WO2009109297A2 - Nachfördersystem in einen kohlevergasungsreaktor - Google Patents

Nachfördersystem in einen kohlevergasungsreaktor Download PDF

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WO2009109297A2
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Eberhard Kuske
Stefan Hamel
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • C10J2200/156—Sluices, e.g. mechanical sluices for preventing escape of gas through the feed inlet
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation

Definitions

  • the invention relates to a process for the controlled Nachêt of fine-grained to dust-like fuel in a pressurized storage tank for a pressure gasification process, in the finely divided fuels or dusty ( ⁇ 0.5 mm) fuels, such as coal, petroleum coke, biological waste or fuels in suspension at low particle load ( ⁇ 50 kg / m 3 , no fluidized bed) are reacted with oxygen-containing gasification agents under elevated pressure at temperatures above the slag melting point.
  • fuels or dusty ( ⁇ 0.5 mm) fuels such as coal, petroleum coke, biological waste or fuels in suspension at low particle load ( ⁇ 50 kg / m 3 , no fluidized bed
  • Gas is supplied in substoichiometric ratio, so that one receives a carbon monoxide-containing product gas. If the reaction gas contains steam, the product gas has a synthesis gas character and contains larger amounts of hydrogen. In order to achieve as complete a conversion as possible under substoichiometric conditions, the fuel must be passed finely divided into the reactor. The reaction usually takes place under elevated pressure.
  • dosing eliminates the pressure fluctuations that occur when filling the reactor, not always completely. This can lead to pressure fluctuations in the coal gasification reaction, whereby the synthesis gas changes in its composition over time.
  • the discontinuous filling of the dosing from the pressure locks generates pressure fluctuations, which affects the serving as a driving force of the promotion between dosing and burner pressure difference unfavorable.
  • the introduction of the fuel by gravity flow which is carried out in the supply of coal gasification reactors with fuel, is a potential source of error. Since the finely divided fuel can stick or graft depending on the nature and degree of dryness, the promotion is sometimes only in batches or is interrupted periodically unpredictably.
  • gravity-based lock systems are often expensive to construct, since a superstructure of containers is necessary, between which a promotion is to take place.
  • Fuel injection systems according to the prior art are complex and not always reliable.
  • the physical separation of the grinding and gasification plant leads to a considerable additional expense for transporting the finely divided fuel from the grinding plant to the fuel feed system.
  • This requires additional equipment (bucket or pneumatic pumps, filters, buffer tanks above the feed systems).
  • additional equipment bucket or pneumatic pumps, filters, buffer tanks above the feed systems.
  • piping, measuring and control technology, as well as for construction work the latter in particular due to the exposed position of the buffer tanks at the highest level of the gasification plant.
  • sluice systems that operate on the principle of gravity flow have proven to be insufficiently reliable. Additional equipment in any case brings with it an additional risk of failure.
  • the present invention solves these problems by a metering container containing the finely divided fuel under pressure and according to the invention has a nearly constant level with fuel.
  • This almost constant filling level in the storage container is inventively by the Feststoffnachessor from at least two lock containers via at least one shared Nachruclei- device, which is suitable for dense phase promotion implemented.
  • the secondary delivery line operates independently of gravity, it is also possible to set up the storage container and the conveying lock containers at different geodetic heights and also at a greater spatial distance from each other. This can also be in another building, for example.
  • US 5143521 A describes a system for delivering fuel to a pre-load vessel which stores pressurized fuel and which is continuously supplied with finely divided fuel by a system of lock vessels.
  • the lock containers are connected by a line and are mutually pressurized.
  • the pressure of the expansion gas can be used via a system of expansion turbines, Venturi tubes and compressors for pressing on the other lock container.
  • finely divided coal can be brought from atmospheric conditions to a pressure suitable for coal gasification.
  • As compressed gas nitrogen is used.
  • DE 102005047583 A1 describes a method and a device for metering and supplying fuel dust under pressure into a coal gasification reactor.
  • the fuel is stored in a dosing, in the lower part by supplying gas above the bottom of the vessel creates a dense fluidized bed, through which the fuel is continuously fed via burner to a pressurized gasification reactor.
  • the actual conveyance into the burners takes place by means of a so-called flight promotion, the supply of auxiliary gas into the delivery line behind the burner being used to generate a pressure difference with which the fuel is then transported into the burners.
  • the dosing tank is supplied with fuel via two locks, which transport the fuel by gravity and a rotary valve into the dosing tank.
  • this is susceptible to interference and requires spatially high constructions. A use of grinding devices is not mentioned.
  • the present invention describes an integrated process for comminuting a carbonaceous fuel, pressurizing the fuel with a suitable gas, distributing and transporting the fuel into a receiver, and feeding it to the reactor.
  • the transport, the distribution of the fuel and the promotion in the reactor are carried out in a so-called Nachelle für by a dense phase conveying.
  • the gasifier exit temperatures of the reactor are forthcoming Trains t above the slag melting point in the range 1200 - 2000 0 C and the pressure is preferably 0.3 - 8 MPa.
  • dense phase conveying refers to a pneumatic conveying which does not transport the fuel particles as individual particles, but rather as dense flow conveying in the form of dense fillings or stoppers which fill the entire pipe cross section.
  • dense phase conveyors have velocities of 4 to 5 m / s, the high solids loading of the gas stream leading to a nevertheless high transport volume.
  • the dense phase conveying is very gentle on materials and, above all, is less susceptible to interference when it comes to adhesive or moist goods to be transported.
  • the present pneumatic dense phase conveying is preferably carried out at Feststoffdich- th of at least 100 kg / m 3 and at a differential pressure of at least 0.5 bar.
  • Claimed is in particular a method for supplying finely divided fuels to a cooled reactor (15) for gasification with oxygen-containing gasification agents under pressure, wherein • the gasifier exit temperatures above the slag melting point in the range 1200 - 2000 0 C. and the pressure is 0.3 - is 8 MPa,
  • Fuel line is metered fed to one or more gasification burners at one or more carburetors, and
  • the transfer of the lock containers is regulated to the or to the storage container via at least one connecting device and at least one union element, and the transfer of the union element to the storage container via individual connection devices or other union elements is made with transferring connection devices.
  • the transferring connection devices are designed, for example, as secondary delivery lines which are suitable for conveying dense flow.
  • the fuel is conveyed from the lock containers to the storage containers via a number of additional delivery lines, which is smaller than the number of lock containers.
  • additional delivery lines which is smaller than the number of lock containers.
  • the number of combining elements is lower than the number of lock containers and they can be equal to the number of Nachrétechnischen.
  • the union elements are arranged as close as possible to the outlet connection and as symmetrically as possible in order to ensure a trouble-free flow of solids.
  • the fuel is brought into a finely divided form with a mill or a suitable grinding device.
  • the fuel can be provided in any form. It is possible to deliver the fuel already in finely divided form.
  • the milling process is an integral part of the method according to the invention, especially when the grinding device is in the vicinity of the reactor.
  • the Coal Milling and Drying Unit is an integrated plant component of coal gasification.
  • the lock containers are pressurized with a gas. It can be used as an example recycled process gas. However, an inert gas can also be used for this purpose.
  • the pressing is advantageously carried out with inert gases (for example nitrogen, carbon dioxide) or by means of process gases or recycle gases.
  • inert gases for example nitrogen, carbon dioxide
  • the covering of the lock container by supplied gas is preceded by a mutual partial covering of the lock container.
  • the lock containers are alternately loaded and unloaded.
  • the grinding cycle is rendered inert and for inerting the grinding circuit, the expansion gases of the lock containers are used. These are regularly expanded to perform the lock function, wherein the case running gas can be advantageously recycled to the devices for grinding. This makes the process safe and keeps the operating costs of the plant low.
  • the gas of the grinding circuit is further dedusted.
  • a Staubabscheidevorraum is used. This can also be used to dedust the expansion gases of the lock container.
  • the loading or expansion gas can be dedusted at any point of the process by a Staubabscheidevorraum.
  • the finely divided fuel is then preferably added to a reservoir. In this way, it is possible to store the fuel depending on the provision and temporarily buffer the flow of raw material. In this way, bottlenecks can be compensated, which are compensated by later replenishment.
  • all solid carbonaceous fuels into consideration which can be brought by crushing or crushing in a finely divided form.
  • This can be, in particular, all types of coal, for which hard coal, lignite and, in principle, coal of all types of coal are suitable.
  • fuels but also biological fuels such as wood, biomass, and other fuels such as plastic waste and petroleum coke or mixtures suitable for it.
  • the fuels should only be able to be brought into a finely comminuted form which can be transported by dense phase conveying.
  • the solid After the process of comminution and storage in the storage container, the solid is introduced into the sluice system, in which the solid is subjected to pressure by gas addition to carry out the gasification reaction.
  • the reservoir is depressurized in a preferred embodiment of the invention.
  • the promotion of the solid in the lock container is carried out advantageously by gravity.
  • the Schleussystem consists for the execution of the method according to the invention from at least two lock containers. This makes it possible to connect the emptying operations together, so that a nearly continuous flow of material takes place.
  • the lock containers are individually pressurized.
  • two lock containers are used to ensure a continuous flow of material.
  • the investment costs for the system are low.
  • three or more lock containers can also be used. This makes sense especially at high plant throughputs.
  • the device according to the invention can comprise lock containers and joining elements in any desired number.
  • the number of lock containers depends on the throughput of the system.
  • the number of union elements depends on the number of lock containers and on the number of secondary delivery lines.
  • the combination of the lock containers and the association elements can be arbitrary.
  • Any number of connection devices can be used for this purpose.
  • Preferred connecting devices are pipelines. But also possible, for example, hoses or flanges.
  • the type of spatial linkage can also be arbitrary.
  • the fuel contained therein is dispensed metered and the pressure in the containers is then relaxed.
  • the expansion gas is used, to pressurize the next cyclic lock container partially with pressure. This can be done by direct introduction of the expansion gas into the Anlagenpressenden container to improve the efficiency.
  • the expanded gas is advantageously passed into the dust collector, which also serves to dedust the gas from the reservoir or from the grinding process.
  • the dust collector also serves to dedust the gas from the reservoir or from the grinding process.
  • it is also possible to clean the gas with several independent dust collectors of solid dusts.
  • it is advantageous to use only a dust collector.
  • the flow of material from the lock containers is fed via at least one unifying element and the Nachréön the original container.
  • the emptying of the lock containers takes place in succession so that a virtually continuous flow of fuel to the storage container is achieved.
  • the following feed tank for the gasification reactor can be supplied with a continuous flow of material at a pressure suitable for the gasification reaction, the level in the feed tank remaining virtually constant.
  • the fuel level in the storage tank can be adjusted with the advantageous embodiment of the method so that it varies in time by not more than ⁇ 30%.
  • the fill level in the storage container can also be kept constant by controlling the subsequent delivery of the finely divided fuel from the lock containers by adapting the differential pressure between the lock and storage containers.
  • the supply or removal of gas into the free space of the lock container influences the pressure difference between lock container and storage tank and is used as a controlled variable for the transport of solids.
  • the finely divided fuels preferably have a diameter which is less than 0.5 mm for carrying out the method. This is achieved by a grinding and crushing process.
  • the solids discharge from the lock container can be assisted by adding gas into the lock container in the immediate vicinity of the outlet nozzle.
  • the density in the Nachrétechnisch will be advantageous by adding gas into the post-feed line or into the unifying element or both. The addition of gas can also be used at this point to flush the Nachrétechnisch or the union element.
  • the connecting pieces between the lock container and the union element can also be charged with gas.
  • the delivered at the outlet of the lock container conveying gas amount is recovered in an advantageous embodiment of the invention in the storage tank and returned by means of an injector into the lock tank.
  • the recirculated conveying gas together with the propellant gas of the injector is used as replacement gas for the emptying lock container and thus also for maintaining the pressure of the lock container during the conveying process.
  • two or more lock containers simultaneously or temporarily deliver solid in a delivery line.
  • the gas equalization between the containers can then advantageously take place via a gas connection line between the containers.
  • the process according to the invention may also include processes which are subsequent processes of the coal gasification process according to the invention.
  • process steps necessary for routine operation of the reactor can be, for example, cleaning steps. But these can also be supporting process steps such as the supply of gas to loosen the plug.
  • method steps for measuring parameters such as fill levels, flow rates, pressures or the temperature.
  • the invention also describes a device with which this method can be carried out. For this purpose, all system parts which are necessary for the operation of a coal gasification process according to the invention can be located in the device according to the invention.
  • a grinding device a dust separator
  • At least one connecting device for dense phase conveying is
  • the grinding device is connected to a storage container via connecting devices, a dust separator being located between the grinding device and the storage container, and
  • the reservoir is connected to the lock containers by connecting devices suitable for gravity or dense phase conveying, and
  • the lock containers are connected via shared connecting devices, which are suitable as Nachset réelle for dense phase conveying, with a storage tank and this storage tank is connected via other fuel lines to the gasification reactor.
  • the dense phase conveying from the lock system to the storage tank allows to set up the storage tank at the same or different geodetic height as the lock system.
  • the overall height of the entire system can be significantly reduced. It is also possible to accommodate the lock system and the storage tank and the reactor in different buildings. It is also an advantage of the invention to be able to select lower heights for the corresponding equipment.
  • the arrangement of the various plant components can be arbitrary, so that one is flexible in the spatial planning of the plant.
  • the transfer of the fuel from the lock containers to or to the storage container via at least one connecting device and at least one union element, and the transfer of the union element to the storage tank via individual Nachré effeten for dense stream promotion.
  • the transfer from the lock container to the storage containers can be carried out via further linking elements with transferring connecting devices.
  • the lock containers are connected on the input side to a storage container which conveys the fuel into the lock containers both by means of dense phase conveying and by gravity feed.
  • a rotary valve or a material switch may be present at a suitable point between the reservoir and the lock containers.
  • the plant may also contain a grinding device or a mill. This can be of any kind.
  • the mill may also include additional crushers such as wood choppers or coal crushers.
  • the mill or crushing device can also be acted upon by gas or be inertizable.
  • the lock containers are spatially integrated in a preferred embodiment of the device according to the invention in the grinding system and are filled from at least one reservoir for finely divided, dried fuel in the gravity flow.
  • the lock system consists of two or more lock containers, which can be pressurized from the outside.
  • the lock system is connected at the rear with a reservoir, which supplies the lock system by gravity with finely divided fuel.
  • the conveyance of the solid or the transport of solids is advantageously influenced by the introduction of gas, so that gas introduction devices can be located at any point of the sluice system, the dense flow conveying lines or the receiver, via which the delivery or the solids transport is influenced.
  • the lock containers can be of any kind. These can be made as a cylinder or as a ball.
  • the lock containers are equipped with downwardly extending discharge cones whose angles are predetermined by the bulk material properties, so that bridging is counteracted and a uniform flow of material is ensured. That's why they ideally run downhill. The execution of the fuel then takes place downward in the direction of gravity.
  • the reservoir and the subsequent storage tank are preferred shaped like that.
  • the lock containers have inlet valves, through which the lock containers are pressurized.
  • the lock containers are equipped according to the prior art with nozzles, shut-off and control valves to regulate the flow of solids to be stripped and stretched or to perform pressure equalization can.
  • the expanded gases can be added in an advantageous embodiment of the invention back into the grinding device and / or in the reservoir for the fuel.
  • the lines preferably pass through dust collectors. This separates the dust and leads them to an orderly disposal or leads him, for example, back to the reservoir.
  • devices can be located at any point of the sluice system, the dense phase conveying line, the fuel lines or the expansion lines, with which the gas stream can be freed from solid matter or from dusts. It is therefore advantageous to connect the lock container with the storage tank on the gas side.
  • the lines may contain gas introduction devices at any point. These may be, for example, so-called "boosters.”
  • solids handling devices that are likely to become caked, clogged, or bridged may include additional gas introduction devices that can loosen up the solids any point introducing devices for gas included.
  • the lock containers are advantageously mounted so that they are arranged symmetrically to the merge element, so that connecting pieces between the lock containers and the merge element are preferably the same length.
  • the union elements can in principle be of any kind. Preferably, these are devices that perform the function of mixing elements take. Examples of suitable joining elements are shown in EP 340 419 B1, where the elements shown there are reversed in their function and are used here as joining elements. These can be any type of pipe, preferably hoses or flanges.
  • the connecting devices or the joining element can be applied advantageously for the material distribution with gas. If several unifying elements are used, they can also be subjected to gas individually.
  • a gas introduction device is preferably located on the union element.
  • the storage container contains in one embodiment of the invention devices for pressing gas or gas introduction devices.
  • the pipe for supplying solid material into the storage tank usually ends above the solids bed and can be carried out depending on the bulk material properties in one embodiment of the invention, even below the solids level in the storage tank. Since the solids level for the advantageous embodiment of the method is subject to only slight fluctuations, this may be in a lower or central height position of the storage container. As a result, with good gas retention capacity of the solid, a lower bulk density in the receiver tank can be realized, which reduces the additional gas requirement for the delivery to the burners.
  • the device according to the invention can at any point contain plant parts which are required for the operation of a supply device for solid fuels. These can be pumps, but these can also be heating or cooling devices. These include valves or shut-off devices. These can in principle be attached at any point.
  • injectors are possible. For this purpose, for example, so-called “boosters” (gas inducers) can be used, but gas jet pumps are also possible.
  • boosters gas inducers
  • the device according to the invention also includes thermometers or flow sensors for gases and solids, pressure sensors, fill level measuring devices or other measuring devices.
  • FIG. 1 shows the process flow of a coal gasification plant equipped with a fuel supply device according to the invention.
  • the fuel 1 is delivered and enters a mill or a suitable grinding device 2.
  • the finely divided fuel is then passed through a dust separator 3 through the fuel line 3a into a reservoir 4. There, the fuel is stored intermediately. Thereafter, the fuel enters the lock container 5.
  • the lock containers 5 serve to pressurize the fuel by gas supply. For this purpose, 5 inlet devices for gas 6a, 6b o- above the bed and introduction devices for gas 6'a, 6'b are at the lock containers 5 in the bed. Between the lock containers 5 is a compensation line 7, which can be opened if necessary.
  • an expansion line 8 leads to the relaxation of the pressure over which the expanded gas can be used completely or only partially for inerting in the grinding device 2.
  • the expanded gas can also be used for inerting the reservoir 4.
  • a heat exchanger 8d or another suitable device for supplying heat may be present in the line.
  • two lock containers 5a, 5b use a subsequent delivery line 12 via the joining element 10. Proceeds advantageously in such a way that the lock containers 5a, 5b alternately feed the solid via the joining element 10 in the Nachré effet 12 of dense phase conveying.
  • the described procedure is also possible and advantageous with more than two lock containers 5.
  • the storage tank 13 there is ideally a constant level level 13a.
  • the pressure level of the reservoir 13 can be kept constant by means of excess gas 21 or feed gas 22 by means of gas displacement method.
  • the solid reaches the coal gasification reactor 15 via fuel lines 14a, 14b with one or more burners 16a, 16b.
  • the entire device for supply of solid fuel is located here in a separate part of the plant, the building of the grinding plant 17a.
  • the coal gasification reactor 15 is located together with the storage tank 13 in another part of the building, the building of gas generation 17b.
  • the admission pressure of the propellant gas 23 is about 10 bar relative to the lock bunker, while the pressure of the return gas 20 is only about 1-2 bar above the pressure of the lock bunker.
  • the gas recirculation is incorporated into the pressure control of the receiver tank 13 as follows: Starting from the consideration that excess gas 21 is to be removed from the feed tank 13 under constant operating conditions, the pressure increase in the feed tank 13 is avoided by the released gas quantity from the injector 18 sucked off and fed into the lock box 5. If the pressure in the storage tank 13 continues to increase, the excess flow is discharged as excess gas 21. This gas can optionally be used profitably, for. For example, for the substitution of purge gases which are fed to the gasification reactor at various points. If, in particular during the starting process, an increase in pressure of the reservoir 13 is required, which can not be realized via the excess gas 21, with closed valves in the lines for return gas 20 and excess gas 21, the shortage is provided by means of fresh feed gas 22.
  • the string gas used as propellant gas 23 for the injector 18 is tracked via the pressure control of the lock container 5.
  • the propellant gas quantity is 70-100% of the replenishment gas requirement.
  • the setpoint value of the lock bunker pressure is determined (or not shown) from a standing position in the storage tank 13 via a cascade (or not shown). For the state, a fixed setpoint (eg 50%) is given. When the setpoint value is exceeded, the value of the differential pressure between lock container 5 and receiver tank 13, which is predetermined by the controller cascade, is reduced so that the post-pumped solid mass flow decreases; if the setpoint value is undershot, an opposite controller intervention takes place.
  • 3 to 8 show by way of example arrangements with a different number of lock containers 5 and union elements 10. These are linked in various ways via pipelines.
  • FIG. 3 shows a device according to the invention comprising three lock containers 5 and one joining element 10, each lock container 5 being connected to the joining element 10 via a connecting device 9, and the joining element 10 being connected to the feed container 13 via a feed line 12.
  • the joining element 10 can be acted upon with gas via the gas line 11.
  • FIG. 4 shows a device according to the invention comprising three lock containers 5 and two joining elements 10, two lock containers 5 being connected to the first joining element 10a via connecting devices 9a, 9b, and the first joining element 10a being connected to the second joining element 10b via a further connecting device, and the third lock container 5 is connected directly to the second joining element 10 b via a connecting device 9 c, and the second joining element 10 b is connected to the feed container 13 via a feed line 12.
  • FIG. 5 shows a device according to the invention comprising four lock containers 5 and three joining elements 10, two lock containers 5 being connected via connecting devices 9a-9d, each having a joining element 10, and these joining elements 10 being connected to the third joining element 10c via further connecting devices 9e, 9f are, and the third union element 10c is connected via a Nachtone réelle 12 with the storage tank 13.
  • FIG. 6 shows a device according to the invention comprising six lock containers 5 and two joining elements 10, three lock containers 5 being connected via connecting devices 9, each with one joining element 10, and these joining elements 10 being connected to the storage container 13 via separate feed lines 12a, 12b ,
  • FIG. 7 shows a device according to the invention comprising eight lock containers 5 and two joining elements 10, four lock containers 5 being connected via connecting devices 9a, 9b each having a joining element 10, and these joining elements 10 being connected to the feed container 13 via separate feed lines 12 ,
  • FIG. 8 shows a device according to the invention comprising eight lock containers 5 and three joining elements 10, four lock containers 5 each being connected via connecting devices 9 to one joining element 10a, 10b each, and these joining elements 10a, 10b via further connecting devices 9 to the connecting device third joining element 10c are connected, and the third joining element 10b is connected via a Nachchromat für 12 with the storage tank 13.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Versorgung einer Kohlevergasungsanlage mit feinzerteiltem Brennstoff, wobei der Brennstoff zunächst in einem Vorratsbehälter gelagert wird und dann in ein Schleussystem geführt wird, wo es für die Kohlevergasungsreaktion mit Gas beaufschlagt wird, und das Schleussystem aus mindestens zwei Schleusbehältern besteht, um das Aufpressen mit Gas quasi-kontinuierlich zu gestalten, und der Brennstoff dann in einen Vorlagebehälter gelangt, in dem ein über die Zeit konstantes Füllstandsniveau herrscht, so dass von diesem Vorlagebehälter aus der Brennstoff gleichmäßig, störungsfrei und unter Druck zu den Brennern gefördert wird, die Übergabe von mindestens zwei Schleusbehältern an mindestens einen Vorlagebehälter mittels pneumatischer Dichtstromförderung bei Feststoffdichten von mindestens 100 kg/m3 und unter einem Differenzdruck von mindestens 0.5 bar erfolgt, so dass die Vorrichtungsteile in der gleichen oder in verschiedenen geodätischen Höhen angeordnet sein können, so dass eine platzsparende und flexible Anlagenbauweise möglich wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren mit einer kontinuierlichen und gleichmäßigen Zufuhr von feinzerteiltem Brennstoff in einen Kohlevergasungsreaktor.

Description

Nachfördersystem in einen Kohlevergasungsreaktor
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die geregelte Nachförderung von feinkörnigem bis staubförmigem Brennstoff in einen unter Druck stehenden Vorlagebehälter für ein Druckvergasungsverfahren, in dem fein zerteilte Brennstoffe oder staub- förmige (< 0.5 mm) Brennstoffe, z.B. Kohle, Petrolkoks, biologische Abfälle bzw. Brennstoffe in der Schwebe bei geringer Partikelbeladung (< 50 kg/m3; keine Wirbelschicht) mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln unter erhöhtem Druck bei Temperaturen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes umgesetzt werden.
[0002] Bei der Durchführung von Druckvergasungen wird ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit einem sauerstoffhaltigen Gas umgesetzt, wobei das sauerstoffhaltige
Gas in unterstöchiometrischem Verhältnis zugeführt wird, so dass man ein kohlenmo- noxidhaltiges Produktgas erhält. Enthält das Reaktionsgas Wasserdampf, so besitzt das Produktgas Synthesegascharakter und enthält größere Anteile an Wasserstoff. Um unter unterstöchiometrischen Bedingungen einen möglichst vollständigen Umsatz zu erreichen, muss der Brennstoff feinzerteilt in den Reaktor geführt werden. Die Reaktion findet üblicherweise unter erhöhtem Druck statt.
[0003] Da Vergasungsreaktionen nur wirtschaftlich zu betreiben sind, wenn der Betrieb über eine größere Zeitdauer kontinuierlich durchgeführt wird, muss die zufließende, feinzerteilte Brennstoffmenge in der Zeiteinheit möglichst konstant sein, um ei- nen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Die Einschleusung des Brennstoffs auf das notwendige Druckniveau und die Zuführung des Brennstoffes unter Druck ist bei Kohlevergasungsreaktionen beständig ein zu lösendes Problem. Aus diesem Grund beinhalten Kohlevergasungsanlagen stets auch Anlagenteile, deren Aufgabe es ist, eine störungsfreie Versorgung des Reaktors mit Brennstoff zu gewährleisten. Dies sind in der Regel spezielle Dosierungsbehälter und auf Basis von Schwerkraftfluss betriebene Schleusvorrichtungen.
[0004] Auch der Einsatz von Dosierbehältern beseitigt die Druckschwankungen, die beim Befüllen des Reaktors auftreten, nicht immer vollständig. Dadurch kann es zu Druckschwankungen bei der Kohlevergasungsreaktion kommen, wodurch sich das Synthesegas in seiner Zusammensetzung zeitlich ändert. Besonders das diskontinuierliche Auffüllen des Dosierbehälters aus den Druckschleusen erzeugt Druckschwankungen, die die als Triebkraft der Förderung zwischen Dosierbehälter und Brenner dienende Druckdifferenz unvorteilhaft beeinflusst. [0005] Auch die Einschleusung des Brennstoffes durch Schwerkraftfluss, die bei der Versorgung von Kohlevergasungsreaktoren mit Brennstoff durchgeführt wird, ist eine potentielle Fehlerquelle. Da der feinzerteilte Brennstoff je nach Beschaffenheit und Trocknungsgrad verkleben oder verpfropfen kann, verläuft die Förderung manchmal nur schubweise oder wird unvorhergesehen periodisch unterbrochen. Zudem sind auf Schwerkraftfluss basierende Schleussysteme häufig aufwendig zu konstruieren, da eine Übereinanderkonstruktion von Behältern notwendig ist, zwischen denen eine Förderung erfolgen soll.
[0006] Brennstoffeinspeisesysteme nach dem Stand der Technik sind aufwändig und nicht immer betriebssicher. Bei Anlagen größerer Kapazität führt die räumliche Trennung von Mahl- und Vergasungsanlage zu einem erheblichen Zusatzaufwand für den Transport des feinzerteilten Brennstoffes von der Mahlanlage zum Brennstoffeinspeissystem. Hierzu sind zusätzliche Ausrüstungen (Fördergefäße oder pneumatische Pumpen, Filter, Pufferbehälter über den Einspeissystemen) erforderlich. Hierzu kom- men noch erhebliche Aufwendungen für Verrohrung, Mess- und Regeltechnik, sowie für Bauleistungen, letzteres insbesondere aufgrund der exponierten Lage der Pufferbehälter auf dem höchsten Niveau der Vergasungsanlage. Gleichzeitig haben sich Schleussysteme, die nach dem Prinzip des Schwerkraftflusses arbeiten, als nicht ausreichend betriebssicher erwiesen. Zusätzliche Ausrüstungen bringen in jedem Fall ein zusätzliches Versagensrisiko mit sich.
[0007] Neben dieser allgemein bekannten Tatsache sind mit dem Prinzip der Schwerkraftschleusung spezielle Funktionsrisiken verbunden. Trotz vieler, unterschiedlichster Ansätze hat es sich als außerordentlich schwierig erwiesen, den Prozess der Behälterbespannung so schonend durchzuführen, dass innere Spannungen im Schütt- gut hinreichend niedrig gehalten werden. In vielen Fällen wird das Schüttgut lokal derart kompaktiert, dass sich nachfolgend der Schwerkraftfluss zum Vorlagebehälter nicht oder nur in unzureichendem Maße einstellt. Hierdurch sinkt das Feststoffinventar des Vorlagebehälters ab, was oftmals zu einer Leistungsbeschränkung der Vergasungsanlage oder sogar zu deren Ausfall führt.
[0008] Das Problem verschärft sich, wenn eine Überdimensionierung aufgrund hoher Anlagenkapazität an Baugrenzen stößt und wenn die Vergasungsanlage für weiter erhöhten Druck (typisch 4 MPa) gegenüber den seit einigen Jahren in Betrieb befindlichen Anlagen (typisch 2.5 MPa) auszulegen ist. [0009] Bedingt durch die Schwerkraftschleusung aus dem Schleusbehälter in den Vorlagebehälter ergeben sich, sofern sich der gewünschte Schwerkraftfluss einstellt, sehr große Übergabemassenströme und damit vergleichweise kurze Übergabezeiten. Durch die Feststoffübergabe während der Schleusung wird der Füllstand im Vorlage- behälter angehoben. Der Füllstand sinkt dann wieder kontinuierlich durch die den Brennern zugeführte Brennstoffmenge ab und wird mit der nächsten Schleusenübergabe wieder angehoben. Dadurch ergeben sich im Vorlagebehälter zeitlich ändernde Bedingungen, die sich sogar auf die Gleichmäßigkeit der Förderung aus dem Vorlagebehälter heraus auswirken können. Erheblich vorteilhafter ist es, sowohl die Druckbe- dingungen, den Füllstand und den Impulseintrag in die Schüttung, z.B. durch hereinfallendes Gut, zeitlich so konstant wie möglich zu halten.
[0010] Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme durch einen Dosierbehälter, der den feinzerteilten Brennstoff unter Druck enthält und der erfindungsgemäß eine nahezu konstante Füllhöhe mit Brennstoff besitzt. Diese nahezu konstante Füllhöhe im Vorlagebehälter wird erfindungsgemäß durch die Feststoffnachförderung aus mindestens zwei Schleusbehältern über mindestens eine gemeinsam genutzte Nachförderlei- tung, die zur Dichtstromförderung geeignet ist, realisiert. Da die Nachförderleitung schwerkraftunabhängig arbeitet, ist es außerdem möglich, den Vorlagebehälter und die zufördernden Schleusbehälter in unterschiedlichen geodätischen Höhen und außer- dem in größerer räumlicher Entfernung voneinander aufzustellen. Dies kann beispielsweise auch in einem anderen Gebäude sein.
[0011] Dosierungseinrichtungen für Brennstoff, die den Brennstoff über einen Dosierbehälter mit vorgelagertem Schleussystem in den Reaktor fördern, sind bekannt. Die US 5143521 A beschreibt ein System zur Förderung von Brennstoff in einen Vorla- gebehälter, der unter Druck stehenden Brennstoff lagert und der durch ein System von Schleusbehältern kontinuierlich mit feinverteiltem Brennstoff versorgt wird. Die Schleusbehälter sind durch eine Leitung miteinander verbunden und werden wechselseitig mit Druck beaufschlagt. Der Druck des Entspannungsgases kann über ein System von Expansionsturbinen, Venturirohren und Kompressoren zum Aufpressen des jeweils anderen Schleusbehälters genutzt werden. Auf diese Weise kann feinverteilte Kohle von atmosphärischen Bedingungen auf einen für die Kohlevergasung geeigneten Druck gebracht werden. Als Druckgas wird Stickstoff genutzt.
[0012] Die DE 102005047583 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dosierung und Zuführung von Brennstäuben unter Druck in einen Kohleverga- sungsreaktor. Um die zeitlich konstante Zuführung von Brennstoff in den Kohleverga- sungsreaktor zu gewährleisten, wird der Brennstoff in einem Dosierbehälter zwischengelagert, in dessen Unterteil durch Zuführung von Gas über dem Gefäßboden eine dichte Wirbelschicht entsteht, durch die der Brennstaub kontinuierlich über Brenner einem unter Druck stehenden Vergasungsreaktor zugeführt wird. Die eigentliche Förde- rung in die Brenner erfolgt dabei durch eine sogenannte Flugförderung, wobei die Zuführung von Hilfsgas in die Förderleitung hinter dem Brenner dazu genutzt wird, eine Druckdifferenz zu generieren, mit der der Brennstoff dann in die Brenner transportiert wird. Der Dosierbehälter wird über zwei Schleusen mit Brennstoff versorgt, die den Brennstoff mittels Schwerkrafteinwirkung und einer Zellradschleuse in den Dosierbe- hälter transportieren. Dies ist jedoch störanfällig und benötigt räumlich hohe Konstruktionen. Eine Verwendung von mahlenden Vorrichtungen wird nicht erwähnt.
[0013] Die vorliegende Erfindung beschreibt ein integriertes Verfahren zur Zerkleinerung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes, die Beaufschlagung des Brennstoffes mit Druck durch ein geeignetes Gas, die Verteilung und den Transport des Brennstof- fes in ein Vorlagegefäß und die Förderung in den Reaktor. Der Transport, die Verteilung des Brennstoffes und die Förderung in den Reaktor werden in einer sogenannten Nachförderleitung durch eine Dichtstromförderung vorgenommen. Dadurch kann die gesamte Versorgungskette des Reaktors mit Brennstoff ohne Schwerkraftförderung vorgenommen werden. Die Vergaseraustrittstemperaturen des Reaktors liegen bevor- zugt oberhalb des Schlackeschmelzpunktes im Bereich 1200 - 20000C und der Druck beträgt vorzugsweise 0.3 - 8 MPa.
[0014] Als Dichtstromförderung wird dabei eine pneumatische Förderung bezeichnet, die die Brennstoffpartikel nicht als Einzelpartikel transportiert, sondern als Dichtstromförderung in Form von dichten Füllungen oder Pfropfen, die den gesamten Rohr- querschnitt ausfüllen. In der Regel besitzen Dichtstromförderungen Geschwindigkeiten von 4 bis 5 m/s, wobei die hohe Feststoffbeladung des Gasstromes zu einer dennoch hohen Transportmenge führt. Die Dichtstromförderung ist sehr materialschonend und ist vor allem wenig störanfällig gegenüber verklebendem oder feuchtem Transportgut. Die vorliegende pneumatische Dichtstromförderung erfolgt bevorzugt bei Feststoffdich- ten von mindestens 100 kg/m3 und unter einem Differenzdruck von mindestens 0.5 bar.
[0015] Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen zu einem gekühlten Reaktor (15) zur Vergasung mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln unter Druck, wobei • die Vergaseraustrittstemperaturen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes im Bereich 1200 - 20000C liegen und der Druck 0.3 - 8 MPa beträgt,
• und der fein zerteilte Brennstoff über ein Schleusensystem auf ein Druckniveau oberhalb des Vergaserdruckes gebracht, an mindestens einen Vorla- gebehälter übergeben und von dort aus im Dichtstrom über mindestens eine
Brennstoffleitung einem oder mehreren Vergasungsbrennern an einem oder mehreren Vergasern dosiert zugeführt wird, und
• die Übergabe von mindestens zwei Schleusbehältern an mindestens einen Vorlagebehälter mittels gemeinsam, gleichzeitig oder nacheinander genutz- ter pneumatischer Nachförderleitung bei Feststoffdichten von mindestens
100 kg/m3 und unter einem Differenzdruck von mindestens 0.5 bar erfolgt.
[0016] In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Übergabe von den Schleusbehältern an den oder an die Vorlagebehälter über mindestens eine Verbindungsvorrichtung und mindestens ein Vereinigungselement geregelt wird, und die Übergabe von dem Vereinigungselement an den Vorlagebehälter über einzelne Verbindungsvorrichtungen oder über weitere Vereinigungselemente mit übergebenden Verbindungsvorrichtungen vorgenommen wird.
[0017] Die übergebenden Verbindungsvorrichtungen sind beispielhaft als Nach- förderleitungen gestaltet, die zur Dichtstromförderung geeignet sind. Durch die Installa- tion von Vereinigungselementen hinter den Schleusbehältern erfolgt die Brennstoffförderung von den Schleusbehältern zu den Vorlagebehältern über eine Anzahl von Nachförderleitungen, die geringer ist als die Anzahl der Schleusbehälter. Auch ist es möglich, die den Feststoff aus den Ausläufen der Schleusbehälter nicht direkt in die Vereinigungselemente zu leiten, sondern über Verbindungsstücke, so dass dieser erst über Leitungen in die Vereinigungselemente und anschließend in die Nachförderleitung gelangt. Hierbei ist die Zahl der Vereinigungselemente niedriger als die Zahl der Schleusbehälter und sie kann gleich der Anzahl der Nachförderleitungen sein. Die Vereinigungselemente sind möglichst nah am Auslaufstutzen und möglichst symmetrisch zu diesen angeordnet, um einen störungsfreien Festststofffluss zu gewährleisten.
[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Brennstoff mit einer Mühle oder einer geeigneten Mahlvorrichtung in eine feinzerteilte Form gebracht. Dazu kann der Brennstoff in einer beliebigen Form zur Verfügung gestellt werden. Es ist möglich, den Brennstoff bereits in feinzerteilter Form zu liefern. In diesem Fall werden nur die Beaufschlagung des Brennstoffes mit Druck und der Transport in den Reaktor beansprucht. In der Regel ist jedoch der Mahlprozess ein integrierter Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere dann, wenn sich die mahlende Vorrichtung in räumlicher Nähe des Reaktors befindet. In einer bevorzugten Aus- führung der Erfindung ist die Kohlemahl- und Kohletrocknungseinheit („Coal milling and drying unit", CMD) ein integrierter Anlagenbestandteil der Kohlevergasung.
[0019] Zur Ausführung der Schleusfunktion werden die Schleusbehälter mit einem Gas druckbespannt. Es kann beispielhaft rezykliertes Prozessgas verwendet werden. Hierzu kann aber auch ein inertes Gas verwendet werden. Das Aufpressen wird vor- teilhaft mit Inertgasen (z.B. Stickstoff, Kohlendioxid) oder mittels Prozessgasen oder Recyclegasen vorgenommen. Um den Schleusprozess vorteilhaft zu gestalten, geht der Bespannung der Schleusbehälter durch zugeführtes Gas eine gegenseitige Teilbespannung der Schleusbehälter voran. Um den Prozess möglichst konstant zu handhaben, werden die Schleusbehälter abwechselnd be- und entspannt.
[0020] In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Mahlkreislauf inertisiert und zur Inertisierung des Mahlkreislaufes werden die Entspannungsgase der Schleusbehälter genutzt. Diese werden zur Ausführung der Schleusfunktion regelmäßig entspannt, wobei das dabei ausgeführte Gas vorteilhaft in die Vorrichtungen zum Mahlen zurückgeführt werden kann. Dies gestaltet den Prozess betriebsicher und hält die Betriebskosten der Anlage günstig. Das Gas des Mahlkreislaufes wird weiterhin entstaubt. Hierzu wird eine Staubabscheidevorrichtung eingesetzt. Diese kann auch zur Entstaubung der Entspannungsgase der Schleusbehälter genutzt werden. Prinzipiell kann das Be- oder Entspannungsgas an jeder beliebigen Stelle des Prozesses durch eine Staubabscheidevorrichtung entstaubt werden.
[0021] Der feinzerteilte Brennstoff wird dann bevorzugt in einen Vorratsbehälter gegeben. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den Brennstoff je nach Bereitstellung zu lagern und den Rohstofffluss zeitweise abzupuffern. Auf diese Weise können Engpässe ausgeglichen werden, die durch spätere Auffüllung kompensiert werden.
[0022] Für die erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens kommen alle festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe in Betracht, die sich durch Zermahlen oder Zerkleinern in eine feinzerteilte Form bringen lassen. Dies können insbesondere alle Arten von Kohle sein, wozu Steinkohle, Braunkohle und prinzipiell Kohlen aller Inkohlungsarten geeignet sind. Als Brennstoffe sind aber auch biologische Brennstoffe wie Holz, Biomassen, und andere Brennstoffe wie Plastikabfälle und Petrolkoks oder Mischungen daraus geeignet. Um das erfindungsgemäße Verfahren ausführen zu können, sollten sich die Brennstoffe lediglich in eine feinzerkleinerte und durch Dichtstromförderung transportierbare Form bringen lassen.
[0023] Nach dem Vorgang des Zerkleinerns und der Lagerung in dem Vorratsbe- hälter wird der Feststoff in das Schleussystem gegeben, in dem der Feststoff zur Durchführung der Vergasungsreaktion mit Druck durch Gaszugabe beaufschlagt wird. Der Vorratsbehälter ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung drucklos. Die Förderung des Feststoffes in die Schleusbehälter erfolgt dabei vorteilhaft durch Schwerkraft.
[0024] Das Schleussystem besteht für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus mindestens zwei Schleusbehältern. Dadurch wird es ermöglicht, die Entleerungsvorgänge aneinander anzuschließen, so dass ein nahezu kontinuierlicher Materialfluss stattfindet. In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Schleusbehälter einzeln mit Druck beaufschlagt.
[0025] In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei Schleusbehälter verwendet, um einen kontinuierlichen Materialfluss zu gewährleisten. Dadurch sind die Investitionskosten für die Anlage gering. In einer weiteren Ausführung der Erfindung können aber auch drei oder mehr Schleusbehälter verwendet werden. Dies ist insbesondere bei hohen Anlagendurchsätzen sinnvoll.
[0026] Es ist möglich, mehrere Schleusbehälter und mehrere Vereinigungselemente einzusetzen. Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Schleusbehälter und Vereinigungselemente in beliebiger Anzahl umfassen. Die Zahl der Schleusbehälter richtet sich nach dem Durchsatz der Anlage. Die Zahl der Vereinigungselemente richtet sich nach der Anzahl der Schleusbehälter und nach der Anzahl der Nachförder- leitungen. Hierbei sind verschiedene und prinzipiell beliebig viele Anordnungen möglich. Auch kann die Verknüpfung der Schleusbehälter und der Vereinigungselemente prinzipiell beliebig erfolgen. Hierzu kann eine beliebige Anzahl an Verbindungsvorrichtungen verwendet werden. Bevorzugte Verbindungsvorrichtungen sind Rohrleitungen. Möglich sind aber auch beispielsweise Schläuche oder Flansche. Auch die Art der räumlichen Verknüpfung kann beliebig erfolgen.
[0027] Nach dem Aufpressen der Behälter wird der darin befindliche Brennstoff dosiert abgegeben und der Druck in den Behältern wird anschließend entspannt. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Entspannungsgas genutzt, um den nächsten zyklusgemäßen Schleusbehälter teilweise mit Druck zu beaufschlagen. Dies kann durch direkte Einleitung des Entspannungsgases in den aufzupressenden Behälter zur Verbesserung der Effizienz erfolgen.
[0028] Um die Beladung des Expansionsgases mit Staub zu verringern, wird das entspannte Gas vorteilhaft in den Staubabscheider geleitet, der auch zum Entstauben des Gases aus dem Vorratsbehälter oder aus dem Mahlvorgang dient. Prinzipiell ist es auch möglich, das Gas mit mehreren unabhängigen Staubabscheidern von Feststoffstäuben zu reinigen. Um die Investitionskosten gering zu halten, ist es vorteilhaft, nur einen Staubabscheider zu verwenden.
[0029] Der Materialfluss aus den Schleusbehältern wird über mindestens ein Vereinigungselement und die Nachförderleitung dem Vorlagebehälter zugeführt. Um den Vorteil der Erfindung nutzen zu können, erfolgt die Entleerung der Schleusbehälter so nacheinander, dass ein nahezu kontinuierlicher Brennstofffluss zum Vorlagebehälter erreicht wird. Dadurch lässt sich der nachfolgende Vorlagebehälter für den Verga- sungsreaktor mit einem kontinuierlichen und unter einem für die Vergasungsreaktion geeigneten Druck stehenden Materialfluss versorgen, wobei der Füllstand im Vorlagebehälter nahezu konstant bleibt. Der Brennstofffüllstand in dem Vorlagebehälter lässt sich mit der vorteilhaften Ausführung des Verfahrens so einstellen, dass er zeitlich um nicht mehr als ± 30 % schwankt. Bei einer fachmännischen Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ist es ohne weiteres möglich, die Füllhöhenschwankung in dem Vorlagebehälter über einen langen Zeitraum in einem Bereich von nicht mehr als ± 10 % zu halten.
[0030] Der Füllstand im Vorlagebehälter kann auch dadurch konstant gehalten werden, indem die Nachförderung des feinzerteilten Brennstoffes aus den Schleusbe- hältern durch Anpasssung des Differenzdruckes zwischen Schleus- und Vorlagebehälter geregelt wird. Die Zu- oder Abfuhr von Gas in den Freiraum der Schleusbehälter beeinflusst die Druckdifferenz zwischen Schleusbehälter und Vorlagebehälter und wird als Regelgröße für den Feststofftransport genutzt.
[0031] Die fein zerteilten Brennstoffe haben zur Ausführung des Verfahrens vor- zugsweise einen Durchmesser, der kleiner als 0.5 mm ist. Dies wird durch einen Mahl- und Zerkleinerungsprozess erreicht. Der Feststoffaustrag aus dem Schleusbehälter kann durch Zugabe von Gas in den Schleusbehälter in unmittelbarer Nähe des Auslaufstutzens unterstützt werden. Die Dichte in der Nachförderleitung wird vorteilhaft durch Zugabe von Gas in die Nachförderleitung oder in das Vereinigungselement oder in beides eingestellt. Die Zugabe von Gas kann an dieser Stelle auch dazu genutzt werden, die Nachförderleitung oder das Vereinigungselement zu spülen. Auch die Verbindungsstücke zwischen Schleusbehälter und Vereinigungselement können mit Gas beaufschlagt werden.
[0032] Die am Austritt des Schleusbehälters zugeführte Fördergasmenge wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung im Vorlagebehälter zurückgewonnen und mittels eines Injektors in den Schleusbehälter zurückgeführt. Das rückgeführte Fördergas zusammen mit dem Treibgas des Injektors wird als Replacementgas für den sich leerenden Schleusbehälter und damit auch zur Druckhaltung des Schleusbehälters während des Fördervorgangs verwendet.
[0033] Für bestimmte Anforderungszwecke kann es auch vorteilhaft sein, dass zwei oder mehrere Schleusbehälter gleichzeitig oder zeitweise gleichzeitig Feststoff in eine Förderleitung abgeben. Der Gasausgleich zwischen den Behältern kann dann vor- teilhaft über eine Gasverbindungsleitung zwischen den Behältern erfolgen.
[0034] Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Prozesse gehören, die Folgeprozesse des erfindungsgemäßen Kohlevergasungsprozesses sind. Ebenfalls gehören zu dem erfindungsgemäßen Verfahren Verfahrensschritte, die für einen routinemäßigen Betrieb des Reaktors notwendig sind. Dies können beispielsweise Reini- gungsschritte sein. Dies können aber auch unterstützende Verfahrensschritte wie das Zuführen von Gas zur Lockerung von Pfropfen sein. Möglich sind auch Verfahrensschritte zur Messung von Parametern wie Füllständen, Durchflüssen, Drücken oder der Temperatur. Die Erfindung beschreibt insbesondere auch eine Vorrichtung, mit der dieses Verfahren ausgeführt werden kann. Hierzu können sich in der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung alle Anlagenteile befinden, die zum Betrieb einer Kohlevergasung nach dem erfindungsgemäßen Prozess notwendig sind.
[0035] Beansprucht wird auch eine Vorrichtung zur Zuführung von festen Brennstoffen in einen Reaktor zur Vergasung fester Brennstoffe, umfassend
• eine mahlende Vorrichtung, • einen Staubabscheider,
• einen Vorratsbehälter, • mindestens zwei Schleusbehälter,
• mindestens eine Verbindungsvorrichtung zur Dichtstromförderung,
• einen Vorlagebehälter,
• einen Vergasungsreaktor, wobei
• die mahlende Vorrichtung über Verbindungsvorrichtungen mit einem Vorratsbehälter verbunden ist, wobei sich zwischen der mahlenden Vorrichtung und dem Vorratsbehälter ein Staubscheider befindet, und
• der Vorratsbehälter über Verbindungsvorrichtungen, die zur Schwerkraftförderung oder zur Dichtstromförderung geeignet sind, mit den Schleusbehältern verbunden ist, und
• die Schleusbehälter über gemeinsam genutzte Verbindungsvorrichtungen, die als Nachförderleitung zur Dichtstromförderung geeignet sind, mit einem Vorlagebehälter verbunden sind und dieser Vorlagebehälter über weitere Brennstoffleitungen mit dem Vergasungsreaktor verbunden ist.
[0036] Die Dichtstromförderung vom Schleusensystem zum Vorlagebehälter erlaubt es, den Vorlagebehälter auf gleicher oder unterschiedlicher geodätischer Höhe wie das Schleusensystem aufzustellen. Im Falle von den bisher bekannten Schwerkraftschleussystemen ist es zwingend erforderlich, dass sich die Schleusbehälter oberhalb des Vorlagebehälters befinden. Durch diese Maßnahme lässt sich die Bauhöhe der gesamten Anlage erheblich verkleinern. Auch ist möglich, das Schleusensystem und den Vorlagebehälter und den Reaktor in verschiedenen Gebäuden unterzubringen. Es ist auch ein Vorteil der Erfindung, niedrigere Bauhöhen für die entsprechenden Anlagen wählen zu können. Die Anordnung der verschiedenen Anlagenbauteile kann beliebig erfolgen, so dass man in der räumlichen Planung der Anlage flexibel ist.
[0037] Die Übergabe des Brennstoffes von den Schleusbehältern an den oder an die Vorlagebehälter erfolgt über mindestens eine Verbindungsvorrichtung und mindestens ein Vereinigungselement, und die Übergabe von dem Vereinigungselement an den Vorlagebehälter über einzelne Nachförderleitungen zur Dichtstromförderung. Die Übergabe von dem Schleusbehälter an die Vorlagebehälter kann über weitere Vereini- gungselemente mit übergebenden Verbindungsvorrichtungen vorgenommen werden. [0038] Je nach Ausführung des Verfahrens ist es möglich, 2 oder mehr Schleusenbehälter zum Aufpressen des Brennstoffes zu nutzen. Dies ist insbesondere bei Anlagen mit hohen Brennstoffdurchsätzen sinnvoll oder wenn höhere Drücke auf das Schleusensystem aufgepresst werden müssen. Die Schleusbehälter sind eingangssei- tig mit einem Vorratsbehälter verbunden, der sowohl mit Hilfe einer Dichtstromförderung als auch über Schwerkraftförderung den Brennstoff in die Schleusbehälter fördert. Hierzu kann an einer geeigneten Stelle zwischen dem Vorratsbehälter und den Schleusbehältern eine Zellradschleuse oder eine Materialweiche vorhanden sein. Es können sich auch Zwischenbehälter, Sendebirnen oder Gaseinspeisevorrichtungen zwischen dem Vorratsbehälter und den Schleusbehältern befinden.
[0039] Zur Versorgung der Kohlevergasungsanlage mit Brennstoff kann die Anlage auch eine Mahlvorrichtung oder eine Mühle enthalten. Diese kann beliebig geartet sein. Schließlich kann die Mühle auch zusätzliche Zerkleinerungsvorrichtungen enthalten wie Häcksler für Holz oder Brechvorrichtungen für Kohle. Die Mühle oder Brechvor- richtung kann auch mit Gas beaufschlagbar sein oder inertisierbar sein. Die Schleusbehälter sind in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung räumlich in die Mahlanlage integriert und werden aus mindestens einem Vorratsbehälter für fein zerteilten, getrockneten Brennstoff im Schwerkraftfluss befüllt.
[0040] Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Schleu- sensystem aus zwei oder mehr Schleusbehältern, die von außen unter Druck gesetzt werden können. Das Schleusensystem ist rückwärtig mit einem Vorratsbehälter verbunden, der das Schleusensystem durch Schwerkraftförderung mit feinzerteiltem Brennstoff versorgt. Die Förderung des Feststoffes oder der Feststofftransport wird vorteilhaft über das Einleiten von Gas beeinflusst, so dass sich an jeder Stelle des Schleussystems, der Dichtstromförderleitungen oder des Vorlagebehälters Einleitungsvorrichtungen für Gas befinden können, über die die Förderung oder der Feststofftransport beeinflusst wird.
[0041] Die Schleusbehälter können beliebig geartet sein. Diese können als Zylinder geartet sein oder als Kugel. Vorzugsweise sind die Schleusbehälter mit nach unten verlaufenden Austragskonen ausgestattet, deren Winkel durch die Schüttguteigenschaften vorgegeben sind, so dass einer Brückenbildung entgegengewirkt wird und ein gleichmäßiger Materialfluss gewährleistet ist. Deshalb laufen sie idealerweise nach unten spitz zu. Die Ausführung des Brennstoffes erfolgt dann abwärts in Schwerkraftrichtung. Auch die Vorratsbehälter und der nachfolgende Vorlagebehälter sind bevorzugt so geformt. Die Schleusbehälter besitzen Einlassventile, die durch die die Schleusbehälter mit Druck beaufschlagbar sind. Die Schleusbehälter sind entsprechend dem Stand der Technik mit Stutzen, Absperr- und Regelarmaturen ausgestattet, um den Feststofffluss zu regeln, um ent- und bespannt zu werden oder um Druckausgleiche durchführen zu können.
[0042] Die entspannten Gase können in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung zurück in die Mahlvorrichtung und/oder in den Vorratsbehälter für den Brennstoff gegeben werden. Um das Gas vor Austritt aus dem System oder vor Rezirkulation zur Verwendung innerhalb der Anlage von Staub zu befreien, führen die Leitungen bevor- zugt über Staubabscheider. Dieser trennt den Staub ab und führt diesen einer geordneten Entsorgung zu oder führt ihn beispielsweise wieder dem Vorratsbehälter zu. Prinzipiell können sich an jeder beliebigen Stelle des Schleussystems, der Dichtstrom- förderleitung, der Brennstoffleitungen oder der Entspannungsleitungen Vorrichtungen befinden, mit denen sich der Gasstrom von Feststoff oder von Stäuben befreien lässt. Vorteilhaft ist daher, die Schleusbehälter mit dem Vorlagebehälter gasseitig zu verbinden.
[0043] Die Leitungen können an jeder beliebigen Stelle Gaseinleitungsvorrichtungen enthalten. Dies können beispielsweise sogenannte „Booster" sein. Insbesondere aber können die Ausführungsvorrichtungen für Feststoff, an denen es leicht zu einem Festbacken, zu Verpfropfungen oder Brückenbildung kommen kann, zusätzliche Gaseinleitungsvorrichtungen enthalten, mit denen der Feststoff aufgelockert werden kann. Auch die Schleusbehälter können an jeder beliebigen Stelle Einleitungsvorrichtungen für Gas enthalten.
[0044] Am Materialaustrag der Schleusbehälter befindet sich dann ein Verbin- dungsstück, das den Matehalfluss aus den Schleusbehältern auf das Vereinigungselement führt. Die genannten Vorrichtungen müssen für hohe Drücke ausgelegt sein, da sich der Brennstoff während des gesamten Fördervorgangs vom Schleusbehälter zum Vorlagebehälter auf einem Druckniveau oberhalb dem des Vergasungsreaktors befindet. Um einen geregelten Materialfluss zu ermöglichen, sind die Schleusbehälter vorteilhaft so montiert, das sie symmetrisch zu dem Vereinigungselement angeordnet sind, so dass Verbindungsstücke zwischen den Schleusbehältern und dem Vereinigungselement bevorzugt gleich lang sind.
[0045] Die Vereinigungselemente können prinzipiell beliebig geartet sein. Bevorzugt handelt es sich dabei um Vorrichtungen, die die Funktion von Mischelementen übernehmen. Dies können beispielhaft Rohrweichen oder Y-Stücke, aber auch sogenannte „Rohrheader" sein. Beispiele für geeignete Vereinigungselemente zeigt die EP 340 419 B1 , wobei die dort gezeigten Elemente hier in ihrer Funktion umgekehrt werden und hier als Vereinigungselemente benutzt werden. Auch die Verbindungsvor- richtungen können beliebig geartet sein. Bevorzugt handelt es sich dabei um Rohrleitungen. Möglich sind auch Schläuche oder Flansche.
[0046] Auch die Verbindungsvorrichtungen oder das Vereinigungselement lassen sich für die Materialverteilung vorteilhaft mit Gas beaufschlagen. Werden mehrere Vereinigungselemente verwendet, so können diese auch einzeln mit Gas beaufschlagt werden. Hierzu befindet sich an dem Vereinigungselement bevorzugt eine Gaseinleitungsvorrichtung. Auch der Vorlagebehälter enthält in einer Ausführung der Erfindung Vorrichtungen zum Aufpressen von Gas oder Gaseinleitungsvorrichtungen.
[0047] Die Rohrleitung zum Zuführen von Feststoff in den Vorlagebehälter endet üblicherweise oberhalb der Feststoffschüttung und lässt sich in Abhängigkeit der Schüttguteigenschaften in einer Ausführung der Erfindung auch unterhalb des Feststoffniveaus in den Vorlagebehälter führen. Da das Feststoffniveau für die vorteilhafte Ausführung des Verfahrens nur geringen Schwankungen unterliegt, kann dies in einer unteren oder mittigen Höheposition des Vorlagebehälters sein. Dadurch kann bei gutem Gashaltevermögen des Feststoffs eine geringere Schüttungsdichte im Vorlagebe- hälter realisiert werden, was den zusätzlichen Gasbedarf für die Förderung zu den Brennern reduziert.
[0048] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an jeder Stelle Anlagenteile enthalten, die zum Betrieb einer Versorgungseinrichtung für feste Brennstoffe erforderlich sind. Dies können Pumpen sein, dies können aber auch Heiz- oder Kühlvorrichtungen sein. Hierzu gehören auch Ventile oder Absperrvorrichtungen. Diese können prinzipiell an jeder beliebigen Stelle angebracht werden. Auch die Konstruktion von Injektoren ist möglich. Hierzu können beispielsweise sogenannten „Booster" (Gaseindüser) verwendet werden, möglich sind aber auch Gasstrahlpumpen. Schließlich gehören zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Thermometer oder Durchflusssensoren für Gase und Feststoffe, Drucksensoren, Füllstandsmessgeräte oder sonstige Messeinrichtungen.
[0049] Durch die Konstruktionsweise mit der Dichtstromförderung von den Schleusenbehältern und dem Vorlagebehälter ist es möglich, die gesamte Konstruktion der Anlage in einer niedrigen Bauweise zu gestalten. Die Anlagenteile können durch die schwerkraftunabhängige Förderung in einer beliebigen Weise aufgestellt werden. Durch dieses System lässt sich der Platzbedarf erheblich reduzieren. Durch das System der mehrfachen Schleusbehälter und des vorgelagerten Vorratsbehälters sowie dem konstant gefüllten Vorlagebehälter lässt sich eine störungsfreie und zeitlich sehr konstante Förderung von Brennstoff in den Vorlagebehälter erreichen, auch über einen längeren Zeitraum. Dies dient der Anlagensicherheit und ermöglicht eine gleichbleibend hohe Produktqualität.
[0050] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand von zwei Zeichnungen genauer erläutert, wobei die Ausführungsform nicht auf diese Zeichnungen beschränkt ist.
[0051] FIG. 1 zeigt den Prozessfluss einer Anlage zur Vergasung von Kohle, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Versorgung von Brennstoff ausgerüstet ist. Der Brennstoff 1 wird angeliefert und gelangt in eine Mühle bzw. eine geeignete Mahlvorrichtung 2. Der feinzerteilte Brennstoff wird dann über einen Staubabscheider 3 durch die Brennstoffleitung 3a in einen Vorratsbehälter 4 geleitet. Dort wird der Brennstoff zwischengelagert. Danach gelangt der Brennstoff in die Schleusbehälter 5. Diese sind im dargestellten Beispiel zweifach angeordnet 5a, 5b. Die Schleusbehälter 5 dienen dazu, den Brennstoff chargenweise durch Gaszufuhr unter Druck zu setzen. Dazu befinden sich an den Schleusbehältern 5 Einleitungsvorrichtungen für Gas 6a, 6b o- berhalb der Schüttung und Einleitungsvorrichtungen für Gas 6'a, 6'b in die Schüttung. Zwischen den Schleusbehältern 5 befindet sich eine Ausgleichsleitung 7, die bei Bedarf geöffnet werden kann. Aus den Schleusbehältern 5 führt eine Entspannungsleitung 8 zur Entspannung des Druckes, über die das entspannte Gas vollständig oder auch nur teilweise zur Inertisierung in der Mahlvorrichtung 2 genutzt werden kann. Das entspannte Gas kann allerdings auch zur Inertisierung des Vorratsbehälters 4 genutzt werden. Um das mittels des Gebläses 8b zurückgeführte Kreislaufgas 8c der Mahlvorrichtung 2 auf geeignete Temperaturen zu bringen, kann sich in der Leitung ein Wärmetauscher 8d oder eine andere geeignete Vorrichtung zur Wärmezufuhr befinden. Nach den Schleusbehältern 5a, 5b wird der feinzerteilte Brennstoff über entsprechende Verbindungsvorrichtungen 9a, 9b ausgeführt und gelangt in ein Vereinigungselement 10. Auch das Vereinigungselement 10 kann über eine Gasleitung 11 mit Gas beaufschlagt werden. Das feinzerteilte Material gelangt dann mittels Nachförderleitung 12 in einen Vorlagebehälter 13.
[0052] In der in FIG. 1 dargestellten beispielhaften Variante nutzen zwei Schleus- behälter 5a, 5b über das Vereinigungselement 10 eine Nachförderleitung 12. Dies ge- schieht vorteilhaft in der Weise, dass die Schleusbehälter 5a, 5b abwechselnd den Feststoff über das Vereinigungselement 10 in die Nachförderleitung 12 der Dichtstromförderung einspeisen. Um die Überbrückungszeit zum Umschalten zwischen den Schleusbehältern 5a,5b zu minimieren und um eine nahezu lückenlose Feststoffförde- rung zu erreichen, ist es vorteilhaft, beide Schleusbehälter 5a,5b während des Umschaltvorgangs zeitlich überlappend an das Vereinigungselement 10 anzukoppeln. Dazu ist ein Druckausgleich zwischen dem einem, bereits fast entleerten und dem anderen, noch vollständig befüllten Schleusbehälter 5a, 5b über die vorgesehene Ausgleichsleitung 7 hilfreich. Die beschriebene Vorgehensweise ist natürlich auch mit mehr als zwei Schleusbehältern 5 möglich und vorteilhaft. Im Falle von mehr als zwei Schleusbehältern 5 ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit, das Entspannungsgas desjenigen Schleusbehälters 5, der soeben leergefördert wurde und nun entspannt werden muss, um Feststoff aus dem drucklosen Vorratsbehälter 4 aufnehmen zu können, in einen noch drucklosen Schleusbehälter 5 zu dessen teilweiser Bespannung zu ver- wenden. In der Verbindungsvorrichtung 9a, 9b befinden sich zwei Armaturen (nicht dargestellt), eine in der Nähe des Behälterauslaufs, eine in der Nähe des Vereinigungselementes 10. Nachdem ein Schleusbehälter 5 bis zu einem Mindestfüllstand geleert wurde und in der Nähe des Vereinigungselements 10 per Armatur vom Vereinigungselement 10 abgesperrt wurde, ist ein Spülen bzw. Freiblasen durch Gaseinlei- tung 9'a,9'b der Verbindungsvorrichtung 9a, 9b sinnvoll, bevor die zweite Armatur geschlossen wird.
[0053] Im Vorlagebehälter 13 herrscht idealerweise ein konstantes Füllstandsniveau 13a. Das Druckniveau des Vorlagebehälters 13 kann durch Überschussgas 21 oder Zufuhrgas 22 mittels Gaspendelverfahren konstant gehalten werden. Aus dem Vorlagebehälter 13 erreicht der Feststoff über Brennstoffleitungen 14a, 14b den Kohlevergasungsreaktor 15 mit einem oder mehreren Brennern 16a, 16b. Die gesamte Vorrichtung zur Versorgung mit festem Brennstoff befindet sich hier in einem separaten Anlagenteil, dem Gebäude der Mahlanlage 17a. Der Kohlevergasungsreaktor 15 befindet sich zusammen mit dem Vorlagebehälter 13 in einem anderen Gebäudeteil, dem Gebäude der Gaserzeugung 17b.
[0054] Die bereits genannten Vorteile der Erfindung, die insbesondere in einer erheblichen Verminderung der Anzahl der Ausrüstungen, der Bauhöhe und damit der In- vestkosten sowie in einer erhöhten Betriebssicherheit bestehen, werden durch eine moderate Zunahme des Bedarfes an Bespannungsgas erkauft. Dies ist darauf zurück- zuführen, dass der Teil des zur Dichtstromförderung des Feststoffes in der Nachförder- leitung 12 verwendeten Gases, der zur Verdünnung unter die im Vorlagebehälter 13 herrschende Feststoffdichte verwendet wurde, als Überschussgas nicht für die Ein- speisung in den Kohlevergasungsreaktor 15 genutzt werden kann, siehe FIG. 2. Sind keine zusätzlichen Einrichtungen vorhanden, muss dieser Teil ungenutzt als Über- schussgas 21 abgegeben werden. Gleichzeitig wird im als Sendegefäß aktiven Schleusbehälter 5 eine vielfach größere Gasmenge als Ersatz für das entnommene Feststoffvolumen benötigt ("Replacement"). Es bietet sich daher an, den Gasbedarf dadurch zu vermindern, dass das Überschussgas 21 aus dem Vorlagebehälter 13 als Rückgas 20 zum Schleusbehälter zurückgeleitet und dort zur teilweisen Substitution des Replacement-Gasbedarfs verwendet wird. Dies kann mittels eines Gebläses oder einer anderen Vorrichtung zur Druckerhöhung geschehen. Aufgrund des geringen zu überwindenden Differenzdruckes zwischen Vorlagebehälter 13 und Schleusbehälter 5 bei gleichzeitig hohem Systemdruck bietet sich hierzu ein Injektor 18, insbesondere eine Gasstrahlpumpe, an. Zudem ist sie auch zur Förderung von staubhaltigem Gas be- fähigt, eine Entstaubung ist nicht erforderlich. Als Treibgas findet das zum Zweck des "Replacement" zugeführte Bespannungsgas Verwendung, das bei signifikant höherem Druck bereitsteht. Die Druckseite des Injektors 18 wird auf den jeweils aktiven Schleusbehälter 5 umgeschaltet. Unter typischen Betriebsverhältnissen liegt der Anteil des Rückgases bei etwa 25% der Replacement-Gasmenge. Gleichzeitig beträgt der Vordruck des Treibgases 23 etwa 10 bar gegenüber dem Schleusbunker, während der Druck des Rückgases 20 um nur ca. 1-2 bar über dem Druck des Schleusbunkers liegt. Dem Fachmann machen diese Zahlenverhältnisse deutlich, dass das System "Injektor" 18 unter den genannten Bedingungen voll funktionsfähig ist.
[0055] Die Gasrückführung ist folgendermaßen in die Druckregelung des Vorlage- behälters 13 eingebunden: Ausgehend von der Überlegung, dass bei konstanten Betriebsbedingungen Überschussgas 21 aus dem Vorlagebehälter 13 abzuführen ist, wird der Druckanstieg im Vorlagebehälter 13 dadurch vermieden, dass die freigegebene Gasmenge vom Injektor 18 abgesaugt und in den Schleusbehälter 5 eingespeist wird. Steigt der Druck im Vorlagebehälter 13 weiter an, so wird der Überfluss als Über- schussgas 21 abgegeben. Auch dieses Gas kann gegebenenfalls nutzbringend verwendet werden, z. B. zur Substitution von Spülgasen, die dem Vergasungsreaktor an verschiedenen Stellen zugeführt werden. Sollte insbesondere beim Anfahrvorgang, eine Drucksteigerung des Vorlagebehälters 13 erforderlich sein, die nicht über das Überschussgas 21 realisiert werden kann, bei geschlossenen Armaturen in den Leitungen für Rückgas 20 und Überschussgas 21, so wird die Fehlmenge mittels frischem Zufuhrgas 22 bereitgestellt. [0056] Das als Treibgas 23 für den Injektor 18 verwendete Bespannungsgas wird über die Druckregelung des Schleusbehälters 5 nachgeführt. Je nach Stellung des Drosselorgans in der Treibgasleitung liegt die Treibgasmenge bei 70-100% des Repla- cement-Gasbedarfes. Der Sollwert des Schleusbunkerdruckes wird über eine Kaskade (nicht dargestellt) aus dem Stand im Vorlagebehälter 13 ermittelt (bzw. aus dessen Gewicht). Für den Stand ist ein fester Sollwert (z.B. 50%) vorgegeben. Bei Überschreiten des Sollwertes wird der von der Reglerkaskade vorgegebene Wert des Differenzdruckes zwischen Schleusbehälter 5 und Vorlagebehälter 13 verringert, so dass der nachgeförderte Feststoff-Massenstrom abnimmt, bei Unterschreitung des Stand- Sollwertes erfolgt ein entgegengesetzter Reglereingriff.
[0057] Die Fig. 3 bis 8 zeigen beispielhaft Anordnungen mit einer verschiedenen Anzahl an Schleusbehältern 5 und Vereinigungselementen 10. Diese sind auf verschiedene Art über Rohrleitungen verknüpft.
[0058] FIG. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die drei Schleusbehälter 5 und ein Vereinigungselement 10 umfasst, wobei jeder einzelne Schleusbehälter 5 über eine Verbindungsvorrichtung 9 mit dem Vereinigungselement 10 verbunden ist, und das Vereinigungselement 10 über eine Nachförderleitung 12 mit dem Vorlagebehälter 13 verbunden ist. Das Vereinigungselement 10 kann mit über die Gasleitung 11 mit Gas beaufschlagt werden.
[0059] FIG. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die drei Schleusbehälter 5 und zwei Vereinigungselemente 10 umfasst, wobei zwei Schleusbehälter 5 über Verbindungsvorrichtungen 9a,9b mit dem ersten Vereinigungselement 10a verbunden sind, und das erste Vereinigungselement 10a über eine weitere Verbindungsvorrichtung mit zweiten Vereinigungselement 10b verbunden ist, und der dritte Schleusbehäl- ter 5 über eine Verbindungsvorrichtung 9c direkt mit dem zweiten Vereinigungselement 10b verbunden ist, und das zweite Vereinigungselement 10b über eine Nachförderleitung 12 mit dem Vorlagebehälter 13 verbunden ist.
[0060] FIG. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die vier Schleusbehälter 5 und drei Vereinigungselemente 10 umfasst, wobei jeweils zwei Schleusbehälter 5 über Verbindungsvorrichtungen 9a-9d mit jeweils einem Vereinigungselement 10 verbunden sind, und diese Vereinigungselemente 10 über weitere Verbindungsvorrichtungen 9e,9f mit dem dritten Vereinigungselement 10c verbunden sind, und das dritte Vereinigungselement 10c über eine Nachförderleitung 12 mit dem Vorlagebehälter 13 verbunden ist. [0061] FIG. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die sechs Schleusbehälter 5 und zwei Vereinigungselemente 10 umfasst, wobei jeweils drei Schleusbehälter 5 über Verbindungsvorrichtungen 9 mit jeweils einem Vereinigungselement 10 verbunden sind, und diese Vereinigungselemente 10 über separate Nachförderleitun- gen 12a, 12b mit dem Vorlagebehälter 13 verbunden sind.
[0062] FIG. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die acht Schleusbehälter 5 und zwei Vereinigungselemente 10 umfasst, wobei jeweils vier Schleusbehälter 5 über Verbindungsvorrichtungen 9a,9b mit jeweils einem Vereinigungselement 10 verbunden sind, und diese Vereinigungselemente 10 über separate Nachförderleitun- gen 12 mit dem Vorlagebehälter 13 verbunden sind.
[0063] FIG. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die acht Schleusbehälter 5 und drei Vereinigungselemente 10 umfasst, wobei jeweils vier Schleusbehälter 5 ü- ber Verbindungsvorrichtungen 9 mit jeweils einem Vereinigungselement 10a, 10b verbunden sind, und diese Vereinigungselemente 10a, 10b über weitere Verbindungsvor- richtungen 9 mit dem dritten Vereinigungselement 10c verbunden sind, und das dritte Vereinigungselement 10b über eine Nachförderleitung 12 mit dem Vorlagebehälter 13 verbunden ist.
[0064] Bezugszeichenliste
1 Brennstoff
2 Mahlvorrichtung
3 Staubabscheider
3a Brennstoffleitung
4 Vorratsbehälter
5,5a,5b Schleusbehälter
6,6a,6b Einleitungsvorrichtung für Gas
6'a,6'b Einleitungsvorrichtung für Gas
7 Ausgleichsleitung
8 Entspannungsleitung
8a Entspannungsgasleitung
8b Gebläse
8c Kreislaufgas
8d Wärmetauscher
9a-9f Verbindungsvorrichtungen θ'a.θ'b Gaseinleitung
10, 10a-IOc Vereinigungselemente
11 Gasleitung
12, 12a, 12b Nachförderleitung
13 Vorlagebehälter
13a Füllstandsniveau
14a,14b Brennstoffleitungen
15 Kohlevergasungsreaktor
16a, 16b Brenner
17a Gebäude der Mahlanlage
17b Gebäude der Gaserzeugung
18 Injektor
19 Gas
20 Rückgas
21 Überschussgas
22 Zufuhrgas
23 Treibgas
Δp Druck als Regelgröße
PC Druckregelgeräte

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Zuführung von festen Brennstoffen in einen Reaktor zur Vergasung fester Brennstoffe, umfassend
• eine mahlende Vorrichtung (2),
• einen Staubabscheider (3),
• einen Vorratsbehälter (4),
• mindestens zwei Schleusbehälter (5),
• eine Verbindungsvorrichtung (12) zur Dichtstromförderung,
• einen Vorlagebehälter (13), • einen Vergasungsreaktor (15), wobei
• die mahlende Vorrichtung (2) über Verbindungsvorrichtungen mit einem Vorratsbehälter (4) verbunden ist, wobei sich zwischen der mahlenden Vorrichtung (2) und dem Vorratsbehälter (4) ein Staubscheider (3) befindet,
dadurch gekennzeichnet, dass
• der Vorratsbehälter (4) über Verbindungsvorrichtungen, die zur Schwerkraftförderung oder zur Dichtstromförderung geeignet sind, mit den Schleusbehältern (5) verbunden ist, und
• die Schleusbehälter (5) über gemeinsam genutzte Verbindungsvorrichtungen (12), die als Nachförderleitung (12) zur Dichtstromförderung geeignet sind, mit einem Vorlagebehälter (13) verbunden sind und dieser Vorlagebehälter über weitere Brennstoffleitungen (14) mit dem Vergasungsreaktor (15) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabe von den Schleusbehältern (5) an den oder an die Vorlagebehälter (13) über mindestens eine Verbindungsvorrichtung (9) und mindestens ein Vereinigungselement (10) erfolgt, und die Übergabe von dem Vereinigungselement (10) an den Vorlagebehälter (13) über einzelne Nachförderleitungen (12) zur Dichtstromförderung oder über weitere Vereinigungselemente (10) mit übergebenden Verbindungsvorrichtungen (9e,f) vorgenommen wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung drei Schleusbehälter (5) und ein Vereinigungselement (10) umfasst, wobei jeder einzelne Schleusbehälter (5) über eine Verbindungsvorrichtung (9) mit dem Vereinigungselement (10) verbunden ist, und das Vereinigungselement (10) über eine weitere Verbindungsvorrichtung (12) mit dem Vorlagebehälter (13) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung drei Schleusbehälter (5) und zwei Vereinigungselemente (10) umfasst, wobei zwei Schleusbehälter (5) über Verbindungsvorrichtungen (9a, 9b) mit dem ersten Vereinigungselement (10a) verbunden sind, und das erste Vereinigungselement (10a) über eine weitere Verbindungsvorrichtung (9c) mit einem zweiten Vereinigungselement (10b) verbunden ist, und der dritte Schleusbehälter (5) über eine Verbindungsvorrichtung direkt mit dem zweiten Vereinigungselement (10b) verbunden ist, und das zweite Vereinigungselement (10b) über eine weitere Verbindungsvorrichtung (12) mit dem Vorlagebehälter (13) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung vier Schleusbehälter (5) und drei Vereinigungselemente (10) umfasst, wobei jeweils zwei Schleusbehälter (5) über Verbindungsvorrichtungen (9a-9d) mit jeweils einem Vereinigungselement (10) verbunden sind, und diese Vereinigungselemente (10) über weitere Verbindungsvorrichtungen (9e,9f) mit dem dritten Vereinigungs- element (10c) verbunden sind, und das dritte Vereinigungselement (10c) über eine weitere Verbindungsvorrichtung (12) mit dem Vorlagebehälter (13) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung sechs Schleusbehälter (5) und zwei Vereinigungselemente (10) umfasst, wobei jeweils drei Schleusbehälter (5) über Verbindungsvorrichtungen (9) mit jeweils ei- nem Vereinigungselement (10) verbunden sind, und diese Vereinigungselemente
(10) über separate Verbindungsvorrichtungen (12a, 12b) mit dem Vorlagebehälter (13) verbunden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung acht Schleusbehälter (5) und zwei Vereinigungselemente (10) umfasst, wobei je- weils vier Schleusbehälter (5) über Verbindungsvorrichtungen (9) mit jeweils einem
Vereinigungselement (10) verbunden sind, und diese Vereinigungselemente (10) über separate Verbindungsvorrichtungen (12) mit dem Vorlagebehälter (13) verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung acht Schleusbehälter (5) und drei Vereinigungselemente (10) umfasst, wobei je- weils vier Schleusbehälter (5) über Verbindungsvorrichtungen (9) mit jeweils einem
Vereinigungselement (10a, 10b) verbunden sind, und diese Vereinigungselemente (10a, 10b) über weitere Verbindungsvorrichtungen (9) mit dem dritten Vereinigungselement (10b) verbunden sind, und das dritte Vereinigungselement (10b) über eine weitere Verbindungsvorrichtung (12) mit dem Vorlagebehälter (13) ver- bunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusbehälter (5a, 5b) räumlich in die Mahlanlage (1) integriert sind und aus mindestens einem Vorratsbehälter (4) für fein zerteilten, getrockneten Brennstoff befüllt werden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleusensystem (5) aus zwei oder mehr Schleusbehältern besteht, die von außen unter Druck gesetzt werden können.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schleusensystem (5) rückwärtig mit einem Vorratsbehälter (4) verbunden ist, der das Schleu- sensystem durch Schwerkraftförderung mit feinzerteiltem Brennstoff versorgt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Schleusbehälter (5) und Vorlagenbehälter (13) gasseitig durch mindestens eine Verbindungsleitung (20) verbunden sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich an beliebig wählbaren Stellen des Schleussystems (5), der Dichtstromförder- leitungen, der gasseitigen Verbindungsleitungen (20) oder des Vorlagebehälters (13) eine oder mehrere Einleitungsvorrichtungen für Gas befinden, über die die Förderung oder der Feststofftransport beeinflusst werden kann.
14. Vorrichtung zum Einleiten von Gas nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einer der Einleitungsvorrichtungen für Gas um einen Injektor (18) handelt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich an beliebig wählbaren Stellen des Schleussystems (5), der Entspannungsleitungen (7,8,8a), der Rückführleitungen (20) oder der Abfuhrleitungen (21 ) Vorrichtungen befinden, mit denen sich der Gasstrom von Feststoff oder von Stäuben befreien lässt.
16. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen zu einem gekühlten Re- aktor (15) zur Vergasung mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln unter Druck, wobei
• die Vergaseraustrittstemperaturen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes im Bereich 1200 - 20000C liegen und der Druck 0.3 - 8 MPa beträgt,
• und der fein zerteilte Brennstoff über ein Schleusensystem (5) auf ein Druck- niveau oberhalb des Vergaserdruckes gebracht, an mindestens einen Vorlagebehälter (13) übergeben und von dort aus im Dichtstrom über mindestens eine Brennstoffleitung (14) einem oder mehreren Vergasungsbrennern (16) an einem oder mehreren Vergasern (15) dosiert zugeführt wird, und
dadurch gekennzeichnet, dass
• die Übergabe von mindestens zwei Schleusbehältern (5a, 5b) an mindestens einen Vorlagebehälter (13) mittels gemeinsam, gleichzeitig oder nacheinander genutzter pneumatischer Nachförderleitung bei Feststoffdichten von mindestens 100 kg/m3 und unter einem Differenzdruck von mindestens 0,5 bar erfolgt.
17. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsgase (8) der Schleusbehälter (5) mindestens zum Teil zur Inertisierung des Mahlkreislaufes benutzt werden.
18. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubabscheidevorrichtung (3) der Mahlanlage auch zur Entstaubung der Entspannungsgase (8a) der Schleusbehälter (5) benutzt wird.
19. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bespannung durch zugeführtes Gas (6a, 6b) mindestens eine gegenseitige Teilbespannung der Schleusbehälter (5a, 5b) vorangeht.
20. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffförderung von den Schleusbehältern (5) zu den Vorlagebehältern (13) über eine Anzahl von Nachförderleitungen (12) erfolgt, die geringer ist als die Anzahl der Schleusbehälter (5).
21. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff aus dem Auslauf jedes Schleusbehälters (5) über ein Verbindungsstück (9a, 9b) zu Vereinigungselementen (10) und dann in die Nachförderleitung (12) gelangt, wobei die Anzahl der Vereinigungselemente niedriger als die Anzahl der Schleusbehälter und mindestens gleich der Anzahl der Nachförderleitungen ist.
22. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vereinigungselemente (10) möglichst nah am und vorzugsweise symmetrisch zu den Auslauf stutzen der Schleusbehälter (5) angeordnet sind.
23. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zeitweise mindestens zwei Schleusbehälter (5) die Nachförderleitung (12) gleichzeitig mit Feststoff versorgen.
24. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, da- durch gekennzeichnet, dass der Vorlagebehälter (13) räumlich in das Gebäude der Mahlanlage integriert ist.
25. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die geodätische Aufstellungs- höhe der Schleusbehälter (5) kleiner als die Aufstellungshöhe des Vorlagebehälters (13) ist.
26. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachförderleitung (12) unterhalb der Feststoff- grenzfläche in den Vorlagebehälter (13) mündet.
27. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der festen, feinkörnigen Brennstoffe kleiner 0.5 mm ist.
28. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, da- durch gekennzeichnet, dass die Nachförderung aus den Schleusbehältern (5) durch Anpassung des Differenzdruckes zwischen Schleus- und Vorlagebehälter so geregelt wird, dass der Füllstand im Vorlagebehälter (13) konstant gehalten wird.
29. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zu- oder Abfuhr von Gas (6a,6b) in den Frei- räum der Schleusbehälter die Druckdifferenz zwischen Schleusbehälter (5) und
Vorlagebehälter (13) beeinflusst und als Regelgröße für den Feststofftransport genutzt wird.
30. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zugabe von Gas (6'a, 6'b) in den Schleusbe- hälter in unmittelbarer Nähe des Auslaufstutzens der Feststoffaustrag unterstützt wird.
31. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte in der Nachförderleitung (12) durch Zugabe von Gas (1 1 ) in die Nachförderleitung (12) und/oder in das Vereinigungsele- ment (10) eingestellt wird.
32. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachförderleitung (12) durch Zugabe von Gas (9'a, 9'b) in die Nachförderleitung (12) selbst und/oder in das Vereinigungselement (10) gespült werden kann.
33. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstücke (9a, 9b) zwischen Schleusbehälter (5) und Vereinigungselement mit Gas (9'a, 9'b) beaufschlagt werden.
34. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, da- durch gekennzeichnet, dass die am Austritt des Schleusbehälters (5) zugeführte
Fördergasmenge (6'a,6'b) im Vorlagebehälter (13) zurück gewonnen und mittels einer Druckerhöhungsvorrichtung in den Schleusbehälter (5) zurückgeführt wird.
35. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die am Austritt des Schleusbehälters (5) zugeführte Fördergasmenge (6'a,6'b) im Vorlagebehälter (13) zurück gewonnen und mittels eines Injektors (18) in den Schleusbehälter (5) zurückgeführt wird.
36. Verfahren zur Zuführung von fein zerteilten Brennstoffen nach einem der Ansprüche 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb des Injektors (18) das die Druckhaltung am Schleusbehälter (5) gewährleistende Treibgas (23) ver- wendet wird.
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