EP1027407B1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von brenn-, synthese- und reduktionsgas aus festen brennstoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von brenn-, synthese- und reduktionsgas aus festen brennstoffen Download PDF

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EP1027407B1
EP1027407B1 EP98949009A EP98949009A EP1027407B1 EP 1027407 B1 EP1027407 B1 EP 1027407B1 EP 98949009 A EP98949009 A EP 98949009A EP 98949009 A EP98949009 A EP 98949009A EP 1027407 B1 EP1027407 B1 EP 1027407B1
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slag
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    • C10J2300/1223—Heating the gasifier by burners

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for generating Fuel, synthesis and reduction gas from renewable and fossil fuels, other biomass, garbage or sludge, preferably for it manufactured pyrolysis products according to patent DE 44 04 673, when used of pyrolysis products as far as possible before they are fed into the reactor in solid and gaseous products, e.g. B. carbonization gas and charcoal, separated and fed separately to the reactor.
  • solid and gaseous products e.g. B. carbonization gas and charcoal
  • the device according to the invention is in the energy industry, chemical industry and metallurgy for the highly efficient production of fuel, synthesis and Reduction gas for engines, synthesis processes, ore reduction and Pig iron production can be used.
  • a process for the three-stage gasification of coal is known from FR 2177088, in which contains hydrogen and carbon oxides in a first process stage Synthesis gas generated and in the following process steps Methanation of this gas takes place.
  • High methane fuel gas to be obtained from coal are high process pressures of at least 50 bar, but preferably 70 bar is necessary for the methanation.
  • synthesis gas and liquid slag are generated and added further fuel (coal, steam) to it in a second stage, being in addition to the formation of a methane, hydrogen and carbon oxides containing product gas while cooling the slag a coal-slag mixture is formed.
  • the resulting coal-slag mixture must then be in an additional Process stage either to be slurried with water vapor to still contain it separate trapped particles of charred material and these in a third stage of the process or by fluidization from the Fluid bed of a third process stage are removed.
  • this process requires a third process stage, in which the Reactants must be kept in a fluidized bed for an extended period of time.
  • the object of the invention to be solved is a simplified method and to propose a reactor that over the prior art an average lower temperature level with higher exergetic Work efficiency and produce a gasification gas that is free of Hydrocarbons and, chlorinated hydrocarbons (dioxins, furans), and while avoiding a separate separation stage that is used as fuel gas for electricity generation, as synthesis gas or as a reducing gas in a heat with ore reduction can be used.
  • the combustion chamber wall is at such a temperature level held that a layer of solidified slag melt forms on it, on which the further slag runs, for which it is on the outside of the (reflected) gasification gas is washed around.
  • the combustion chamber floor has a central opening from which the Slag droplets freed gas as a submerged jet exits and into the entrained-flow gasifier reached.
  • the slag running off the wall becomes the opening surrounding tub collected, preferably equipped with radial drainage channels is and flows parallel to the gas into the entrained flow gasifier.
  • the gas leak is designed as a channel, whereby the gasification gas is laminarized becomes.
  • a jacket made of temperature-resistant Steel or ceramic can be arranged, through which through lances the fuel dust can be supplied.
  • the rising gas arrives e.g. via a guide device into an intermediate space between an outer shell of the device and the casing of the combustion chamber, causes a heat balance on this and leaves the device via the gasification gas outlet.
  • the device is provided with a heat protection lining and preferably chilled.
  • the resulting gas is of high quality and can be used directly.
  • a combination burner 1 is used, the hot, gaseous products the smoldering, including the vaporous components such as tar, oil, water and picks up dust at the inlet port of the carbonization channel 4 and passes into the combustion chamber 9 via the swirl device 33.
  • the smoldering product channel of the combination burner are pipes for the supply of residual coke, ashes and of aggregates 8 arranged in the reactor, so that in the combustion chamber 1 mineral components to be melted with twisted, heated and in the combustion chamber 1 are flung in liquid form to the wall.
  • the combination burner has 1 additional feed channels for oxygen 7 or air 3, in the same direction as the smoldering products via swirl devices 33 for rapid conversion with the smoldering products to gasifying agents and for melting the mineral components of the residual coke, the ash and, if applicable, the aggregates are introduced into the combustion chamber 1 become.
  • ignition air supply 5 and ignition device and ignition monitoring 6 with built into the combination burner where these elements differ from the others flowing media are protected during stationary gasification.
  • the combustion chamber 9 is operated above the melting temperature of the mineral components of the residual coke, the ashes and the additives.
  • the wall of the combustion chamber 9 is thermally conductive, so that its slag solidifies to form a protective layer due to heat dissipation to the outside and liquid slag runs off due to the temperature in the combustion chamber 9.
  • the bottom of the reaction chamber 10 is designed as a slag collecting trough with incorporated drainage channels 12 in such a way that a slag bath 13 can be formed which, due to the direct contact of the slag with the gasifying agent 11 and through the direct current with the gasifying agent 11, also through the gas outlet 34 through the slag flow always guaranteed.
  • the sensible heat introduced with the gasification agent 11 is used to cover the heat requirement for the endothermic gasification reaction between fuel dust and gasification agent is used. Lances 15, 17 are therefore provided for the fuel dust in the reactor.
  • the gasification agent 11 enters the endothermic entrained-flow gasifier 14 as an immersion jet 16 and accelerates the entrained slag droplets 18 so that they are introduced into the water bath 19 and solidify there to form granules which are resistant to elution.
  • the slag discharge 22, the water inlet 21 and overflow 20 were provided for media removal and to supplement evaporated water. Together with the water bath 19, they form the lower end of the endothermic entrained flow reactor 14.
  • the immersion jet can also be stabilized and back-mixed with the reflected, Gas in the form of a jacket is prevented from rising parallel to the wall be when a jacket 35 made of heat-resistant below the gas outlet 34 Steel or ceramic is arranged through which the fuel lances 15 are passed are. Additional lances 17 can be located below.
  • the construction carried out ensures the supply of oxygen-free Gasification agent 11 and fuel dust to be gasified in the endothermic Entrained flow reactor 14 and through the high gasification temperature above 500 ° C that no oxygen breakthrough can enter cold reactor areas.
  • the heat compensation channel 26 For heating the gasification gas cooled during endothermic gasification 23 is used for the heat compensation channel 26, in which, if appropriate Guides 24 are located. They give the gasification gas stream 23 a Vortex swirl, which is the removal of convective heat from the wall of the Combustion chamber 9 reinforced so that the inner combustion chamber wall under the Melting temperature of the slag is cooled and this creates a protective layer from solidified slag.
  • the Cooling of the combustion chamber wall by the cooling device 27, which via coolant inlets and outlets 28, 29 is supplied.
  • the device 30 for quenching of the gasification gas is provided, to which quench nozzles 31 are mounted. about the gasification outlet leaves the refractory-lined gasification outlet 25 the reactor.
  • an essential one Allows expansion of the application of the reactor. So by substitution the residual coke / ash and fuel dust lances 8, 15, 17, of parts of the Combination burner and the Qench nozzles 31 created the possibilities foreign mineral, possibly contaminated substances, but also Ores, melt down and gasify foreign fine-grained fuels, own Use fuel gas or foreign gas for dosing or with different Quench media such as water, steam or cold gas.
  • the reactor is used for chemical and thermal protection with a refractory delivery 32 provided. But it is also with heat-resistant, corrosion-resistant Material and thermal external insulation designed for pressures up to 10 MPa.
  • the lower part of the heat compensation channel 26 is conical designed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Brenn-, Synthese- und Reduktionsgas aus nachwachsenden und fossilen Brennstoffen, anderen Biomassen, Müll oder Schlämmen, vorzugsweise für daraus hergestellte Pyrolyseprodukte gemäß Patent DE 44 04 673, wobei bei Verwendung von Pyrolyseprodukten diese vor ihrer Zuführung in den Reaktor weitestgehend in feste und gasförmige Produkte, z. B. Schwelgas und Holzkohle, getrennt und separat dem Reaktor zugeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Energiewirtschaft, chemischen Industrie und Metallurgie zur hocheffizienten Erzeugung von Brenn-, Synthese- und Reduktionsgas für Kraftmaschinen, Syntheseprozesse, die Erzreduktion und Roheisenerzeugung einsetzbar.
Aus der FR 2177088 ist ein Verfahren zur dreistufigen Vergasung von Kohle bekannt, bei dem in einer ersten Prozeßstufe ein Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltendes Synthesegas erzeugt und in den folgenden Verfahrensstufen eine Methanisierung dieses Gases erfolgt. Da in diesem Verfahren ein möglichst methanreiches Brenngas aus Kohle erhalten werden soll, sind hohe Prozeßdrücke von mindestens 50 bar, vorzugsweise jedoch 70 bar für die Methanisierung notwendig.
In einer ersten Stufe werden zunächst Synthesegas und flüssige Schlacke erzeugt und diesen in einer zweiten Stufe weiterer Brennstoff (Kohle, Wasserdampf) zugesetzt, wobei neben der Bildung eines Methan, Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltenden Produktgases unter Abkühlung der Schlacke ein Kohle-Schlacke-Gemisch gebildet wird.
Das anfallende Kohle-Schlacke-Gemisch muß anschließend in einer zusätzlichen Prozeßstufe entweder mit Wasserdampf aufgeschlämmt werden, um noch enthaltene eingeschlossene Teilchen verkohlten Materials abzutrennen und diese in eine dritte Verfahrensstufe zurückzuführen oder durch Fluidisierung aus dem Wirbelbett einer dritten Prozeßstufe entfernt werden.
Neben der Trennstufe für das Kohle-Schlacke-Gemisch, welche einen zusätzlichen Energieaufwand erfordert, ist an diesem Verfahren unter anderem nachteilig, daß die geschmolzene Schlacke durch das Zumischen von kalten Medien, wie Wasserdampf, Gas oder Kohle abkühlen kann, wobei nicht beherrschbare Agglomerationen und Anbackungen auftreten.
Darüber hinaus bedarf dieses Verfahren einer dritten Verfahrensstufe, bei der die Reaktionsteilnehmer für längere Zeit in einem Wirbelbett gehalten werden müssen.
Des Weiteren existiert eine relativ große Anzahl von Verfahren der Vergasung, die sich im wesentlichen den 3 großen Gruppen der Festbett-, Wirbelschicht- und Flugstromvergasung zuordnen lassen. Bei den Vorrichtungen zur Vergasung und dabei speziell bei den Vorrichtungen zur Flugstromvergasung, wohin die erfindungsgemäße Vorrichtung einzuordnen ist, müssen viele Kompromisse in energetischer Hinsicht und beim Vergasungsmittelbedarf eingegangen werden. Flugstromvergaser mit Einschmelzung der mineralischen Bestandteile werden meist einstufig betrieben, d. h. alle an der Vergasungsreaktion beteiligten Medien werden einem Reaktionsraum zugeführt. Damit werden alle Medien auf das hohe Niveau oberhalb Schlackeschmelztemperatur der mineralischen Bestandteile der Brennstoffe angehoben. Dies ist bei Reaktoren mit feuerfest ausgemauerter wie auch mit Kühlschirm ausgekleideter Reaktorwand der Fall. Bei den Reaktoren mit Kühlschirm, wie dies bei dem GSP-Flugstromreaktor typisch ist (siehe Literatur [1, 2]), wird ein erheblicher Anteil der fühlbaren Wärme des Vergasungsgases an die gekühlte Wand abgeführt. Bei den Gleichstromreaktoren mit Wasserquenchung des Vergasungsgases auf Wasserdampfsättigungstemperatur, ob mit oder ohne gekühlter Reaktorwand, wird weiterhin eine sehr große Wärmemenge auf ein niedriges Exergieniveau abgewertet. Bei Reaktoren mit gekühlter Reaktorinnenwand, aber auch bei Gegenstromreaktoren, bei denen das Vergasungsgas nach oben und die flüssige Schlacke nach unten den Reaktor verlassen, muß mit zusätzlicher Wärme oder sogar mit zusätzlichen Brennern der Schlackeablauf freigehalten werden. Diese Maßnahmen führen zu einem hohen Sauerstoffbedarf, zur Reduzierung des Heizwertes des Vergasungsgases und damit zu geringen exergetischen Wirkungsgraden der gesamten Vergasung. Trifft man diese Vorsorge nicht, dann ist die Funktion eines Vergasers gestört, weil der Schlackefluß nicht aufrechterhalten werden kann.
Besonders bei mit Sauerstoff als Vergasungsmittel betriebenen Flugstromreaktoren liegen sehr kurze Verweilzeiten der Reaktionspartner vor. Zur Vermeidung eines Sauerstoffdurchbruchs bei Brennstoffausfall ist ein sehr großer Meß- und Überwachungsaufwand nötig.
Flugstromreaktoren, die von einer separaten Pyrolyse mit Brennstoff gespeist werden, haben den Nachteil, daß die Pyrolyseprodukte vor Zuführung in den Reaktor gekühlt werden und neben den Wärmeverlusten auch einen hohen Aufwand für die Gasaufbereitung und das Handling der Flüssigprodukte erfordern.
Die zu lösende Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vereinfachtes Verfahren und einen Reaktor vorzuschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik bei einem durchschnittlich niedrigerem Temperaturniveau mit höherem exergetischem Wirkungsgrad arbeiten und ein Vergasungsgas erzeugen, das frei von Kohlenwasserstoffen und, Chlorkohlenwasserstoffen (Dioxinen, Furanen) ist, und unter Vermiedung einer separaten Trennstufe das als Brenngas zur Verstromung, als Synthesegas oder als Reduktionsgas in einer Hitze mit der Erzreduktion genutzt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des 1. Anspruches gelöst. Die weiteren Ansprüche stellen Ausgestaltungen der Erfindung dar. Die Lösung erfolgt in der Weise, daß der Reaktor so aufgebaut wird, daß prinzipiell die physikalische Wärme auf hohem Temperaturniveau, bei nur minimalen Verlusten erhalten bleibt und zur Erhöhung der chemisch gebundenen Wärme ausgenutzt wird. Dabei wird Brennstoff und/oder Gas bei Brenntemperatur zunächst am Ausgang des Brenners bzw. am Eingang der Brennkammer in Rotation versetzt, was dazu führt, daß heiße Schlacketröpfchen gegen die Wandung geschleudert werden und an dieser zu einer Schlackewanne am Boden der Brennkammer hin abfließen.
Eine Vermischung von flüssiger Schlacke mit festem Brennstoff wird somit verhindert. Die Brennkammerwandung wird dabei auf einem solchen Temperaturniveau gehalten, daß sich eine Schicht erstarrter Schlackeschmelze, auf ihr bildet, auf der die weitere Schlacke abläuft, wozu sie an ihrer Außenseite vom (reflektierten) Vergasungsgas umspült wird.
Der Brennkammerboden besitzt eine zentrale Öffnung, aus der das von den Schlacketröpfchen befreite Gas als Tauchstrahl austritt und in den Flugstromvergaser gelangt. Die an der Wandung ablaufende Schlacke wird in der die Öffnung umgebenden Wanne gesammelt, die vorzugsweise mit radialen Ablaufrinnen ausgestattet ist und fließt parallel zum Gas in den Flugstromvergaser ab. Der Gasaustritt ist dabei als Kanal ausgebildet, wodurch das Vergasungsgas laminarisiert wird.
Dadurch wird zweierlei erreicht. Zum einen bleibt das nach unten in den Vergaser austretende Gas relativ lange als Strahl erhalten, wobei dieser oberhalb des Wasserbades durch Verdichtungseffekte von sich aus abgebremst und nach oben umgelenkt (reflektiert) wird, um dann parallel zum Tauchstrahl an der Vergaserwandung aufzusteigen. in den absteigenden Gasstrahl wird unter reduzierenden Bedingungen der kohlenstoffhaltige Brennstaub eingeblasen, zunächst absteigend mitgenommen und gelangt dann in den mantelförmig aufsteigenden Gasteil, wobei die Dimensionierung der Vorrichtung und die Strömungsgeschwindigkeit so ausgelegt sind, daß daraus eine hinreichende Verweilzeit resultiert und somit eine weitgehende Vergasung des Brennstaubes erfolgt.
Um den Gasaustritt herum kann zur Unterbindung von Rückvermischungen des aufsteigenden Gasanteils mit dem austretenden Strahl ein Mantel aus temperaturfestem Stahl oder Keramik angeordnet sein, durch welchen hindurch über Lanzen der Brennstaub zugeführt werden kann.
Das aufsteigende Gas gelangt z.B. über eine Leiteinrichtung in einen Zwischenraum zwischen einer äußeren Hülle der Vorrichtung und dem Mantel der Brennkammer, bewirkt an diesem einen Wärmeausgleich und verläßt die Vorrichtung über den Vergasungsgasaustritt.
Die Vorrichtung ist mit einer Wärmeschutzauskleidung versehen und vorzugsweise gekühlt.
Das entstehende Gas ist von hoher Qualität und kann direkt verwendet werden.
Vor dem Eintritt des aufsteigenden Gases in den Wärmeausgleichskanal kann dieses durch Einsprühen von Wasser oder Kaltgas, z.B. bei instabilen Betriebszuständen, gequencht werden.
Anhand der beiliegenden Figur wird die vorliegende Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Dabei wird ein Kombinationsbrenner 1 eingesetzt, der heiße, gasförmige Produkte der Schwelung, einschließlich der dampfförmigen Bestandteile wie Teer, Öl, Wasser und von Staub am Eintrittsstutzen des Schwelproduktkanals 4 aufnimmt und über die Dralleinrichtung 33 in die Brennkammer 9 leitet. Im Schwelproduktkanal des Kombinationsbrenners werden Rohre für die Zuführung von Restkoks, Asche und von Zuschlägen 8 in den Reaktor angeordnet, damit die in der Brennkammer 1 aufzuschmelzenden mineralischen Bestandteile mit verdrallt, aufgeheizt und in der Brennkammer 1 in flüssiger Form zur Wandung geschleudert werden. Für die unterstöchiometrische Verbrennung zu Vergasungsmittel oberhalb der Ascheschmelztemperatur besitzt der Kombinationsbrenner 1 weitere Zuführungskanäle für Sauerstoff 7 oder Luft 3, die gleichsinnig wie die Schwelprodukte über Dralleinrichtungen 33 zur schnellen Umsetzung mit den Schwelprodukten zu Vergasungsmittel und zur Aufschmelzung der mineralischen Bestandteile des Restkokses, der Asche und gegebenenfalls der Zuschläge in die Brennkammer 1 eingeleitet werden. Zwecks Verhinderung von kritischem Wärmeeintrag in ungekühlte Bauteile werden die für das Anfahren und Aufheizen notwendige Zündbrennstoffzuführung 2, Zündluftzuführung 5 und Zündeinrichtung sowie Zündüberwachung 6 mit in den Kombinationsbrenner eingebaut, wo diese Elemente von den anderen strömenden Medien beim stationären Vergasungsbetrieb geschützt werden.
Möglich ist auch der Einsatz eines bekannten Drallbrenners für Kohlenbrennstaub.
Die Brennkammer 9 wird oberhalb der Schmelztemperatur der mineralischen Bestandteile des Restkokses, der Asche und der Zuschläge betrieben. Die Wand der Brennkammer 9 ist wärmeleitend, so daß an ihr Schlacke zu einer Schutzschicht infolge Wärmeableitung nach außen erstarrt und darüber flüssige Schlacke auf Grund der Temperatur in der Brennkammer 9 abläuft. Der Boden des Reaktionsraumes 10 wird als Schlackeauffangwanne mit eingearbeiteten Ablaufrinnen 12 so gestaltet, daß sich ein Schlackebad 13 bilden kann, das aufgrund des direkten Kontaktes der Schlacke mit dem Vergasungsmittel 11 und durch den Gleichstrom mit dem Vergasungsmittel 11 auch durch den Gasaustritt 34 hindurch den Schlackefluß immer gewährleistet. Das Vergasungsmittel 11, das unter Vergasungsbedingungen unterstöchiometrisch in der Brennkammer 9 erzeugt wird, dient wegen seines hoch eingestellten CO2- und H2O-Gehaltes als Vergasungsmittel im endothermen Flugstromvergaser 14. Die mit dem Vergasungsmittel 11 eingebrachte fühlbare Wärme wird zur Deckung des Wärmebedarfs für die endotherme Vergasungsreaktion zwischen Brennstaub und Vergasungsmittel genutzt. Deshalb werden Lanzen 15, 17 für den Brennstaub im Reaktor vorgesehen. Das Vergasungsmittel 11 tritt als Tauchstrahl 16 in den endothermen Flugstromvergaser 14 ein und beschleunigt die mitgerissenen Schlacketröpfchen 18, so daß sie in das Wasserbad 19 eingetragen und dort zu eluationsfestem Granulat erstarren. Der Schlackeaustrag 22, der Wasserzulauf 21 und -überlauf 20 wurden zur Medienabführung und Ergänzung von verdunstetem Wasser vorgesehen. Sie bilden zusammen mit dem Wasserbad 19 den unteren Abschluß des endothermen Flugstromreaktors 14.
Der Tauchstrahl kann ferner stabilisiert und eine Rückvermischung mit dem reflektierten, parallel zur Wandung mantelförmig aufsteigenden Gas unterbunden werden, wenn unterhalb des Gasaustritts 34 ein Mantel 35 aus hitzebeständigem Stahl oder Keramik angeordnet wird, durch den die Brennstaublanzen 15 hindurchgeführt sind. Zusätzliche Lanzen 17 können sich darunter befinden.
Die ausgeführte Konstruktion sichert durch die Zuführung von sauerstofffreiem Vergasungsmittel 11 sowie zu vergasendem Brennstaub in den endothermen Flugstromreaktor 14 und durch die hohe Vergasungstemperatur über 500°C, daß kein Sauerstoffdurchbruch in kalte Reaktorbereiche hinein eintreten kann.
Für die Erwärmung des bei der endothermen Vergasung abgekühlten Vergasungsgases 23 dient der Wärmeausgleichskanal 26, in dem sich gegebenenfalls Leiteinrichtungen 24 befinden. Sie verleihen dem Vergasungsgasstrom 23 einen Verwirbelungsdrall, der die Abfuhr von konvektiver Wärme von der Wand der Brennkammer 9 so verstärkt, daß die innere Brennkammerwand unter die Schmelztemperatur der Schlacke abgekühlt wird und dadurch sich eine Schutzschicht aus erstarrter Schlacke bildet. Zusätzlich erfolgt eine Verstärkung der Kühlung der Brennkammerwand durch die Kühleinrichtung 27, die über Kühlmittel- zu- und -abläufe 28, 29 versorgt wird. Zur Einsenkung der Vergasungstemperatur, die zwischen 500 und 1200°C liegen soll, ist die Einrichtung 30 zur Quenchung des Vergasungsgases vorgesehen, an die Quenchdüsen 31 montiert sind. Über den feuerfest ausgekleideten Vergasungsaustritt 25 verläßt das Vergasungsgas den Reaktor.
Mit der weiteren Ausgestaltung des mehrstufigen Reaktors wird eine wesentliche Erweiterung der Anwendung des Reaktors ermöglicht. So können durch Auswechslung der Restkoks-/Asche- und Brennstaublanzen 8, 15, 17, von Teilen des Kombinationsbrenners und der Qenchdüsen 31 die Möglichkeiten geschaffen werden, fremde mineralische, gegebenenfalls kontaminierte Stoffe, aber auch Erze, einzuschmelzen und fremde feinkörnige Brennstoffe zu vergasen, eigenes Brenngas oder fremdes Fördergas zur Dosierung zu nutzen oder mit unterschiedlichen Medien wie Wasser, Wasserdampf oder Kaltgas zu quenchen.
Es ist auch die Gestaltung einer Wanne zum Sammeln der aus der Brennkammer 9 abfließenden Schmelze in flüssiger Form vorgesehen, die anstelle des Wasserbades 19 den unteren Abschluß des endothermen Flugstromvergasers 14 dann bildet.
Der Reaktor wird zum chemischen und thermischen Schutz mit einer Feuerfestzustellung 32 versehen. Er ist aber auch mit warmfestem, korrosionsbeständigem Material und thermischer Außenisolierung für Drücke bis 10 MPa konzipiert.
Zur Sicherung gegen einen Durchbruch der Brennkammer 9 in den endothermen Flugstromvergaser 14 ist der untere Teil des Wärmeausgleichskanals 26 konisch gestaltet.
Literatur:
  • [1] CARL/FRITZ: "NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN" EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH 1994
  • [2] LUCAS u. a.: "Ein Vergleich von Kohlevergasungsverfahren unter Druck in der Flugstaubwolke" Chemische Technik 1988, Heft 7, Seite 277-282
    • Bezugszeichenliste
    1
    Kombinationsbrenner
    2
    Zündstoff
    3
    Verbrennungsluft
    4
    Schwelprodukte
    5
    Zündluft
    6
    Überwachung
    7
    O2
    8
    Restkoks + Asche
    9
    Brennkammer
    10
    Reaktionsraum
    11
    Vergasungsmittel
    12
    Schlackenwanne
    13
    Schlackebad
    14
    Endothermer Flugstromvergaser
    15
    Brennstaublanze
    16
    Tauchstrahl
    17
    Brennstaublanze
    18
    Schlacketröpfchen
    19
    Wasserbad
    20
    H2O-Überlauf
    21
    Wasserzulauf
    22
    Schiackeaustrag
    23
    Aufwärtsstrom
    24
    Leiteinrichtung
    25
    Vergasungsgasaustritt
    26
    Wärmeausgleichskanal
    27
    Kühleinrichtung
    28
    Kühlmitteleintritt
    29
    Kühlmittelaustritt
    30
    Quenchen
    31
    Quenchdüsen
    32
    Wärmeschutzauskleidung
    33
    Dralleinrichtung
    34
    Gasaustritt
    35
    Mantel

    Claims (22)

    1. Verfahren zur Erzeugung von Brenn-, Synthese- und Reduktionsgas aus nachwachsenden und fossilen Brennstoffen, anderen Biomassen, Müll oder Schlämmen durch Verbrennen in einem Brenner unter Zugabe von gasförmigem Sauerstoff und/oder sauerstoffenthaltenden Gasen in unterstöchiometrischen Verhältnissen oberhalb der Schmelztemperatur der anorganischen Anteile zu CO2- und H2O-haltigem Vergasungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß
      Brennstoff und/oder Gas beim Eintritt in die Brennkammer in Rotation versetzt werden und die beim Brennen entstehenden flüssigen, mineralischen Bestandteile gegen die im wesentlichen senkrecht angeordnete Brennerwandung geschleudert und vom hierbei entstehenden Vergasungsmittel abgetrennt werden;
      das Vergasungsmittel durch eine zentrale Öffnung im Boden der Brennkammer in einen Vergasungsreaktor geleitet wird und dabei einen Tauchstrahl bildet;
      die abgetrennten flüssigen Bestandteile durch die zentrale Öffnung im Boden der Brennkammer abgeführt und dabei als Schlacketröpfchen vom Vergasungsmitteltauchstrahl mitgerissen, parallel zum Gas abgeführt und gegen den Reaktorboden beschleunigt, dort gesammelt und von diesem abgeleitet werden;
      in dem Vergaser kohlenstoffhaltiger Brennstaub zu dem Vergasungsmittel zugeführt wird, wobei bei der ablaufenden Vergasungsreaktion Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid und Wasserdampf zu Wasserstoff reduziert werden;
      der Gastauchstrahl sich oberhalb des Reaktorbodens umlenkt und das entstandene Vergasungsgas im oberen Teil des Reaktors abgeführt und zu Brenn-, Synthese- oder Reduktionsgas unter nachfolgender Entstaubung und chemischer Reinigung aufbereitet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffe allotherm oder autotherm bei 300 bis 800°C erwärmt werden, wobei die Produkte vor der Zuführung zur Brennkammer in gasförmige und feste kohlenstoffhaltige Brennstoffe, wie z.B. Schwelgas und Holzkohle, getrennt und anschließend dem Verfahren separat zugeführt werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffe zu Brennstaub gemahlen werden.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Wärmebedarfs des Brennens durch Wärmeaustausch mit dem Vergasungsgas und/oder dem Brenn-, Synthese- oder Reduktionsgas gedeckt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergasungsgas durch den Raum zwischen Reaktorwandung und äußerer Brennkammerwand geführt wird und einen Teil der von der Brennkammer abzuführenden Wärme aufnimmt.
    6. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Vergasungsgas vor Eintritt in den Raum oder im Raum zwischen der Reaktorwandung und der äußeren Brennkammerwand gekühlt wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke in einem Wasserbad am Reaktorboden gesammelt und daraus abgeführt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung direkt durch Quenchen mit Wasser, Wasserdampf und/oder Kaltgas oder mit Hilfe einer mit der Reaktorwand oder deren Ausmauerung verbundenen Kühlfläche erfolgt.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den kohlenstoffhaltigen festen Brennstoffen fremde mineralische Stoffe und/öder Erze zugesetzt und beim Brennen eingeschmolzen werden.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstaub fremde feinkörnige Brennstoffe zugesetzt werden.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstaub über eine oder mehrere Lanzen in den Taucherstrahl, vorzugsweise unmittelbar unterhalb des Brennkammerbodens, eingeblasen wird.
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke am Boden der Brennkammer in einer Schlackeauffangwanne gesammelt und über Ablaufrinnen der zentralen Öffnung zugeführt wird.
    13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 12, bestehend aus einem Kombinationsbrenner (1) sowie einer darunter angeordneten Brennkammer (9) mit Zuführungen von Brennstoffen und Gasen (2, 3, 4, 5, 7, 8), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
      a) am Kopf der Brennkammer (9) ist eine Dralleinrichtung (33) angeordnet, über welche die Brennstoffe und Gase aus dem Kombinationsbrenner (1) nach unten zu einem mittig in dessen Boden angeordneten Gasaustritt (34) geleitet werden;
      b) der Gasaustritt (34) ist an seinem oberen Ende von einer Schlackenwanne (12) umgeben;
      c) unterhalb des Gasaustritts (34) befindet sich ein endothermer Flugstromvergaser (14) mit einer Schlackenwanne (19) und einem Schlackeaustrag (22), in welchen die Schlacke parallel zum Gas fließt;
      d) unterhalb des Gasaustritts (34) sind in den Vergaser (14) hineinreichende Brennstaublanzen (15) angeordnet.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasaustritt (34) im oberen Bereich des endothermen Flugstromvergasers (14) von einem Mantel aus temperaturbeständigem Material (35) umgeben ist.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß obere (15) und untere Brennstaublanzen (17) vorgesehen sind, wobei die oberen (15) durch den Mantel (35) geführt sind.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der endotherme Flugstromvergaser (14) von einer Wärmeschutzauskleidung (32) umgeben ist.
    17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschutzauskleidung die Brennkammer (9) mit Abstand unter Bildung eines Wärmeausgleichskanals (26) in Form eines Ringraumes umgibt.
    18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschutzauskieidung (32) im Bereich der Brennkammer (9) mit einer Kühleinrichtung (27) versehen ist.
    19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringraum bzw. dem Wärmeausgleichskanal (26) Leiteinrichtungen (24) vorgesehen sind.
    20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des endothermen Flugstromvergasers (14) und/oder im Wärmeausgleichskanal Quencheinrichtungen (30) angeordnet sind.
    21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenwanne (12) kegelförmig ausgebildet ist und Ablaufrinnen für die Schlacke aufweist.
    22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Brennkammer (9) konusförmig ausgebildet ist und der Flugstromvergaser (14) als Durchbruchsicherung einen Gegenkonus aufweist, der den Brennkammerboden mit Abstand umgibt.
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