WO2013120901A1 - Verfahren und vorrichtung zur schlackebadvergasung fester brennstoffe - Google Patents

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slag bath
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Bernd Meyer
Martin Gräbner
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Envirotherm Gmbh
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    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0976—Water as steam

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for slag bath gasification of solid fuels in slag bath gasifier with increased power, increased range of solid fuels and improved gas quality.
  • Inventive method and apparatus allow the gasification of coals with higher fine grain fractions and / or additionally fine-grained and dust-like fuels.
  • the gasification of coarse solid fuels d. H. of coarse-grained coals and / or carbon-containing solids, with grain sizes greater than about 6 mm and less than about 100 mm, is preferably carried out in a fixed bed by the method of fixed-bed pressure gasification FDV or slag bath gasification SBV.
  • FDV fixed-bed pressure gasification
  • SBV slag bath gasification
  • the fuels are added together with any necessary flux by means of pressure locks overhead in the slag bath gasifier.
  • the fixed bed actually moving bed
  • the following zones form ideally from top to bottom: drying zone, pyrolysis zone, gasification zone, oxidation zone (blow mold) and slag bath.
  • the slags are withdrawn liquid at the bottom of the carburetor.
  • the gasification agents are injected via gasification agent nozzles which extend into the gasifier and are directed towards the slag bath.
  • the raw gas deduction for the raw gases formed is located at the top of the fixed bed gasifier.
  • the gasification agents consist essentially of technical oxygen and water vapor.
  • Slag bath gasification has two general disadvantages.
  • the first is that the proportion of fine grain ⁇ 6 mm is severely limited to values of ⁇ approximately 5 to ⁇ approximately 20 mass%; for non-baking coals to values ⁇ approx. 5% by mass and for baking coals to values ⁇ approx. 20% by mass. Otherwise, there will be adverse effects on the flowability of the bed and an undesirably strong entrainment and discharge of dust up to coarse-grained solids with the raw gas from the gasifier.
  • the second disadvantage relates to the low temperatures of the exiting from the carburetor dusty raw gases, depending on the type of fuel used between about 400 and about 900 ° C.
  • the Raw gas temperatures are too low for the tars and higher hydrocarbons forming in the pyrolysis zone to decompose. This requires on the one hand a complex crude gas purification and on the other hand a reduction of the synthesis gas yield of CO and H 2 based on the fuels used.
  • the object is achieved by a method for slag bath gasification of coarse-grained, solid fuels with oxygen and water vapor-containing gasification means of a Schlackebadvergasers with a supply of coarse-grained solid fuels and with a gas outlet, both at the head of Schlackebadvergasers, with a slag bath and with a slag bath extractor at the bottom of the slag bath gasifier, with a feed for first gasification means for a non-slagging gasification by means of gasification agent nozzles above the slag bath, with a bed of the fixed bed above the slag bath,
  • the slag bath gasifier additionally and independently of the supplied first gasification agents for the non-slagging gasification second gasification means for slagging gasification supplied, the first gasification supplied by means of Vergasungsffendüsen and the second gasification agent in the upper region of the bed of the fixed bed means in the upper area the fixed bed filling in-reaching gasification agent nozzles are injected.
  • the first non-slagging gasification with the ideal zone formation over the entire fixed bed is the second slagging gasification with local fluidized zones ( Blow molding) formation.
  • the steam-oxygen ratios (in units of kg steam / m 3 (iN) oxygen (100 vol.%), Indicated) of the second gasification agents are set either at values between 0.6 and 3 kg / m 3 (iN) ( clogging mode of the second gasification) or at values between 3 and 5 kg / m 3 (iN) (non-slopping, sintering mode of the second gasification) or alternately in one of the two value ranges as required.
  • nozzles are provided for the second gasification in addition to the gasification agent nozzles, which carry oxygen and steam, which only lead steam. Steam can additionally be injected into the fixed bed with these steam nozzles.
  • the steam nozzles are arranged in the first gasification zone. The steam flows into the hot, carbonaceous bed and reacts to form predominantly carbon monoxide and hydrogen. In front of the steam nozzles, no blow molds are formed, but turbulent, upwardly directed flow zones.
  • blow molds and / or flow zones form near the wall and these are preferably distributed approximately uniformly over the circumference of the fixed bed, the throughflow pressure losses of the bed are reduced in these wall regions.
  • the gases rising from below are distributed in the direction of the flow areas close to the wall. In this way, the flow through the fixed bed is made uniform overall, d. H. through the second gasification, the predominantly center-centered flow is changed to a uniformly distributed flow.
  • the second gasification agents are injected into the first gasification zone forming during the gasification or, in the case of the oxygen-containing gasification agents, into the first pyrolysis zone.
  • the first pyrolysis zone prevail temperatures of about 400 to 1 000 ° C and in the first gasification zone of 1100 to 1300 ° C.
  • These zones are located in large-scale Schlackebadvergasern at a height of 1 to 4 m above the supply of the first gasification agent.
  • the injection of the second gasification agent in an altitude zone is made, which extends from 1 m above the supply of the first gasification agent to 1 m below the surface of the bed of the fixed bed, preferably from 2 m above the supply of the first gasification agent to 1 m below the surface the bed of the fixed bed.
  • the vertical minimum distance of 1 m from the height of the supply of the first gasification agent is also due to the fact that it must be ensured that the oxygen of the first gasification agent must have reacted completely chemically up to the level of the supply of the second gasification agent. Otherwise, the oxygen could burn from bottom to top.
  • the injection of the second oxygen-containing gasification agent with gas exit velocities of 20 to 120 m / s causes the formation of turbulent vortex zones (blowing zones) in the form of voids in the fixed beds in front of the outlet openings of the gasification agent nozzles in which carbon burns with oxygen (second combustion zones).
  • the vortex zones in front of the nozzles are enveloped by a bed of coke, in which the endothermic reactions, if appropriate with chemical reaction of the water vapor of the second gasification, react with a decrease in temperature (second gasification zones).
  • the molten or sintered ashes rapidly cool and solidify in the surrounding, colder coke bed. They give off their heat to the endothermic second gasification processes.
  • the formation of classical stratified zones does not take place at the second gasification.
  • the second gasification is carried out in the first gasification zone.
  • degassed coke is available at high temperatures (higher conversion with water vapor and higher cold gas efficiency compared to reactions with pyrolyzing coal).
  • the temperatures in the vicinity of the gasification agent nozzles reaching into the packed bed of the first gasification zone are about 1.100 to 1.300 ° C. so high that the slags only partially solidify. Slags adhering to the gasifying agent nozzles are detached from the bed moving downwards and transported further.
  • the vortex zones can not, or only slightly, move away from the gasification agent nozzles, but meander at a roughly constant height in front of and above the gasification agent nozzles.
  • the second gasification is thus locally limited and defined in height according to the arrangement of the outlet openings of the gasification agent nozzles.
  • the meandering gas flow and the forming slag stabilize the fixed bed in the environment and above the gasification agent nozzles, so that, despite higher flow rates, the regular flow through the fixed bed is maintained.
  • the second gasification leads to a homogenization of the flow through the entire fixed bed.
  • the fine grain fractions of the coarse-grained fuels used can be increased without increasing the discharge of dust with the raw gases.
  • the lower particle sizes of the coarse-grained solid fuels can be reduced from approx. 6 mm to approx. 2 mm.
  • the fuels used can be much finer. This results from the fact that, for example, only 80% of the oxygen is supplied as the first oxygen and 20% as the second oxygen, ie the flow velocities of the gases are reduced in the predominant height range of the bed to the second gasification accordingly by about 20% and only above the second gasification increased to about 100%.
  • fine-grained and / or dust-like fuels may additionally be added to the fluidizing zones (blowing zones) which form in front of the gasification agent nozzles.
  • Another significant advantage of the second gasification is that in particular the fine-grained and dust-like proportions of the fuels in the fluidized zones below Coarsening of the ash / slag particles are gasified.
  • the cooled, solidified slags or sinter contribute to the coarsening of the granulation in the entire fixed bed and further to the "interlocking" stabilization of the fixed bed over the entire height Local accumulations of fine grain and dust, which cause eruption-like flow through the bed and one of the main causes of high dust emissions
  • the fine grain fractions of the fuels used can be increased without increasing the discharge of dust with the raw gases, and the proportion of dust-like fuels that are introduced into the carburetor with the coarse-grained solid fuels can also be increased.
  • fine-grained and / or dust-like fuels fine fuels
  • An essential goal of the second gasification to improve the gas quality is achieved when so much second oxygen-containing gasification agent are supplied that the gas outlet temperatures of the raw gas to temperatures of 850 ° C and rise above it. From this temperature, the rapid gasification reactions of water vapor with the hydrocarbons to form carbon monoxide and hydrogen from. The methane and tar content is reduced and the hydrogen and carbon monoxide in the raw gas increases significantly, so that the gas quality is improved.
  • Second gasification can increase gasification efficiency by up to 30%.
  • the second gasification not only improves the fuel tolerance with respect to increased fine grain and dust content of the fuels or allows the additional input of fine fuels, but also increases the fuel tolerance to baking coals, which would not be gasified without the use of a stirrer.
  • the second Combustion zones with their rapid temperature rises and high temperatures reduce the baking tendency of the coal and break up already formed coke networks.
  • the gasification agent nozzles are designed as water-cooled gasification agent mixture or cooled single-substance nozzles. They can be both non-cranked (pipe nozzles), as well as cranked (goiter nozzles), with the goiter nozzles on the rohrformigen nozzle shaft sits the cranked nozzle head.
  • the gasification agent and the steam nozzles are guided through the cylindrical outer jacket or double jacket of Schlackebadvergasers.
  • the non-cranked Vergasungsffenungs- and steam nozzles are aligned radially and horizontally or deviating from the radial and horizontal orientation with angles of attack of ⁇ 45 ° in all directions adjustable.
  • the nozzles are radially and 15 ° inclined to the horizontal downwards. This proves to be advantageous in avoiding the penetration of solids into the interior of the nozzles and in forming the blow molds and the turbulent flow zones.
  • the nozzle shafts are oriented approximately horizontally and the nozzle heads are aligned analogously to the abovementioned angle of attack of the pipe nozzles.
  • a further advantageous embodiment is that for the second gasification zone as short height zone as possible with a vertical extent of ⁇ 1 m in the upper half of the first gasification zone, below the pyrolysis zone, so that the first gasification zone evenly over the cross section upwards is extended.
  • the height of the bed of the fixed bed is changed between a maximum and a minimum level during operation of the fixed bed gasifier and the difference is more than 1 m
  • two height zones of the fixed bed gasifier are equipped with gasification nozzles, the lower altitude zone for the minimum level and the upper altitude zone for the maximum level of the fixed bed.
  • the vertical minimum distance between the two altitude zones is more than 1 m. It is then procedurally provided that the two altitude zones are selectively applied with gasification agents.
  • the gasifying agent nozzles and the steam nozzles protrude with at least 10 cm free length (free nozzle lengths) into the gasification space of the fixed bed gasifier.
  • the near-wall nozzles protrude about 20 cm to 1 m deep into the gasification space of the fixed bed gasifier.
  • the nozzles are held with tie rods from above.
  • the lateral, horizontal distance between the outlet openings of the nozzle should not be less than 50 cm.
  • the lateral, horizontal spacing of the outlet openings is 1 to 2 m.
  • the proportions of second to first oxygen can be varied within wide limits.
  • up to 50% by weight of the total oxygen fed in can be injected as second oxygen.
  • the size of the slag pieces forming in the blow molds before the individual gasification agent nozzles is limited by the fact that the oxygen loadings of the individual gasification agent nozzles are varied between minimum and maximum load.
  • the total amount of oxygen of the second gasification agent can be kept constant by the load distribution between the individual nozzles is changed, or it can also be varied over time, the total amount of oxygen.
  • the thermal powers of the fixed-bed gasifier are increased approximately proportionally. It is of secondary importance, whether the fuel flow rate increased or whether additional fine fuels are registered. Together with the coarse-grained fuels or in addition to the coarse-grained fuels larger amounts of fine-grained and fine fuels can be gasified. Also, the fuel spectrum can be extended towards stronger baking coal without the use of a stirrer would be required. The performance limit of the thermal carburetor performance is increased due to the improved flow conditions of the bed of the fixed bed.
  • the temperatures of the raw gas leaving the slag bath gasifier also increase. The gas temperature can be specifically increased by 100 to 300 K. Thus, a targeted and variably adjustable conditioning of the raw gas quality according to the requirements of the gas use (low methane-containing or higher methane-containing synthesis gas) opened.
  • the invention also includes a slag bath gasifier for gasification of solid fuels with oxygen and water vapor-containing gasification agents with a supply of coarse-grained, solid fuels and with a raw gas, both at the head of Schlackebadvergasers, with a slag bath and a Schlackebadabzug at the bottom of Schlackebadvergasers, with a feed for first gasification means by means of gasifying agent nozzles above the slag bath, with a bed of fixed bed above the slag bath, wherein the slag bath gasifier at the level of the upper region of the fixed bed has at least one gasifying agent nozzle projecting into the upper region for the supply of second oxygen-containing gasifying agents is located at a vertical distance of at least 2 m above the supply of the first gasification agent, wherein the at least one gasification agent nozzle is configured so that it the injection second oxygen content Gasification agent with vapor-to-oxygen ratios of 0.6 to 5 kg / m 3 (iN) allowed, and that the
  • the at least one gasification agent nozzle is located at a vertical distance of at least 2 m above the feed of the first gasification agent.
  • this has, in addition to the gasification agent nozzles for the second oxygen-containing gasification agent steam nozzles for the additional supply of steam.
  • the slag bath gasifier has a plurality of gasification agent nozzles arranged in one or two planes for the second oxygen-containing gasification means or steam nozzles for steam.
  • the plant engineering design of the second gasification is simple, robust and requires only small equipment technical adjustments of the known and proven Schlackebadvergasers. These relate to the bushings for the Vergasungsstoff- and steam nozzles, and, if necessary, the supply nozzles for the fine fuels. It proves to be of particular advantage that the second gasification in existing slag bath gasification plants is set up, retrofitted and operated stepwise (with a complete set of gasification agent and steam nozzles) or partially operated or taken out of operation according to the requirements or can be retrofitted.
  • Fig. 1 shows the scheme of a Schlackebadvergasers in a rough simplified representation.
  • Schlackebadvergasers 1 At the top of Schlackebadvergasers 1 is an entry 2 for coarse-grained, solid fuels (3) and a raw gas outlet (4).
  • a slag bath 5 At the bottom of Schlackebadvergasers (1) a slag bath 5 is arranged at the lower end of a Schlackabstichdüse 6 is located, via which the slag 15 is withdrawn.
  • At a small distance above the surface of the slag bath are six gasification agent nozzles 7, with which the first gasification agent 8 are injected in the direction of the surface 9 of the slag bath 5.
  • the gasification agent nozzles 8 are distributed uniformly over the circumference of the slag bath gasifier 1.
  • the fuel entry (2) opens in the upper part of the fixed-bed gasifier in a Ein mentalschacht (10).
  • the clear inside diameter of Schlackebadvergasers (1) is 4 m and the height of the bed of the fixed bed (1 1), calculated from the level of the entry 2 of the first gasification agent 8 on average 6 m.
  • gasification agent nozzles (12) are designed as tube nozzles, radial aligned and inclined 15 ° to the horizontal downwards. They protrude 30 cm into the bed of the fixed bed (1 1).
  • the slag bath gasifier thus constructed is operated as follows:
  • the slag bath gasifier (1) are 60 t / h non-baking, coarse-grained fuels (3) in the form of hard coal (2) with an ash content of about 20 wt .-% (tr.), A water content of about 5 Ma. % (tr.), an ash melting point of about 1 .400 ° C and a grain size of about 5 - 100 mm gasified at a total pressure of about 30 bar.
  • the fuels 3 are introduced from above into the slag bath gasifier (1).
  • the raw gas (14) leaves the slag bath gasifier (1) through the raw gas outlet 4), while the slag (15) is withdrawn below.
  • the amount of the first oxygen is 12,000 Nm 3 / h (based on pure oxygen), the vapor-to-oxygen ratio of the first gasification agent is on average 0.9 kg / m 3 (iN).
  • the temperature of the raw gas 14 is 500 ° C.
  • the second gasification is carried out with oxygen-containing second gasification agents.
  • the amount of the second oxygen of the second oxygen-containing gasification agent (13) is a total of 2,500 to 3,600 m 3 (iN) / h (based on pure oxygen), the steam-oxygen ratio is 2 kg / m 3 (iN).
  • the second oxygen-containing gasification agents 13 are uniformly injected via the gasification agent nozzles (12) into the fixed bed 1 1.
  • the second oxygen-containing gasification agents flow at flow rates of 70 m / s into the fixed bed 1 1.
  • About the gasification agent nozzles 12 form blow molds (16).
  • the amount of the second gasification agent 13 is adjusted so that the raw gas temperature increases from 500 ° C to 900 ° C, whereby the gas quality increases.
  • the synthesis gas performance increases more than it corresponds to the increase in the amount of oxygen, since methane and tars are reacted and predominantly hydrogen and carbon monoxide are formed.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schlackebadvergasung fester Brennstoffe im Schlackebadvergaser mit erhöhter Leistung, erhöhtem Einsatzspektrum fester Brennstoffe und verbesserter Gasqualität. Das Verfahren wird so geführt, dass mittels eines Schlackebadvergasers mit einer Zuführung der grobkörnigen, festen Brennstoffe und mit einem Gasabzug, beide am Kopf des Schlackebadvergasers, mit einem Schlackebad und mit einem Schlackebadabzug am Boden des Schlackebadvergasers, mit einer Zuführung für erste Vergasungsmittel mittels Vergasungsmitteldüsen oberhalb des Schlackebades, mit einer Schüttung des Festbettes oberhalb des Schlackebades, zusätzlich zu den ersten Vergasungsmitteln zweite Vergasungsmittel über mindestens eine in den oberen Bereich der Festbettschüttung hineinreichenden Vergasungsmitteldüse eingedüst werden, die sich in einem vertikalen Abstand von mindestens 2 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel befindet, wobei die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel mit Dampf-Sauerstoff-Verhältnissen eingedüst werden, deren Werte zwischen 0,6 und 5 kg/m3 (i.N.) liegen, wobei die Menge des eingedüsten Sauerstoffs der zweiten Vergasungsmittel bis zu 50 % der insgesamt zugeführten Sauerstoffmenge beträgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Schlackebadvergasung fester Brennstoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schlackebadvergasung fester Brennstoffe im Schlackebadvergaser mit erhöhter Leistung, erhöhtem Einsatzspektrum fester Brennstoffe und verbesserter Gasqualität. Erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung erlauben die Vergasung von Kohlen mit höheren Feinkornanteilen und/oder zusätzlich feinkörnigen und staubförmigen Brennstoffen.
Die Vergasung von grobkörnigen festen Brennstoffen, d. h. von grobkörnigen Kohlen und/oder kohlenstoffhaltigen Feststoffen, mit Korngrößen größer als ca. 6 mm und kleiner als ca. 100 mm, erfolgt vorzugsweise im Festbett nach dem Verfahren der Festbettdruckvergasung FDV oder der Schlackebadvergasung SBV. Letztere ist auch bekannt unter der Bezeichnung British Gas Lurgi BGL Vergasung. Die Brennstoffe werden zusammen mit gegebenenfalls erforderlichen Flussmitteln mittels Druckschleusen über Kopf in den Schlackebadvergaser eingetragen. Im Festbett (eigentlich Bewegtbett), das sich über die Höhe des Schlackebadvergaser erstreckt, bilden sich von oben nach unten idealtypischer Weise folgende Zonen aus: Trocknungszone, Pyrolysezone, Vergasungszone, Oxidationszone (Blasform) und Schlackebad. Die Schlacken werden am Boden des Vergasers flüssig abgezogen. Die Vergasungsmittel werden über Vergasungsmitteldüsen, die in den Vergaser hineinreichen und auf das Schlackebad gerichtet sind, eingeblasen. Der Rohgas-Abzug für die gebildeten Rohgase befindet sich am Kopf des Festbettvergasers.
Die Vergasungsmittel bestehen im Wesentlichen aus technischem Sauerstoff und Wasserdampf. Das Verhältnis zwischen Dampf und Sauerstoff (Dampf-Sauerstoff- Verhältnis) DSV, vorzugsweise in den Einheiten kg Dampf/m3 (i.N.) Sauerstoff (100 Vol.%), angegeben, liegt je nach Höhe der Ascheschmelztemperaturen zwischen 0,8 und 1 ,6 kg/m3(i.N.). Unterhalb ca. 0,8 kg/m3(i.N.). wird die thermische Belastung der Vergasungsmitteldüsen zu hoch, und oberhalb ca.1 ,6 kg/m3(i.N.) wird die Asche nicht mehr richtig aufgeschmolzen.
Die Schlackebadvergasung weist zwei generelle Nachteile auf. Der erste besteht darin, dass der Anteil des Feinkorns < 6 mm auf werte von < ca. 5 bis < ca. 20 Ma.-% stark begrenzt ist; bei nichtbackenden Kohlen auf Werte < ca. 5 Ma.-% und bei backenden Kohlen auf Werte < ca. 20 Ma.-%. Andernfalls kommt es zu Beeinträchtigungen der Durchströmbarkeit der Schüttung und zu einem unerwünscht starken Mitriss und Austrag von Staub bis hin zu grobkörnigen Feststoffen mit dem Rohgas aus dem Vergaser. Der zweite Nachteil betrifft die niedrigen Temperaturen der aus dem Vergaser austretenden staubhaltigen Rohgase, die je nach Art der eingesetzten Brennstoffe zwischen ca. 400 und ca. 900 °C betragen. Die Rohgastemperaturen sind zu niedrig, als dass sich die in der Pyrolysezone bildenden Teere und höheren Kohlenwasserstoffe zersetzen können. Dies bedingt einerseits eine aufwendige Rohgasreinigung und andererseits eine Minderung der Synthesegasausbeute an CO und H2 bezogen auf die eingesetzten Brennstoffe.
Um diesen Nachteil auszugleichen, wurde in DE 10 2007 006 979 B4 vorgeschlagen, in den Freiraum oberhalb der Schüttung des Festbettes Vergasungsmittel für die Nachvergasung einzudüsen. Damit soll die Temperatur des Rohgases auf mindestens 800 °C angehoben werden, um die höheren Kohlenwasserstoffe zu spalten und zu Synthesegasen umzuwandeln. Diese Lösung konnte sich bisher nicht durchsetzen, da die Flammenausbreitung nach oben groß ist und zu befürchten ist, dass nicht reagierter Sauerstoff mit dem Rohgas aus dem Vergaser austritt.
Bisher ist es nicht gelungen, prozesstechnisch günstigere Lösungen für die Verwertung von Feinbrennstoffen und zur Verbesserung der Gasausbeute zu finden. Die Feinkohle muss einer anderen Verwendung (in der Regel der Verbrennung) statt der Vergasung zugeführt werden. Dennoch ist ein großer Teil der Feinkohle wirtschaftlich nicht nutzbar und muss in Form von Halden abgelagert werden.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Schlackebadvergasung mit zugehöriger Vorrichtung zu entwickeln, die mit Hilfe geringer Verfahrens- und anlagentechnischer Veränderungen gegenüber bisher bekannten Schlackebadvergasern erlauben, die Leistung zu erhöhen, das Einsatzspektrum der Brennstoffe bezüglich Kohlen mit höheren Feinkornanteilen zu verbreitern und/oder zusätzlich feinkörnige und staubförmige Brennstoffe zu vergasen sowie die Synthesgasausbeute zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, zur Schlackebadvergasung von grobkörnigen, festen Brennstoffen mit Sauerstoff- und Wasserdampf-haltigen Vergasungsmitteln mittels eines Schlackebadvergasers mit einer Zuführung der grobkörnigen, festen Brennstoffe und mit einem Gasabzug, beide am Kopf des Schlackebadvergasers, mit einem Schlackebad und mit einem Schlackebadabzug am Boden des Schlackebadvergasers, mit einer Zuführung für erste Vergasungsmittel für eine nichtverschlackende Vergasung mittels Vergasungsmitteldüsen oberhalb des Schlackebades, mit einer Schüttung des Festbettes oberhalb des Schlackebades,
- wobei zusätzlich und unabhängig zu den ersten Vergasungsmitteln zweite Vergasungsmittel für eine verschlackende Vergasung über mindestens eine in den oberen Bereich der Festbettschüttung hineinreichenden Vergasungsmitteldüse eingedüst werden, die sich in einem vertikalen Abstand von mindestens 2 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel befindet,
- wobei die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel mit Dampf-Sauerstoff- Verhältnissen eingedüst werden, deren Werte zwischen 0,6 und 5 kg/m3(i.N.) liegen,
- wobei die Menge des eingedüsten Sauerstoffs der zweiten Vergasungsmittel bis zu 50 % der insgesamt zugeführten Sauerstoffmenge beträgt.
Erfindungsgemäß werden dem Schlackebadvergaser zusätzlich und unabhängig von den zugeführten ersten Vergasungsmitteln für die nichtverschlackende Vergasung zweite Vergasungsmittel für die verschlackende Vergasung zugeführt, wobei die ersten Vergasungsmittel mit Hilfe der Vergasungsmitteldüsen zugeführt und die zweiten Vergasungsmittel in den oberen Bereich der Schüttung des Festbettes mittels in den oberen Bereich der Festbettschüttung hineinreichenden Vergasungsmitteldüsen eingedüst werden.
Mit den ersten Vergasungsmitteln wird die erste nichtverschlackende Vergasung mit der idealtypischen Zonenbildung über das gesamte Festbett (erste Trocknungszone, erste Pyrolysezone, erste Vergasungszone, erste Oxidationszone bzw. erste Blasform, Schlackeabzug) und mit den zweiten Vergasungsmitteln wird die zweite verschlackende Vergasung mit lokaler Wirbelzonen (Blasformen)-Bildung durchgeführt.
Die Dampf-Sauerstoff-Verhältnisse (in den Einheiten kg Dampf/m3 (i.N.) Sauerstoff (100 Vol.%), angegeben) der zweiten Vergasungsmittel werden entweder bei Werten zwischen 0,6 und 3 kg/m3(i.N.) eingestellt (verschlackende Fahrweise der zweiten Vergasung) oder bei Werten zwischen 3 und 5 kg/m3(i.N.) (nichtverschlackende, versinternde Fahrweise der zweiten Vergasung) oder je nach Bedarf wechselnd in einem der beiden Wertebereiche.
Bei der verschlackenden Fahrweise der zweiten Vergasung bilden sich in den Blasformen flüssige Schlacken. Bei der nichtverschlackenden Fahrweise wird die Asche nicht geschmolzen, sondern gesintert. Letzteres ist vorteilhaft, wenn die Synthesegasausbeute verbessert werden soll (höherer Wasserdampfanteil für die Spaltung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methanspaltung, zu überwiegend Kohlenmonoxid und Wasserstoff), erstere, wenn Brennstoffe mit sehr hohen Feinkornanteilen vergast werden sollen. Die sich bildenden flüssigen Schlacken, aber auch die gesinterten Aschen, verhindern, dass sich Strömungskanäle im Festbett oberhalb der zweiten Vergasung bilden, aus denen Staub oder sogar grobkörnige Feststoffe mitgerissen und mit dem Rohgas ausgetragen werden könnten. Insgesamt wird die Durchströmbarkeit der Schüttung des Festbettes verbessert. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich zu den zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln Dampf über mindestens eine Dampfdüse eingedüst.
Um die Synthesegasqualität noch weiter zu verbessern, werden für die zweite Vergasung neben den Vergasungsmitteldüsen, die Sauerstoff und Dampf führen, Düsen vorgesehen, die nur Dampf führen. Mit diesen Dampfdüsen kann zusätzlich Dampf in das Festbett eingedüst werden. Die Dampfdüsen sind in der ersten Vergasungszone angeordnet. Der Dampf strömt in die heiße, kohlenstoffhaltige Schüttung und reagiert unter Bildung von überwiegend Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Vor den Dampfdüsen bilden sich keine Blasformen, sondern turbulente, nach oben gerichtete Strömungszonen.
Wenn sich die Blasformen und/oder Strömungszonen in Wandnähe bilden und diese vorzugsweise etwa gleichmäßig über den Umfang der Festbettschüttung verteilt angeordnet sind, verringern sich in diesen Wandbereichen die Durchströmungsdruckverluste der Schüttung. Die von unten aufsteigenden Gase verteilen sich in Richtung der wandnahen Strömungsbereiche. Auf diese Weise wird die Durchströmung des Festbettes insgesamt vergleichmäßigt, d. h. durch die zweite Vergasung wird die vorwiegend mittenzentrierte Strömung zu einer gleichverteilten Strömung verändert.
Vorteilhaft werden die zweiten Vergasungsmittel in die sich bei der Vergasung ausbildenden ersten Vergasungszone oder im Falle der sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in die erste Pyrolysezone eingedüst. In der ersten Pyrolysezone herrschen Temperaturen von ca. 400 bis 1 .000 °C und in der ersten Vergasungszone von 1.100 bis 1.300 °C. Diese Zonen befinden sich in großtechnischen Schlackebadvergasern in einer Höhe von 1 bis 4 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel. Dementsprechend wird die Eindüsung der zweiten Vergasungsmittel in einer Höhenzone vorgenommen, die von 1 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel bis 1 m unterhalb der Oberfläche der Schüttung des Festbettes reicht, vorzugsweise ab 2 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel bis 1 m unterhalb der Oberfläche der Schüttung des Festbettes. Der vertikale Mindestabstand von 1 m ab Höhe der Zuführung der ersten Vergasungsmittel ergibt sich auch daraus, dass sicher gestellt sein muss, dass sich der Sauerstoff der ersten Vergasungsmittel bis zur Höhe der Zuführung der zweiten Vergasungsmittel vollständig chemisch umgesetzt haben muss. Andernfalls könnte sich der Sauerstoff von unten nach oben durchbrennen. Betriebserfahrungen bei der Schlackebadvergasung von Abfallkunststoff-Kohle-Gemischen haben ergeben, dass Sauerstoff bis zu einer Höhe von maximal 1 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel vollständig chemisch umgesetzt ist. Die zweite Vergasung wird in einer begrenzten Höhenzone im oberen Bereich der Schüttung des Festbettes des Schlackebadvergaser durchgeführt. Die Vergasungsmitteldüsen können über diese Höhe und über den Querschnitt des Festbettvergasers verteilt sein. Vorzugsweise werden die Vergasungsmitteldüsen in einer Höhe und gleichmäßig verteilt über den Umfang angeordnet.
Die Injektion der zweiten, sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel mit Gasaustrittsgeschwindigkeiten von 20 bis 120 m/s verursacht die Bildung turbulenter Wirbelzonen (Blaszonen) in Form von Hohlräumen in der Festbettschüttung vor den Austrittsöffnungen der Vergasungsmitteldüsen, in denen Kohlenstoff mit Sauerstoff verbrennt (zweite Verbrennungszonen). Die Wirbelzonen vor den Düsen sind von einer Schüttung aus Koks umhüllt, in der die endothermen Reaktionen, ggfs. unter chemischer Umsetzung des Wasserdampfes der zweiten Vergasung, unter Temperaturerniedrigung reagieren (zweite Vergasungszonen). Die geschmolzenen oder versinterten Aschen kühlen sich in der umgebenden, kälteren Koksschüttung schnell ab und erstarren. Sie geben ihre Wärme an die endothermen zweiten Vergasungsprozesse ab. Die Ausbildung klassischer, schichtenförmiger Zonen findet bei der zweiten Vergasung nicht statt.
Die Injektion von Dampf als zweites Vergasungsmittel mittels der Dampfdüsen erfolgt ebenfalls mit Gasaustrittsgeschwindigkeiten von 20 bis 120 m/s.
Es ist von Vorteil, wenn die zweite Vergasung in der ersten Vergasungszone durchgeführt wird. Hier ist sichergestellt, dass entgaster Koks bei hohen Temperaturen zur Verfügung steht (höherer Umsatz mit Wasserdampf und höherer Kaltgaswirkungsgrad im Vergleich zu Reaktionen mit pyrolysierender Kohle). Im Falle der verschlackenden Fahrweise mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln sind die Temperaturen in der Umgebung der in die Festbettschüttung der ersten Vergasungszone hineinreichenden Vergasungsmitteldüsen mit ca. 1 .100 bis 1 .300 °C so hoch, dass die Schlacken nur teilweise erstarren. An den Vergasungsmitteldüsen anhaftende Schlacken werden von der sich nach unten bewegenden Schüttung abgelöst und weiter transportiert.
Von Vorteil ist nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn die zweite Vergasung mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln in der ersten Pyrolysezone wird. In dem Falle erfolgt eine stärkere Teilverbrennung der vor den Vergasungsmitteldüsen aufsteigenden Gase, so dass sich die Temperaturen der aus der Festbettschüttung nach oben austretenden Gase stärker erhitzen und somit eine stärkere Spaltung von Methan und der höheren Kohlenwasserstoffe erfolgt. Von besonderem Vorteil ist, dass die bei der zweiten Vergasung mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln freigesetzten Aschen sofort sintern oder schmelzen und die Kanalbildung unterdrücken, da ein kanalartiges„Durchbrennen" von Sauerstoff durch die Schüttung infolge sofortiger Schlacke- oder Sinterbildung unterbunden wird. Anfänglich sich bildende Kanäle oder Kanäle, die aus der ersten Vergasung stammen, werden unter Schlackebildung ebenfalls schnell„verschlossen". Aus diesem Grund können sich die Wirbelzonen nicht oder nur in geringem Maße von den Vergasungsmitteldüsen nach oben entfernen, sondern mäandern in etwa gleichbleibender Höhe vor den und oberhalb der Vergasungsmitteldüsen. Die zweite Vergasung ist damit entsprechend der Anordnung der Austrittsöffnungen der Vergasungsmitteldüsen lokal begrenzt und in der Höhe definiert. Die mäandernde Gasströmung und die sich bildende Schlacke stabilisieren das Festbett in der Umgebung und oberhalb der Vergasungsmitteldüsen, so dass trotz höherer Strömungsgeschwindigkeiten die reguläre Durchströmung des Festbettes aufrechterhalten bleibt.
Die zweite Vergasung führt zu einer Vergleichmäßigung der Durchströmung des gesamten Festbettes. Die Feinkornanteile der eingesetzten grobkörnigen Brennstoffe können vergrößert werden, ohne dass der Austrag von Staub mit den Rohgasen steigt. Die unteren Korngrößen der grobkörnigen festen Brennstoffe können von ca. 6 mm auf ca. 2 mm gesenkt werden.
Bei Aufrechterhaltung der Leistung des Schlackebadvergasers, gemessen an der zugeführten Sauerstoffmenge in m3(i.N.)/h, können die eingesetzten Brennstoffe wesentlich feinkörniger sein. Dies ergibt sich daraus, dass beispielsweise nur noch 80 % des Sauerstoffes als erster Sauerstoff und 20 % als zweiter Sauerstoff zugeführt wird, d. h. die Strömungsgeschwindigkeiten der Gase werden im überwiegenden Höhenbereich der Schüttung bis zur zweiten Vergasung dementsprechend um ca. 20 % reduziert und erst oberhalb der zweiten Vergasung auf ca. 100 % erhöht.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können zusätzlich feinkörnige und/oder staubförmige Brennstoffe in die Wirbelzonen (Blaszonen), die sich vor den Vergasungsmitteldüsen ausbilden, zugegeben werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der zweiten Vergasung besteht darin, dass insbesondere die feinkörnigen und staubförmigen Anteile der Brennstoffe in den Wirbelzonen unter Vergröberung der Asche/Schlackepartikel vergast werden. Die abgekühlten, erstarrten Schlacken oder Sinter tragen zur Vergröberung der Körnung im gesamten Festbett und weiterhin zur „verzahnenden" Stabilisierung des Festbettes über die gesamte Höhe bei. Lokale Ansammlungen von Feinkorn und Staub, die eruptionsartige Durchströmungen der Schüttung hervorrufen und eine der Hauptursachen für hohe Staubausträge sind, werden unterbunden bzw. zurückgedrängt. Die Feinkornanteile der eingesetzten Brennstoffe können vergrößert werden, ohne dass der Austrag von Staub mit den Rohgasen steigt. Auch kann der Anteil der staubförmigen Brennstoffe, die mit den grobkörnigen festen Brennstoffen in den Vergaser eingetragen werden, erhöht werden. Mittels der zweiten Vergasung können zusätzlich zu den grobkörnigen Brennstoffen feinkörnige und/oder staubförmige Brennstoffe (Feinbrennstoffe) in größeren Mengen verwertet werden, die sonst einer anderen Verwendung oder Deponierung zugeführt werden müssten.
Insgesamt erhöht sich aber die Synthesegasleistung (Kohlenmonoxid und Wasserstoff), da der erhöhte Wasserdampfanteil im oberen Bereich der Schüttung, der dem Wasser der Trocknung, dem Reaktionswasser der Pyrolyse und dem Wasserdampf der zweiten Vergasungsmittel entstammt, mit Methan und den höheren Kohlenwasserstoffen reagiert.
Ein wesentliches Ziel der zweiten Vergasung, die Gasqualität zu verbessern (geringere Methan- und Teergehalte sowie höhere Synthesegasausbeuten an CO und H2) wird dann erreicht, wenn soviel zweite sauerstoffhaltige Vergasungsmittel zugeführt werden, dass die Gasaustrittstemperaturen des Rohgases auf Temperaturen von 850 °C und darüber ansteigen. Ab dieser Temperatur laufen die schnellen Vergasungsreaktionen von Wasserdampf mit den Kohlenwasserstoffen unter Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff ab. Der Methan- und Teergehalt verringert sich und der Wasserstoff- und Kohlenmonoxidanteil im Rohgas erhöht sich deutlich, so dass die Gasqualität verbessert wird.
Wenn Brennstoffe mit geringen Feinkorn- oder Staubanteilen vergast werden, kann mittels der zweiten Vergasung die Vergasungsleistung um bis zu 30 % erhöht werden.
Die zweite Vergasung verbessert nicht nur die Brennstoff-Toleranz bezüglich erhöhter Feinkorn- und Staubanteile der Brennstoffe oder ermöglicht den zusätzlichen Eintrag von Feinbrennstoffen, sondern sie erhöht auch die Brennstoff-Toleranz gegenüber backenden Kohlen, die ohne Einsatz eines Rührers nicht vergasbar wären. Die zweiten Verbrennungszonen mit ihren schnellen Temperaturanstiegen und hohen Temperaturen vermindern die Backneigung der Kohlen und brechen bereits gebildete Koksverbünde auf. Durch die zweite Vergasung kann in vielen Fällen auf die Anwendung des Rührers verzichtet werden.
Die Vergasungsmitteldüsen sind als wassergekühlte Vergasungsmittel-Gemisch oder gekühlte Einstoffdüsen ausgeführt. Sie können sowohl nichtgekröpft (Rohrdüsen), als auch gekröpft sein (Kropfdüsen), wobei bei den Kropfdüsen auf dem rohrformigen Düsenschaft der angekröpfte Düsenkopf sitzt.
Die Vergasungsmittel- und die Dampfdüsen sind durch den zylindrischen Außenmantel bzw. Doppelmantel des Schlackebadvergasers hindurch geführt. Die nichtgekröpften Vergasungsmittel- und Dampfdüsen sind dabei radial und horizontal ausgerichtet oder abweichend von der radialen und horizontalen Ausrichtung mit Anstellwinkeln von < 45° in alle Richtungen anstellbar. Vorzugsweise sind die Düsen radial und 15° gegen die Horizontale nach unten geneigt ausgerichtet. Dies erweist sich bezüglich des Vermeidens des Eindringens von Feststoffen in das Innere der Düsen und bezüglich der Ausbildung der Blasformen und der turbulenten Strömungszonen als vorteilhaft. Im Falle des Einsatzes gekröpfter Vergasungsmitteldüsen oder Dampfdüsen werden die Düsenschäfte annähernd horizontal und die Düsenköpfe analog der oben genannten Anstellwinkel der Rohrdüsen ausgerichtet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass für die zweite Vergasungszone eine möglichst kurze Höhenzone mit einer vertikalen Ausdehnung von < 1 m in der oberen Hälfte der ersten Vergasungszone, unterhalb der Pyrolysezone, gewählt wird, so dass die erste Vergasungszone gleichmäßig über den Querschnitt nach oben verlängert wird.
In dem Falle, dass die Höhe der Schüttung des Festbettes während des Betriebes des Festbettvergasers zwischen einem Maximal- und einem Minimalstand gewechselt wird und der Unterschied mehr als 1 m beträgt, ist es von Vorteil, wenn alternativ zwei Höhenzonen des Festbettvergasers mit Vergasungsmitteldüsen ausgestattet sind, die untere Höhenzone für den Minimalstand und die obere Höhenzone für den Maximalstand des Festbettes. Der vertikale Mindestabstand der beiden Höhenzonen beträgt dabei mehr als 1 m. Es ist dann prozesstechnisch vorzusehen, dass die beiden Höhenzonen wahlweise mit Vergasungsmitteln beaufschlagt werden. Die Vergasungsmitteldüsen und die Dampfdüsen ragen mit mindestens 10 cm freier Länge (freie Düsenlängen) in den Vergasungsraum des Festbettvergasers hinein. Vorzugsweise ragen die wandnahen Düsen ca. 20 cm bis 1 m tief in den Vergasungsraum des Festbettvergasers hinein. Bei größeren, freien Düsenlängen bis ca. 3 m werden die Düsen mit Zugankern von oben gehalten.
Um örtlich voneinander getrennte Wirbel- und Strömungszonen auszubilden, soll der seitliche, horizontale Abstand zwischen den Austrittsöffnungen der Düsen 50 cm nicht unterschreiten. Vorzugsweise beträgt der seitliche, horizontale Abstand der Austrittsöffnungen 1 bis 2 m.
Die Mengenverhältnisse von zweitem zu erstem Sauerstoff können in weiten Grenzen variiert werden. Im Falle der Ausbildung einer zweiten Vergasungszone über den gesamten Querschnitt des Festbettvergasers und der zusätzlichen Vergasung von Feinbrennstoffen können bis zu 50 Ma.-% des insgesamt zugeführten Sauerstoffs als zweiter Sauerstoff eingedüst werden. Je niedriger die Aschegehalte der Einsatzbrennstoffe sind, um so höhere Anteile an zweitem Sauerstoff sind erreichbar.
Die Größe der sich in den Blasformen vor den einzelnen Vergasungsmitteldüsen bildenden Schlackestücke wird dadurch begrenzt, dass die Sauerstoffbelastungen der einzelnen Vergasungsmitteldüsen zwischen Mindest- und Höchstlast variiert werden. Dabei kann die Gesamt-Sauerstoff-Menge der zweiten Vergasungsmittel konstant gehalten werden, indem die Lastverteilung zwischen den einzelnen Düsen geändert wird, oder es kann auch die Gesamt-Sauerstoff-Menge zeitlich variiert werden.
Entsprechend der Mengenverhältnisse von zusätzlich zum ersten Sauerstoff eingedüstem zweiten Sauerstoff werden die thermischen Leistungen des Festbettvergasers annähernd proportional erhöht. Dabei ist von untergeordneter Bedeutung, ob der Brennstoffdurchsatz erhöht oder ob zusätzliche Feinbrennstoffe eingetragen werden. Gemeinsam mit den grobkörnigen Brennstoffen oder zusätzlich zu den grobkörnigen Brennstoffen können größere Mengen feinkörniger und Feinbrennstoffe vergast werden. Auch kann das Brennstoffspektrum in Richtung stärker backender Steinkohlen erweitert werden, ohne dass der Einsatz eines Rührers erforderlich wäre. Die Leistungsgrenze der thermischen Vergaserleistung wird auf Grund der verbesserten Durchströmungsbedingungen der Schüttung des Festbettes erhöht. Entsprechend der Mengenverhältnisse von zusätzlich zum ersten Sauerstoff eingedüstem zweiten Sauerstoff erhöhen sich auch die Temperaturen des aus dem Schlackebadvergaser austretenden Rohgases. Die Gastemperatur kann gezielt um 100 bis 300 K erhöht werden. Damit ist eine gezielte und variabel einstellbare Konditionierung der Rohgasqualität entsprechend den Anforderungen an die Gasnutzung (niedrig Methan-haltige oder höher Methan-haltige Synthesegase) eröffnet.
Zur Erfindung gehört auch ein Schlackebadvergaser zur Vergasung von festen Brennstoffen mit Sauerstoff- und Wasserdampf-haltigen Vergasungsmitteln mit einer Zuführung der grobkörnigen, festen Brennstoffe und mit einem Rohgasabzug, beide am Kopf des Schlackebadvergasers, mit einem Schlackebad und mit einem Schlackebadabzug am Boden des Schlackebadvergasers, mit einer Zuführung für erste Vergasungsmittel mittels Vergasungsmitteldüsen oberhalb des Schlackebades, mit einer Schüttung des Festbettes oberhalb des Schlackebades, wobei der Schlackebadvergaser in Höhe des oberen Bereiches der Festbettschüttung mindestens eine, in den oberen Bereich hineinragende Vergasungsmitteldüse für die Zuführung zweiter sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel aufweist, die sich in einem vertikalen Abstand von mindestens 2 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel befindet, wobei die mindestens eine Vergasungsmitteldüse so ausgestaltet ist, dass sie die Eindüsung zweiter sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel mit Dampf-Sauerstoff-Verhältnissen von 0,6 bis 5 kg/m3 (i.N.) erlaubt, und dass die Menge des eingedüsten Sauerstoffs der zweiten Vergasungsmittel bis zu 50 % der insgesamt zugeführten Sauerstoffmenge beträgt.
Die mindestens eine Vergasungsmitteldüse befindet sich in einem vertikalen Abstand von mindestens 2 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schlackebadvergasers weist dieser zusätzlich zu den Vergasungsmitteldüsen für die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel Dampfdüsen für die zusätzliche Zuführung von Dampf auf.
Vorteilhaft weist der Schlackebadvergaser mehrere in ein oder zwei Ebenen angeordnete Vergasungsmitteldüsen für die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel oder Dampfdüsen für Dampf auf. Die anlagentechnische Ausgestaltung der zweiten Vergasung ist einfach, robust und erfordert nur geringe apparatetechnische Anpassungen des bekannten und bewährten Schlackebadvergasers. Diese betreffen die Durchführungsstutzen für die Vergasungsmittel- und Dampfdüsen, und im Bedarfsfall die Zuführungsstutzen für die Feinbrennstoffe. Von besonderem Vorteil erweist sich, dass die zweite Vergasung in vorhandenen Anlagen der Schlackebadvergasung stufenweise (beginnend mit einer Vergasungsmitteldüse) bis komplett (mit einem vollständigen Set von Vergasungsmittel- und Dampfdüsen) eingerichtet, nachgerüstet und betrieben oder entsprechend den Anforderungen teilweise betrieben oder außer Betrieb genommen oder zurückgerüstet werden kann.
Ausführungsbeispiel
Anhand beigefügter Darstellungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 das Schema eines Schlackebadvergasers in grob vereinfachter Darstellung.
Am Kopf des Schlackebadvergasers 1 befindet sich ein Eintrag 2 für grobkörnige, feste Brennstoffe (3) sowie ein Rohgasabgang (4). Am Boden des Schlackebadvergasers (1 ) ist ein Schlackebad 5 angeordnet, an dessen unteren Ende sich eine Schlackabstichdüse 6 befindet, über die die Schlacke 15 abgezogen wird. In geringem Abstand über der Oberfläche des Schlackebades befinden sich sechs Vergasungsmitteldüsen 7, mit denen die ersten Vergasungsmittel 8 in Richtung der Oberfläche 9 des Schlackebades 5 eingedüst werden. Die Vergasungsmitteldüsen 8 sind gleichmäßig über den Umfang des Schlackebadvergasers 1 verteilt.
Der Brennstoffeintrag (2) mündet im oberen Teil des Festbettvergasers in einen Einhängeschacht (10).
Der lichte Innendurchmesser des Schlackebadvergasers (1 ) beträgt 4 m und die Höhe der Schüttung des Festbettes (1 1 ) beträgt, gerechnet ab Höhe des Eintrags 2 der ersten Vergasungsmittel 8 im Mittel 6 m.
In einer Höhe von 3 m über dem Eintrag der ersten Vergasungsmittel 8 sind insgesamt zehn Vergasungsmitteldüsen (12) für die Zuführung der zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel (13), gleichmäßig verteilt über den Umfang des Schlackebadvergasers (1 ) angeordnet. Die Vergasungsmitteldüsen (12) sind als Rohrdüsen ausgeführt, radial ausgerichtet und 15° gegen die Horizontale nach unten geneigt. Sie ragen 30 cm in die Schüttung des Festbettes (1 1 ).
Der so aufgebaute Schlackebadvergaser wird wie folgt betrieben:
In den Schlackebadvergaser (1 ) werden 60 t/h nichtbackende, grobkörnige Brennstoffe (3) in Form von Steinkohlen (2) mit einem Aschegehalt von ca. 20 Ma.-%(tr.), einem Wassergehalt von ca. 5 Ma.-%(tr.), einem Ascheschmelzpunkt von ca. 1 .400 °C und einer Körnung von ca. 5 - 100 mm bei einem Gesamtdruck von ca. 30 bar vergast. Die Brennstoffe 3 werden von oben in den Schlackebadvergaser (1 ) eingetragen. Das Rohgas (14) verlässt den Schlackebadvergaser (1 ) durch den Rohgasabgang 4), während die Schlacke (15) unten abgezogen wird. Die Menge des ersten Sauerstoffes beträgt 12.000 Nm3/h (bezogen auf reinen Sauerstoff), das Dampf-Sauerstoff-Verhältnis des ersten Vergasungsmittels liegt im Mittel bei 0,9 kg/m3 (i.N.). Die Temperatur des Rohgases 14 beträgt 500 °C.
Erfindungsgemäß wird bei dem Schlackebadvergaser 1 die zweite Vergasung mit sauerstoffhaltigen zweiten Vergasungsmitteln durchgeführt.
Die Menge des zweiten Sauerstoffes der zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel (13) beträgt insgesamt 2.500 bis 3.600 m3(i.N.)/h (bezogen auf reinen Sauerstoff), das Dampf- Sauerstoff-Verhältnis beträgt 2 kg/m3(i.N.).
Die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel 13 werden gleichverteilt über die Vergasungsmitteldüsen (12) in das Festbett eingeblasen 1 1 . Die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel strömen mit Strömungsgeschwindigkeiten von 70 m/s in das Festbett 1 1. Vör den Vergasungsmitteldüsen 12 bilden sich Blasformen (16).
Die Menge der zweiten Vergasungsmittel 13 wird so eingestellt, dass sich die Rohgastemperatur von 500 °C auf 900 °C erhöht, wodurch die Gasqualität steigt. Außerdem erhöht sich die Synthesegasleistung stärker, als es der Erhöhung der Sauerstoffmenge entspricht, da Methan und Teere umgesetzt und überwiegend Wasserstoff und Kohlenmonoxid gebildet werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Schlackebadvergasung von festen Brennstoffen mit Sauerstoff- und Wasserdampf-haltigen Vergasungsmitteln,
mittels eines Schlackebadvergasers mit einer Zuführung der grobkörnigen, festen Brennstoffe und mit einem Gasabzug, beide am Kopf des Schlackebadvergasers, mit einem Schlackebad
und mit einem Schlackebadabzug am Boden des Schlackebadvergasers, mit einer Zuführung für erste Vergasungsmittel mittels Vergasungsmitteldüsen oberhalb des Schlackebades, mit einer Schüttung des Festbettes oberhalb des Schlackebades, dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich zu den ersten Vergasungsmitteln zweite Vergasungsmittel über mindestens eine in den oberen Bereich der Festbettschüttung hineinreichenden Vergasungsmitteldüse eingedüst werden,
die sich in einem vertikalen Abstand von mindestens 2 m oberhalb der Zuführung der ersten Vergasungsmittel befindet,
wobei die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel mit Dampf-Sauerstoff- Verhältnissen eingedüst werden, deren Werte zwischen 0,6 und 5 kg/m3 (i.N.) liegen,
wobei die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel mit Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens 20 und höchstens 120 m/s in die Schüttung des Festbettes so eingedüst werden, dass sich turbulente Wirbelzonen in Form von Hohlräumen in der Festbettschüttung vor den Austrittsöffnungen der Vergasungsmitteldüsen bilden, in denen Kohlenstoff mit Sauerstoff verbrennt und die freigesetzten Aschen schmelzen oder sintern
und wobei die Menge des eingedüsten Sauerstoffs der zweiten Vergasungsmittel bis zu 50 % der insgesamt zugeführten Sauerstoffmenge beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln Dampf über mindesten eine Dampfdüse eingedüst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel und/oder der Dampf mit Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens 20 und höchstens 120 m/s in die Schüttung des Festbettes eingedüst werden.
4. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass grobkörnige, feste Brennstoffe mit einer Körnung größer 2 mm in den Schlackebadvergaser eingetragen werden.
5. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich feinkörnige und/oder staubförmige Brennstoffe in die Wirbelzonen, die sich vor den Vergasungsmitteldüsen ausbilden, zugegeben werden.
6. Schlackebadvergaser zur Vergasung von festen Brennstoffen mit Sauerstoff- und Wasserdampf-haltigen Vergasungsmitteln nach Anspruch 1 bis 5 mit einer Zuführung der grobkörnigen, festen Brennstoffe und mit einem Rohgasabzug, beide am Kopf des Schlackebadvergasers, mit einem Schlackebad und mit einem Schlackebadabzug am Boden des Schlackebadvergasers, mit einer Zuführung für erste Vergasungsmittel mittels Vergasungsmitteldüsen oberhalb des Schlackebades, mit einer Schüttung des Festbettes oberhalb des Schlackebades, wobei der Schlackebadvergaser in Höhe des oberen Bereiches der Festbettschüttung mindestens eine, in den oberen Bereich hineinragende Vergasungsmitteldüse für die Zuführung zweiter Vergasungsmittel aufweist, wobei die mindestens eine Vergasungsmitteldüse so ausgestaltet ist, dass sie die Eindüsung zweiter Vergasungsmittel mit Dampf-Sauerstoff-Verhältnissen von 0,6 bis 5 kg/m3 (i.N.) mit Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens 20 und höchstens 120 m/s in die Schüttung des Festbettes erlaubt, und dass die Menge des eingedüsten Sauerstoffs der zweiten Vergasungsmittel bis zu 50 % der insgesamt zugeführten Sauerstoffmenge beträgt.
Schlackebadvergaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
Dampfdüsen für die zusätzliche Zuführung von Dampf aufweist.
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