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DD278348A1 - METHOD AND DEVICE FOR QUICKLY PYROLYSIS OF CARBON - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR QUICKLY PYROLYSIS OF CARBON Download PDF

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Publication number
DD278348A1
DD278348A1 DD32352588A DD32352588A DD278348A1 DD 278348 A1 DD278348 A1 DD 278348A1 DD 32352588 A DD32352588 A DD 32352588A DD 32352588 A DD32352588 A DD 32352588A DD 278348 A1 DD278348 A1 DD 278348A1
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DD
German Democratic Republic
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fluidized bed
bed
pyrolysis
reactor
carbonization
Prior art date
Application number
DD32352588A
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German (de)
Inventor
Siegfried Paul
Dieter Eidner
Bernd Meyer
Eberhardt Weiss
Wilhelm Hoppe
Michael Bieber
Bernd Kroedel
Original Assignee
Freiberg Brennstoffinst
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Publication date
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  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehoerige Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohle oder anderem schwelbarem Material mit Hilfe eines festen Waermetraegers. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Wirtschaftlichkeit von Verfahren zur Schnellpyrolyse von Kohlen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohlen zu entwickeln, wobei die Crackung von Teer infolge Uebertemperatur des Waermetraegers vermieden werden soll. Erfindungsgemaess besteht der Prozess aus zwei integrierten Pyrolysestufen, wobei in der ersten Prozessstufe in einer stationaeren Wirbelschicht die Mischung von festem Waermetraeger und rezirkuliertem Bettmaterial und in der zweiten Prozessstufe in einer expandierenden Wirbelschicht die Pyrolyse des zentral zugefuehrten schwelbaren Materials erfolgt. Die Fluidisierung erfolgt mit rezirkuliertem Schwelgas. Dem Schwelreaktor ist ein Transportreaktor nachgeschaltet. Die Gasgeschwindigkeiten betragen 5 bis 10 m/s im Transportreaktor und 1,5 bis 5 m/s im groessten Querschnitt des Schwelreaktors.The invention relates to a method and the associated apparatus for rapid pyrolysis of coal or other schwelbarem material using a solid heat carrier. The aim of the invention is to increase the cost-effectiveness of processes for the rapid pyrolysis of coal. The invention has for its object to develop method and apparatus for rapid pyrolysis of coals, the cracking of tar should be avoided as a result of Uebertemperatur of the heat carrier. According to the invention, the process consists of two integrated pyrolysis stages, wherein in the first process stage in a stationary fluidized bed the mixture of solid heat carrier and recirculated bed material and in the second process stage in an expanding fluidized bed the pyrolysis of the centrally supplied re-flowable material. The fluidization takes place with recirculated carbonization gas. The carbonization reactor is followed by a transport reactor. The gas velocities are 5 to 10 m / s in the transport reactor and 1.5 to 5 m / s in the largest cross-section of the carbonization reactor.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohle oder anderem schwelbarem Material mit Hilfe eines festen Wärmeträgers.The invention relates to a method and the associated apparatus for rapid pyrolysis of coal or other schwelbarem material using a solid heat carrier.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Schwelreaktoren zur Schnellpyrolyse von ballastreicher schwelwürdiger Kohle gewinnen seit der Verknappung und Verteuerung des Erdöls an Bedeutung. Die Schnellpyrolyseverfahren sind Hochleistungsalternativverfahren zur Lurgi-Spulgasschwelung, sie sind für in der Zukunft schlechter werdende Kohlequalitäten geeignet. Das in Patentschrift DD-WP 239419 dargelegte Integrierte Pyrolyse-Verbrennungsverfahren ist ein geeignetes, entwicklungsfähiges Schnellpyrolyseverfahren. Für dieses Verfahren ist die Mischung von festem Wärmeträger mit Trockenkohle und anderem schwelbarem Material in einer im Schwelreaktorunterteil befindlichen Wirbelschicht von entscheidender Bedeutung für Wärmeübertragung, Schwelgasentbindung und Hydrodynamik. In der oben genannten Patentschrift ist die Mischung von Trockenkohle und fes'.em Wärmeträger in einer stationären Wirbelschicht, die auf Grund der Schwelgasentbindung expandiert, vorgesehen.Smoldering reactors for the rapid pyrolysis of ballast-rich, smoldering coal have gained in importance since the shortage and rise in the price of crude oil. The fast pyrolysis processes are high-performance alternative processes for Lurgi spool gas smelting, they are suitable for future deteriorating coal qualities. The integrated pyrolysis combustion process set forth in patent DD-WP 239419 is a suitable, viable fast pyrolysis process. For this method, the mixture of solid heat carrier with dry coal and other schwelbarem material in a Schwelreaktorunterteil located fluidized bed is of crucial importance for heat transfer, Schwelgasentbindung and hydrodynamics. In the aforementioned patent, the mixture of dry coal and fes'.em heat transfer in a stationary fluidized bed, which expands due to the Schwelgasentbindung is provided.

Der Nachteil der in Patentschrift DD-WP 239418 vorgeschlagenen Lösung liegt ip der Übertemperatur des Wärmeträgers. Inder stationären Gas-Ffststoff-Wirbelschicht ist nicht zu verhindern, daß teerhaltiges Schwelgas mit etwa 8500C heißem Wärmeträger in Berührungskontakt kommt. Inder Folge kommt es zur Teercrackung, wobei leichtere Flüssigprodukte entstehen. Zur Gewinnung von Kohlewertstoffen als Zielrichtung sind jedoch schwere Teere gefragt.The disadvantage of the solution proposed in patent DD-WP 239418 is ip the overtemperature of the heat carrier. In the stationary gas Ffststoff- fluidized bed is not to prevent tar-containing carbonization comes into contact with about 850 0 C hot heat transfer in contact. As a result, the cracking of the tea occurs, resulting in lighter liquid products. However, the extraction of coal values as a destination requires heavy tars.

Vom Lurgi-R'ihrgas-Verfahren als Schüttschicht-Schwelverfahren ist die Teercrackung infolge Wärmeträgerübertemperatur ebenfalls bekannt (Chemische Industrie 105 [1982] 5, S.326-328). Zur ähnlichen Aussagen kommt auch das ENIN-Institut Moskau, das Schnellpyrolyseversuchsanlagen mit Braunkohle betreibt. (Energotehnol. ispol'z. topliv. Moskau 1984, S.43-48)From the Lurgi R'ihrgas process as a packed bed smoldering process, the Teercrackung due to heat transfer over temperature is also known (Chemische Industrie 105 [1982] 5, p.326-328). Similar statements are made by the ENIN Institute Moscow, which operates fast-pyrolysis test facilities with lignite. (Energotehnol, Ispol'z, Topliv, Moscow 1984, p.43-48)

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Verfahren zur Schnellpyrolyse von Kohlen bzw. kohlenstoffhaltigem Material mit Hilfe eines festen Wärmeträgers.The aim of the invention is to increase the efficiency of processes for rapid pyrolysis of carbon or carbonaceous material by means of a solid heat carrier.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohlen oder anderem schwelbarem Material mit festem Wärmeträger, das die Crackung von Teer zu Leichtöl infolge hoher Übertemperatur des Wärmeträgers vermeidet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse in zwei integrierten Prozeßstufen abläuft, wobei in der ersten Prozeßstufe die Mischung von festem Wärmeträger undThe object of the invention is the development of a method and the associated device for rapid pyrolysis of coals or other re-flowable material with solid heat carrier, which avoids the cracking of tar to light oil due to high excess temperature of the heat carrier. The inventive method is characterized in that the pyrolysis proceeds in two integrated process stages, wherein in the first process stage, the mixture of solid heat carrier and

rezirkuliertem Bettmaterial in einer stationären Wirbelschicht und in der zweiten Prozeßstufe die Pyrolyse von Trockonkohle oder anderen schwelbaren Materialien, die im zentralen Bereich über der ersten Prozeßstufe zugRführt werden, in einer expandierenden Wirbelschicht mit Übergang zum pneumatischen Feststofftrensport erfolgt. Der Eintrag des feston Wärmeträgers mit einer Temperatur von 800 bis 9000C geschieht im bodennahen Bereich der stationären Wirbelschicht, die durch rezirkuliertes Schwelgas fluidisiert wird. Die Kühlung des in der ersten Prozeßstufe eingespeisten festen Wärmeträgers wird mit Feststoff vorgenommen, der mit einer Temperatur von 500 bis 6000C intern, infolge derzentralon Schwelgasentbindung der zweiten Prozeßstufe, im Schwelreaktor zirkuliert.recirculated bed material in a stationary fluidized bed and in the second process stage the pyrolysis of dry carbon or other re-chargeable materials, which are fed in the central area above the first process stage, takes place in an expanding fluidized bed with transition to the pneumatic solids transport. The entry of the feston heat carrier at a temperature of 800 to 900 0 C occurs in the near-ground region of the stationary fluidized bed, which is fluidized by recirculated carbonization. The cooling of the fed in the first process stage solid heat carrier is carried out with solid which circulates internally at a temperature of 500 to 600 0 C, due to the Zentronon Schwelgasentbindung the second process stage, in the carbonization reactor.

Das Massenverhältnis der durchgesetzten Feststoffe, bestehend aus Bettmaterial und Trockenkühle, zum intern im Schwelreaktorunterteil zirkulierenden Feststoff, dem Material der stationären Wirbelschicht, liegt im Bereich von 1:10 bis 1:100. Die Gasgeschwindigkeiten im Transportreaktor liegen im Bereich von 5 bis 10 m/s, im größten Querschnitt des Schwolreaktors in der zweiten Prozeßstufe im Bereich von 1,5 bis 5m/s.The mass ratio of the enforced solids, consisting of bed material and dry cooling, to the internally circulating in Schwelreaktorunterteil solid, the material of the stationary fluidized bed, is in the range of 1:10 to 1: 100. The gas velocities in the transport reactor are in the range of 5 to 10 m / s, in the largest cross section of the Schwolreaktors in the second process stage in the range of 1.5 to 5m / s.

Die Kombination der gefundenen Bereiche für die Parameter Massenverhältnis und Gasgeschwindigkeiten bewirkt die Sicherung des Abbaus der Wärmeträgerüberterr.peratur und der Verweilzeit für die Pyrolyse bei hohem Feststoffdurchsatz. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelreaktor einen Wirbelboden und eine oder mehrere nahe dem Wirbelbodenumfang mündende Wärmeträgereintragsieitungen sowie eine oder mehrere im Bereich von ein bis zwei Meter über dem Wirbelboden zentral angeordnete Eintragsleitungen für Trockenkohle und anderes schwelbares Material besitzt. Das Wirbelgas der ersten Prozeßstufe wird über einon Wirbelboden zugeführt. Der Schwelreaktor ist so ausgeführt, daß das Schwelreaktorunterteil eine Querschnittserweiterung in Strömungsrichtung besitzt, das Schwelreaktormittelteil einen konstanten Querschnitt hat, während das Schwelreaktoroberteil eine Querschnittsverengung aufweist. Dem Schwelreaktor schließt sich in Gasströmungsrichtung der Transportreaktor an.The combination of the ranges found for the parameters mass ratio and gas velocities ensures the reduction of the heat transfer medium temperature and the residence time for the pyrolysis at high solids throughput. The device according to the invention is characterized in that the carbonization reactor has a fluidized bed and one or more near the vertebral bottom circumference opening Wärmeträgereintragsieitungen and one or more in the range of one to two meters above the fluidized bed centrally arranged entry lines for dry coal and other re-flowable material. The fluidizing gas of the first process stage is supplied via a fluidized bed. The carbonization reactor is designed so that the Schwelreaktorunterteil has a cross-sectional widening in the flow direction, the Schwelreaktormittelteil has a constant cross-section, while the Schwelreaktoroberteil has a cross-sectional constriction. The carbonization reactor is followed by the transport reactor in the gas flow direction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt in der ersten Prozeßstufe die Absenkung der Temperatur des eingespeisten Wärmeträgers durch Mischung mit kälterem, aus der zweiten Prozeßstufe rezirkuliertem Bettmaterial, die Schnellpyrolyse in dp.· expandierten Wirbelschicht der zweiten Prozeßstufe oberhalb der Trockenkohleeintragsleitung und im anschließenden Trareportreaktor den pneumatischen Abtransport des aus Bettmaterial und Schwelkoks bestehenden Feststoffes sowie ein Nachpyrolysieren von restlichem schwelbarem Material.The inventive device causes in the first process stage, the lowering of the temperature of the injected heat carrier by mixing with colder, recirculated from the second process stage bed material, the rapid pyrolysis in dp. · Expanded fluidized bed of the second process stage above the drying coal inlet line and in the subsequent Trareportreaktor the pneumatic removal of Bed material and coke existing solid and nachpyrolysieren of residual schwelbarem material.

Der Vorteil der Erfinuung liegt in der Verbesserung der Ökonomie für Schnellpyrolyseverfahren. In leistungsstarken Schnellpyrolyseverfahren können somit Teerqualitäten erzeugt werden, deren Weiterverarbeitung mit weitestgehend vorhandenen Technologien erfolgen kann.The advantage of the invention lies in the improvement of the economics of rapid pyrolysis processes. In high-performance rapid pyrolysis processes tar qualities can be produced, which can be further processed using the most widely available technologies.

Ausführungsbeisp.ielAusführungsbeisp.iel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel an Hand einer schematischen Darstellung erläuiort. Die zugehörige Zeichnung zeigt den Querschnitt des Schwelreaktors 1. Im Unterteil dr.s Schwelreaktors 1 befindet sich ein Wirbelbett 3, das unterhalb der ; iockenkohleeintragsleitung 4 eine stationäre Wirbelschicht bildet, die oberhalb der Trockenkohleeintragsleitung 4 expandiert. Als Wirbelgas für den stationären Bereich dient rezirkuliertes Schwelgas, das über die Wirbelgaszuleitung 10, den Wirbelgaseintritt 6 und einem Wirbelboden 9 zugeführt wird. Die Schnellpyrolysetemperatur im Schwelreaktor 1 beträgt 5500C. Der 8500C heiße Wärmeträger fließt Ober die Wärmeträgereintragsleitung 8 bodennat, zu und wird im stationären Bereich der Wirbelschicht im Bettmaterial, das eine Temperatur von 5500C hat und infolge interner Feststoffzirkulation im Wandbereich rückströmt, intensiv abgekühlt. Die Wärmekapazität der Wirbelschicht im Unterteil des Cchwelreaktors 1 wird so gewählt, daß max. 100K als Wärmeträgerübertemperatur, gegenüber der Prozeßtemperatur für die Sc'inellpyrolyse, auftreten. Die Trockenkohle fließt über eine Wirbelschleuse 5, in der sie durch Wirbelgas fluidisiert wird, und die Troc!<enkohleeintragsleitung 4 in den Schwelreaktor 1. Der Trockenkohieeintrag befindet sich im zentralen Bereich des Schwelreaktors 1, der Abstand zum Wirbelboden 3 beträgt 1,5m. Die intensive Schwelgasentbindung verläuft oberhalb des Trockenkohleeintrages, die Wirbelschicht expandiert. Während die transportfähigen Feststoffteilchen im Oberteil des Schwelreaktors 1 durch den Schwelgasstrom beschleunigt und im Transportreaktor 2 pneumatisch abtransportiert worden, rezirkuliert das Bettmaterial am wandnahen Bereich in den stationären Teil der Wirbelschicht. Für den Abzug von großen Feststoffpartikeln ist der Grobascheabzug 7 vorhandenThe invention will be erläuiort an embodiment on the basis of a schematic representation. The accompanying drawing shows the cross section of the carbonization reactor 1. In the lower part dr.s Schwelreaktors 1 is a fluidized bed 3, below the; iockenkohleeintragsleitung 4 forms a stationary fluidized bed, which expands above the drying coal feed line 4. As fluidizing gas for the stationary area is used recirculated carbonization gas, which is supplied via the fluidizing gas inlet 10, the fluidizing gas inlet 6 and a fluidized bed 9. The Schnellpyrolysetemperatur in the smoldering reactor 1 is 550 0 C. The 850 0 C hot heat carrier flows top the heat transfer medium feed pipe 8 bodennat to, and is in the stationary region of the fluidized bed in the bed material which has a temperature of 550 0 C and back flow due to internal solids circulation in the wall area, cooled intensively. The heat capacity of the fluidized bed in the lower part of the Cchwel reactor 1 is chosen so that max. 100K as Wärmeträgerübertemperatur, compared to the process temperature for Sc'inellpyrolyse occur. The dry coal flows via a vortex lock 5, in which it is fluidized by fluidizing gas, and the Troc! <Enkohleeintragsleitung 4 in the carbonization reactor 1. The dry coal is located in the central region of the carbonization reactor 1, the distance to the fluidized bed 3 is 1.5 m. The intense Schwelgasentbindung runs above the Trockenkohleeintrages, the fluidized bed expands. While the transportable solid particles have been accelerated in the upper part of the carbonization reactor 1 by the Schwelgasstrom and transported away pneumatically in the transport reactor 2, the bed material recirculates at the near-wall region in the stationary part of the fluidized bed. For the withdrawal of large solid particles of coarse ash 7 is present

Für einen Schwelreaktor 1 mit einem Trockenkohledurchsatz von 85t/h ergeben sich bei den Parametern For a carbonization reactor 1 with a dry coal throughput of 85t / h results in the parameters

- Durchmesser Wirbelboden 9 2 m- Diameter fluidized bed 9 2 m

- Höhe konisches Unterteil des Schwelreaktors 1 2 m- Height conical lower part of the carbonization reactor 1 2 m

- Höhe zylindrisches Mittelteil des Schwelreaktors 1 1m- Height cylindrical central part of the carbonization reactor 1 1m

- innerer Durchmesser zylindrisches Mittelteil des Schwelreaktors 1 2,5 m- inner diameter cylindrical central part of the carbonization reactor 1 2.5 m

- Höhe konisches Oberteil des Schwelreaktors 1 2m- Height conical shell of the carbonization reactor 1 2m

- innererDurchmesserTransportreaktor2 1,4m- Inner diameter transporting reactor2 1,4m

- HöheTransportreaktor2 15m- height transporting reactor2 15m

Gasgeschwindigkeiten im Mittelteil des Schwelreaktors 1 von 1,5m/s bei Halblast und 4,5m/s bei Vollast. Für den Transportreaktor 2 liegt die Gasgeschwindigkeit für Halblast bei 5m/s und für Voliast bei 10 m/s.Gas velocities in the middle part of the carbonization reactor 1 of 1.5 m / s at half load and 4.5 m / s at full load. For the transport reactor 2, the gas velocity for semi-load is 5 m / s and for Voliast 10 m / s.

Claims (3)

1. Verfahren zur Schnellpyroiyse von Kohlen oder anderem schwelbarem Material in der Wirbelschicht, wobei ein fester Wärmeträger aus dem Bettmaterial einer Wirbelschichtfeuerung entnommen wird und die Fluidisierung der Wirbelschicht durch rezirkuliertes Schwelgas erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse in zwei integrierten Prozeßstufen realisiert wird, wobei in der ersten Prozeßstufe die Mischung des mit einer Temperatur von 800 bis 9000C eingespeistem Wärmeträgers mit dem 500 bis 6000C heißem Bettmaterial des Schwelreaktors in einer stationären Wirbelschicht erfolgt und in der zweiten Prozeßstufe Trockenkohle oder andere schwelbare Materialien zentral zugeführt und in einer expandierenden Wirbelschicht, die in den pneumatischen Feststofftransport übergeht, pyrolysiert werden, daß das Massenverhältnis der durchgesetzten Feststoffe Bettmaterial und Ί rockenkohle zum intern im Unterteil des Schwelreaktors zirkuliert iden Bettmaterial der stationären Wirbelschicht im Bereich von 1:10 bis 1:100 liegt und daß die Gasgeschwindigkeiten im Bereich des maximalen Querschnittes des Schwelreaktors in Höhe der zweiten Prozeßstufe 1,5 bis 5m/s und im Transportreaktor 5 bis 10m/s betragen.1. A method for Schnellpyroiyse of coal or other material schwelbarem in the fluidized bed, wherein a solid heat carrier from the bed material is taken from a fluidized bed and the fluidization of the fluidized bed by recirculated carbonization, characterized in that the pyrolysis is realized in two integrated process stages, wherein in the first process stage, the mixture of the fed with a temperature of 800 to 900 0 C heat transfer medium with 500 to 600 0 C hot bed material Schwelreaktors done in a stationary fluidized bed and fed in the second process stage dry coal or other materials schwelbare materials centrally and in an expanding Fluidized bed, which passes into the pneumatic solids transport, be pyrolyzed, that the mass ratio of the enforced solids bed material and Ί rockenkohlen to internally circulated in the lower part of the carbonization reactor iden bed material of the stationary vortex is in the range from 1:10 to 1: 100 and that the gas velocities in the region of the maximum cross-section of the carbonization reactor at the level of the second process stage are 1.5 to 5 m / s and in the transport reactor 5 to 10 m / s. 2. Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohlen oder anderem schwelbaren Material in der Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelreaktor für die erste Prozeßstufe einen Wirbelboden und eine oder mehrere, nahe dem Wirbelbodenumfang mündende Wärmeträgereintragsleitungen sowie eine oder mehrere im Bereich von ein bis zwei Meter über •dem Wirbelboden zentral angeordneten Eintragsleitungen für Trockenkohle und anderes schwelbare Material besitzt.2. An apparatus for rapid pyrolysis of coals or other re-chargeable material in the fluidized bed, characterized in that the carbonization reactor for the first process stage, a fluidized bed and one or more, near the fluidized floor circumference opening Wärmeträgereintragsleitungen and one or more in the range of one to two meters over • the fluidized floor has centrally arranged entry lines for dry coal and other re-chargeable material. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß der Schwelreaktor im Unterteil in Gasströmungsrichtung eine Querschnittserweiterung besitzt, das Schwelreaktormittelteil einen konstanten Querschnitt hat, während das Schwelreaktoroberteil eine Querschnittsverengung aufweist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the carbonization reactor has a cross-sectional widening in the lower part in the gas flow direction, the Schwelreaktormittelteil has a constant cross-section, while the Schwelreaktoroberteil has a cross-sectional constriction. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
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