geöffnetem Ventil 28 in die Leitung 22 und von dort in den Pufferbehälter 29 gelangen kann. Infolge Vermischung des im Schleusbehälter 9 nach dem Druckaufbau befindlichen Gases mit dem über die Druckausgleichsleitung 26 zugeführten Gasstrom verringert sich der Inertgasanteil (CO₂-Anteil) in dem über der Brennstoffschüttung im Zuteilbehälter 16 befindlichen brennbaren Gas nach Beendigung des Füllvorganges des Zuteilbehälters soweit, daß er nur noch ca. 0,5 Vol.-% beträgt. Nach vollständiger Entleerung des Schleusbehälters 9 werden die Ventile 20, 23, 25 und 64 geschlossen, während gleichzeitig das Ventil 21 zur Entspannung des Schleusbehälters 9 in den Pufferbehälter 29 geöffnet wird. Vor der Entspannung des Schleusbehälters 9 herrscht im Pufferbehälter 29 ein Druck, der ca. 15% des Druckes im Schleusbehälter 9 entspricht. Durch die Entspannung wird der Druck im Schleusbehälter 9 um ca. 66% auf z.B. 9 bar abgesenkt. Der überwiegende Teil des brennbaren Gases aus dem Schleusbehälter 9 wird daher bei hohem Druckniveau zurückgewonnen und kann über die Leitung 30 aus dem Pufferbehälter 29 abgezogen werden. Nach entsprechender Verdichtung im Verdichter 31 wird das Gas über die Leitung 32 dem erzeugten Partialoxidationsrohgas vor der Gasbehandlung 33 zugesetzt. Als letzter Schritt zur Entspannung des Schleusbehälters 9 wird das Ventil 15 in der Leitung 11 geöffnet und das restliche Gas mit überwiegend brennbaren Bestandteilen über den Filter 65 und die Leitung 12 in den Gasometer 13 geleitet. Der im Filter 65 abgeschiedene Brennstoffstaub wird durch einen Teilstrom des Kohlendioxids aus der Leitung 5, der über die Leitung 34 zugeführt wird, in den Schleusbehälter 9 zurückgeführt. Hierzu wird das Ventil 37 in der Leitung 36 vorübergehend geöffnet, wenn der Schleusbehälter 9 vor dem Befüllen gerade drucklos ist. Das im Gasometer 13 gesammelte Gas kann über die Leitung 38 abgezogen und dem Verdichter 39 zugeführt werden, der auf gleicher Welle mit dem Verdichter 31 läuft. Anschließend wird dieses Gas über die Leitung 40 dem Gasstrom in der Leitung 30 zugesetzt. Gegebenenfalls kann das über die Leitung 38 abgezogene Gas über die Leitung 66 ganz oder teilweise auch einer anderen Verwendung, z.B. als Brenngas, zugeführt werden.
  • Der im Zuteilbehälter 16 befindliche Brennstoff wird über die Leitung 41 zu den Brennern des Vergasungsreaktors 42 dosiert. Diese Dosierung erfolgt dabei nicht unter dem Einfluß der Schwerkraft, sondern durch die den Massenstrom bestimmende Druckdifferenz zwischen dem Zuteilbehälter 16 und dem Vergasungsreaktor 42. Diese Druckdifferenz wird durch die Zufuhr von brennbarem Gas in den Zuteilbehälter 16 über die Leitungen 43, 44 und 45 erzeugt, wobei die Ventile 46, 47 und 48 entsprechend geöffnet werden. Der Gasstrom, der über die Leitung 44 zugeführt wird, deckt hierbei ca. zwei Drittel des Bedarfs. Die Einleitung in den Zuteilbehälter 16 erfolgt dabei über mehrere Austrittsöffnungen, die im Bereich der trichterförmigen Verjüngung über den Umfang gleichmäßig verteilt in den Zuteilbehälter 16 münden. Der Gasstrom in der Leitung 45 dient vor allem zur Vermeidung von Brückenbildungen beim Auslauf des Brennstoffes aus dem Zuteilbehälter 16. Durch diesen Gasstrom wird auch eine Verringerung der Schüttdichte erreicht, wobei jedoch eine wirbelbettähnliche Auflockerung des Brennstoffes vermieden werden soll. Die durch die Leitung 43 zugeführte Gasmenge dient in erster linie zum Ausgleich des Volumens bei der Entnahme von Brennstoff aus dem Zuteilbehälter 16, wenn nicht gleichzeitig eine entsprechende Brennstoffmenge aus dem Schleusbehälter 9 nachströmt. Wenn dies jedoch der Fall ist, dann bleibt das Ventil 46 in der Leitung 43 in der Regel geschlossen. Das Ventil 49 im Anschlußstück 50, das den Zuteilbehälter 16 mit der Leitung 41 verbindet, ist während der Brennstoffentnahme aus dem Zuteilbehälter 16 selbstverständlich geöffnet.
  • Das im Vergasungsreaktor 42 erzeugte Partialoxidationsrohgas wird im Abhitzekessel 51, der mit dem Vergasungsreaktor 42 eine bauliche Einheit bildet, gekühlt und gelangt dann über die Leitung 52 in die einzelnen Stufen der Gasbehandlung 33, in denen die Umwandlung des Partialoxidationsgases in Synthesegas erfolgt. Da es sich hierbei um an sich bekannte und in der Technik allgemein übliche Verfahrensschritte handelt, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, braucht hierauf nicht näher eingegangen zu werden. Das erzeugte Synthesegas wird über die Leitung 53 abgezogen und seiner weiteren Verwendung zugeführt. Ein Teilstrom dieses Gases kann hierbei über die Leitung 54 abgezweigt werden. Dieser Teilstrom wird durch stufenweise Verdichtung in den Verdichtern 55 und 56 auf den erforderlichen Druck gebracht und gelangt anschließend über die Leitung 57 zur Leitung 58, von der die Leitungen 17, 18, 63, 43, 44 und 45 abgehen.
  • Alternativ kann beispielsweise auch das SO₂- und COS-haltige Restgas aus der Gasbehandlung 33 über die Leitung 59 den Verdichtern 55 und 56 zugeführt und danach in der vorstehend beschriebenen Weise in den Prozeß zurückgeführt werden. Der Wärmetauscher 60 dient dabei der erforderlichen Temperatureinstellung des rückgeführten Gasstromes. Durch die Leitung 61 wird der für die Vergasung erforderliche Sauerstoff bzw. ein Sauerstoff-Wasserdampfgemisch in den Vergasungsreaktor 42 eingeleitet. Die Brenner des Vergasungsreaktors 42 sind so konstruiert, daß sie ein Rückströmen des Sauerstoffs bzw. des Sauerstoff-Wasserdampfgemisches in die Leitung 41 nicht zulassen. Auf Einzelheiten des Vergasungsreaktors 42 braucht hier nicht näher eingegangen zu werden, da es sich hierbei ebenfalls um eine bekannte Konstruktion handeln kann. Vorzugsweise wird man einen Reaktortyp wählen, bei dem die Vergasung in einer Flugstaubwolke erfolgt.
  • Während des Anfahrens der Anlage steht normalerweise kein Synthesegas oder Restgas und auch kein Kohlendioxid zur Verfügung. Die Versorgung des Schleussystems erfolgt dann vorübergehend mit Stickstoff, der über die Leitung 62 zugeführt wird. Während der Anfahrphase wird dabei die Gaszufuhr zum Gasometer 13 und zum Pufferbehälter 29 gesperrt und die Entspannungsgase werden abgefackelt.
  • Im Fließschema in Fig. 1 ist nicht dargestellt, daß im Gasweg zwischen dem Schleusbehälter 9 und dem Pufferbehälter 29 ein Filter angeordnet sein kann, durch das die Entspannungsgase von mitgerissenen Brennstoffteilchen befreit werden. Das Filter wird dann beim nächsten Druckaufbau durch das in den Schleusbehälter 9 strömende brennbare Gas wieder freigespült. Im Fließschema ist außerdem nicht dargestellt, daß bei Verwendung eines großen Vergasungsreaktors 2 mit Durchsatzleistungen von  >  10 t Brennstoff pro Stunde gegebenenfalls auch zwei oder mehr Schleusbehälter 9 vorgesehen sein können, die zeitlich zueinander versetzt befüllt und entleert werden. Dadurch vergleichmäßigt sich die Brennstoffzufuhr zum Zuteilbehalter 16, der auch in diesem Falle ebenso wie der Gasometer 13 und der Pufferbehälter 29 nur einmal vorgesehen ist.
  • Fig. 2 zeigt das Fließschema für die Verfahrensvariante, bei der das erzeugte Partialoxidationsrohgas als Brenngas für die Gasturbine eines nachgeschalteten Gas-Dampfturbinenkraftwerkes genutzt werden soll. Dieses Fließschema stimmt im wesentlichen mit dem Fließschema in Fig. 1 überein, und gleiche Bezugszeichen haben in beiden Fließschemata selbstverständlich die gleiche Bedeutung. Daher kann auf eine eingehende Erläuterung dieses Fließschemas unter Hinweis auf die vorstehenden Ausführungen verzichtet werden. Da in diesem Falle nicht die Entlastung des Vergasungsprozesses von inerten Ballaststoffen, sondern eine Verringerung der Verdichterleistung im Vordergrund steht, wird hier Stickstoff als inertes Fördergas über die Leitung 5 in das System eingespeist. Hierbei kann es sich vorzugsweise um unreinen Stickstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 3-5 Vol.-% handeln, der als Nebenprodukt in der Luftzerlegungsanlage anfällt, die den für die Vergasung benötigten Sauerstoff liefert. Durch diesen Stickstoff wird der Brennstoff vom Vorratsbunker 1 über die Leitung 2 pneumatisch zum Zyklonfilter 3 transportiert, in dem der Brennstoff vom Stickstoff getrennt wird. Der über die Leitung 6 abgezogene Stickstoff wird in diesem Falle nicht in die Atmosphäre abgeleitet, sondern gelangt in den Gasometer 13. Das beim Befüllen des Schleusbehälters 9 über die Leitung 11 verdrängte brennbare Gas gelangt in diesem Falle in den Zyklonfilter 3 und wird gemeinsam mit dem Stickstoff über die Leitung 6 in den Gasometer 13 eingeleitet. Aus diesem wird das Gasgemisch über die Leitung 38 abgezogen. Nach entsprechender Verdichtung in den Verdichtern 31 und 39 wird es zusammen mit dem aus dem Pufferbehälter 29 abgezogenen Gas über die Leitung 32 der Brennkammer der Gasturbine des nachgeschalteten Gas-Dampfturbinenkraftwerkes zugeführt. Dorthin gelangt auch das erzeugte Partialoxidationsgas, das im Anschluß an die Gasbehandlung 33 über die Leitung 53 abgezogen wird. Der im Abhitzekessel 51 erzeugte Dampf kann in diesem Falle ― gegebenenfalls nach entsprechender Überhitzung ― in der Dampfturbine des Gas-Dampfturbinenkraftwerkes genutzt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Fördern eines feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor, bei dem der zu vergasende Brennstoff von der Aufbereitungsanlage pneumatisch in einen mit einem Filter versehenen Vorratsbehälter gefördert wird und von dort im Schwerkraftfluß in einen Schleusbehälter gelangt, von dem aus er über einen Zuteilbehälter den Brennern des Vergasungsreaktors zugeführt wird, wobei der Schleusbehälter wechselweise unter Druck gesetzt und wieder entspannt und sowohl für die Druckbeaufschlagung des Schleusbehälters sowie des Zuteilbehälters als auch für die Zuführung des Brennstoffes zu den Brennern des Vergasungsreaktors ein brennbares Gas verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Schleusbehälter und Zuteilbehälter zugeführte Volumenstrom an brennbarem Gas ausschließlich dem Bedarf für den Druckaufbau, die Druckhaltung und Zuführung des Brennstoffes zum Vergasungsreaktor angepaßt ist und eine wirbelbettähnliche Auflockerung der Brennstoffschüttung im Schleusbehälter und Zuteilbehälter unterbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Weiterverarbeitung des erzeugten Partialoxidationsrohgases zu Synthesegas für die pneumatische Förderung des Brennstoffes von der Aufbereitungsanlage zu dem als Zyklonfilter mit erweitertem Abscheideraum ausgebildeten Vorratsbehälter staubfreies und trockenes Kohlendioxid verwendet wird, das aus dem erzeugten Partialoxidationsrohgas abgetrennt wurde, und daß für die Druckbeaufschlagung des Schleusbehälters sowie des Zuteilbehälters und die Zuführung des Brennstoffes zu den Brennern des Vergasungsreaktors ein Teilstrom des erzeugten Synthesegases verwendet wird, wobei das während des Füllvorganges aus dem Schleusbehälter und dem Zuteilbehälter verdrängte Gas in den Prozeß zurückgeführt und dem Partialoxidationsrohgas vor dessen Gasbehandlung zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des erzeugten Partialoxidationsrohgases als Brenngas in einer Gasturbine für die pneumatische Förderung des Brennstoffes von der Aufbereitungsanlage zu dem als Zyklonfilter mit erweitertem Abscheideraum ausgebildeten Vorratsbehälter der in der Luftzerlegungsanlage des Vergasungsreaktors als Nebenprodukt anfallende Stickstoff verwendet wird und daß für die Druckbeaufschlagung des Schleusbehälters sowie des Zuteilbehälters und die Zuführung des Brennstoffes zu den Brennern des Vergasungsreaktors ein Teilstrom des gereinigten Partialoxidationsgases und/oder ein Restgas verwendet wird, wobei das während des Füllvorganges aus dem Schleusbehälter und dem Zuteilbehälter verdrängte Gas zusammen mit dem nach der Abscheidung des Brennstoffes im Zyklonfilter anfallenden Stickstoff der Brennkammer der Gasturbine zugeführt wird.
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