EP3412754A1 - Feinkohleeinsatz für einen festbettdruckvergaser - Google Patents

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EP3412754A1
EP3412754A1 EP17400030.7A EP17400030A EP3412754A1 EP 3412754 A1 EP3412754 A1 EP 3412754A1 EP 17400030 A EP17400030 A EP 17400030A EP 3412754 A1 EP3412754 A1 EP 3412754A1
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EP
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heavy
coal
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fraction
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Nicolás Spiegl
Frederic Judas
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the invention relates to a fine coal feed for a fixed-bed pressure carburetor of the FBDB type, to a process and plant for producing such fine coal feed from co-mineralized charcoal as feedstock for a fixed-bed pressure carburetor and to the use of this fine coal feed for producing a synthesis gas comprising hydrogen and carbon oxides.
  • a synthesis gas is called hydrogen and carbon oxides containing gas mixtures, which find use in various synthesis reactions. Examples include the synthesis of methanol, the production of ammonia by the Haber-Bosch process or the Fischer-Tropsch synthesis.
  • a common process for the production of synthesis gases is the gasification of coal by means of fixed bed pressure gasification reactors using steam (hereinafter referred to simply as steam) and oxygen or air as a gasification agent in a shaft reactor under pressure to a carbon monoxide and hydrogen-containing synthesis gas, depending on the process the gasification a solid ash or liquid slag can be obtained as by-products.
  • steam steam
  • oxygen or air oxygen or air
  • coal added as a feedstock is continuously consumed during the gasification process, whereby the fixed bed of coal continuously sinks downwardly while at the same time adding fresh feedstock from above, it is more of a moving bed process with respect to the solids bed since the solids bed is in countercurrent flow to the gassing agents added at the bottom of the gasification reactor.
  • the gasification medium thus moves through the bed of granular or lumpy fuel or feedstock.
  • This type of carburetor has excellent thermal efficiencies because discharged ash heats the incoming gases and the exhausted product gas heats the charged solid feedstock.
  • the long residence times of solid particles moving through the bed typically 1 to 2 hours, together with the typical temperature profile of the countercurrent system, allow high carbon conversion efficiency.
  • Verbrennunaszone The combustion zone provides the heat energy for the gasification zone located directly above it.
  • the key reaction is the conversion of carbon into the coal remaining after gasification with oxygen, generating heat and carbon oxides.
  • the temperature rises to a maximum and must therefore be kept at the non-slagging gasification with dry ash bed below the ash melting point, which is done by supplying excess steam, the amount of which exceeds the stoichiometrically required amount.
  • Ash zone In Vietnameseschlackenden gasification process with dry ash bed located at the bottom of the reaction chamber ash bed, which rests on a grate or rotary grate, the inflowing gasification medium by direct heat exchange and also acts as a gas distributor and as a support for the fuel or gutbett located above.
  • Lurgi dry-bed pressurized gasifier Lurgi-FBDB (fixed bed dry bottom) gasifier
  • the carburetor is surrounded by a water jacket for cooling, in which process steam is generated. Reservoirs and a lock system for feeding the feed coal (typically 3 to 50 mm particles) are mounted on top of the carburetor.
  • a motorized manifold is used to evenly distribute the coal entering the reaction chamber over the coal bed.
  • a mechanical stirrer is included to allow the use of baking coals.
  • a motorized rotary grate at the bottom of the carburettor is used to remove the resulting ash, which is discharged via a corresponding lock system and fed to a storage container.
  • Steam and oxygen or air are introduced at the bottom of the carburetor as a gasifying agent and distributed over the rotary grate in the coal bed.
  • the grate supports the coal bed and is constantly rotated to ensure a constant, even discharge of the ash.
  • Raw synthesis gas as product gas is interposed at the top of the carburetor with a typical temperature Discharged at 400 and 600 ° C and flows through a scrubber cooler, where it is cooled and washed. Further cooling, cleaning and conditioning of the gas takes place depending on the desired application.
  • coal which are intended for use in gasification processes such as the FBDB process, contain a more or less high. Proportion of minerals as by-products or - according to the mining terminology - mountains.
  • the ash fraction is usually reduced by a scrubbing process called coal scrubbing.
  • the main advantages of a reduced proportion of ash are reduced transport costs and concomitantly reduced emissions due to transport, as well as reduced equipment wear and associated lower maintenance costs and a higher thermal efficiency of the process.
  • Ash reduction is accomplished by density separation techniques, such as coal scrubbing, which separates the raw coal into a high ash, high specific gravity fraction and a low ash fraction and a relatively low density fraction.
  • Stable operation of an FBDB coal gasifier further requires an ash bed that is strong enough on one hand to support the weight of the coal bed and, on the other hand, to provide a uniform and homogeneous distribution of gas flow through the fixed bed. To achieve this, it is necessary to optimize the ratio of liquid slag and solid minerals in the hottest zone of the gasification reactor by adjusting the steam to oxygen ratio in the gasification agent accordingly.
  • the aim is to increase the ash melting temperature of the coal introduced into the FBDB reactor.
  • This makes it possible to achieve a stable ash bed at a lower vapor-to-oxygen ratio in the gasification agent and therefore results in an overall better gas distribution and Vergasungsleigtung and reduced steam consumption.
  • it is proposed either to split the coal into different fractions with different Separate ash content, which then also have different ash melt properties, or to supply additives that affect the general ash melt properties and in particular increase the ash melting temperature.
  • a reduction in coal ash content is also of interest in reducing the cost of wear and maintenance of the gasification reactor. It can be done by a known density separation before the gasification, which is also referred to as coal washing.
  • the US patent US 8906122 B2 teaches a method for producing a coal feed for coal gasification in which the raw coal used is coal scrubbed to obtain coal fractions having different densities and mineral contents.
  • the light fraction obtained is fed to an entrainment gasification, the heavy fraction of a fixed bed pressure gasification.
  • the disadvantage is that two different gasification technologies must be used.
  • the ratio of liquid slag to solid particles not only defines the size of the clinker particles that are formed, but also their stability. In general A higher proportion of liquid slag leads to the formation of not only larger, but also stronger clinker particles.
  • the clinker particles must be strong enough to carry the weight of the coal bed bearing them and at the same time their particle size distribution must be such as to ensure a homogeneous and uniform distribution of the gasifying agent over the cross section of the gasification reactor.
  • the object of the present invention is to propose a fine coal insert for a fixed bed pressure carburetor and a method and a system for its production, which does not have the mentioned disadvantages of the known from the prior art method.
  • the invention also relates to a system for carrying out the method according to the invention according to claim 12, as well as further embodiments of the inventive according to claim 13 to 15.
  • the invention further relates to a fine coal feed for a fixed bed pressure carburetor of the FBDB type according to claim 10 and the use of this fine coal feed for producing a synthesis gas comprising hydrogen and carbon oxides according to claim 11.
  • reaction conditions of the fixed-bed pressure gasification are the reaction and process conditions known to the person skilled in the art, in particular of temperature, pressure and residence time, as discussed in detail in the relevant literature and in which at least one partial conversion, but preferably technically relevant conversions of the fine coal feed with the gasification agents in synthesis gas products such as CO and hydrogen.
  • a modified Kohle remplische- and Kohlemisch compiler and a suitable plant is proposed, on the one hand reduces the bedrock or ash content of the coal and on the other hand ensures that the required ratio of liquid slag to solid minerals can be achieved to the To achieve desired binding effect, are connected to the smaller ash or clinker particles to larger and stable particles, this are cheap Throughgassing and support properties of the ash deposit on the gasifier grate obtained and reduces the mechanical wear of the gasification reactor.
  • the invention is now based on the finding that the heavy material obtained or the Bergefr quasi has a relatively high proportion of minerals that melt at least partially under the reaction conditions of fixed bed pressure gasification or - at least on its surface - soften. This fraction is therefore very suitable as a binder, with the smaller ash or clinker particles can be combined to larger and stable particles.
  • the liquid material acts as a binder or adhesive when it solidifies again at lower temperatures at the bottom of the reactor. Larger ash particles or clinker particles form when solid ash particles are connected together by means of the liquid slag.
  • the ratio of liquid slag to solid ash particles for a specific coal depends on the maximum temperature which can be affected by adjusting the steam to oxygen ratio in the gasification agent.
  • the ratio of liquid slag to solid particles not only defines the size of the clinker particles that are formed, but also their stability. In general a higher proportion of liquid slag leads to the formation of firmer and larger clinker particles.
  • the clinker particles must be strong enough to carry the weight of the coal bed bearing them and at the same time their particle size distribution must be such as to ensure a homogeneous and uniform distribution of the gasifying agent over the cross section of the gasification reactor.
  • a light fraction is obtained, which is characterized by a low proportion of ash and a low relative density and contains the particles which consist of a carbon matrix, which is intimately mixed with clay mineral particles.
  • Particles consisting of pure mineral content (so-called secondary rocks or mountains) and particles with a very high proportion of minerals and only a very small proportion of coal are separated into a waste fraction which has a high proportion of ash and a high relative density.
  • a so-called. Mittelgutfr quasi is obtained, which has a mean ash content and a mean specific gravity.
  • the majority of the minerals in the light fraction consists of clay minerals, especially kaolinite. At high temperatures, kaolinite converts to mullite, which has a melting temperature of 1840 ° C and therefore remains solid under the reaction conditions in the gasification reactor.
  • the ash content of the fine coal feed for the fixed-bed pressure carburettor is reduced significantly compared to the raw coal, which also reduces the mechanical wear of the carburettor during operation with the fine coal feed produced according to the invention.
  • the crushing and mixing action of the rotary grate from the fine coal feed obtained according to the invention under gasification conditions yields an ash bed with supporting and gasification properties which are improved over ash beds obtained from prior art fine coal feeds are.
  • the raw coal is associated with by-products containing at least two different types of minerals, the first type of mineral melting or softening under the reaction conditions of the fixed bed pressure gasification and the second mineral type remaining solid under the same reaction conditions and the second type of mineral being stronger attached to the coal or more intimately associated with it.
  • the first type of mineral is thereby enriched due to its relatively higher density in heavy, the Bergefrtress; the second type of mineral remains in the light fraction due to its intimate association with the coal.
  • a light fraction is obtained, which is characterized by a low proportion of ash and a low relative density and contains the particles consisting of a carbon matrix, which is intimately mixed with clay mineral particles, especially kaolinite. Converts at high temperatures kaolinite turns into mullite, which has a melting temperature of 1840 ° C and therefore remains solid under the reaction conditions in the gasification reactor.
  • the ash content of the fine coal feed for the fixed-bed pressure carburettor is significantly reduced compared to the raw coal, which also reduces the mechanical wear of the carburettor during operation with the fine coal feed produced according to the invention.
  • the second type of mineral is therefore formed from clay minerals, in particular from kaolinite.
  • the first defined boundary density is preferably between 1.8 and 2.1 g / cm 3 , preferably 1.9 g / cm 3 . It is further preferred if in the process according to the invention the second defined limit density is between 1.4 and 1.8 g / cm 3 , preferably 1.6 g / cm 3 .
  • common raw coal can be safely separated by appropriate density separation steps into a carbon-enriched light material, a heavy material enriched in minerals of the first type and a medium density medium, the latter can be discarded, for example as a waste fraction.
  • At least one, preferably both density separating stages are configured as heavy-weight separating devices and it corresponds to the respective cloud density of the first and / or second defined limit density.
  • Corresponding devices are provided by the trade. The adjustment of the respective cloud density by using suitable heavy materials is known from the prior art.
  • a further shredding of the first light material takes place before feeding to the second density separating stage.
  • a further shredding of the first light material takes place before feeding to the second density separating stage.
  • a larger proportion of the first light goods can be transferred into the second light goods and the proportion of medium weight is reduced.
  • the heavy-duty processing comprises buffering, homogenizing and classifying, and the resulting heavy material fine fraction is discharged from the heavy-material workup and at least partially mixed with the second light material to the fine coal insert. Due to the intermediate storage of the heavy material fluctuations in the raw coal supply and in terms of the decrease can be compensated by the downstream process steps. By homogenizing and classifying a proportion of heavy material can be obtained, which ensures an intimate mixing with the second light material due to its small particle size.
  • the fixed-bed pressure carburetor is a carburetor of the FBDB type, the feedstock and / or the ash resting on a rotary grate during operation of the carburetor.
  • Stable operation of an FBDB coal gasifier requires an ash bed that, on the one hand, is sturdy enough to support the weight of the coal bed and, on the other, allows uniform and homogeneous distribution of gas flow through the fixed bed. This is made possible by ash or clinker particles which form from the fine coal feed according to the invention under gasification conditions.
  • a further embodiment of the method according to the invention is characterized in that the middle product obtained is further comminuted and at least partially recycled to process step 1 (a). In this way, portions of the medium can be transferred to the light goods and / or heavy and the waste fraction is reduced.
  • Corresponding devices are provided by the trade.
  • the adjustment of the respective cloud density by using suitable heavy materials is known from the prior art.
  • this further comprises a crushing device, which is connected spatially and / or with respect to the process sequence with the first and the second density separation stage and is suitable for further comminuting the first light material prior to feeding to the second density separation stage.
  • a crushing device which is connected spatially and / or with respect to the process sequence with the first and the second density separation stage and is suitable for further comminuting the first light material prior to feeding to the second density separation stage.
  • the plant according to the invention is designed such that the heavy material processing stage further comprises the following plant components: a buffer, a homogenization device, a classification device, means for discharging the obtained heavy fraction from the heavy material processing step, means for at least partial Mixing the heavy material fine fraction with the second light material to the fine coal use.
  • a buffer a homogenization device
  • a classification device means for discharging the obtained heavy fraction from the heavy material processing step
  • the term "line” is to be understood in general terms and includes not only pipes in the strict sense, but also all other known to those skilled in the mechanical process engineering conveying and conveying devices such as conveyor belts, screw conveyors, drag chain conveyors, pneumatic conveying systems, etc .; they are not explained further here and illustrated in detail. The person skilled in the art will be able, depending on the nature of the conveyed material, to select the respectively suitable conveying method.
  • Fig. 1 schematically illustrated, preferred embodiment of the method according to the invention or the system according to the invention is introduced into the plant 1 for producing the fine coal insert for a fixed bed pressure carburetor of the FBDB type with rotary grate via line 2 crushed raw coal.
  • the raw coal used here is associated with neighboring rocks, which includes different types of minerals. These include kaolinite, which is particularly intimately associated with the coal contained and this pervades as fine passages or veins.
  • the raw coal passes into the first density separation stage 3, which is equipped as Schwertrübetrennvorraum.
  • the cloud density is set to a first predetermined boundary density between 1.8 and 2.1 g / cm 3 , preferably to 1.9 g / cm 3 .
  • the mountains or the heavy rock enriched in by-product, ie the mineral or secondary rock fraction, which contains only a small proportion of coal are separated from the remaining raw coal and discharged via line 11 from the first density separation stage.
  • the solids fraction with a density less than the first specified limit density is discharged as carbon-enriched first light material from the first density separation stage and the second density separation stage 5 abandoned.
  • the cloud density is set to a second specified boundary density between 1.4 and 1.8 g / cm 3 , preferably 1.6 g / cm 3 .
  • this second density separation stage which in turn is designed as Schwertrübetrennvorraum carried out via line 6, the discharge of a solids fraction having a density less than the second specified density limit as further carbon enriched second light material and a solids fraction having a density greater than the second predetermined density limit as the middle , which is discharged via line 7 from the process and discarded as waste.
  • the second light material is guided to a reservoir 8 and stored in this.
  • the heavy material discharged via line 11 from the first density separation stage is fed to a homogenization and intermediate storage device 12. From this it is discharged via line 13 and abandoned with a number of screens of different mesh size classification device 14.
  • the coarse fraction obtained during classification is discharged from the classifier via line 16 and discarded as waste.
  • the heavy material fine fraction obtained during classifying is discharged via line 15, passed to a homogenization device 10 and in this at least partially with the second light material, via line 9 from the reservoir 8 is discharged and also led to the homogenization, mixed into the fine coal used, which is discharged via line 17 from the plant 1 and can now be fed to a fixed bed pressure gasification reactor.
  • the invention proposes a fine coal insert for a fixed-bed pressure carburetor as well as a method and a plant for producing such a fine coal insert from adjacently charred raw coal, which forms an ash or clinker layer under gasification conditions which has very good supporting and gasification properties.
  • the crushing and mixing action of the rotary grate from the fine coal feed obtained according to the invention under gasification conditions yields an ash bed with supporting and gasification properties which are improved over ash beds obtained from prior art fine coal feeds are.

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Abstract

Es wird ein Feinkohleeinsatz für einen Festbettdruckvergaser sowie ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen eines solchen Feinkohleeinsatzes aus mit Nebengestein vergesellschafteter Rohkohle vorgeschlagen, der unter Vergasungsbedingungen eine Asche bzw. Klinkerschicht bildet, die sehr gute Stütz- und Durchgasungseigenschaften aufweist. Erfindungsgemäß wird dazu die zerkleinerte Rohkohle zwei hintereinander angeordneten Dichtetrennstufen zugeführt und das erhaltene zweite Leichtgut mit dem Schwergut der ersten Dichtetrennstufe mindestens teilweise vermischt. Insbesondere im Zusammenwirken mit einem Festbettdruckvergaser des FBDB-Typs wird durch die Zerkleinerungs- und Vermischungswirkung des Drehrosts aus dem erfindungsgemäß erhaltenen Feinkohleeinsatz unter Vergasungsbedingungen ein Aschebett mit Stütz- und Durchgasungseigenschaften erhalten, die gegenüber Aschebetten, die aus Feinkohleeinsätzen gemäß Stand der Technik erhalten werden, verbessert sind.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Feinkohleeinsatz für einen Festbettdruckvergaser des FBDB-Typs, ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen eines solchen Feinkohleeinsatzes aus mit Nebengestein vergesellschafteter Rohkohle als Einsatzstoff für einen Festbettdruckvergaser und die Verwendung dieses Feinkohleeinsatzes zum Herstellen eines Wasserstoff und Kohlenoxide umfassenden Synthesegases.
    • Stand der Technik
  • Als Synthesegase bezeichnet man Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltende Gasgemische, die in verschiedenen Synthesereaktionen Verwendung finden. Beispiele hierfür sind die Methanolsynthese, die Herstellung von Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren oder die Fischer-Tropsch-Synthese.
  • Ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Synthesegasen ist die Vergasung von Kohle mittels Festbettdruckvergasungsreaktoren unter Verwendung von Wasserdampf (nachfolgend vereinfachend als Dampf bezeichnet) und Sauerstoff oder Luft als Vergasungsmittel in einem Schachtreaktor unter Überdruck zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendem Synthesegas, wobei je nach Verfahrensführung der Vergasung eine feste Asche oder flüssige Schlacke als Nebenprodukte erhalten werden. Da die als Einsatzgut zugegebene Kohle während des Vergasungsvorgangs kontinuierlich aufgezehrt wird, wodurch das Kohlefestbett fortwährend schwerkraftbedingt nach unten sinkt, während gleichzeitig von oben frisches Einsatzgut zugegeben wird, handelt es sich in Bezug auf das Feststoffbett eher um ein Wanderbettverfahren, da sich das Feststoffbett im Gegenstrom zu den an der Unterseite des Vergasungsreaktors zugegebenen, gasförmigen Vergasungsmitteln bewegt.
  • Bei Wanderbettvergasern bewegt sich das Vergasungsmedium demnach durch das Bett aus körnigem oder stückigem Brennstoff bzw. Einsatzgut. Dieser Vergasertyp weist ausgezeichnete thermische Wirkungsgrade auf, da ausgetragene Asche die ankommenden Gase heizt und das ausgeleitete Produktgas das eingebrachte feste Einsatzgut erwärmt. Die langen Verweilzeiten von festen Partikeln, die sich durch das Bett bewegen (typischerweise 1 bis 2 h), ermöglichen zusammen mit dem typischen Temperaturprofil des Gegenstromsystems eine hohe Kohlenstoffumwandlungseffizienz.
  • Bei Gegenstrom-Wanderbettvergasern durchläuft das Einsatzgut vier nicht streng getrennte Zonen mit variierenden Temperaturen und Gaszusammensetzungen, wo mit zunehmender Feststofftemperatur die folgenden chemischen Reaktionen auftreten können:
    • Trocken- und Pyrolysezone. Rohes Einsatzgut kommt mit heißen Produktgasen in Berührung und Feuchtigkeit wird ausgetrieben. Anschließend erfolgt eine Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Materials zu gasförmigen Produkten.
  • Vergasungszone. Pyrolysiertes Einsatzgut aus der Pyrolysezone kommt in Kontakt mit heißen Verbrennungsprodukten und Dampf aus der Zone direkt unterhalb. Reaktionen der Kohle treten vorwiegend mit Dampf, Kohlendioxid und in geringerem Maße Wasserstoff auf, so dass die Gesamtreaktion endotherm ist.
  • Verbrennunaszone. Die Verbrennungszone liefert die Wärmeenergie für die direkt darüber angeordnete Vergasungszone. Die Schlüsselreaktion ist die Umsetzung des Kohlenstoffs in der nach der Vergasung verbliebenen Kohle mit Sauerstoff, wobei Wärme und Kohlenoxide erzeugt werden. Dabei steigt die Temperatur auf ein Maximum an und muss daher bei der nichtverschlackenden Vergasung mit trockenem Aschebett unterhalb des Ascheschmelzpunktes gehalten werden, was durch das Zuführen von Überschussdampf erfolgt, dessen Menge über die stöchiometrisch benötigte Menge hinausgeht.
  • Aschezone. Bei nichtverschlackenden Vergasungsverfahren mit trockenem Aschebett heizt das an der Unterseite der Reaktionskammer befindliche Aschenbett, das auf einem Rost oder Drehrost aufliegt, das einströmende Vergasungsmedium durch direkten Wärmeaustausch auf und wirkt zusätzlich als Gasverteiler und als Auflage für das darüber befindliche Brennstoff- bzw. Einsatzgutbett.
  • Eine weit verbreitete Version des Wanderbettvergasers ist der Lurgi-Druckvergaser mit trockenem Aschebett (Lurgi-FBDB- (fixed bed dry bottom) -Vergaser), der seit den 1930er Jahren kommerziell eingesetzt wird. Der Vergaser ist von einem Wassermantel zur Kühlung umgeben, in dem Prozessdampf erzeugt wird. Vorratsbehälter und ein Schleusensystem zum Zuführen der als Einsatzgut dienenden Kohle (typischerweise Partikel der Größe 3 bis 50 mm) sind oben auf dem Vergaser montiert. Ein motorgetriebener Verteiler wird verwendet, um die in die Reaktionskammer eintretende Kohle gleichmäßig über das Kohlebett zu verteilen. In einigen Ausführungen ist ein mechanischer Rührer enthalten, um den Einsatz backender Kohlen zu ermöglichen. Ein motorbetriebener Drehrost am Boden des Vergasers wird verwendet, um die entstandene Asche abzuziehen, die über ein entsprechendes Schleusensystem ausgetragen und einem Vorratsbehälter zugeführt wird. Dampf und Sauerstoff oder Luft werden am Boden des Vergasers als Vergasungsmittel eingeführt und über den Drehrost in das Kohlebett verteilt. Der Rost stützt das Kohlebett und wird ständig gedreht, um einen konstanten, gleichmäßigen Austrag der Asche zu gewährleisten. Rohsynthesegas als Produktgas wird an der Oberseite des Vergasers mit einer typischen Temperatur zwischen 400 und 600 °C ausgeleitet und strömt durch einen Wäscher-Kühler, wo es gekühlt und gewaschen wird. Eine weitere Kühlung, Reinigung und Konditionierung des Gases erfolgt je nach gewünschter Anwendung.
  • Viele Kohlearten, die für den Einsatz in Vergasungsverfahren wie dem FBDB-Verfahren vorgesehen sind, enthalten einen mehr oder weniger hohen. Anteil an Mineralien als Nebengestein oder - gemäß der bergmännischen Fachsprache - Berge. Bevor solche Kohlearten im FBDB-Vergasungsverfahren eingesetzt werden können, wird der Ascheanteil normalerweise durch einen Waschprozess, die sogenannte Kohlewäsche, verringert. Als Hauptvorteile eines reduzierten Ascheanteils ergeben sich reduzierte Transportkosten und damit einhergehend reduzierte Emissionen durch den Transport, sowie ein reduzierter Verschleiß der Ausrüstungen und damit verbunden geringere Wartungskosten und eine höhere thermische Effizienz des Verfahrens. Die Reduzierung des Ascheanteils erfolgt durch Dichtetrennverfahren wie die Kohlewäsche, bei dem die Rohkohle in eine Fraktion mit hohem Ascheanteil und einer hohen relativen Dichte und in eine Fraktion mit geringem Ascheanteil und einer relativ geringen Dichte getrennt wird.
  • Ein stabiler Betrieb eines FBDB-Kohlevergasers setzt ferner ein Aschebett voraus, dass einerseits stabil genug ist, um das Gewicht des Kohlebettes zu tragen und auf der anderen Seite eine gleichmäßige und homogene Verteilung der Gasströmung durch das Festbett hindurch ermöglicht. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, das Verhältnis flüssiger Schlacke und fester Mineralien in der heißesten Zone des Vergasungsreaktors zu optimieren, indem man das Dampf-zu-Sauerstoff-Verhältnis im Vergasungsmittel entsprechend einstellt.
  • Zudem wird angestrebt, die Ascheschmelztemperatur der in den FBDB-Reaktor eingebrachten Kohle zu vergrößern. Dies gestattet es, ein stabiles Aschebett bei einem geringeren Dampf-zu-Sauerstoff-Verhältnis im Vergasungsmittel zu erreichen und führt daher zu einer insgesamt besseren Gasverteilung und Vergasungsleigtung sowie zu einem reduzierten Dampfverbrauch. Um die Ascheschmelztemperatur zu vergrößern, wird entweder vorgeschlagen, die Kohle in verschiedene Fraktionen mit unterschiedlichem Ascheanteil aufzutrennen, die dann auch verschiedene Ascheschmelzeigenschaften aufweisen, oder Additive zuzuführen, die die allgemeinen Ascheschmelzeigenschaften beeinflussen und insbesondere die Ascheschmelztemperatur erhöhen.
  • Eine Reduzierung des Kohle-Aschegehaltes ist auch deshalb von Interesse, um die Verschleiß- und Wartungskosten des Vergasungsreaktors zu reduzieren. Sie kann durch eine an sich bekannte Dichtetrennung vor der Vergasung erfolgen, die auch als Kohlenwäsche bezeichnet wird.
  • Die US-Patentschrift US 8906122 B2 lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines Kohleeinsatzes für die Kohlevergasung, bei dem die eingesetzte Rohkohle einer Kohlenwäsche unterzogen wird, wobei Kohlefraktionen mit unterschiedlichen Dichten und Mineralienanteilen erhalten werden. Die erhaltene Leichtfraktion wird dabei einer Flugstromvergasung, die Schwerfraktion einer Festbettdruckvergasung zugeführt. Von Nachteil ist es dabei, dass zwei verschiedene Vergasungstechnologien eingesetzt werden müssen.
  • Nachteilig ist es ferner, dass bei der Kohlenwäsche in unerwünschter Weise diejenigen mineralischen Kohlebestandteile entfernt werden, die unter den Bedingungen im Vergasungsreaktor eine zumindest teilflüssige Schlacke bilden oder an ihrer Oberfläche erweichen. Dieses teilverflüssigte bzw. erweichte Material wirkt als Binder oder Klebemittel, wenn es bei geringeren Temperaturen im unteren Bereich des Vergasungsreaktors wieder erstarrt. Es bilden sich somit größere Aschepartikel bzw. Klinkerpartikel durch Verbinden fester, kleiner Aschepartikel mittels der (teil)flüssigen Schlacke. Das Verhältnis von flüssiger Schlacke zu festen Aschepartikeln für eine spezifische Kohle hängt von der Maximaltemperatur ab, die durch Einstellen des Dampf-zu-Sauerstoff-Verhältnisses im Vergasungsmittel beeinflusst werden kann.
  • Das Verhältnis von flüssiger Schlacke zu festen Partikeln definiert nicht nur die Größe der Klinkerpartikel, die gebildet werden, sondern auch deren Stabilität. Im Allgemeinen führt ein höherer Anteil an flüssiger Schlacke zur Bildung nicht nur größerer, sondern auch festerer Klinkerpartikel. Die Klinkerpartikel müssen stabil genug sein, um das Gewicht des auf ihnen lastenden Kohlebettes tragen zu können und gleichzeitig muss ihre Partikelgrößen-Verteilung derart beschaffen sein, dass sie eine homogene und gleichmäßige Verteilung des Vergasungsmittels über den Querschnitt des Vergasungsreaktors gewährleistet.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Feinkohleeinsatz für einen Festbettdruckvergaser und eine ein Verfahren sowie eine Anlage zu dessen Herstellung vorzuschlagen, das die erwähnten Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 12, sowie weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen gemäß Anspruch 13 bis 15.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Feinkohleeinsatz für einen Festbettdruckvergaser des FBDB-Typs gemäß Anspruch 10 und die Verwendung dieses Feinkohleeinsatzes zum Herstellen eines Wasserstoff und Kohlenoxide umfassenden Synthesegases gemäß Anspruch 11.
    • Enfindungsgemäßes Verfahren:
  • Verfahren zum Herstellen eines Feinkohleeinsatzes aus mit Nebengestein vergesellschafteter Rohkohle als Einsatzstoff für einen Festbettdruckvergaser, umfassend die folgenden Schritte:
    1. (a) Bereitstellen der zerkleinerten Rohkohle,
    2. (b) Zuführen der zerkleinerten Rohkohle zu einer ersten Dichtetrennstufe, geeignet zur Auftrennung von Feststoffpartikeln in Fraktionen mit Dichten, die kleiner und größer sind als eine erste festgelegte Grenzdichte,
    3. (c) Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die erste festgelegte Grenzdichte als an Kohlenstoff angereichertes erstes Leichtgut und einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die erste festgelegte Grenzdichte als an Nebengestein angereichertes Schwergut,
    4. (d) Zuführen des ersten Leichtguts zu einer zweiten Dichtetrennstufe, geeignet zur Auftrennung von Feststoffpartikeln in Fraktionen mit Dichten, die kleiner und größer sind als eine zweite festgelegte Grenzdichte,
    5. (e) Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die zweite festgelegte Grenzdichte als an Kohlenstoff weiter angereichertes zweites Leichtgut und einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die zweite festgelegte Grenzdichte als Mittelgut,
    6. (f) Zuführen des Schwerguts zu einer Schwergut-Aufarbeitung, umfassend mindestens einen Behandlungsschritt, ausgewählt aus der Gruppe: Zwischenspeichern, Zerkleinern, Homogenisieren, Klassieren; Ausweiten eines behandelten Schwerguts aus der Schwergut-Aufarbeitung,
    7. (g) Vermischen mindestens eines Teils des behandelten Schwerguts mit dem zweiten Leichtgut zu dem Feinkohleeinsatz.
    Erfindungsgemäße Anlage:
  • Anlage zum Herstellen eines Feinkohleeinsatzes aus minerallenhaltiger Rohkohle als Einsatzstoff für einen Festbettdruckvergaser, umfassend die folgenden Baugruppen und Anlagenbestandteile:
    1. (a) Mittel zum Bereitstellen der zerkleinerten mineralienhaltigen Rohkohle,
    2. (b) eine erste Dichtetrennstufe, geeignet zur Auftrennung von Feststoffpartikeln in Fraktionen mit Dichten, die kleiner und größer sind als eine erste festgelegte Grenzdichte, Mittel zum Zuführen der zerkleinerten mineralienhaltigen Rohkohle zu der ersten Dichtetrennstufe,
    3. (c) Mittel zum Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die erste festgelegte Grenzdichte als erstes Leichtgut und Mittel zum Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die erste festgelegte Grenzdichte als Schwergut,
    4. (d) eine zweite Dichtetrennstufe, geeignet zur Auftrennung von Feststoffpartikeln in Fraktionen mit Dichten, die kleiner und größer sind als eine zweite festgelegte Grenzdichte, Mittel zum Zuführen des ersten Leichtguts zu der zweiten Dichtetrennstufe,
    5. (e) Mittel zum Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die zweite festgelegte Grenzdichte als zweites Leichtgut und Mittel zum Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die zweite festgelegte Grenzdichte als Mittelgut,
    6. (f) eine Schwergut-Aufarbeitungsstufe, umfassend mindestens eine Vorrichtung, ausgewählt aus der Gruppe: Zwischenspeicher, Zerkleinerungsvorrichtung, Homogenisierungsvorrichtung, Klassierungsvorrichtung; Mittel zum Zuführen des Schwerguts zu der Schwergut-Aufarbeitungsstufe, Mittel zum Ausleiten eines behandelten Schwerguts aus der Schwergut-Aufarbeitungsstufe,
    7. (g) eine Mischvorrichtung zum Vermischen mindestens eines Teils des behandelten Schwerguts mit dem zweiten Leichtgut zu dem Feinkohleeinsatz.
  • Unter den Reaktionsbedingungen der Festbettdruckvergasung sind die dem Fachmann an sich bekannten Reaktions- und Verfahrensbedingungen, insbesondere von Temperatur, Druck und Verweilzeit, zu verstehen, wie sie detailliert im einschlägigen Schrifttum erörtert werden und bei denen mindestens ein Teilumsatz, bevorzugt allerdings technisch relevante Umsätze des Feinkohleeinsatzes mit den Vergasungsmitteln in Synthesegasprodukte wie CO und Wasserstoff erfolgt.
  • Im Rahmen der Erfindung wird ein modifiziertes Kohlewäsche- und Kohlemischverfahren und eine dafür geeignete Anlage vorgeschlagen, das einerseits den Nebengesteins- bzw. Ascheanteil der Kohle reduziert und es andererseits gewährleistet, dass das erforderliche Verhältnis von flüssiger Schlacke zu festen Mineralien erreicht werden kann, um die erwünschte Bindewirkung zu erzielen, mit der kleinere Asche- oder Klinkerpartikel zu größeren und stabilen Partikeln verbunden werden, Hierdurch werden günstige Durchgasungs- und Stützeigenschaften der Ascheauflage auf dem Vergaserrost erhalten und der mechanische Verschleiß des Vergasungsreaktors reduziert.
  • Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwei Dichtetrennstufen so miteinander zu kombinieren, dass die Rohkohle in drei verschiedene Fraktionen gemäß ihrer relativen Dichte aufgetrennt wird, um auf diese Weise einen Kohleeinsatz zu erhalten, der einen geringeren Ascheanteil als die Rohkohle, aber gleichzeitig genügend und die richtigen Mineralien aufweist, die als Bindemittel dienen können. Als leichteste Fraktion wird ein Feinkohlefraktion als Leichtgut mit hohem Kohlenstoffanteil, geringem Anteil an Nebengestein und relativ geringer Dichte erhalten, als schwerste Fraktion ein Schwergut mit geringem Kohlenstoffanteil, hohem Anteil an Nebengestein und relativ hoher Dichte erhalten, die durch Homogenisieren und Klassieren weiter aufbereitet werden kann. In der bergmännischen Fachsprache wird bei letzterer auch von Bergen bzw. der Bergefraktion gesprochen. Sodann wird die Feinkohlefraktion mit der homogenisierten Bergefraktion gemischt. Der Erfindung liegt nunmehr die Erkenntnis zugrunde, dass das erhaltene Schwergut bzw. die Bergefraktion einen vergleichsweise hohen Anteil an Mineralien aufweist, die unter den Reaktionsbedingungen der Festbettdruckvergasung mindestens teilweise schmelzen oder - zumindest an ihrer Oberfläche - erweichen. Diese Fraktion eignet sich daher sehr gut als Bindemittel, mit dem kleinere Asche- oder Klinkerpartikel zu größeren und stabilen Partikeln verbunden werden können.
  • Das flüssige Material wirkt als Binder oder Klebemittel, wenn es bei geringeren Temperaturen an der Unterseite des Reaktors wieder erstarrt. Größere Aschepartikel bzw. Klinkerpartikel bilden sich, wenn feste Aschepartikel mittels der flüssigen Schlacke miteinander verbunden werden. Das Verhältnis von flüssiger Schlacke zu festen Aschepartikeln für eine spezifische Kohle hängt von der Maximaltemperatur ab, die durch Einstellen des Dampf-zu-Sauerstoff-Verhältnisses im Vergasungsmittel beeinflusst werden kann.
  • Das Verhältnis von flüssiger Schlacke zu festen Partikeln definiert nicht nur die Größe der Klinkerpartikel, die gebildet werden, sondern auch deren Stabilität. Im Allgemeinen führt ein höherer Anteil an flüssiger Schlacke zur Bildung festerer und größerer Klinkerpartikel. Die Klinkerpartikel müssen stabil genug sein, um das Gewicht des auf ihnen lastenden Kohlebettes tragen zu können und gleichzeitig muss ihre Partikelgrößen-Verteilung derart beschaffen sein, dass sie eine homogene und gleichmäßige Verteilung des Vergasungsmittels über den Querschnitt des Vergasungsreaktors gewährleistet.
  • Ein nennenswerter Anteil der Kohlen, die momentan und noch stärker zukünftig für den Einsatz im FBDB-Vergasungsreaktor zur Verfügung stehen, weisen einen hohen Gehalt an Tonmineralien auf. Ein Teil der Tonmineralien liegt separat von der Kohlematrix vor, während mehrheitlich eine intensive Vermischung oder Vergesellschaftung der Tonmineralien mit der Kohlematrix vorliegt.
  • Als Ergebnis der Dichtetrennung solcher Rohkohlen wird eine Leichtfraktion erhalten, die sich durch einen geringen Ascheanteil und eine geringe relative Dichte auszeichnet und die Partikel enthält, die aus einer Kohlematrix bestehen, die innig mit Tonmineralien-Partikeln vermischt ist. Partikel, die aus reinem Mineralanteil bestehen (sogenanntes Nebengestein oder Berge) und Partikel mit einem sehr hohen Anteil an Mineralien und nur sehr geringem Anteil an Kohle werden in eine Abfallfraktion getrennt, die einen hohen Ascheanteil und eine hohe relative Dichte aufweist. Gegebenenfalls wird noch zusätzlich eine sog. Mittelgutfraktion erhalten, die eine mittleren Ascheanteil und eine mittlere spezifische Dichte aufweist.
  • Die Mehrzahl der Mineralien in der Leichtfraktion besteht aus Tonmineralien, vor allem Kaolinit. Bei hohen Temperaturen wandelt sich Kaolinit in Mullit um, der eine Schmelztemperatur von 1840° C aufweist und daher unter den Reaktionsbedingungen im Vergasungsreaktor fest bleibt.
  • Wenn der Anteil von Kaolinit im Vergleich zu den anderen verbliebenen Mineralien sehr hoch ist, kann in der Leichtfraktion daher eine Situation eintreten, in der nicht ausreichend Material zur Verfügung steht, dass als Klebemittel dienen kann, also flüssige Schlacke bilden kann, das als Bindemittel zwischen den Kaolinit- bzw. Mullit-Teilchen dienen kann. Es kann daher kein stabiles Klinkerbett gebildet werden. Durch das erfindungsgemäße Zuführen der Bergefraktion zu der Feinkohlefraktion wird der Anteil von Mineralien, die in flüssige Schlacke umgewandelt und somit als Klebe- oder Bindemittel dienen können, erhöht. Durch Entfernen des aschereichen Mittelguts wird darüber hinaus der Ascheanteil des Feinkohleeinsatzes für den Festbettdruckvergaser gegenüberder Rohkohle signifikant verringert, wodurch auch der mechanische Verschleiß des Vergasers beim Betrieb mit dem erfindungsgemäß hergestellten Feinkohleeinsatz reduziert wird.
  • Die Erfindung ermöglicht es nicht nur, den Vergasungsreaktor in stabiler Weise mit der gewaschenen Kohle zu betreiben, sondern sie fügt dem Verfahren ferner zwei Freiheitsgrade hinzu, die dazu verwendet werden können, das Verfahren weiter zu optimieren:
    1. 1. Die Bergefraktion wird ganz oder teilweise der Feinkohlefraktion wieder zugeführt. Dieser Wert kann optimiert werden, um den geringstmöglichen Ascheanteil im Einsatz zum Vergasungsreaktor und somit das kleinstmögliche Dampf-zu-Sauerstoff-Verhältnis einzustellen, wobei gleichzeitig ein stabiles Aschebett gewährleistet bleibt.
    2. 2. Durch Einstellen der Partikelgrößen der Bergefraktion, die zur Feinkohlefraktion zurückgeführt wird, wird das Ascheschmelzverhalten beeinflusst und somit das Verfahren weiter optimiert.
  • Der erfindungsgemäß erhaltene Feinkohleeinsatz hat gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Feinkohleeinsatz folgende neuen und vorteilhaften Eigenschaften:
    • Durch das erfindungsgemäße Zuführen der Bergefraktion zu der Feinkohlefraktion wird der Anteil von Mineralien, die in flüssige Schlacke umgewandelt und somit als Klebe- oder Bindemittel dienen können, erhöht. Es kann daher ein stabiles Asche- bzw. Klinkerbett gebildet werden.
    • Durch Entfernen des aschereichen Mittelguts wird darüber hinaus der Ascheanteil des Feinkohleeinsatzes für den Festbettdruckvergaser gegenüber der Rohkohle signifikant verringert, wodurch auch der mechanische Verschleiß des Vergasers beim Betrieb mit dem erfindungsgemäß hergestellten Feinkohleeinsatz reduziert wird.
  • Insbesondere im Zusammenwirken mit einem Festbettdruckvergaser des FBDB-Typs wird durch die Zerkleinerungs- und Vermischungswirkung des Drehrosts aus dem erfindungsgemäß erhaltenen Feinkohleeinsatz unter Vergasungsbedingungen ein Aschebett mit Stütz- und Durchgasungseigenschaften erhalten, die gegenüber Aschebetten, die aus Feinkohleeinsätzen gemäß Stand der Technik erhalten werden, verbessert sind.
    • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Rohkohle mit Nebengestein vergesellschaftet, das mindestens zwei verschiedene Mineralientypen enthält, wobei der erste Mineralientyp unter den Reaktionsbedingungen der Festbettdruckvergasung mindestens teilweise schmilzt oder erweicht und der zweite Mineralientyp unter denselben Reaktionsbedingungen fest bleibt und wobei der zweite Mineralientyp stärker an der Kohle anhaftet oder inniger mit dieser vergesellschaftet ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass aufgrund mechanischer Aufbereitungs- und Trennverfahren beispielsweise Zerkleinern und nachfolgende Dichtetrennung, eine Trennung oder zumindest Anreicherung der beiden Mineralientypen erfolgen kann. Der erste Mineralientyp wird dabei aufgrund seiner relativ höheren Dichte im Schwergut, der Bergefraktion angereichert; der zweite Mineralientyp verbleibt aufgrund seiner innigen Vergesellschaftung mit der Kohle in der Leichtfraktion.
  • Als Ergebnis der Dichtetrennung solcher Rohkohlen wird daher eine Leichtfraktion erhalten, die sich durch einen geringen Ascheanteil und eine geringe relative Dichte auszeichnet und die Partikel enthält, die aus einer Kohlematrix bestehen, die innig mit Tonmineralien-Partikeln, vor allem Kaolinit, vermischt ist. Bei hohen Temperaturen wandelt sich Kaolinit in Mullit um, der eine Schmelztemperatur von 1840° C aufweist und daher unter den Reaktionsbedingungen im Vergasungsreaktor fest bleibt.
  • Wenn der Anteil von Kaolinit im Vergleich zu den anderen verbliebenen Mineralien sehr hoch ist, kann in der Leichtfraktion daher eine Situation eintreten, in der nicht ausreichend Material zur Verfügung steht, dass als Klebemittel dienen kann, also flüssige Schlacke bilden kann, das als Bindemittel zwischen den Kaolinit- bzw. Mullit-Teilchen dienen kann. Es kann daher kein stabiles Klinkerbett gebildet werden. Durch das erfindungsgemäße Zuführen der Bergefraktion zu der Feinkohlefraktion wird der Anteil von Mineralien, die in flüssige Schlacke umgewandelt und somit als Klebe- oder Bindemittel dienen können, erhöht. Durch Entfernen des aschereichen Mittelguts wird darüber hinaus der Ascheanteil des Feinkohleeinsatzes für den Festbettdruckvergaser gegenüber der Rohkohle signifikant verringert, wodurch auch der mechanische Verschleiß des Vergasers beim Betrieb mit dem erfindungsgemäß hergestellten Feinkohleeinsatz reduziert wird.
  • Entsprechend wird in besonders bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Mineralientyp daher aus Tonmineralien, insbesondere aus Kaolinit, gebildet.
  • Bevorzugt liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die erste festgelegte Grenzdichte zwischen 1,8 und 2,1 g/cm3, bevorzugt bei 1,9 g/cm3. Weiterhin bevorzugt ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zweite festgelegte Grenzdichte zwischen 1,4 und 1,8 g/cm3, bevorzugt bei 1,6 g/cm3 liegt.
  • Insbesondere im Zusammenwirken der beiden zuvor erörterten Ausgestaltungen können gängige Rohkohlen anhand entsprechender Dichtetrennschritte sicher in ein an Kohlenstoff angereichertes Leichtgut, in ein an Mineralien des ersten Typs angereichertes Schwergut und in ein Mittelgut mittlerer Dichte aufgetrennt werden, wobei letzteres beispielsweise als Abfallfraktion verworfen werden kann.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens eine, bevorzugt beide Dichtetrennstufen als Schwertrübetrennvorrichtungen ausgestaltet und es entspricht die jeweilige Trübedichte der ersten und/oder zweiten festgelegten Grenzdichte. Entsprechende Vorrichtungen werden vom Handel bereitgestellt. Die Einstellung der jeweiligen Trübedichte durch Verwendung geeigneter Schwerstoffe ist aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Bevorzugt erfolgt vor dem Zuführen zu der zweiten Dichtetrennstufe ein weiteres Zerkleinem des ersten Leichtguts. Auf diese Weise kann ein größerer Anteil des ersten Leichtguts in das zweite Leichtgut überführt werden und der Anteil des Mittelguts wird reduziert.
  • In besonderer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Schwergut-Aufarbeitung das Zwischenspeichern, Homogenisieren und Klassieren und es wird der dabei erhaltene Schwergut-Feinanteil aus der Schwergut-Aufarbeitung ausgeleitet und mindestens teilweise mit dem zweiten Leichtgut zu dem Feinkohleeinsatz vermischt. Durch das Zwischenspeichem des Schwerguts können Fluktuationen in der Rohkohle-Zufuhr und hinsichtlich der Abnahme durch die nachgeschalteten Verfahrensschritte ausgeglichen werden. Durch das Homogenisieren und Klassieren kann ein Anteil des Schwerguts gewonnen werden, der aufgrund seiner geringen Partikelgröße ein inniges Vermischen mit dem zweiten Leichtgut gewährleistet.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Festbettdruckvergaser um einen Vergaser des FBDB-Typs, wobei beim Betrieb des Vergasers der Einsatzstoff und/oder die Asche auf einem Drehrost aufliegen. Ein stabiler Betrieb eines FBDB-Kohlevergasers setzt ein Aschebett voraus, dass einerseits stabil genug ist, um das Gewicht des Kohlebettes zu tragen und auf der anderen Seite eine gleichmäßige und homogene Verteilung der Gasströmung durch das Festbett hindurch ermöglicht. Dies wird durch Asche- bzw. Klinkerpartikel, die sich aus dem erfindungsgemäßen Feinkohleeinsatz unter Vergasungsbedingungen bilden, ermöglicht.
  • Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Mittelgut weiter zerkleinert und mindestens teilweise zum Verfahrensschritt 1 (a) zurückgeführt wird. Auf diese Weise können Anteile des Mittelguts in das Leichtgut und/oder das Schwergut überführt werden und die Abfallfraktion wird reduziert.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist mindestens eine, bevorzugt beide Dichtetrennstufen als Schwertrübetrennvorrichtungen ausgestaltet und es entspricht die jeweilige Trübedichte der ersten und/oder zweiten festgelegten Grenzdichte. Entsprechende Vorrichtungen werden vom Handel bereitgestellt. Die Einstellung der jeweiligen Trübedichte durch Verwendung geeigneter Schwerstoffe ist aus dem Stand der Technik bekannt.
  • In besonderer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage umfasst diese ferner eine Zerkleinerungsvorrichtung, die räumlich und/oder hinsichtlich des Verfahrensablaufs mit der ersten und der zweiten Dichtetrennstufe verbunden und geeignet ist, das erste Leichtgut vor dem Zuführen zu der zweiten Dichtetrennstufe weiter zu zerkleinern. Auf diese Weise kann ein größerer Anteil des ersten Leichtguts in das zweite Leichtgut überführt werden und der Anteil des Mittelguts wird reduziert.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Anlage so ausgestaltet, dass die Schwergut-Aufarbeitungsstufe ferner folgende Anlagenbestandteile umfasst: Einen Zwischenspeicher, eine Homogenisierungsvorrichtung, eine Klassierungsvorrichtung, Mittel zum Ausleiten des erhaltenen Schwergut-Feinanteils aus der Schwergut-Aufarbeitungsstufe, Mittel zum mindestens teilweisen Vermischen des Schwergut-Feinanteils mit dem zweiten Leichtgut zu dem Feinkohleeinsatz. Durch das Zwischenspeichern des Schwerguts können Fluktuationen in der Rohkohle-Zufuhr und hinsichtlich der Abnahme durch die nachgeschalteten Verfahrensschritte ausgeglichen werden. Durch das Homogenisieren und Klassieren kann ein Anteil des Schwerguts gewonnen werden, der aufgrund seiner geringen Partikelgröße ein inniges Vermischen mit dem zweiten Leichtgut gewährleistet.
    • Ausführungsbeispiel
  • Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. 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 einzige Figur:
    • Fig. 1
    eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Anlage.
  • In dem nachfolgend erörterten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Begriff "Leitung" verallgemeinernd zu verstehen und umfasst nicht nur Rohrleitungen im engeren Sinne, sondern auch alle anderen, dem Fachmann der mechanischen Verfahrenstechnik an sich bekannten Förderverfahren und Fördervorrichtungen wie Förderbänder, Förderschnecken, Trogkettenförderer, pneumatische Förderanlagen usw.; sie werden hier nicht weiter erläutert und detailliert bildlich dargestellt. Der Fachmann wird je nach Beschaffenheit des Förderguts in der Lage sein, das jeweils geeignete Förderverfahren auszuwählen.
  • In der in Fig. 1 schematisch dargestellten, bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Anlage wird in die Anlage 1 zum Herstellen des Feinkohleeinsatzes für einen Festbettdruckvergaser des FBDB-Typs mit Drehrost über Leitung 2 zerkleinerte Rohkohle eingeführt. Die hierbei verwendete Rohkohle ist mit Nebengestein vergesellschaftet, das unterschiedliche Mineralientypen umfasst. Zu diesen gehört auch Kaolinit, der besonders innig mit der enthaltenen Kohle vergesellschaftet ist und diese als feine Gänge oder Adern durchzieht.
  • Über Leitung 2 gelangt die Rohkohle in die erste Dichtetrennstufe 3, die als Schwertrübetrennvorrichtung ausgestattet ist. In dieser ist die Trübedichte auf eine erste festgelegte Grenzdichte zwischen 1,8 und 2,1 g/cm3, bevorzugt auf 1,9 g/cm3 festgelegt. In dieser ersten Dichtetrennstufe werden die Berge bzw. das an Nebengestein angereicherte Schwergut, also die Mineral- bzw. Nebengesteinsfraktion, die nur einen kleinen Anteil an Kohle enthält, von der restlichen Rohkohle getrennt und über Leitung 11 aus der ersten Dichtetrennstufe ausgeleitet.
  • Über Leitung 4 wird die Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die erste festgelegte Grenzdichte als an Kohlenstoff angereichertes erstes Leichtgut aus der ersten Dichtetrennstufe ausgeleitet und der zweiten Dichtetrennstufe 5 aufgegeben. In dieser ist die Trübedichte auf eine zweite festgelegte Grenzdichte zwischen 1,4 und 1,8 g/cm3, bevorzugt auf 1,6 g/cm3 festgelegt. In dieser zweiten Dichtetrennstufe, die wiederum als Schwertrübetrennvorrichtung ausgestaltet ist, erfolgt über Leitung 6 das Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die zweite festgelegte Grenzdichte als an Kohlenstoff weiter angereichertem zweiten Leichtgut und einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die zweite festgelegte Grenzdichte als Mittelgut, das über Leitung 7 aus dem Verfahren ausgeleitet und als Abfall verworfen wird.
  • Über Leitung 6 wird das zweite Leichtgut zu einem Vorratsbehälter 8 geführt und in diesem zwischengelagert.
  • Das über Leitung 11 aus der ersten Dichtetrennstufe ausgeleitete Schwergut wird einer Homogenisierungs- und Zwischenlagerungsvorrichtung 12 zugeführt. Aus dieser wird es über Leitung 13 ausgeleitet und einer mit einer Reihe von Sieben unterschiedlicher Maschenweite bestückten Klassierungsvorrichtung 14 aufgegeben. Die beim Klassieren erhaltene Grobfraktion wird über Leitung 16 aus der Klassierungsvorrichtung ausgeleitet und als Abfall verworfen. Der beim Klassieren erhaltene Schwergut-Feinanteil wird über Leitung 15 ausgeleitet, zu einer Homogenisierungsvorrichtung 10 geführt und in dieser mindestens teilweise mit dem zweiten Leichtgut, das über Leitung 9 aus dem Vorratsbehälter 8 ausgeleitet und ebenfalls zu der Homogenisierungsvorrichtung geführt wird, zu dem Feinkohleeinsatz vermischt, der über Leitung 17 aus der Anlage 1 ausgeleitet wird und nunmehr einem Festbettdruckvergasungsreaktor zugeführt werden kann.
    • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Mit der Erfindung wird ein Feinkohleeinsatz für einen Festbettdruckvergaser sowie ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen eines solchen Feinkohleeinsatzes aus mit Nebengestein vergesellschafteter Rohkohle vorgeschlagen, der unter Vergasungsbedingungen eine Asche bzw. Klinkerschicht bildet, die sehr gute Stütz- und Durchgasungseigenschaften aufweist. Durch Entfernen des aschereichen Mittelguts aus dem Kohleneinsatz wird der Ascheanteil des Feinkohleeinsatzes für den Festbettdruckvergaser gegenüber der Rohkohle signifikant verringert, wodurch auch der mechanische Verschleiß des Vergasers beim Betrieb mit dem erfindungsgemäß hergestellten Feinkohleeinsatz reduziert wird. Insbesondere im Zusammenwirken mit einem Festbettdruckvergaser des FBDB-Typs wird durch die Zerkleinerungs- und Vermischungswirkung des Drehrosts aus dem erfindungsgemäß erhaltenen Feinkohleeinsatz unter Vergasungsbedingungen ein Aschebett mit Stütz- und Durchgasungseigenschaften erhalten, die gegenüber Aschebetten, die aus Feinkohleeinsätzen gemäß Stand der Technik erhalten werden, verbessert sind.
    • Bezugszeichenliste
    • [1]
    Anlage
    [2]
    Leitung
    [3]
    erste Dichtetrennstufe
    [4]
    Leitung
    [5]
    zweite Dichtetrennstufe
    [6]
    Leitung
    [7]
    Leitung
    [8]
    Vorratsbehälter
    [9]
    Leitung
    [10]
    Homogenisierungsvorrichtung
    [11]
    Leitung
    [12]
    Homogenisierungs- und Zwischenlagerungsvorrichtung
    [13]
    Leitung
    [14]
    Klassierungsvorrichtung
    [15]
    Leitung
    [16]
    Leitung
    [17]
    Leitung

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Feinkohleeinsatzes aus mit Nebengestein vergesellschafteter Rohkohle als Einsatzstoff für einen Festbettdruckvergaser, umfassend die folgenden Schritte:
    (a) Bereitstellen der zerkleinerten Rohkohle,
    (b) Zuführen der zerkleinerten Rohkohle zu einer ersten Dichtetrennstufe, geeignet zur Auftrennung von Feststoffpartikeln in Fraktionen mit Dichten, die kleiner und größer sind als eine erste festgelegte Grenzdichte,
    (c) Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die erste festgelegte Grenzdichte als an Kohlenstoff angereichertes erstes Leichtgut und einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die erste festgelegte Grenzdichte als an Nebengestein angereichertes Schwergut,
    (d) Zuführen des ersten Leichtguts zu einer zweiten Dichtetrennstufe, geeignet zur Auftrennung von Feststoffpartikeln in Fraktionen mit Dichten, die kleiner und größer sind als eine zweite festgelegte Grenzdichte,
    (e) Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die zweite festgelegte Grenzdichte als an Kohlenstoff weiter angereichertes zweites Leichtgut und einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die zweite festgelegte Grenzdichte als Mittelgut,
    (f) Zuführen des Schwerguts zu einer Schwergut-Aufarbeitung, umfassend mindestens einen Behandlungsschritt, ausgewählt aus der Gruppe: Zwischenspeichern, Zerkleinern, Homogenisieren, Klassieren; Ausleiten eines behandelten Schwerguts aus der Schwergut-Aufarbeitung,
    (g) Vermischen mindestens eines Teils des behandelten Schwerguts mit dem zweiten Leichtgut zu dem Feinkohleeinsatz.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohkohle mit Nebengestein vergesellschaftet ist, das mindestens zwei verschiedene Mineralientypen enthält, wobei der erste Mineralientyp unter den Reaktionsbedingungen der Festbettdruckvergasung mindestens teilweise schmilzt oder erweicht und der zweite Mineralientyp unter denselben Reaktionsbedingungen fest bleibt und wobei der zweite Mineralientyp stärker an der Kohle anhaftet oder inniger mit dieser vergesellschaftet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mineralientyp aus Tonmineralien, insbesondere aus Kaolinit, gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste festgelegte Grenzdichte zwischen 1,8 und 2,1 g/cm3, bevorzugt bei 1,9 g/cm3 liegt.
  5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite festgelegte Grenzdichte zwischen 1,4 und 1,8 g/cm3, bevorzugt bei 1,6 g/cm3 liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, bevorzugt beide Dichtetrennstufen als Schwertrübetrennvorrichtungen ausgestaltet sind und die jeweilige Trübedichte der ersten und/oder zweiten festgelegten Grenzdichte entspricht.
  7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leichtgut vor dem Zuführen zu der zweiten Dichtetrennstufe weiter zerkleinert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwergut-Aufarbeitung das Zwischenspeichern, Homogenisieren und Klassieren umfasst und dass der dabei erhaltene Schwergut-Feinanteil aus der Schwergut-Aufarbeitung ausgeleitet und mindestens teilweise mit dem zweiten Leichtgut zu dem Feinkohleeinsatz vermischt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Festbettdruckvergaser um einen Vergaser des FBDB-Typs handelt und dass beim Betrieb des Vergasers der Einsatzstoff und/oder die Asche auf einem Drehrost aufliegen.
  10. Feinkohleeinsatz, erhalten durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 9.
  11. Verwendung des nach Anspruch 1 bis 9 hergestellten Feinkohleeinsatz zum Herstellen eines Wasserstoff und Kohlenoxide umfassenden Synthesegases.
  12. Anlage zum Herstellen eines Feinkohleeinsatzes aus mineralienhaltiger Rohkohle als Einsatzstoff für einen Festbettdruckvergaser, umfassend die folgenden Baugruppen und Anlagenbestandteile;
    (a) Mittel zum Bereitstellen der zerkleinerten mineralienhaltigen Rohkohle,
    (b) eine erste Dichtetrennstufe, geeignet zur Auftrennung von Feststoffpartikeln in Fraktionen mit Dichten, die kleiner und größer sind als eine erste festgelegte Grenzdichte, Mittel zum Zuführen der zerkleinerten mineralienhaltigen Rohkohle zu der ersten Dichtetrennstufe,
    (c) Mittel zum Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die erste festgelegte Grenzdichte als erstes Leichtgut und Mittel zum Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die erste festgelegte Grenzdichte als Schwergut,
    (d) eine zweite Dichtetrennstufe, geeignet zur Auftrennung von Feststoffpartikeln in Fraktionen mit Dichten, die kleiner und größer sind als eine zweite festgelegte Grenzdichte, Mittel zum Zuführen des ersten Leichtguts zu der zweiten Dichtetrennstufe,
    (e) Mittel zum Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte kleiner als die zweite festgelegte Grenzdichte als zweites Leichtgut und Mittel zum Ausleiten einer Feststofffraktion mit einer Dichte größer als die zweite festgelegte Grenzdichte als Mittelgut,
    (f) eine Schwergut-Aufarbeitungsstufe, umfassend mindestens eine Vorrichtung, ausgewählt aus der Gruppe: Zwischenspeicher, Zerkleinerungsvorrichtung, Homogenisierungsvorrichtung, Klassierungsvorrichtung; Mittel zum Zuführen des Schwerguts zu der Schwergut-Aufarbeitungsstufe, Mittel zum Ausleiten eines behandelten Schwerguts aus der Schwergut-Aufarbeitungsstufe,
    (g) eine Mischvorrichtung zum Vermischen mindestens eines Teils des behandelten Schwerguts mit dem zweiten Leichtgut zu dem Feinkohleeinsatz.
  13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, bevorzugt beide Dichtetrennstufen als Schwertrübetrennvorrichtungen ausgestaltet sind und die jeweilige Trübedichte der ersten und/oder zweiten festgelegten Grenzdichte entspricht.
  14. Anlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Zerkleinerungsvorrichtung umfasst wird, die mit der ersten und der zweiten Dichtetrennstufe verbunden und geeignet ist, das erste Leichtgut vor dem Zuführen zu der zweiten Dichtetrennstufe weiter zu zerkleinern.
  15. Anlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwergut-Aufarbeitungsstufe ferner folgende Anlagenbestandteile umfasst: Einen Zwischenspeicher, eine Homogenisierungsvorrichtung, eine Klassierungsvorrichtung, Mittel zum Ausleiten des erhaltenen Schwergut-Feinanteils aus der Schwergut-Aufarbeitungsstufe, Mittel zum mindestens teilweisen Vermischen des Schwergut-Feinanteils mit dem zweiten Leichtgut zu dem Feinkohleeinsatz.
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