EP3290493A1 - Verfahren und anlage zur festbettdruckvergasung - Google Patents

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EP3290493A1
EP3290493A1 EP16400040.8A EP16400040A EP3290493A1 EP 3290493 A1 EP3290493 A1 EP 3290493A1 EP 16400040 A EP16400040 A EP 16400040A EP 3290493 A1 EP3290493 A1 EP 3290493A1
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EP
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ash
fuel
reactor
particles
screening
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Ganesh Arumugam
Nicolas Spiegel
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the invention relates to a process for the conversion of a solid, carbonaceous fuel, such as coal or coke, to a raw synthesis gas comprising mainly hydrogen and carbon monoxide and to ashes, using a shaft reactor, in which the fuel is arranged as a fixed bed and passes through it continuously, the Fixed bed is flowed through at elevated pressure and at elevated temperature of a gasification agent comprising oxygen and steam and wherein the shaft reactor is filled via a respective pressure lock with the fuel and the ash is discharged from it.
  • a solid, carbonaceous fuel such as coal or coke
  • a raw synthesis gas comprising mainly hydrogen and carbon monoxide and to ashes
  • the invention further relates to a system for carrying out the method.
  • solid fuel such as coal, coke or other carbonaceous fuel is gasified with steam and oxygen as a gasifying agent at elevated temperature and, in most cases, under positive pressure to a syngas containing carbon monoxide and hydrogen to give a solid ash which overflows an ash discharge grate, which in many cases is designed as a rotary grate is discharged from the reactor.
  • a particle size distribution has proved to be favorable, in which at least 90% by weight of the particles are in a size range of 10 to 50 mm and the remaining portion is distributed in equal parts to the above and below the size range.
  • the particle size is determined according to ASTM D4749.
  • the object of the invention is therefore to provide a method which is able to perform the gasification of carbonaceous fuel in a fixed bed more effectively and to improve the gasification of the fuel bed.
  • a process for converting a solid, carbonaceous fuel, such as coal or coke, to a raw synthesis gas comprising mainly hydrogen and carbon monoxide and to ashes using a shaft reactor in which the fuel is arranged as a fixed bed and continuously passing through it, the fixed bed, at elevated pressure Pressure and at elevated temperature, flowing through an oxygen and steam comprising gaseous gasification agent and wherein the shaft reactor is filled via a respective pressure lock with the fuel and the ash is discharged from it, characterized in that a portion of the discharged ash is returned to the reactor and with the fuel passes through the fixed bed.
  • the presence of ash particles leads to a loosening, d. H. to evenly between the particles of the fuel fixed bed existing gaps and thus allows its more uniform flow with gasification agent.
  • the pressure loss of the gasification agent is reduced, whereby a larger amount of gasification agent can flow through the fixed bed.
  • the more uniform distribution and the greater amount of gasification agent used in the fixed bed the production capacity of the fixed bed gasification reactor can be increased.
  • the loosening achieved by the ash particles also improves the fluidity of the bed of the packed bed.
  • the tendency of the bed to bridge at bottlenecks is thus reduced.
  • the outflow of ash through the annular gap between rotary grate and reactor inner wall is less disturbed by bridge formation of the ash.
  • a particular advantage in the use of the ash particles produced in the gasification process itself is that these particles were already exposed to the process conditions, in particular the high temperatures, so that they only tend to disintegrate in a further passage through the fixed bed to a small extent.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash is screened before its return to the reactor for the separation of fine and coarse particles, the screening comprises at least two screening stages and can be done with decreasing or increasing mesh size and wherein the sieve fraction with medium Particle size is at least partially recycled to the reactor and the separated particles are fed to a further treatment or use outside the process.
  • the sieving sets the particle size distribution of the recirculated ash to the range which is most suitable for uniform flow through the bed of solids. This is especially the range of average particle sizes of the ash particles. Too high a proportion of small particles can lead to blockages of the flow, too high a proportion of large particles can lead to channeling, d. H. to places with particularly low flow resistance. Which size range is most suitable in the specific application must be determined by tests. It depends on the apparatus conditions of the reactor, the process parameters that can be set and, in particular, on the quality of the fuel.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash discharged from the reactor via the pressure lock is rinsed with water for screening and is separated again from the water during the screening of the fine and coarse particles.
  • the ash is cooled simultaneously.
  • the method does not require complicated apparatus, is therefore reliable and inexpensive.
  • this method can also be used when water is scarce, by circulating the water used, it being passed through a device for separating ash fine particles, which are discharged for further treatment outside the process.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that the water used is circulated, wherein it is passed through a device for the separation of ash particles, which are discharged for further treatment outside the process. Since the recycled water was already saturated or partially saturated with water-soluble ash constituents in this way, such solution effects are reduced in a new use of the already used water. This increases the stability of the ash particles.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that particles with a size of less than 10 mm, smaller than 20 mm, smaller than 30 mm or smaller than 40 mm and / or as coarse particles as particles with a size of more than 20 mm, over 30 mm , over 40 mm or over 50 mm. These sizes provide good starting points for experimentally determining which particle size distribution is most appropriate.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash is fed to the solids bed up to a proportion of 30% of the mass of the solid bed.
  • the ash in the solid bed improves and evenens out the flowability of the solid bed, but on the other hand it also represents a dead mass for the gasification process, which does not contribute directly to the production of synthesis gas. Therefore, it makes sense to limit the ash content in the solid bed.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash destined for recycling to the reactor is dried.
  • the ash from the ash sluice of the fixed bed reactor is discharged into a channel from which it is flushed with water for further treatment.
  • the recorded Moisture is largely separated from the ash during the screening of the coarse and fine particles.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash and the fuel provided for recycling are each conveyed by means of conveying means which generate a flow of material and in that the two streams of material are combined and the mixed material stream formed thereby is introduced into the pressure lock or an upstream feed tank become.
  • conveying means which generate a flow of material
  • the two streams of material are combined and the mixed material stream formed thereby is introduced into the pressure lock or an upstream feed tank become.
  • a suitable alternative to a mixing apparatus is, in each case by suitable funding, such.
  • B. Conveyor belts, Rüttelrinnen or pneumatic conveyors to produce a continuous flow of material, and combine the fuel and the ash stream and to unite into a single, mixed stream; and to introduce this current into the fuel lock or into a reservoir for the fuel lock.
  • Fig. 1 comprises the plant 1 comprises a fixed bed pressure gasification reactor 2 with the pressure lock 3 for charging the reactor with fuel 4, z. As coal, and the pressure lock 5 for discharging the generated ash 6.
  • the locks can be closed with the closures 7.
  • the reactor 2 is the fuel fixed bed 8, which rests on the grate 9.
  • the gasification agents 10 are introduced through the grate 9 into the fixed bed 8 and convert the fuel 4 into raw synthesis gas 11 and ash 6.
  • the raw synthesis gas 11 is discharged above the fixed bed 8 from the reactor 2 for further treatment outside the process.
  • the ash 6 is discharged into the lock channel 12 and fed with water 13 as a water / ash mixture 14 of the two-stage screening device 15.
  • This is equipped with a first sieve 16 for screening the ash particles and separating the water from the ash.
  • a size of 10 mm is the most suitable, but the sieve 16 should be adjustable so that even sizes up to 40 mm can be screened off as fine particles.
  • the mixture 17 of ash fine particles and water is discharged from the plant 1 for further treatment. It is also possible for mixture 17 to be led out of the water via a device, not shown, for separating the fine particles, so that the water can be circulated and used again to rinse the lock channel.
  • the ash 18 is then fed to a second sieve 20 for screening the ash scrap particles 19.
  • the size of the sieved ash particles can be changed. In many cases, a size of 50 mm is the most suitable, but the sieve 20 should be adjustable so that even sizes down to 20 mm are screened off as coarse particles.
  • the ash 18 can optionally be washed free of ash dust with water 25. The water 25 can be performed in a cycle, not shown, in which it from the Ash dust is released.
  • the coarse particles 19 are discharged from the plant 1 for further treatment.

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Abstract

Verfahren und Anlage zur Umwandlung eines festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, wie Kohle oder Koks, zu einem hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Rohsynthesegas und zu Asche, unter Verwendung eines Schachtreaktors, wobei die ausgetragene Asche, zumindest teilweise, in den Reaktor zurückgeführt wird und mit dem Brennstoff das Festbett durchläuft.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung eines festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, wie Kohle oder Koks, zu einem hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Rohsynthesegas und zu Asche, unter Verwendung eines Schachtreaktors, in welchem der Brennstoff als Festbett angeordnet ist und dieses kontinuierlich durchläuft, wobei das Festbett bei erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur von einem Sauerstoff und Dampf umfassenden gasförmigen Vergasungsmittel durchströmt wird und wobei der Schachtreaktor über jeweils eine Druckschleuse mit dem Brennstoff befüllt und die Asche aus ihm ausgetragen wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
    • Stand der Technik
  • Mittels Festbettdruckvergasungsreaktoren wird fester Brennstoff, wie Kohle, Koks oder sonstiger kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit Dampf und Sauerstoff als Vergasungsmittel bei erhöhter Temperatur und, in den meisten Fällen, unter Überdruck zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegas vergast, wobei eine feste Asche erhalten wird, die über einen Ascheaustragsrost, der in vielen Fällen als Drehrost ausgebildet ist, aus dem Reaktor ausgetragen wird. Dieser Reaktortyp wird häufig auch als FBDB- (= Fixed Bed Dry Bottom) -Druckvergaser bezeichnet.
  • Im Festbett durchläuft der Brennstoff von oben nach unten folgende Temperaturzonen mit in dieser Richtung steigender Temperatur:
    • Trocknungszone: In der Trocknungszone wird im oder am Brennstoff gebundene Feuchte desorbiert und mit dem Rohsynthesegasstrom aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgetragen.
    • Pyrolysezone: Hier werden leichtflüchtige Verbindungen aus dem Brennstoff freigesetzt und ausgetrieben. Es erfolgt hier eine Verschwelung oder Verkokung des Brennstoffs.
    • Vergasungszone: In der Vergasungszone erfolgt die eigentliche umsetzung des Brennstoffs mit dem Vergasungsmittel, das zumeist Luft oder Sauerstoff, sowie Wasserdampf und ggf. Kohlendioxid als Moderator enthält, zu den Zielprodukten der Vergasung, nämlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid.
    • Verbrennungszone: Hier wird die für die Vergasung, Pyrolyse und Trocknung notwendige Wärmeenergie durch Verbrennen des restlichen Teils des Brennstoffes zu Asche erzeugt.
    • Aschebett, das Aschebett deckt das Austragsrost ab und schützt es vor den hohen Temperaturen der Verbrennungszone.
  • Für weitere Verfahrensdetails wird auf das einschlägige Schrifttum verwiesen, vgl. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, Seite 367 ff. Die Vergasung beginnt typischerweise bei Temperaturen von etwa 700 °C und verläuft mit hoher Geschwindigkeit bei Temperaturen von 800 °C, vgl. Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 14, S. 384. Die dortige Abb. 10 zeigt einen typischen Temperaturverlauf der Gastemperatur in einem Festbettdruckvergasungsreaktor, insbesondere in den oben erörterten Temperaturzonen.
  • Um die Produktionskapazität des Reaktors möglichst weitgehend auszunutzen, ist es erforderlich, eine möglichst gleichmäßige Durchströmung des Brennstofffestbetts mit dem Vergasungsmittel zu erreichen. Um das zu erreichen, ist es erforderlich, eine geeignete Partikelgrößenverteilung im Festbett einzustellen. Ein zu hoher Anteil an kleinen Partikeln kann zu Blockierungen der Durchströmung führen, ein zu hoher Anteil an großen Partikeln kann zu Kanalbildungen führen, d. h. zu Stellen mit besonders geringem Strömungswiderstand.
  • Als günstig hat sich in vielen Fällen eine Partikelgrößenverteilung erwiesen, bei der mindestens 90 Gew-% der Partikel in einem Größenbereich von 10 bis 50 mm liegen und der restliche Anteil sich zu gleichen Teilen auf den darüber und den darunter liegenden Größenbereich verteilen. Die Partikelgröße wird dabei nach ASTM D4749 bestimmt.
  • Um die Partikelgröße im Festbett zu beeinflussen, stehen bisher die folgenden Wege zur Verfügung:
    • Die Siebung des Brennstoffs vor seiner Einfüllung in den Reaktor,
    • die Steuerung der Temperatur in der Verbrennungszone des Festbetts durch die Einstellung des Mengenverhältnisses von Sauerstoff zu Dampf im Vergasungsmittel, wobei eine Erhöhung des Sauerstoffanteils zur Temperaturerhöhung, eine Erhöhung des Dampfanteils zur Temperatursenkung in der Verbrennungszone führt. Die Höhe der Temperatur in der Verbrennungszone beeinflusst die Möglichkeit der Aschepartikel zu agglomerieren und damit die Größe der gebildeten Aschepartikel,
    • die Einstellung der Ascheschmelztemperatur durch eine geeignete Zusammensetzung des Brennstoffs, wie z.B. eine geeignete Mischung verschiedener Kohlesorten.
  • Aber diese beschriebenen Wege die Partikelgröße im Festbett zu beeinflussen, reichen oft nicht aus, um das angestrebte Ergebnis zu erhalten. So gibt es z. B. Kohlesorten, die dazu neigen, dass ihre Partikel bei der Erwärmung im Festbett zerfallen, so dass in diesen Fällen, auch trotz einer vorherigen Siebung des Brennstoffs, der Anteil an Feinpartikeln unerwünscht hoch und eine gleichmäßige Durchströmung des Festbetts beeinträchtigt ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff im Festbett effektiver durchzuführen und die Durchgasung des Brennstoffbettes zu verbessern.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Anlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 8.
    • Erfindungsgemäßes Verfahren:
  • Verfahren zur Umwandlung eines festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, wie Kohle oder Koks, zu einem hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Rohsynthesegas und zu Asche, unter Verwendung eines Schachtreaktors, in welchem der Brennstoff als Festbett angeordnet ist und dieses kontinuierlich durchläuft, wobei das Festbett, bei erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur, von einem Sauerstoff und Dampf umfassenden gasförmigen Vergasungsmittel durchströmt wird und wobei der Schachtreaktor über jeweils eine Druckschleuse mit dem Brennstoff befüllt und die Asche aus ihm ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der ausgetragenen Asche in den Reaktor zurückgeführt wird und mit dem Brennstoff das Festbett durchläuft.
    • Erfindungsgemäße Anlage:
  • Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
    • Einen Festbettdruckvergasungsreaktor, umfassend ein schachtförmiges Reaktorgefäß, einen Vergasungsmitteleinlass, einen Produktgasauslass, ein Ascheaustragsrost, eine Druckschleuse zur Zuführung des Brennstoffs, eine weitere Druckschleuse zur Abführung der Asche,
    • optional einen Schleusenkanal für den Transport der Asche mit Wasser zur Siebvorrichtung,
    • optional eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln aus dem für den Transport im Schleusenkanal verwendeten Wasser,
    • eine Siebvorrichtung zur Absiebung der Asche, so ausgebildet, dass als Feinpartikel Partikel mit einer Größe von kleiner 10 mm, kleiner 20 mm, kleiner 30 mm oder kleiner 40 mm und/oder als Grobpartikel Partikel mit einer Größe von über 20 mm, über 30 mm, über 40 mm oder über 50 mm abgesiebt werden können,
    • optional jeweils eine Wiege- und Dosiereinrichtung zur Bestimmung der zur Brennstoffzuführvorrichtung bzw. zur Asche-Brennstoff-Mischeinrichtung zurückgeführten Asche- und Brennstoffmenge,
    • optional eine Trocknungseinrichtung zur Trocknung der zurückgeführten Aschemenge,
    • eine Mischeinrichtung zur Vermischung von Asche und Brennstoff,
    • Transportmittel für Asche und für Brennstoff.
  • Unter "erhöhtem Druck" und "erhöhter Temperatur" werden dabei Druck- und Temperaturwerte oberhalb von Umgebungsdruck bzw. Raumtemperatur verstanden. Geeignete Druck- und Temperaturwerte kann der Fachmann dem oben genannten Schrifttum entnehmen.
  • Die Anwesenheit von Aschepartikeln führt zu einer Auflockerung, d. h. zu gleichmäßig zwischen den Partikeln des Brennstofffestbetts bestehenden Lücken und ermöglicht damit dessen gleichmäßigere Durchströmung mit Vergasungsmittel. Der Druckverlust des Vergasungsmittels wird verringert, wodurch eine größere Menge an Vergasungsmittel durch das Festbett fließen kann. Durch die gleichmäßigere Verteilung und die größere Menge des eingesetzten Vergasungsmittels im Festbett, kann die Produktionskapazität des Festbettvergasungsreaktors gesteigert werden.
  • Die durch die Aschepartikel erzielte Auflockerung verbessert außerdem die Fließfähigkeit der Schüttung des Festbetts. Die Neigung der Schüttung zur Brückenbildung an Engstellen wird also verringert. Insbesondere der Abfluss der Asche durch den Ringspalt zwischen Drehrost und Reaktorinnenwand wird durch Brückenbildung der Ascheschüttung weniger gestört.
  • Durch die positive Wirkung der Asche im Festbett kann in vielen Fällen auch auf eine Einstellung der Ascheschmelztemperatur durch die Mischung verschiedener Kohlesorten im Brennstoffbett verzichtet werden.
  • Ein besonderer Vorteil in der Verwendung der im Vergasungsverfahren selbst produzierten Aschepartikel liegt darin, dass diese Partikel den Verfahrensbedingungen, insbesondere den hohen Temperaturen, bereits ausgesetzt waren, so dass sie nur in geringem Umfang dazu neigen, bei einem weiteren Durchgang durch das Festbett zu zerfallen.
    • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
  • Eine bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Asche vor ihrer Rückführung in den Reaktor zur Abtrennung von Fein- und Grobpartikeln abgesiebt wird, wobei die Absiebung mindestens zwei Siebstufen umfasst und mit fallender oder mit steigender Maschenweite erfolgen kann und wobei die Siebfraktion mit mittlerer Partikelgröße mindestens teilweise in den Reaktor zurückgeführt wird und die abgetrennten Partikel einer weiteren Behandlung oder Verwendung außerhalb des Verfahrens zugeführt werden. Durch die Absiebung wird die Partikelgrößenverteilung der zurückgeführten Asche auf den Bereich eingestellt, der für eine gleichmäßige Durchströmung des Feststoffbettes am geeignetsten ist. Dies ist insbesondere der Bereich mittlerer Korngrößen der Aschepartikel. Ein zu hoher Anteil an kleinen Partikeln kann zu Blockierungen der Durchströmung führen, ein zu hoher Anteil an großen Partikeln kann zu Kanalbildungen führen, d. h. zu Stellen mit besonders geringem Strömungswiderstand. Welcher Größenbereich im konkreten Einsatzfall der geeignetste ist, muss durch Versuche ermittelt werden. Er ist abhängig von den apparativen Gegebenheiten des Reaktors, den einstellbaren Verfahrensparametern und insbesondere von der Qualität des Brennstoffs.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Reaktor über die Druckschleuse ausgetragene Asche mit Wasser zur Absiebung gespült und bei der Absiebung der Fein- und Grobpartikel wieder vom Wasser abgetrennt wird. Bei dieser Methode des Transports wird die Asche gleichzeitig gekühlt. Die Methode erfordert keine komplizierten Apparate, ist daher zuverlässig und kostengünstig. Besonders vorteilhaft kann diese Methode auch angewendet werden, wenn Wasser knapp ist, indem das verwendete Wasser im Kreis geführt wird, wobei es über eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln geführt wird, die zur weiteren Behandlung außerhalb des Verfahrens ausgetragen werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Wasser im Kreis geführt wird, wobei es über eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln geführt wird, die zur weiteren Behandlung außerhalb des Verfahrens ausgetragen werden. Da das rückgeführte Wasser auf diese Weise bereits mit wasserlöslichen Aschebestandteilen gesättigt oder teilgesättigt wurde, verringern sich solche Lösungseffekte bei einem neuen Einsatz des bereits gebrauchten Wassers. Dies erhöht die Stabilität der Aschepartikel.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Feinpartikel Partikel mit einer Größe von kleiner 10 mm, kleiner 20 mm, kleiner 30 mm oder kleiner 40 mm und/oder als Grobpartikel Partikel mit einer Größe von über 20 mm, über 30 mm, über 40 mm oder über 50 mm abgesiebt werden. Diese Größen bieten gute Ausgangspunkte, um durch Versuche zu ermitteln, welche Partikelgrößenverteilung die geeignetste ist.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Asche bis zu einem Anteil von 30 % der Masse des Feststoffbetts dem Feststoffbett zugeführt wird. Die Asche im Feststoffbett verbessert und vergleichmäßigt einerseits die Durchströmbarkeit des Feststoffbettes, andererseits stellt sie aber auch für den Vergasungsprozess eine tote Masse dar, die nicht direkt zur Produktion von Synthesegas beiträgt. Daher ist es sinnvoll, den Ascheanteil im Feststoffbett zu beschränken.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückführung in den Reaktor bestimmte Asche getrocknet wird. In vielen Fällen wird die Asche aus der Ascheschleuse des Festbettreaktors in einen Kanal entleert, aus dem sie mit Wasser zur weiteren Behandlung gespült wird. Die dabei aufgenommene Feuchte wird bei der Absiebung der Grob- und Feinpartikel zum großen Teil von der Asche abgetrennt. Um den Festbettreaktor zu entlasten, kann es sinnvoll sein, die Asche vor der Rückführung in den Reaktor zu trocknen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückführung vorgesehene Asche und der Brennstoff jeweils mittels Fördermitteln gefördert werden, die einen Materialstrom erzeugen und dass die beiden Materialströme zusammengeführt werden und der dabei gebildete gemischte Materialstrom in die Druckschleuse oder einen vorgelagerten Aufgabebehälter eingefüllt werden. Um den beabsichtigten Effekt der Erfindung, eine gleichmäßige Durchströmbarkeit des Festbetts zu erreichen, ist es erforderliche, eine gleichmäßige Verteilung der Asche im Festbett zu erreichen. Grundsätzlich ist es möglich dem Festbettreaktor eine Mischapparatur vorzuschalten, in der die Asche dem Brennstoff untergemischt wird. Durch die dabei oft vorhandene mechanische Belastung der Partikel würde aber der Anteil an Feinpartikeln im Brennstoff steigen und sich damit kontraproduktiv auf den Vergasungsprozess auswirken. Eine geeignete Alternative zu einer Mischapparatur besteht darin, jeweils durch geeignete Fördermittel, wie z. B. Förderbänder, Rüttelrinnen oder pneumatische Förderungen einen kontinuierlichen Stoffstrom zu erzeugen, und den Brennstoff- und den Aschestrom zusammenzuführen und zu einem einzigen, gemischten Strom zu vereinigen; und diesen Strom in die Brennstoffschleuse oder in einen Vorlagebehälter für die Brennstoffschleuse einzuführen.
    • Ausführungsbeispiele
  • Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungs- und Zahlenbeispielen und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Es zeigt die die einzige Figur
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage.
  • In Fig. 1 umfasst die Anlage 1 umfasst einen Festbettdruckvergasungsreaktor 2 mit der Druckschleuse 3 zur Beschickung des Reaktors mit Brennstoff 4, z. B. Kohle, und der Druckschleuse 5 zur Ausschleusung der erzeugten Asche 6. Die Schleusen können mit den Verschlüssen 7 verschlossen werden. In dem Reaktor 2 befindet sich das Brennstofffestbett 8, welches auf dem Rost 9 aufliegt. Die Vergasungsmittel 10 werden durch den Rost 9 in das Festbett 8 eingeleitet und wandeln den Brennstoff 4 in Rohsynthesegas 11 und Asche 6 um. Das Rohsynthesegas 11 wird oberhalb des Festbetts 8 aus dem Reaktor 2 zur weiteren Behandlung außerhalb des Verfahrens ausgeleitet.
  • Aus der Schleuse 5 wird die Asche 6 in den Schleusenkanal 12 abgelassen und mit Wasser 13 als Wasser/Asche-Gemisch 14 der zweistufigen Siebvorrichtung 15 zugeführt. Diese ist mit einem ersten Sieb 16 zur Absiebung der Aschefeinpartikel und zur Abtrennung des Wassers von der Asche ausgestattet. Durch Einstellung oder Umbau des Siebs 16 kann die Größe der abgesiebten Aschefeinpartikel verändert werden. In vielen Fällen ist eine Größe von 10 mm am geeignetsten, das Sieb 16 sollte aber so einstellbar sein, dass auch Größen bis 40 mm als Feinpartikel abgesiebt werden können. Das Gemisch 17 aus Aschefeinpartikeln und Wasser wird aus der Anlage 1 zur weiteren Behandlung ausgeleitet. Es ist auch möglich, dass Gemisch 17 über eine, nicht dargestellte, Vorrichtung zur Abtrennung der Feinpartikel aus dem Wasser zu führen, so dass das Wasser im Kreis geführt und wieder zur Spülung des Schleusenkanals verwendet werden kann.
  • Die Asche 18 wird anschließend zur Absiebung der Aschegrobpartikel 19 einem zweiten Sieb 20 aufgegeben. Durch Einstellung oder Umbau des Siebs 20 kann die Größe der abgesiebten Aschegrobpartikel verändert werden. In vielen Fällen ist eine Größe von 50 mm am geeignetsten, das Sieb 20 sollte aber so einstellbar sein, dass auch Größen bis hinunter zu 20 mm als Grobpartikel abgesiebt werden. Auf dem Sieb 20 kann die Asche 18 optional mit Wasser 25 von Aschestaub freigewaschen werden. Das Wasser 25 kann dabei in einem, nicht dargestellten Kreislauf geführt werden, bei dem es von dem Aschestaub befreit wird. Die Grobpartikel 19 werden zur weiteren Behandlung aus der Anlage 1 ausgetragen.
  • Die von Fein- und Grobpartikeln befreite Asche 21, die nur noch Aschepartikel mittlerer Größe enthält, wird in der Vorrichtung 22 getrocknet und, ebenso wie der Brennstoff 4, der Misch- und Dosiereinrichtung 23 aufgegeben. Diese Einrichtung dosiert und mischt die Ströme des Brennstoffs 4 und der Asche 21 im gewünschten Verhältnis und fültt sie als Gemisch 24 in die Druckschleuse 3.
    • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem das Durchgasungsverhalten eines Festbettdruckvergasungsreaktors verbessert wird und er somit mit größerem Durchsatz und damit mit erhöhter Wirtschaftlichkeit betrieben werden kann. Die Erfindung ist daher vorteilhaft gewerblich anwendbar.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anlage gemäß Erfindung
    2
    Festbettdruckvergasungsreaktor
    3
    Druckschleuse
    4
    Brennstoff
    5
    Druckschleuse
    6
    Asche
    7
    Verschluss
    8
    Festbett
    9
    Rost
    10
    Vergasungsmittel
    11
    Rohsynthesegas
    12
    Schleusenkanal
    13
    Wasser
    14
    Wasser/Asche-Gemisch
    15
    Siebvorrichtung
    16
    erstes Sieb
    17
    Gemisch aus Aschefeinpartikeln und Wasser
    18
    Asche
    19
    Grobpartikel
    20
    zweites Sieb
    21
    Asche
    22
    Vorrichtung zur Aschetrocknung
    23
    Asche
    24
    Gemisch aus Brennstoff und Asche
    25
    Wasser

Claims (9)

  1. Verfahren zur Umwandlung eines festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, wie Kohle oder Koks, zu einem hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Rohsynthesegas und zu Asche, unter Verwendung eines Schachtreaktors, in welchem der Brennstoff als Festbett angeordnet ist und dieses kontinuierlich durchläuft, wobei das Festbett, bei erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur, von einem Sauerstoff und Dampf umfassenden gasförmigen Vergasungsmittel durchströmt wird und wobei der Schachtreaktor über jeweils eine Druckschleuse mit dem Brennstoff befüllt und die Asche aus ihm ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der ausgetragenen Asche in den Reaktor zurückgeführt wird und mit dem Brennstoff das Festbett durchläuft.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Asche vor ihrer Rückführung in den Reaktor zur Abtrennung von Fein- und Grobpartikeln abgesiebt wird, wobei die Absiebung mindestens zwei Siebstufen umfasst und mit fallender oder mit steigender Maschenweite erfolgen kann und wobei die Siebfraktion mit mittlerer Partikelgröße mindestens teilweise in den Reaktor zurückgeführt wird und die abgetrennten Partikel einer weiteren Behandlung oder Verwendung außerhalb des Verfahrens zugeführt werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Reaktor über die Druckschleuse ausgetragene Asche mit Wasser zur Absiebung gespült und bei oder nach der Absiebung der Fein- und Grobpartikel wieder vom Wasser abgetrennt wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Wasser im Kreis geführt wird, wobei es über eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln geführt wird, die zur weiteren Behandlung außerhalb des Verfahrens ausgetragen werden.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Feinpartikel Partikel mit einer Größe von kleiner 10 mm, kleiner 20 mm, kleiner 30 mm oder kleiner 40 mm und/oder als Grobpartikel Partikel mit einer Größe von über 20 mm, über 30 mm, über 40 mm oder über 50 mm abgesiebt werden.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Reaktor zurückgeführte Aschefraktion bis zu einem Anteil von 30 % der Masse des Feststoffbetts dem Feststoffbett zugeführt wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückführung in den Reaktor bestimmte Asche vor der Zuführung zum Feststoffbett getrocknet wird.
  8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückführung vorgesehene Asche und der Brennstoff jeweils mittels Fördermitteln gefördert werden, die einen Materialstrom erzeugen und dass die beiden Materialströme zusammengeführt werden und der dabei gebildete gemischte Materialstrom in die Druckschleuse oder einen vorgelagerten Aufgabebehälter eingefüllt werden.
  9. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
    - Einen Festbettdruckvergasungsreaktor, umfassend ein schachtförmiges Reaktorgefäß, einen Vergasungsmitteleinlass, einen Produktgasauslass, ein Ascheaustragsrost, eine Druckschleuse zur Zuführung des Brennstoffs, eine weitere Druckschleuse zur Abführung der Asche,
    - optional einen Schleusenkanal für den Transport der Asche mit Wasser zur Siebvorrichtung,
    - optional eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln aus dem für den Transport im Schleusenkanal verwendeten Wasser,
    - eine Siebvorrichtung zur Absiebung der Asche, so ausgebildet, dass als Feinpartikel Partikel mit einer Größe von kleiner 10 mm, kleiner 20 mm, kleiner 30 mm oder kleiner 40 mm und/oder als Grobpartikel Partikel mit einer Größe von über 20 mm, über 30 mm, über 40 mm oder über 50 mm abgesiebt werden können,
    - optional jeweils eine Wiege- und Dosiereinrichtung zur Bestimmung der zur Brennstoffzuführvorrichtung bzw. zur Asche-Brennstoff-Mischeinrichtung zurückgeführten Asche- und Brennstoffmenge,
    - optional eine Trocknungseinrichtung zur Trocknung der zurückgeführten Aschemenge,
    - eine Mischeinrichtung zur Vermischung von Asche und Brennstoff,
    - Transportmittel für Asche und für Brennstoff.
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