WO2005056736A1 - Method and device for gasifying a carbon carrier for producing a useful gas - Google Patents

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WO2005056736A1
WO2005056736A1 PCT/DE2004/002765 DE2004002765W WO2005056736A1 WO 2005056736 A1 WO2005056736 A1 WO 2005056736A1 DE 2004002765 W DE2004002765 W DE 2004002765W WO 2005056736 A1 WO2005056736 A1 WO 2005056736A1
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gas
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combustion
carbon carrier
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Norbert Topf
Günter Liebisch
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SCHRÖDER, Sascha
Topf, Ulrike
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for gasifying a carbon carrier for generating a useful gas while ensuring a pollutant-free ash.
  • Carbon carriers are all solid ash- and carbon-containing substances, especially sulfur-containing carbon carriers, e.g. all types of coal, wood and organic residues.
  • the gasification ash is often not landfillable, particularly because of the calcium sulfide content, since hydrogen sulfide develops when moisture enters. For this reason, in practice, this gasification ash is often treated with water in a closed system and the resulting hydrogen sulfide is further processed, for example by combustion to sulfur dioxide and further to sulfuric acid or by means of the Claus process to elemental sulfur.
  • this inevitable coupling production is economically problematic and is not always desirable.
  • Such processes are foreign to the energy industry and are also undesirably strongly influenced by the current market situation for sulfur products.
  • the dust from the product gas is returned to the fluidized bed gasifier and part of the dedusted product gas is fed in addition to a 0 2 -containing gasifying agent below the gasification chamber and the flue gas is used as the fluidizing gas Fluidized bed headed.
  • DE 43 39 973 Cl describes a process for the gasification of waste materials using an oxygen-containing gas, the pollutants contained in the waste materials being converted to a state which is not harmful to the environment.
  • the waste materials are gasified in a HTW gasifier and the dust-laden raw gas is first passed through a separator, where the solid, incompletely converted components are separated and reintroduced into the HTW gasifier.
  • the raw gas is then cooled and subjected to dry dedusting.
  • the bottom product (residual coke) from the HTW gasifier and the dust from the raw gas dedusting are burned or gasified in a separate dust gasifier with an oxygen-containing gasification agent at temperatures above 1500 ° C, so that the non-gasified residues are converted into a state that is harmless to the environment.
  • the raw gas generated in the dust gasifier after washing can be added to the raw gas generated in the HTW gasifier before washing.
  • the invention has for its object to provide a method and a device for gasifying a carbon carrier for generating a useful gas of the type mentioned, with which a high efficiency is achieved and at the same time the discharge of a pollutant-free ash is guaranteed.
  • the carbon carrier is gasified in a gasification apparatus in a manner known as such with the addition of oxygen or an oxygen-containing gas in a reducing atmosphere and a useful gas is produced.
  • the resulting solid gasification residue consists of ash with a residual carbon content and also alkaline earth sulfide, especially calcium sulfide, if a carbon carrier with a sulfur content is used, such as lignite or processed waste of certain origin.
  • the solid gasification residue both in coarse and fine form (dust), is fed to a separate, downstream combustion device and burned in an oxidizing atmosphere with the addition of oxygen or an oxygen-containing gas. This involves a complete combustion of the carbon contained in the ash and, if given, an oxidation of the calcium sulfide to calcium sulfate.
  • the reaction gas produced during the combustion contains, in particular, carbon dioxide and residual oxygen and is fed to the gasification apparatus together with the actual gasification agent without any cooling. Hot dedusting can be interposed.
  • the process according to the invention ensures, through the coupling of a gasification apparatus and a combustion apparatus, a complete conversion of the carbon originating from the carbon carrier used, including the complete use of the reaction gas from the combustion process by recirculation into the gasification apparatus.
  • the incineration residue ie the ashes from the incinerator
  • pollutant-free ash is understood to be an ash that is obtained under ideal process conditions. In practice, however, absolute freedom from harmful substances cannot be guaranteed, since the feedstocks and conditions often vary. According to this, pollutant-free ash is also understood to mean an ash that is largely or almost “pollutant-free” under given practical conditions. For example, as already mentioned, it is a requirement that calcium compounds or other basic compounds There are components in the ash of the carbon carrier. Otherwise, depending on the sulfur content, a lime must be added to the carbon carrier.
  • the heat released during the combustion in the combustion apparatus can advantageously also be used in the form of the hot reaction gas.
  • the entire process is carried out in a closed gasification and combustion process and can be considered thermodynamically as a self-contained process in which a carbon carrier and a gasifying agent are introduced and a useful gas and pollutant-free ash are removed.
  • Undesired tar and dust constituents in the useful gas generated can be removed in a known manner and advantageously fed to the combustion apparatus and completely oxidized in the combustion process.
  • the use of the method according to the invention is particularly advantageous when the gasification is carried out with pure oxygen or other constituents are to be added to the gasification agent as value carriers.
  • the useful gas generated can be used both as a fuel gas for heat generation, as a fuel gas in corresponding gas turbines or as a synthesis gas, for example for methanol synthesis or Fischer-Tropsch synthesis.
  • the intended use of the useful gas also determines the further processing or cleaning of the useful gas.
  • a gasification apparatus 1 is designed as a fluidized bed gasification apparatus and has an inflow base 2. Above the inflow floor 2 there is a feed 3 for a solid carbon carrier and below the inflow floor 2 there is a feed line 4 for the gasifying agent. At the lower end of the gasification apparatus 1 there is a device 5 for discharging the coarse gasification residue. A device 6 for removing the fine gasification residue is additionally provided in the upper section for discharging the, in part, considerable airborne dust. In practice, this can also be easily done using a downstream utility gas deduster. To discharge the useful gas, there is a gas line 14 above the gasification apparatus 1. [19] In terms of process technology, a combustion apparatus 7 is provided downstream of the gasification apparatus 1 and has an inflow base 8.
  • the feed device 9 is designed, for example, as a screw conveyor and is connected via a transport device 11 to the devices 5 and 6 for the coarse and fine gasification residue from the gasification apparatus 1.
  • a gas line 12 is provided at the top, which leads from the combustion apparatus 7 to the gasification apparatus 1, a dust extractor 13 in the form of a hot gas dust extractor being arranged in the gas line 12.
  • the gas line 12 there is still a sensor (not shown) for determining the current oxygen content in the reaction gas.
  • the measurement result is fed to a central computer for regulating the gasification process in the gasification apparatus 1.
  • a device 15 for discharging the coarse gasification residue there is a device 15 for discharging the coarse gasification residue and in the upper section a device 16 for removing the fine gasification residue, i.e. of the dust, present.
  • the dust from the deduster 13 is removed via the device 17.
  • Lignite containing sulfur is to be gasified as a solid carbon carrier.
  • the useful gas generated is to be used, for example, to operate a gas turbine.
  • the ash should be easy to deposit.
  • the lignite conditioned and prepared in a preliminary stage is introduced into the gasification apparatus 1 via the feed 3 and, in parallel, an oxygen-containing gas is fed as a gasification agent via the feed line 4.
  • an oxygen-containing gas is fed as a gasification agent via the feed line 4.
  • a useful gas is generated in a known manner, which is discharged via the gas line 14 to a collecting tank, not shown.
  • a coarse gasification remains in the lower section of the gasification apparatus 1. rest, which inevitably contains carbon in the reducing gasification atmosphere and contains alkaline earth metal sulfides.
  • the coarse gasification residue is discharged via device 5.
  • the flying dust is separated from the device 6 and fed to the combustion apparatus 7 together with the coarse gasification residue as a solid gasification residue via the transport device 11 and the feed device 9.
  • An oxygen-containing gas is supplied in parallel as a combustion medium via the feed line 10.
  • the gasification residue from the gasification apparatus 1 is completely burned in the combustion apparatus 7 in an oxidizing atmosphere.
  • the reaction gas generated in the combustion apparatus 7 is essentially a mixture of carbon dioxide and oxygen.
  • the reaction gas is supplied as an oxygen-containing gas via the gas line 12 and the deduster 13 without separate cooling into the feed line 4 and into the gasifier
  • the reaction gas is completely implemented in the gasification apparatus 1 within the overall process by reaction of the carbon carrier with the gasification agent, which must contain oxygen in addition to other possible components, so that only the desired useful gas is derived from the gasification apparatus 1 via the gas line 14 becomes.
  • This process gas essentially contains hydrogen and carbon monoxide as the target product of the process.
  • the individual material flows within the entire process are controlled and coordinated with one another in such a way that an oxygen-containing reaction gas is produced in the combustion apparatus 7 after the reaction has taken place.
  • the current oxygen content in the reaction gas is continuously determined via the sensor in the gas line 12 and the supply of the required amount of gasification agent is regulated via the feed line 4 via the central computer.
  • the entire process, ie in particular the gasification process in the gasification apparatus 1 can be operated autothermally or can also be carried out with the supply of external heat.
  • the procedure according to the invention ensures that the coarse and fine carbon-containing gasification residue from the gasification apparatus 1 in the combustion apparatus 7 is completely converted to carbon dioxide.
  • the combustion residue from the combustion apparatus 7, which is discharged via the devices 15, 16 and 17, consists of a completely oxidized ash which cannot form hydrogen sulfide under the action of water and is the only product of the process which can be landfilled without problems.

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Abstract

The invention relates to a method and device for gasifying a carbon carrier for producing a useful gas with a pollutant-free ash as the waste product. The carbon carrier is gasified in a gasification apparatus (1) while supplying oxygen or an oxygen-containing gas in a reducing atmosphere. The solid gasification residue is fed to a combustion apparatus while supplying oxygen or an oxygen-containing gas and is combusted in an oxidizing atmosphere. The reaction gas of the combustion apparatus (7) is fed to the gasification apparatus (1). The device is comprised of a gasification apparatus (1), which is connected to a feed inlet (3) for the carbon carrier and a feed line (4) for a gasification agent and has at least one device (5, 6) for discharging the gasification residue. A combustion apparatus (7) is located downstream, which is connected to the at least one device (5, 6) for discharging the gasification residue from the gasification apparatus (1) and with a feed line (10) for a combustion agent. A gas line (12) for leading away the reaction gas and connected to the gasification apparatus (1) is provided on the combustion apparatus (7).

Description

Beschreibung description
Verfahren und Einrichtung zur Vergasung eines Kohlenstoffträgers zur Erzeugung eines NutzgasesMethod and device for gasifying a carbon carrier to produce a useful gas
Technisches GebietTechnical field
[1] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vergasung eines Kohlenstoffträgers zur Erzeugung eines Nutzgases bei gleichzeitiger Gewährleistung einer Schadstofffreien Asche. Kohlenstoffträger sind dabei alle festen asche- und kohlenstoffhaltigen Stoffe, ins- besondere auch schwefelhaltige Kohlenstoffträger, z.B. alle Kohlearten, Holz und organische Reststoffe.The invention relates to a method and a device for gasifying a carbon carrier for generating a useful gas while ensuring a pollutant-free ash. Carbon carriers are all solid ash- and carbon-containing substances, especially sulfur-containing carbon carriers, e.g. all types of coal, wood and organic residues.
Stand der TechnikState of the art
[2] Die Herstellung von Nutzgas aus Kohlenstoffträgem durch Vergasung mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen, in der Regel Luft, ist allgemein bekannt (z.B. DE 43 44 569 C2) . Allen diesen Vergasungsverfahren ist gemeinsam, dass infolge des gewollten und erforderlichen Sauerstoffmangels, der für die Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff unabdingbar ist, eine reduzierende Atmo- Sphäre im Vergasungsapparat herrscht. Das ist unabhängig davon, welche Technologie für die Gaserzeugung (Festbett, Wirbelschicht) für die Vergasung eingesetzt wird. Durch die reduzierende Atmosphäre im Inneren des Vergasungsapparates ist bedingt, dass der Vergasungsrest, auch Vergaserasche genannt, d.h. die den Vergasungsapparat verlassenden festen Reststoffe, neben Kohlenstoffanteilen auch Metallsulfide sowie, bei natürlichem Calciumgehalt oder zugesetztem Kalk zur Schwefeleinbindung, Calciu sulfid enthält. [3] Neben dem Kohlenstoffgehalt ist insbesondere wegen des Gehaltes an Calciumsulfid die Vergaserasche oft nicht deponierbar, da sich bei Zutritt von Feuchtigkeit Schwefelwasserstoff entwickelt. Aus diesem Grund wird diese Verga- serasche in der Praxis oft im geschlossenen System mit Wasser behandelt und der entstehende Schwefelwasserstoff weiter verarbeitet, z.B. über eine Verbrennung zu Schwefeldioxid und weiter zu Schwefelsäure oder mittels Claus- Verfahren zu elementarem Schwefel. Eine solche zwangs- läufige Koppelproduktion ist jedoch wirtschaftlich problematisch und nicht in jedem Fall wünschenswert. Derartige Verfahren sind der Energiewirtschaft branchenfremd und auch unerwünscht stark von der aktuell für die Schwefelprodukte herrschenden Marktsituation beeinflusst.The production of useful gas from carbon carriers by gasification with oxygen or oxygen-containing gases, usually air, is generally known (for example DE 43 44 569 C2). All these gasification processes have in common that due to the wanted and necessary lack of oxygen, which is essential for the formation of carbon monoxide and hydrogen, there is a reducing atmosphere in the gasification apparatus. This is independent of the technology used for gas generation (fixed bed, fluidized bed) for gasification. The reducing atmosphere in the interior of the gasification apparatus means that the gasification residue, also called gasification ash, ie the solid residues leaving the gasification apparatus, contains not only carbon components but also metal sulfides and, in the case of natural calcium content or added lime for sulfur incorporation, calcium sulfide. [3] In addition to the carbon content, the gasification ash is often not landfillable, particularly because of the calcium sulfide content, since hydrogen sulfide develops when moisture enters. For this reason, in practice, this gasification ash is often treated with water in a closed system and the resulting hydrogen sulfide is further processed, for example by combustion to sulfur dioxide and further to sulfuric acid or by means of the Claus process to elemental sulfur. However, such inevitable coupling production is economically problematic and is not always desirable. Such processes are foreign to the energy industry and are also undesirably strongly influenced by the current market situation for sulfur products.
[4] Bei dem Verfahren zur Vergasung von Kohle oder dergleichen nach DE 33 18 217 C2 wird der Staub aus dem Produktgas zum Wirbelschichtvergaser zurückgeführt und ein Teil des entstaubten Produktgases neben einem 02-haltigen Vergasungsmittel unterhalb der Vergasungskammer zugeführt und das Rauchgas als Wirbelgas zum Wirbelbett geleitet.In the process for gasifying coal or the like according to DE 33 18 217 C2, the dust from the product gas is returned to the fluidized bed gasifier and part of the dedusted product gas is fed in addition to a 0 2 -containing gasifying agent below the gasification chamber and the flue gas is used as the fluidizing gas Fluidized bed headed.
[5] Die DE 43 39 973 Cl beschreibt ein Verfahren zur Vergasung von Abfallstoffen mit Hilfe eines sauerstoffhaltigen Gases, wobei die in den Abfallstoffen enthaltenen Schadstoffe in einen Zustand überführt werden sollen, der für die Umwelt nicht schädlich ist. Die Abfallstoffe werden in einem HTW-Vergaser vergast und das erzeugte staubbeladene Rohgas zunächst über einen Abscheider geführt, wo die festen, nicht vollständig umgesetzten Bestandteile abgeschieden und wieder in den HTW-Vergaser eingeführt werden. Das Rohgas wird nachfolgend gekühlt und einer Trockenent- staubung unterzogen. Das Bodenprodukt (Restkoks) aus dem HTW-Vergaser sowie der Staub aus der Rohgas-Entstaubung werden in einem gesonderten Staubvergaser mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel bei Temperaturen oberhalb 1500 °C verbrannt oder vergast, damit die nicht vergasten Reststoffe in einen für die Umwelt unschädlichen Zustand überführt werden. In einer Ausgestaltung kann das im Staubvergaser erzeugte Rohgas nach einer Wäsche dem im HTW- Vergaser erzeugten Rohgas vor der Wäsche beigemengt werden.[5] DE 43 39 973 Cl describes a process for the gasification of waste materials using an oxygen-containing gas, the pollutants contained in the waste materials being converted to a state which is not harmful to the environment. The waste materials are gasified in a HTW gasifier and the dust-laden raw gas is first passed through a separator, where the solid, incompletely converted components are separated and reintroduced into the HTW gasifier. The raw gas is then cooled and subjected to dry dedusting. The bottom product (residual coke) from the HTW gasifier and the dust from the raw gas dedusting are burned or gasified in a separate dust gasifier with an oxygen-containing gasification agent at temperatures above 1500 ° C, so that the non-gasified residues are converted into a state that is harmless to the environment. In one embodiment, the raw gas generated in the dust gasifier after washing can be added to the raw gas generated in the HTW gasifier before washing.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
[6] Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vergasung eines Kohlenstoffträgers zur Erzeugung eines Nutzgases der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ein hoher Wirkungsgrad erzielt und gleichzeitig der Austrag einer Schadstofffreien Asche gewährleistet wird.The invention has for its object to provide a method and a device for gasifying a carbon carrier for generating a useful gas of the type mentioned, with which a high efficiency is achieved and at the same time the discharge of a pollutant-free ash is guaranteed.
[7] Die Erfindung löst die Aufgabe für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für die Einrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 4. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.The invention solves the problem for the method by the features of claim 1 and for the device by the features of claim 4. Advantageous developments of the invention are specified in the respective subclaims and are described below together with the description of the preferred embodiment of the invention , including the drawing.
[8] Verfahrensgemäß wird der Kohlenstoffträger in einem Vergasungsapparat in einer als solche bekannten Weise unter Zuführung von Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in einer reduzierenden Atmosphäre vergast und ein Nutzgas hergestellt. Der dabei anfallende feste Vergasungsrest besteht aus Asche mit einem Restgehalt an Kohlenstoff und auch Erdalkalisulfid, insbesondere Calciumsulfid, wenn ein Kohlenstoffträger mit einem Gehalt an Schwefel zum Einsatz kommt, wie z.B. Braunkohle oder aufbereitete Abfälle bestimmter Herkunft. [9] Der feste Vergasungsrest, sowohl in grober wie in feiner Form (Staub) , wird einem gesonderten, nachgeordneten Verbrennungsapparat zugeführt und in einer oxidierenden Atmosphäre unter Zuführung von Sauerstoff oder einem sauer- stoffhaltigen Gas verbrannt. Dabei erfolgt eine vollständige Verbrennung des in der Asche enthaltenen Kohlenstoffs und, soweit gegeben, eine Oxydation des Calciumsulfids zu Calciumsulfat .[8] According to the method, the carbon carrier is gasified in a gasification apparatus in a manner known as such with the addition of oxygen or an oxygen-containing gas in a reducing atmosphere and a useful gas is produced. The resulting solid gasification residue consists of ash with a residual carbon content and also alkaline earth sulfide, especially calcium sulfide, if a carbon carrier with a sulfur content is used, such as lignite or processed waste of certain origin. [9] The solid gasification residue, both in coarse and fine form (dust), is fed to a separate, downstream combustion device and burned in an oxidizing atmosphere with the addition of oxygen or an oxygen-containing gas. This involves a complete combustion of the carbon contained in the ash and, if given, an oxidation of the calcium sulfide to calcium sulfate.
[10] Das bei der Verbrennung anfallende Reaktionsgas ent- hält insbesondere Kohlendioxid sowie Restsauerstoff und wird ohne jegliche Abkühlung gemeinsam mit dem eigentlichen Vergasungsmittel dem Vergasungsapparat zugeführt. Dabei kann eine Heißentstaubung zwischengeschaltet werden.[10] The reaction gas produced during the combustion contains, in particular, carbon dioxide and residual oxygen and is fed to the gasification apparatus together with the actual gasification agent without any cooling. Hot dedusting can be interposed.
[11] Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet durch die Kopplung eines Vergasungsapparates und eines Verbrennungsapparates eine vollständige Umsetzung des aus dem eingesetzten Kohlenstoffträger stammenden Kohlenstoffs, einschließlich der vollständigen Nutzung des Reaktionsgases aus dem Verbrennungsprozess durch die Rückführung in den Vergasungsapparat.The process according to the invention ensures, through the coupling of a gasification apparatus and a combustion apparatus, a complete conversion of the carbon originating from the carbon carrier used, including the complete use of the reaction gas from the combustion process by recirculation into the gasification apparatus.
[12] Der Verbrennungsrest, d.h. die Asche aus dem Verbrennungsapparat, ist Schadstofffrei und gut deponierfähig. Dabei wird als "Schadstofffreie Asche" eine Asche verstanden, die unter idealen Verfahrensbedingen anfällt. In der Praxis kann jedoch realerweise keine absolute Schadstofffreiheit garantiert werden, da die Einsatzstoffe und Bedingungen oft variieren. Danach wird unter Schadstoff- freier Asche auch eine Asche verstanden, die unter gegebenen Praxisbedingungen weitgehend oder nahezu "schadstoff- frei" ist. So ist, wie bereits erwähnt, dabei z.B. Voraussetzung, dass Calciumverbindungen oder andere basische Bestandteile in der Asche des Kohlenstoffträgers vorhanden sind. Anderenfalls muss je nach Schwefelgehalt zum Kohlenstoffträger ein Kalkzusatz erfolgen.[12] The incineration residue, ie the ashes from the incinerator, is free of pollutants and easy to deposit. As "pollutant-free ash" is understood to be an ash that is obtained under ideal process conditions. In practice, however, absolute freedom from harmful substances cannot be guaranteed, since the feedstocks and conditions often vary. According to this, pollutant-free ash is also understood to mean an ash that is largely or almost "pollutant-free" under given practical conditions. For example, as already mentioned, it is a requirement that calcium compounds or other basic compounds There are components in the ash of the carbon carrier. Otherwise, depending on the sulfur content, a lime must be added to the carbon carrier.
[13] In vorteilhafter Weise kann dabei auch die bei der Verbrennung im Verbrennungsapparat freigesetzte Wärme in Form des heißen Reaktionsgases genutzt werden. Das gesamte Verfahren wird in einem geschlossenen Vergasungs- und Verbrennungprozess durchgeführt und kann thermodynamisch als ein in sich geschlossener Prozess betrachtet werden, bei dem ein Kohlenstoffträger und ein Vergasungsmittel eingebracht und den ein Nutzgas und Schadstofffreie Asche ausgebracht werden.[13] The heat released during the combustion in the combustion apparatus can advantageously also be used in the form of the hot reaction gas. The entire process is carried out in a closed gasification and combustion process and can be considered thermodynamically as a self-contained process in which a carbon carrier and a gasifying agent are introduced and a useful gas and pollutant-free ash are removed.
[14] Unerwünschte Teer- und Staubbestandteile im erzeugten Nutzgas können in bekannter Weise entfernt und in vorteil- hafter Weise dem Verbrennungsapparat zugeführt und im Verbrennungsprozess vollständig oxydiert werden.[14] Undesired tar and dust constituents in the useful gas generated can be removed in a known manner and advantageously fed to the combustion apparatus and completely oxidized in the combustion process.
[15] Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vergasung mit reinem Sauerstoff erfolgt oder dem Vergasungsmittel andere Bestandteile als Wertträger zugesetzt werden sollen.The use of the method according to the invention is particularly advantageous when the gasification is carried out with pure oxygen or other constituents are to be added to the gasification agent as value carriers.
[16] Das erzeugte Nutzgas kann sowohl als Brenngas zur Wärmeerzeugung, als Brenngas in entsprechenden Gasturbinen oder auch als Synthesegas, beispielsweise für die Methanolsynthese oder die Fischer-Tropsch-Synthese, eingesetzt werden. Der jeweils vorgesehene Verwendungszweck des Nutzgases bestimmt auch die weitere Aufbereitung bzw. Reinigung des Nutzgases. AusführungsbeispielThe useful gas generated can be used both as a fuel gas for heat generation, as a fuel gas in corresponding gas turbines or as a synthesis gas, for example for methanol synthesis or Fischer-Tropsch synthesis. The intended use of the useful gas also determines the further processing or cleaning of the useful gas. embodiment
[17] Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung in schematischer Dar- Stellung.[17] The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a device according to the invention in a schematic representation.
[18] Ein Vergasungsapparat 1 ist als Wirbelschicht-Vergasungsapparat ausgebildet und weist einen Anströmboden 2 auf. Oberhalb des Anströmbodens 2 ist eine Zuführung 3 für einen festen Kohlenstoffträger und unterhalb des Anströmbo- dens 2 ist eine Zuleitung 4 für das Vergasungsmittel vorhanden. Am unteren Ende des Vergasungsapparates 1 befindet sich eine Einrichtung 5 zum Austragen des groben Vergasungsrestes . Zum Austragen, des teilweise erheblichen Flugstaubes ist im oberen Abschnitt zusätzlich eine Ein- richtung 6 zur Entnahme des feinen Vergasungsrestes vorgesehen. In der Praxis kann das auch leicht über einen nachgeordneten Nutzgas-Entstauber erfolgen. Zur Ableitung des Nutzgases befindet sich oberhalb des Vergasungsapparates 1 eine Gasleitung 14. [19] Verfahrenstechnisch zum Vergasungsapparat 1 nachgeordnet ist ein Verbrennungsapparat 7 vorhanden, der einen Anströmboden 8 aufweist. Oberhalb des Anströmbodens 8 ist eine Zuführeinrichtung 9 für den Vergasungsrest aus dem Vergasungsapparat 1 und unterhalb des Anströmbodens 8 ist eine Zuleitung 10 für ein Verbrennungsmittel vorhanden. Die Zuführeinrichtung 9 ist beispielhaft als Transportschnecke ausgebildet und ist über eine Transporteinrichtung 11 mit den Einrichtungen 5 bzw. 6 für den groben und feinen Vergasungsrest aus dem Vergasungsapparat 1 verbunden. [20] Zur Ableitung des im Verbrennungsapparat 7 entstehenden Reaktionsgases ist oben eine Gasleitung 12 vorhanden, die vom Verbrennungsapparat 7 zum Vergasungsapparat 1 führt, wobei in die Gasleitung 12 ein Entstauber 13 in Form eines Heißgasentstaubers eingeordnet ist.[18] A gasification apparatus 1 is designed as a fluidized bed gasification apparatus and has an inflow base 2. Above the inflow floor 2 there is a feed 3 for a solid carbon carrier and below the inflow floor 2 there is a feed line 4 for the gasifying agent. At the lower end of the gasification apparatus 1 there is a device 5 for discharging the coarse gasification residue. A device 6 for removing the fine gasification residue is additionally provided in the upper section for discharging the, in part, considerable airborne dust. In practice, this can also be easily done using a downstream utility gas deduster. To discharge the useful gas, there is a gas line 14 above the gasification apparatus 1. [19] In terms of process technology, a combustion apparatus 7 is provided downstream of the gasification apparatus 1 and has an inflow base 8. Above the inflow floor 8 there is a feed device 9 for the gasification residue from the gasification apparatus 1 and below the inflow floor 8 there is a feed line 10 for a combustion medium. The feed device 9 is designed, for example, as a screw conveyor and is connected via a transport device 11 to the devices 5 and 6 for the coarse and fine gasification residue from the gasification apparatus 1. To discharge the reaction gas generated in the combustion apparatus 7, a gas line 12 is provided at the top, which leads from the combustion apparatus 7 to the gasification apparatus 1, a dust extractor 13 in the form of a hot gas dust extractor being arranged in the gas line 12.
[21] In der Gasleitung 12 befindet sich noch ein nicht dargestellter Sensor zur Ermittlung des aktuellen Sauerstoffanteiles im Reaktionsgas. Das Messergebnis wird einem Zentralrechner für die Regelung des Vergasungsprozesses im Vergasungsapparat 1 zugeführt.In the gas line 12 there is still a sensor (not shown) for determining the current oxygen content in the reaction gas. The measurement result is fed to a central computer for regulating the gasification process in the gasification apparatus 1.
[22] Zur Abführung der Asche aus dem Verbrennungsapparat 7 ist eine Einrichtung 15 zum Austragen des groben Vergasungsrestes und im oberen Abschnitt eine Einrichtung 16 zur Entnahme des feinen Vergasungsrestes, d.h. des Flugstaubes, vorhanden. Der Staub aus dem Entstauber 13 wird über die Einrichtung 17 abgeführt.To remove the ash from the combustion apparatus 7 there is a device 15 for discharging the coarse gasification residue and in the upper section a device 16 for removing the fine gasification residue, i.e. of the dust, present. The dust from the deduster 13 is removed via the device 17.
[23] Nachfolgend wird die Einrichtung im Betriebszustand näher beschrieben. Als fester Kohlenstoffträger soll schwefelhaltige Braunkohle vergast werden. Das erzeugte Nutzgas soll beispielhaft zum Betrieb einer Gasturbine eingesetzt werden. Die Asche soll problemlos deponierfähig sein.[23] The device in the operating state is described in more detail below. Lignite containing sulfur is to be gasified as a solid carbon carrier. The useful gas generated is to be used, for example, to operate a gas turbine. The ash should be easy to deposit.
[24] Die in einer Vorstufe konditionierte und aufbereitete Braunkohle wird über die Zuführung 3 in den Vergasungsapparat 1 eingebracht und parallel wird über die Zuleitung 4 ein sauerstoffhaltiges Gas als Vergasungsmittel zugeführt. Im Zuge des Vergasungsprozesses wird in bekannter Weise ein Nutzgas erzeugt, welches über die Gasleitung 14 zu einem nicht dargestellten Sammelbehälter abgeleitet wird. Nach der stetigen Vergasung verbleibt im unteren Abschnitt des Vergasungsapparates 1 ein grober Vergasungs- rest, der zwangsläufig in der reduzierenden Vergasungs- Atmosphäre kohlenstoffhaltig ist und Erdalkalisulfide beinhaltet .The lignite conditioned and prepared in a preliminary stage is introduced into the gasification apparatus 1 via the feed 3 and, in parallel, an oxygen-containing gas is fed as a gasification agent via the feed line 4. In the course of the gasification process, a useful gas is generated in a known manner, which is discharged via the gas line 14 to a collecting tank, not shown. After the constant gasification, a coarse gasification remains in the lower section of the gasification apparatus 1. rest, which inevitably contains carbon in the reducing gasification atmosphere and contains alkaline earth metal sulfides.
[25] Der grobe Vergasungsrest wird über die Einrichtung 5 ausgetragen. Der Flugstaub wird von der Einrichtung 6 abgeschieden und gemeinsam mit dem groben Vergasungsrest als fester Vergasungsrest über die Transporteinrichtung 11 und der Zuführeinrichtung 9 dem Verbrennungsapparat 7 zugeführt. Über die Zuleitung 10 wird parallel ein sauer- stoffhaltiges Gas als Verbrennungsmittel zugeführt. Der Vergasungsrest aus dem Vergasungsapparat 1 wird im Verbrennungsapparat 7 in einer oxidierenden Atmosphäre vollständig verbrannt.[25] The coarse gasification residue is discharged via device 5. The flying dust is separated from the device 6 and fed to the combustion apparatus 7 together with the coarse gasification residue as a solid gasification residue via the transport device 11 and the feed device 9. An oxygen-containing gas is supplied in parallel as a combustion medium via the feed line 10. The gasification residue from the gasification apparatus 1 is completely burned in the combustion apparatus 7 in an oxidizing atmosphere.
[26] Das im Verbrennungsapparat 7 erzeugte Reaktionsgas ist im Wesentlichen ein Gemisch aus Kohlendioxid und Sauerstoff. Das Reaktionsgas wird als Sauerstoffhaltiges Gas über die Gasleitung 12 und den Entstauber 13 ohne gesonderte Kühlung in die Zuleitung 4 und in den Vergasungsapparat[26] The reaction gas generated in the combustion apparatus 7 is essentially a mixture of carbon dioxide and oxygen. The reaction gas is supplied as an oxygen-containing gas via the gas line 12 and the deduster 13 without separate cooling into the feed line 4 and into the gasifier
1 eingeleitet. Die Summe der Gasströme aus der Zuleitung 4 und der Gasleitung 12 ist dem Querschnitt des Anströmbodens1 initiated. The sum of the gas flows from the feed line 4 and the gas line 12 is the cross section of the inflow floor
2 angepasst, so dass im Vergasungsapparat 1 eine Wirbelschicht aufrecht erhalten wird.2 adapted so that a fluidized bed is maintained in the gasifier 1.
[27] Das Reaktionsgas wird im Vergasungsapparat 1 innerhalb des Gesamtprozesses durch Reaktion des Kohlenstoffträgers mit dem Vergasungsmittel, welches neben anderen möglichen Bestandteilen in jedem Fall Sauerstoff enthalten muss, vollständig umgesetzt, so dass aus dem Vergasungsapparat 1 über die Gasleitung 14 ausschließlich das gewünschte Nutzgas abgeleitet wird. Dieses Nutzgas enthält als Zielprodukt des Verfahrens im Wesentlichen Wasserstoff und Kohlenmon- oxid. [28] Die einzelnen Stoffströme innerhalb des gesamten Verfahresprozesses werden so gesteuert und aufeinander abgestimmt, dass nach erfolgter Reaktion im Verbrennungsapparat 7 ein sauerstoffhaltiges Reaktionsgas entsteht. Dazu wird auch über den Sensor in der Gasleitung 12 ständig der aktuelle Sauerstoffanteil im Reaktionsgas ermittelt und über den Zentralrechner die Zufuhr der erforderlichen Menge Vergasungsmittel über die Zuleitung 4 geregelt. Dabei kann der Gesamtprozess, d.h. insbesondere der Vergasungsprozess im Vergasungsapparat 1 autotherm betrieben werden oder auch mit Zuführung von Fremdwärme erfolgen.The reaction gas is completely implemented in the gasification apparatus 1 within the overall process by reaction of the carbon carrier with the gasification agent, which must contain oxygen in addition to other possible components, so that only the desired useful gas is derived from the gasification apparatus 1 via the gas line 14 becomes. This process gas essentially contains hydrogen and carbon monoxide as the target product of the process. The individual material flows within the entire process are controlled and coordinated with one another in such a way that an oxygen-containing reaction gas is produced in the combustion apparatus 7 after the reaction has taken place. For this purpose, the current oxygen content in the reaction gas is continuously determined via the sensor in the gas line 12 and the supply of the required amount of gasification agent is regulated via the feed line 4 via the central computer. The entire process, ie in particular the gasification process in the gasification apparatus 1, can be operated autothermally or can also be carried out with the supply of external heat.
[29] Die erfindungsgemäße Verfahrensführung gewährleistet, dass der groben und feinen Kohlenstoff enthaltende Vergasungsrest aus dem Vergasungsapparat 1 im Verbrennungs- apparat 7 vollständig zu Kohlendioxid umgesetzt wird.The procedure according to the invention ensures that the coarse and fine carbon-containing gasification residue from the gasification apparatus 1 in the combustion apparatus 7 is completely converted to carbon dioxide.
[30] Der Verbrennungsrest aus dem Verbrennungsapparat 7, der über die Einrichtungen 15, 16 und 17 abgeführt wird, besteht aus einer vollständig oxydierten Asche, die unter Wassereinwirkung keinen Schwefelwasserstoff bilden kann und als einziges Abprodukt des Verfahrens problemlos deponiefähig ist. [30] The combustion residue from the combustion apparatus 7, which is discharged via the devices 15, 16 and 17, consists of a completely oxidized ash which cannot form hydrogen sulfide under the action of water and is the only product of the process which can be landfilled without problems.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Vergasung eines Kohlenstoffträgers zur Erzeugung eines Nutzgases mit einer Schadstofffreien Asche als Abfallprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass - der Kohlenstoffträger in einem Vergasungsapparat (1) unter Zuführung von Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in einer reduzierenden Atmosphäre vergast wird, - dass der feste Vergasungsrest unter Zuführung von Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas einem Verbrennungsapparat (7) zugeführt und in einer oxi- dierenden Atmosphäre verbrannt wird und - dass das Reaktionsgas des Verbrennungsapparates (7) dem Vergasungsapparat (1) zugeführt wird.1. A process for the gasification of a carbon carrier to produce a useful gas with a pollutant-free ash as a waste product, characterized in that - the carbon carrier is gasified in a gasifying apparatus (1) while supplying oxygen or an oxygen-containing gas in a reducing atmosphere, - that the solid Gasification residue with the supply of oxygen or an oxygen-containing gas is fed to a combustion apparatus (7) and burned in an oxidizing atmosphere and - that the reaction gas of the combustion apparatus (7) is fed to the gasification apparatus (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgas aus dem Verbrennungsapparat (7) dem Vergasungsapparat (1) ohne gesonderte Kühlung zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the reaction gas from the combustion apparatus (7) is supplied to the gasification apparatus (1) without separate cooling.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Vergasung im Vergasungsapparat (1) auto- therm oder unter Zuführung von Fremdwärme erfolgt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gasification in the gasification apparatus (1) takes place auto-thermally or with the supply of external heat.
4. Einrichtung zur Vergasung eines Kohlenstoffträgers zur Erzeugung eines Nutzgases mit einer Schadstofffreien Asche als Abfallprodukt dadurch gekennzeichnet, dass - ein Vergasungsapparat (1) vorhanden ist, der mit einer Zuführung (3) für den Kohlenstoffträger und einer Zuleitung (4) für ein Vergasungsmittel verbunden ist und mindestens eine Einrichtung (5, 6) zum Austragen des Vergasungsrestes aufweist, - dass ein Verbrennungsapparat (7) vorhanden ist, der mit der mindestens einen Einrichtung (5, 6) zum Austragen des Vergasungsrestes aus dem Vergasungsapparat (1) sowie mit einer Zuleitung (10) für ein Verbrennungsmittel verbunden ist und - dass am Verbrennungsapparat (7) eine Gasleitung (12) zum Abführen des Reaktionsgases vorhanden ist, die mit dem Vergasungsapparat (1) verbunden ist.4. Device for the gasification of a carbon carrier for the production of a useful gas with a pollutant-free ash as a waste product, characterized in that - a gasification apparatus (1) is provided, which is connected to a feed (3) for the carbon carrier and a feed line (4) for a gasification agent and has at least one device (5, 6) for discharging the gasification residue, - that a combustion apparatus (7) is present, which with the at least one device (5, 6) for discharging the gasification residue from the gasification device (1) and with one Supply line (10) for a combustion medium is connected and - that on the combustion apparatus (7) there is a gas line (12) for discharging the reaction gas, which is connected to the gasification apparatus (1).
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in der Gasleitung (12) ein Sensor zur Bestimmung des aktuellen Sauerstoffanteils im Reak- tionsgas vorhanden ist, dessen Messergebnis einem Zentralrechner für die Regelung des Vergasungsprozesses im Vergasungsapparat (1) zugeführt wird. 5. Device according to claim 4, characterized in that a sensor for determining the current oxygen content in the reaction gas is present at least in the gas line (12), the measurement result of which is fed to a central computer for regulating the gasification process in the gasification apparatus (1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20020112403A1 (en) * 2001-02-16 2002-08-22 Pope Leroy B. Biomass gasifier apparatus and method
EP1312662A2 (en) * 2001-05-07 2003-05-21 Cirad-Foret Biomass gasification process, and apparatus, and their applications

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